LED zuverlässig betreiben

[Mikado]

Nachdem nun eingehend über die Bezugsquellen und den Farbton von LED geschrieben wurde hier die Kehrseite der Medalie.

LED haben einen recht kleinen Arbeitspunkt zwischen Zünden und Durchschlagen. Das ist bei einer Glühlampe anders, weil diese je heisser sie wird desto hochohmiger wird, was bei etwas zuviel Spannung gleich wieder den Strom reduziert. Zudem sind Glühlampen bei Aussetzern, wie bei kurzen Überspannungspitzen im Gegensatz zu LEDs träge.
Ich habe mit dem Spannungsteiler in Form eines Potentiometers meine beiden eben eingebauten LED durchgebrannt. Das Problem besteht darin, dass man den Arbeitsstrom auf eine Spannung bezogen einstellt. Hat man nun innerhalb der Anlage einen Spannungsabfall kann die LED erlöschen. Stellt man die Lok auf die Schiene einer andern Anlage kann die DCC Spannung mitunter 2 V höher liegen, je nach Einstellung des Boosters, und die LED bekommt zuviel Strom. Verwendet man einen Lenz LV200 oder die Dimax von Massoth ist die Spannung sogar ungeregelt und schwankt je nach Belastung - beim Dimax bis 28V!!!!!!!

Nun könnte man in der Lok einen Spannungskonstanter IC verwenden und dann den Strombegrenzenden Vorschaltwiderstand auf diese Spannung abstimmen. Dieses Vorgehen ist zwar möglich, aber nicht sonderlich gut, da man bei den LED nicht die Spannung sondern den Strom limitieren muss. Serienschaltungen sind dann nicht einfach so möglich.

Für die Nostalgiker mit dem Trafo unter uns ist sicher folgende Tatsache wichtig: Ein Spannungskonstanter IC erfordert etwa 2 V Spannung über der Zielspannung, was nichts anderes heisst als eine Addition der LED Spannung von etwa 4 V mit diesen 2 V. Das bedeutet erst bei 6 V am Geleise würde die LED zuverlässig brennen.
Bei einem Stromkonstanter würde die LED bereits bei 4 V brennen.
DCC Bahner, welche auf eine Abwärtskompatabilität zur nostalgischen Regeltrafo-Stromversorgung verzichten, könnten mit einem Stromkonstanter 4 oder mehr LED mit identischer Stromaufnahme in Serie schalten.

Meine Frage die ich hier stellen möchte ist die, wer kennt eine einfache, erprobte Schaltung für einen einstellbaren Stromkonstanter, bei dem die Spannung nicht berücksichtigt werden muss.
Conrad hat solche Dinger im Bausatz Sortiment, aber nur mit einer Fest-Strom-Einstellung, welche meist für die gewählte LED gerade nicht passt.

Nun bin ich gespannt, ob ich eine schlaue Antwort bekomme

Mikado

[Solaris]

Hallo Mikado,

es gibt eine Schaltung mit genau einem (Feldeffekt-)Transistor einem BF256, kein Widerstand etc. Der Transistor macht eine Stromsenkung auf ca. 12 mA. Die Schaltung ist einfach und bei mir mehrfach im Einsatz. Wenn man höhere Spannungen zur Verfügung hat, macht es Sinn mehrere LED hintereinander zu schalten. Wer einen andere Strom braucht, muss die Schaltung etwas ändern.
Den Transisor gibt s bei den "üblichen Verdächtigen", Fa Reichelt, Conrad, ...

- Die Schaltung ist für Gleichspannung gedacht. Etwas erweitert ist dann die zweite Schaltung mit Gleichrichter. - Bisher aber nur im Anlaogbetrieb erprobt.

Die Schaltungsskizze und mehr gibts auf meiner
Seite http://www.ralfwagner.de/rmb/basteleien ... ungen.html

Ansonsten gibt s hier im Forum auch einige Anregungen zum gleichen Thema.

Sonnige Grüsse
Solaris

[Mikado]

Vielen Dank für die schnelle Antwort. Die Schaltung ist verheissungsvoll, doch habe ich mir LED gekauft die 20-30 mA benötigen und viel Licht bringen, also etwa doppelt soviel Strom wie Dein MosFET liefert. Wie geht man dann am besten vor, wenn man mehr Strom braucht?

Mikado

[krs]

Hallo Mikado,

Die FET Lösung ist gut, einfach und billig aber der Strom ist nicht einstellbar.
Wenn Du wirklich mehr Strom brauchst kannst du immer einen LM317 als konstante Stromquelle schalten.
Mit dem Widerstand Rg stellst du den Strom (I loop) ein wie in der Formel beschrieben.

Gruß Knut

[Liebl]

Hallo Ihr alle!

Echt super Seiten von Solaris seinen LINKS!!!

Wer allerdings mit Elektronik nicht soviel "am Hut" hat, dem sei gesagt, dass Leds zwar kleine Ströme brauchen und dies auf verschiedenste Arten gelöst werden kann.
Jedoch ist die Sperrspannung sehr gering! Das heißt, es soll z.B.: eine "normale Led" 1N4148 oder 1N4007 zur LED in Serie geschaltet werden die dann die Sprre übernimmt. Jedes Mal beim Fahrtrichtungswechsel oder bei Selbstinduktionsspannungen von Induktiven Lasten ist sonst die Led kapput.
Auch, wie beschrieben, ist der vorgeschaltete Gleichrichter ein Schutz.

Wir haben in unserem Modell (WWW.liebl.at.tf) ebenfalls diese schönen Glühlampen - Leds verwendet und bei Dämmerung sehen die Scheinwerfer
schon sehr naturnahe aus. (Ich glaube in Wirklichkeit hätten sich die Lokführer damals über so viel Licht gefreut)

Grüße aus dem Innviertel
Franz

[Mikado]

Nun bin ich hier wohl noch eine Antwort schuldig wie's denn weiterging.
Mit der Schaltung von Knut hatte ich nicht die gewünschte Zuverlässigkeit bei Spannungsschwankungen und glattweg eine LED gegrillt. Die 12 mA mit dem Mosfet sind mir zu wenig.
Wer sucht der findet. Ich habe nach einer halben Stunde unermüdlichem Suchen in der Website von Conrad endlich zufällig das richtige Suchwort erwischt und den Bausatz einer LED Konstantstromquelle für Spannungen zwischen 3 - 25V gefunden. Im Bausatz sind wie üblich alle Bauteile ein Transistor, 3 Widerstände und 2 Dioden, sowie eine munizige Leiterplatte inkl. detaillierte Anleitung. Den Bausatz 191192 habe ich zusammengelötet und mal kurz an einem alten Trix Trafo ausprobiert. Er funktioniert tadellos und ist wohl die 2,95 Euro wert. Man kann nun die Spannung frei rauf und runter drehen. Dabei ist mir aber noch etwas aufgefallen. Drehe ich am Knopf des Trafo die Spannung rauf und runter ergeben sich kleine Helligkeitsschwankungen denn auf der rauhen Wicklung entstehen offensichtlich marginale Aussetzer, und die sieht man als Flackern. Die LED werden an der Lok unruhiger brennen als Glühlämpchen!
Wer seine Lok auf die Schiene mit einer Dimax von Massoth stellen will, sollte am Eingang des Prints 2-3 normale Dioden in Serie schalten, damit durch den stromunabhängigen Spannungsabfall an den Dioden von je 0,7 V die bekanntlich extrem hohe Betriebsspannung der Dimax etwas kappt und der Conrad print nicht über 25 V beansprucht wird.

Grundsätzlich erreicht man mit dieser Schaltung von Conrad das gesteckte Ziel, dass man das Fahrzeug mit jeder beliebigen DCC Spannung betrieben kann und die LED brennen immer hell und klar ohne durch zu brennen!

Grüessli von Mikado

[Reh]

Hallo Mikado,

Low-Drop Spannungsregler brauchen nur 0,5 bis 1V Differenz zur Eingangsspannung.
Vorschlag: Ein 5V LM2940CT für alle LED´s welche je nach Strombedarf dann noch mit einem Widerstand beschaltet werden müssen.
Beispiel:
LED weiss 3,6V mit 20mA, der Widerstand (R) ergibt sich aus erforderlichem Spannungsabfall zur LED (hier die Differenz zu 5V=1,4V) durch Strom (0,02A) ergibt=70 Ohm also ein käuflich zu erwerbender 68 Ohm.

Für Rote LED´s gilt 2,1V bei 20mA ergibt 2,9V Spannungsdifferenz zu 5V:
2,9 geteilt durch 0.02= 145 Ohm (150 Ohm käuflich)
Macht es euch nicht komplizierter, wie es ist

Gruss, Reh

Nachtrag:
Ich sehr gerade, es gibt auch einen 3,3Volt Spanungsregler LD-1117 V33 heisst der, müsste man tatsächlich mal ausprobieren, ob die weissen LED´s damit noch funktionieren.

[Solaris]

Alternativ kann man auch einen Spannungswandler verwenden, insbesondere wenn man Lämpchen dran hat und die Energie nicht verheizen will. Einen Schaltplan gibts hier http://www.ralfwagner.de/rmb/basteleien ... index.html. Materialkosten ca 3 Euro.

Für konstantes Licht ohne Flackern helfen nach wie vor die Kondensatoren...

Grüße
Solaris

[99er]

Guten Tag Reh, guten Tag Mikado,

Reh's Vorschlag kann ich nur beipflichten, weil: für jeden überschaubar, preiswert und das wichtigste: eine Spannungsbegrenzung mit Längsregler und ein Widerstand vor der LED ist die beste "Lebensversicherung" für selbige (siehe das von Dir Mikado beobachtete Flackern). Wer da schon mal ein bischen an den Grundlagen probiert hat weiß, dass der Strom vor dem "Durchbruch" der LED (fachchinesisch, das Teil ist dann tot) relativ stark ansteigt. Der Widerstand verhindert diesen Stromanstieg, die Durchbruchspannung kann deswegen nicht erreicht werden. Da die Modellbahner einiges an Induktivitäten (Trafos, Motoren und "Magnetartikel") betreiben, sind Spannungspitzen allgegenwärtig. Von aktiven Stromquellen würde ich deswegen die Finger lassen, da deren Regelverhalten unter diesen Bedingungen nicht durchsichtig ist.

Das mag 1000mal gutgehen, dann sind Onkel und Tante zu Besuch, und der Neffe hat seine Stainz dabei. Einmal Anfahren, und dann gehen anderorts die Lichtchen aus. Das brauchts nicht, meine ich.

Gruß 99er

[Mikado]

Vielen Dank für die interessanten Statements. Ich vermute, dass jeder von anderen Voraussetzungen aus geht. So haben alle die mit einer Einzugsteuerung fahren das Problem, dass sie keine konstant hohe Spannung am Geleise haben und darauf angewiesen sind, bereits mit niedrigsten Spannungen möglichst volles Licht zu haben. Zugleich soll aber die Sache nicht warm werden, wenn man dann die Spannung hochdreht.
Ich habe nach bald 14 Jahren Fahren mit einer Mehrzugsteuerung eigentlich nur noch eine weit zurück liegende, blasse, aber unangenehme Erinnerung an diese Probleme mit dem Trafo und den unübersichtlich, vielen abschaltbaren Geleisen, den Kehrschleifenproblemen, ungleich schnell fahrenden Loks und all den Kunstkniffen mit Soundmodulen, sowie den unbeleuchteten stehenden Fahrzeugen.
Für mich sind dann eher die Fragen ein Thema, dass jeder Kollege bei dem ich fahre einen anderen Booster hat und meine LED so mit einer unterschiedlichen Dauerschienenspannung von 18-27 Volt konfrontiert werden. Die Decoder Ausgänge sind zwar heute weitgehend dimmbar, aber das ist keine flache Gleichspannung, sondern eine unterschiedlich grosse Pulsbreite mit der Boosterspannung die im arithmetischen Durchschnitt einer nidrigeren Gleichspannung entspricht. Für Glühlampen und Rauchgeneratoren geht das, aber nicht für LED.
In dieser elektrischen Situation in der Lok muss meine LED Steuerung funktionieren.
Es mag vielleicht etwas boshaft tönen, aber den Betrieb mit einer Einzugsteurung (Trafo wie früher) vernachlässige ich in meinen Modellen, da es mir zu kompliziert und zu einschränkend ist hier die Abwärtskompatabilität zugleich mit den vielen intelligenten Fernsteuerfunktionen der Geräuschbausteine wie Phoenix oder Soundtraxx Tsunami aufrecht zu erhalten. Es ist mit der Trafo-Einzugsteuerung wie mit dem Radius 1, wenn's geht, gut, aber eigentlich kein ernsthaftes Thema mehr.
Was vielleicht interessieren könnte: Zur Zeit wird bei Ebay http://stores.ebay.de/INDUSTRIEVERTRETUNG-SCHUBERT eine Wageninnenbeleuchtung angeboten, die etwa den selben Preis hat wie zwei Lampenfassungen für Wageninnenbeleuchtung von LGB. Allerding sind diese wahlweise mit weissen oder gelben LEDs bestückt, haben die Stromstabilisierung integriert und gleich noch einen Schaltdecoder im Multiprotokoll Format auf dem Printchen. Damit kann man für den selben Preis wie mit einer LGB Bleuchtung das Licht in jedem Wagen auch gleich noch ferngesteuert ein und ausschalten und zugleich auch Schlusslichter zu und weg schalten und das ganze ohne grosse Bastelei, einfach zwei Drähte mit der Stromabnahme an den Rädern verbinden. Das funktioniert angebelich mit allen gängigen Mehrzeugsteuerungen wie z.B. all jenen im internationalen DCC-Format.

So nun werde ich mit den LEDs weiter experimentieren und mich hier mit einem Feedback wieder melden, wenn ich den Print an einen Decoder angeschlossen habe.
In der Zwischenzeit hat hier vielleicht jamend eine Erfahrung zum erzählen, wie man das Licht der LED, welches wie bei einem Spot gebündelt nach vorne strahlt auch kugelförmig abstrahlen kann, damit diese wie ein Mikrolämpchen mit 3 mm Durchmesser das Licht in Positionsleuchten auch seitlich abgibt.
Mikado