LED-Namensschild

Philuminati · Do, 19.10.17, 12:18

Hallo,

Ich versuche mir einen Schaltplan für ein LED-Schild mit der Aufschrift "NTS" zu basteln. Das Layout auf der Steckplatine ist soweit fertig, aber bevor ich mich mit gefährlichem Halbwissen über Elektronik ins Aus manöveriere würde ich gerne sicher gehen, dass alles korrekt ist. Im Anhang findet ihr den vorläufigen Schaltplan. Ich denke, er ist soweit richtig. Aber nun würde ich gerne Kondensatoren in das Ganze einbinden, sodass die LEDs noch 1-2 Sekunden an bleiben, wenn der Strom aus geht. Dass man die Kapazität nach der Formel C=(I*t)/U berechnet weiß ich, aber ich weiß nicht, ob die Kondensatoren vor oder hinter die Widerstände kommen, ob sich dadurch wieder die Spannung in den Reihen ändert und mit welcher Spannung ich in der Formel nutzen muss. Ich würde mich freuen wenn ihr mir da weiterhelfen könntet.

Vielen Dank im Voraus,

Philuminati

Achim H · Do, 19.10.17, 14:20

Ich würde nicht mehrere Kondensatoren verwenden, sondern nur einen. Das hat den Vorteil, dass alle Leds gleich lange nachleuchten. Den Kondensator einfach zwischen Plus und MInus der Versorgungsspannung montieren (Plus an Plus, Minus an Minus). Spannungsfestigkeit: 16V oder höher.

Frage zu Deiner Versorgungsspannung:
Woher kommen die 12V?

Falls damit die Bordspannung im Auto gemeint ist, diese hat keine 12V.
Die Spannung dort ist abhängig vom Ladezustand der Batterie bzw. ob der Motor läuft oder nicht.

Philuminati · Do, 19.10.17, 16:21

Die Spannung kommt von einem PC-Netzteil (Gelbes Kabel am Molexstecker). Ich dachte auch zuerst an einen Kondensator, aber müsste der nicht eine gigantische Kapazität haben, wenn er 1-2 Sekunden lang 160 mA liefern muss? Und was bedeutet Spannungsfestigkeit? Heißt das, ich baue einfach einen Kondensator vor die Parallelschaltung, der 12 Volt hat oder wie wähle ich den richtigen Kondensator aus?

oscar · Do, 19.10.17, 17:46

Nimm einen passenden Gold-Cap.

Philuminati · Do, 19.10.17, 18:12

Ich habe keine Ahnung was ein Goldcap ist oder was passend heißt.

Philuminati · Do, 19.10.17, 18:16

OK wieviel Volt muss der den Nennspannung haben, wenn ich ihn vor die gezeigte Schaltung bauen will?

Achim H · Do, 19.10.17, 18:41

So massig viele µF brauchst Du gar nicht.
Ich habe mal vor längerer Zeit eine Signallampe für einen Bekannten konstruiert und dort 6 rote Superflux Leds mit 15,3mA bestromt eingebaut. Der Kondensator hatte 330µF. Die Leds haben damit über 2 Minuten lang nachgeleuchtet, zwar nicht mit voller Helligkeit, sondern bis das letzte Glimmen weg war.
Link zum Beitrag: Suche Daten oder Datenblatt für Hohlraumdose.
Für einen 10mal so hohen Strom müsste ein C mit 2200 bis 3300µF dicke ausreichen.

Die Spannungsfestigkeit sollte stets größer sein, als die Spannung, an die Kondensator angeklemmt wird.
Für 12V reicht einer mit 16V. Du kannst auch eine höhere Spannung wählen. Der Kondensator kann sich immer nur auf die Spannung aufladen, an die er angeschlossen wird.

Link zu Ebay: Kondensator 2200µF (ab 1,46 EUR inkl. kostenlosem Versand).

Philuminati · Do, 19.10.17, 20:30

Danke für die ausführliche Antwort.

Aber einmal muss ich noch nachhaken... Die Kapazität berechnet man ja in Ladung/Spannung. Und die Ladung wiederum ist der Strom*Zeit. Also hätte ich doch (8*20mA*2sek)/12V = 0,026 F = 26000µF.

Oder bin ich da auf dem Holzweg?

dieterr · Do, 19.10.17, 21:54

Jain. Habe jetzt nicht nachgeschaut, aber die Formel passt meine ich.

20mA pro Strang ist einiges, bei Highflux LEDs reicht mitunter auch ein Zehntel, je nachdem wie hell es werden soll.
Und in deinem Fall hast du keinen Konstantstrom und keine Konstante Spannung, da der Kondensator sich ja entlädt. Klar kann man das auch rechnen, wenn man unbedingt möchte

Da aber weder die Entladungskurve des Kondensators noch die LED Strom-Spannungskurve linear sind, verkompliziert sich das ganze.

Oder aber man probiert anhand glaubhafter Startbedingungen einfach aus. Letzteres wäre in dem Fall meine Methode der Wahl.

Philuminati · Do, 19.10.17, 22:05

OK, wieviel Farad würdet ihr mir empfehlen? Und kann ich zwei Kondensatoren einfach in Reihe schalten für mehr Kapazität?

oscar · Do, 19.10.17, 22:41

Philuminati hat geschrieben:Und kann ich zwei Kondensatoren einfach in Reihe schalten für mehr Kapazität?

Parallel. In Reihe siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Reihensch ... densatoren .

Philuminati · Do, 19.10.17, 23:54

Sind diese Kondensatoren möglich?

http://www.ebay.de/itm/fixapart-radiale ... SwFfhXjNxy
http://www.ebay.de/itm/fixapart-snap-in ... Sw0fhXjN3g
http://www.ebay.de/itm/kondensator-fixa ... SwdzVXjNxy

Achim H · Fr, 20.10.17, 04:43

Noch was:
Deine 600 Ohm Vorwiderstände sind falsch.

Realistischer wären auch ca. 1,8V Vorwärtsspannung für 1 rote Led @ 20mA (0,02A).
Das bedeutet, dass über den Vorwiderstand nur noch die Differenz aus 12V - 6 x 1,8V = 1,2V vernichtet werden müssen.
1,2V / 0,02A = 60 Ohm

Die Zeitkonstante (abhängig von C und R) kannst Du bei Digikey ausrechnen lassen. Die haben einen Online-Rechner.

Borax · Fr, 20.10.17, 09:29

Sind diese Kondensatoren möglich?

Ja. 25V reicht locker.

Also hätte ich doch (8*20mA*2sek)/12V = 0,026 F = 26000µF.

Nein. Du kannst nicht durch 12V teilen, weil bei ca. 9V schon kein Strom mehr fließt (da sind die LEDs schon aus).
Die Zeitkonstante ist hier wirklich nicht hilfreich. Der Strom von den LEDs nimmt ja bei nachlassender Spannung sehr schnell (und nicht linear) ab (wie Achim auch schon erklärt hat). Soll heißen bei einer nominellen Zeitkonstante von 1 sek bei 1V Spannungsdifferenz und sagen wir mal durchschnittlich 120mA (bei den vollen 12V sind es noch 160mA, bei 11V schon nur noch 100mA) würde das etwa 100.000 µF ergeben. Bei einer solchen Kapazität hättest Du aber insgesamt eine Nachleuchtdauer von mehr als einer halben Stunde (nach einer Sekunde mit rund 70% Helligkeit, nach einer Minute rund 10% Helligkeit und nach 30 Minuten noch ca. 1%).

Realistischer wären auch ca. 1,8V Vorwärtsspannung für 1 rote Led @ 20mA (0,02A).

Auch 1.8V ist relativ wenig. Oft haben rote LEDs auch 2V bei 20mA. Dann reicht es eigentlich nur noch für 5 in einer Reihe.

Philuminati · Fr, 20.10.17, 11:04

Also die LEDs haben 2V, definitiv. Aber warum reicht das nicht für 6 in einer Reihe? 2V * 6 ist doch 12V? Bei 48 LEDs wäre es dann nicht sinnvoller statt 5 in einer Reihe 4 zu nehmen, damit es aufgeht?

Achim H · Fr, 20.10.17, 11:10

Aber warum reicht das nicht für 6 in einer Reihe?

Weil etwas Spannung übrig bleiben muss, damit ein Widerstand den Strom für die Leds einstellen kann.
12V - 6 x 2V = 0
Eine Division mit oder durch 0 (Null) ergibt immer 0 (Null).

Folglich darfst Du nur 5 Leds in Reihe schalten.
12V - 5 x 2V = 2V
Mit diesen 2V kann nun ein Widerstandswert gefunden werden.

Die Vorwärtsspannung der Leds ist nicht statisch, sondern verändert sich mit zunehmender Betriebstemperatur (wird geringer --> negativer Temperaturkoeffizient).

Borax · Fr, 20.10.17, 14:21

Bei 48 LEDs wäre es dann nicht sinnvoller statt 5 in einer Reihe 4 zu nehmen, damit es aufgeht?

Ja. Kostet zwar etwas mehr Strom als bei 5 in einer Reihe, aber wenn es unbedingt 48 sein müssen (und nicht 45 oder 50), dann ja. Allerdings brauchst Du dann auch wieder einen anderen Widerstand.
5 in Reihe => pro Reihe einen 100 Ohm Widerstand (ergibt bei 9 Reihen also 45 LEDs rund 180mA)
4 in Reihe => pro Reihe einen 200 Ohm Widerstand (ergibt bei 12 Reihen also 48 LEDs rund 240mA)

Philuminati · Fr, 27.10.17, 18:02

So, das Teil ist fertig. Verwendet wurden:
-40 LEDs 1,85 V 20mA in 8 5erreihen
-Vor jeder Reihe ein 137 Ohm Widerstand
-Ein Kondensator mit 10000 µF und 16V

Wenn ich das Ganze an mein PC-Netzteil anschließe geht es kurz an und wird dann immer dunkler. Heller wird es auch nicht nach einiger Zeit. Meine Frage ist nun, ob ich was falsch zusammengelötet habe oder ob das an meinem Netzteil liegt.

Achim H · Fr, 27.10.17, 20:04

Es kann sein, dass das PC-Netzteil zu wenig belastet wird.
Hast Du auch mal ein anderes 12V Netzgerät ausprobiert?

Vorwiderstand passt.
12V - 5 x 1,85V
------------------- =
0,02A

12V - 9,25V
-------------- =
0,02A

2,75V
-------- = 137,5R
0,02A

Normalerweise wird dann auf den nächst höheren, aber erhältlichen Widerstandwert aufgerundet. Da die Leds aber nicht am Maximum betrieben werden, kann man ausnahmsweise auch mal einen etwas kleineren Widerstandswert (also 137 Ohm) nehmen. Der Strom durch die Leds wird dadurch nur geringfügig größer als 20mA ausfallen.

100% / 137R x 137,5R = 100,36%
20mA x 100,36% = 20,072mA

Leistung der 40 Leds + Vorwiderstände:
20,072mA = 0,020072A
8 Stränge x 12V x 0,020072A = 1,927W

Philuminati · Fr, 27.10.17, 20:07

Ich habe leider kein anderes 12V Netzgerät. Was genau heißt, es wird zu wenig belastet?

Achim H · Fr, 27.10.17, 20:40

Was genau heißt, es wird zu wenig belastet?

Wenn Du an der Tastatur die Sleep-Taste drückst, dann wird das PC-Netzteil herunter gefahren. Es funktioniert dann nur noch die 5V Spannung.
Das gleiche passiert bei einigen Netzgeräten auch, wenn diese zu wenig belastet werden.
Damit es nicht herunterfährt, muss eine minimale erforderliche Leistung entnommen werden. Wie klein bzw. wie groß diese sein muss, weiß ich aber nicht.

Philuminati · Fr, 27.10.17, 21:00

Das Ding ist, mein PC ist an. Die komplette Hardware läuft und ich habe einfach an einem Molexstecker den 12V-Pin genutzt. Es macht doch eigentlich keinen Sinn, wenn der PC läuft, die 12V-Schiene abzuschalten, oder? Und wenn dem so wäre, wie sorge ich dafür, dass sie wieder läuft?

Achim H · Fr, 27.10.17, 22:33

Da habe ich Dich missverstanden oder nur falsch gedacht. Ich hatte angenommen, Du hättest ein separates PC-Netzteil verwendet. Also nicht das Netzgerät, welches in Deinem PC eingebaut ist, sondern ein 2. Netzgerät.

Wenn Dein PC an ist, dann müsste die 12V Spannung immer vorhanden sein.

Warum es damit nicht funktioniert, kann ich Dir per Ferndiagnose nicht sagen.
Wenn Du alles richtig angeschlossen hast (Plus an Plus, Minus an Minus), dann müsste es eigentlich auch funktionieren.

Philuminati · Fr, 27.10.17, 22:48

Der Kondensator ist schuld. Wenn ich ihn weglasse leuchten die LEDs alle hell. Er war richtig herum gepolt deshalb gehe ich davon aus, dass er entweder schon defekt geliefert wurde oder beim löten zu heiß wurde. Letzteres würde mich wundern, da er lange Beine hat und ich nicht lange dran gelötet habe. Gibt es beim Löten von Kondensatoren noch was zu beachten, was ich beim nächten mal (wieder) falsch machen könnte?

Achim H · Fr, 27.10.17, 23:25

Gibt es beim Löten von Kondensatoren noch was zu beachten, was ich beim nächten mal (wieder) falsch machen könnte?

Mir ist nichts bekannt

Außer vielleicht: die Drähte nicht sofort rechtwinklig abbiegen, sondern mit ein paar Millimeter Abstand.