LED Strip CV Vorwiederstandberechnung .. Volt-Amp vs. Temp

Schaltungen, Widerstände, Spannung, Strom, ...

Moderator: T.Hoffmann

LED Strip CV Vorwiederstandberechnung .. Volt-Amp vs. Temp

Beitrag am Mo, 06.08.18, 16:23 (0 Bewertungen, 30 Sterne)

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Hallo!

Klasse Forum .. habe hier in den letzten Wochen schon so einiges nützliches lesen können! Thumbs Up für die/den Betreiber :)

Nun .. habe ich aber nach vielen verstehen doch noch ein paar kleine Fragen, wo ich aktuell nicht mehr richtig weiter komme. Wäre klasse, wenn mir hier einer der Experten mit Rat zur Seite stehen würde, Danke!

Es geht um einen LED Strip (flex. oder fest spielt erstmal keine Rolle:))

Länge 1000mm
Breite 15mm
120 Led (8 in Reihe / 15 parallel)
Spannung: 24V DC

Bei den LED Typen handelt es sich um Samsung lm301b (2.6 - 2.7V / max 200mA) und Everlight XI3030 deep red (2.1 - 2.7V / max 200mA)

Von den Werten passen beide Chipsets bei 2.7V und 150mA zusammen. Diese werden in Serie in einem 8´ter Segment oder Cluster betrieben. Das ganze dann 15 mal parallel hintereinander geschaltet. Es sollen pro Segment 7 x lm301b und 1 x XI3030 verbaut werden.

8 x 2.7V = 21.6V (150mA)

Es wäre jetzt natürlich einfach den Strip mit einem 24V DC Constant Current Driver zu betreiben .. aber es geht darum den Strip mit Constant Voltage zu nutzen.

Lt. berechnung bräuchte ich somit für jedes Segment/Cluster einen 18Ohm Vorwiederstand. (?)
(Daten: 24V (fixed), 120 led a 2.7V, 150mA)

Mein eigendliches Problem ergibt sich bei der Berechnung des nötigen Vorwiederstand. Vielleicht ist es auch einfach nur ein Denkproblem, Unwissenheit oder was auch immer ;)

Ich habe 3 verschiedene Leistungsdaten der gleichen LED exemplarisch rausgenommen. 30C als Start Temp., 60C als Mittelwert und 80-85C die der Strip unter Volllast und Kühlkörper erreichen wird.

If: 93mA
Temp: 30C
2.7V

If: 122mA
Temp: 60C
2.7V

If: 150mA
Temp: 85C
2.7V

Frage: Die Stromstärke (mA) und die Spannung (V) sind ja voneinander abhängig. Die gewünschten 2.7V bei 150mA werden lt. "Forward Current Characteristics" bei einer Temp. von 80-85C erreicht. Kann ich den Vorwiederstand auch mit diesen Werten berechnen? Wie verhält sich das ganze dann beim Einschalten, da werden dann ja bei 30C und 2.7V nur 93mA gezogen. (Lt. LED Rechner Samsung wären es bei 30C: 150mA, 2.79V)
Es geht darum das dass Netzteil konstant 24V liefert aber die LED ja bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Spannungen und Verbräuche haben.

Ich hoffe jemand versteht mein Problem und kann mir ein wenig auf die "Sprünge" helfen!

Vielen Dank im voraus und LG!
Jens
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301b_current-vs-temp.jpg
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XI3030
 
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Re: LED Strip CV Vorwiederstandberechnung .. Volt-Amp vs. Te

Beitrag am Mo, 06.08.18, 21:24 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Die Samsung LM301B gibt es in 3 Varianten.
CRI: 70, 80 oder 90.
Welche Version wolltest Du verwenden?

Für jede Version gibt es ein separates Datenblatt.

Die Vorwärtsspannung bei 150mA liegt höher als bei 65mA (bei diesem Strom wurde die Led vermessen)
siehe den Graphen: Forward Current vs. Forward Voltage
CRI 70 --> im entsprechenden Datenbatt auf Seite 13: ca. 2,85V @ 150mA.
CRI 80 --> im entsprechenden Datenbatt auf Seite 14: ca. 2,85V @ 150mA.
CRI 90 --> im entsprechenden Datenbatt auf Seite 13: ca. 2,81V @ 150mA.

Die Vorwärtsspannung der Everlight XI3030 (vollständig: XI3030P/D3C-P4575S1S621271Z15/2N) ist auf Seite 10 des Datenblattes mit 2,5V @ 150mA angegeben.

Summenspannung @ 150mA @ 80-85°C: 22,45V
7x Samsung
1x Everlight

Ich habe 3 verschiedene Leistungsdaten der gleichen LED exemplarisch rausgenommen. 30C als Start Temp., 60C als Mittelwert und 80-85C die der Strip unter Volllast und Kühlkörper erreichen wird.

Du hast Murks gerechnet.
Die Vorwärtsspannung ist abhängig vom Strom. Die Vorwärtsspannung ändert sich aber (wird geringer) mit Betriebswärme der Led.
Man muss schon ins Datenblatt reinschauen, noch besser: die Led bei verschiedenen Strömen und Temperaturen selber ausmessen.

2,7V @ 150mA @ 80-85°C sind definitiv nicht möglich.
Siehe die Graphen: Forward Voltage vs. Junction Temperature (XI3030P),
Relative Forward Voltage vs. Temperature (LM301B).

Ob die Leds 80-85°C heiß werden können, ist nur eine Frage der Kühlung.

Faustformel: wenn es Dir zu heiß ist, ist es für die Led auch zu heiß.
Empfehlenswert ist eine Kühlkörpertemperatur (TK) bis max. 70°C --> ab ungefähr 70°C verbrennt man sich die Finger.

Es wäre jetzt natürlich einfach den Strip mit einem 24V DC Constant Current Driver zu betreiben

Übersetzung: Constant Current = Konstantstrom.
An einer Konstantstromquelle ist die Spannung niemals konstant, sondern der Strom.
An einer Konstantspannungsquelle ist der Strom niemals konstant, sondern die Spannung.

Lt. berechnung bräuchte ich somit für jedes Segment/Cluster einen 18Ohm Vorwiederstand. (?)
(Daten: 24V (fixed), 120 led a 2.7V, 150mA)

Ein Cluster besteht nur aus 8 Leds in Reihe.

Vorwiderstand @ 80-85°C:
24V - Summenspannung
------------------------------- = Vorwiderstand [in Ohm]
0,15A

24V - 22,45V = 1,55V
1,55V / 0,15A = 10,333 Ohm -->

Bei 10 Ohm würde der Strom auf ca. 0,155A = ca. 155mA ansteigen.

Beste Möglichkeit: 18 Ohm + 24 Ohm parallel = 10,286 Ohm.
Metallschichtwiderstände verwenden. Diese haben eine enge Toleranz (typ.: 1%).
18R = E12-Reihe.
24R = E24-Reihe.

Genaueste Möglichkeit (bei Elpro erhältlich): 20,5 Ohm + 21 Ohm parallel = 10,373 Ohm.
20,5R = E96-Reihe.
21R = E48 Reihe.
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Achim H
 
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Re: LED Strip CV Vorwiederstandberechnung .. Volt-Amp vs. Te

Beitrag am Di, 07.08.18, 20:56 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Hallo Achim,

erst einmal vielen Dank für Deine ausführliche Antwort!
Sorry auch für das viele "Denglisch" und die falsche verwendung von Begriffen wie "Cluster" :) Bin halt kein Profi wie Ihr...Danke für die Nachsicht ;)

Ich möchte folg. Version des LM301B benutzen: 4000K, CRI80, Binning: AY, SL

CCT 4000 K
CRI 80
VF AY (2.6-2.7)
Flux SL (38-40)
IF_Typ. (Sorting) 0.065 A
IF_Max. 0.2 A
Tj_Typ. (Sorting) 25.0 °C
Tj_Max. 125.0 °C

Ich kenne die Datenblätter zu den CRI80 und 90 Versionen. Mir ist aber auch soweit klar das im Forward Current vs. Forward Voltage Graphen dort nur eine Version des Chipsets exemplarisch dargestellt werden kann :)

Damit man es genauer hat gibt es bei Samsung zum Glück deren "LED Rechner":
https://www.samsung.com/led/support/too ... alculator/

---

Bzgl. des Everlight Chip .. mir ist die Unstimmigkeit zu den If Graphen und Spannungswerten (2.1 -2.7V) aufgefallen und ich habe heute mit einem Everlight Mitarbeiter sprechen können, der ein "Support Ticket" für diese Frage eröffnet hat.
Zudem wurde mir aber auch berichtet das die Liefersituation z.Zt "extrem bescheiden" ist und sich auch so schnell nicht ändern. Ich möchte daher anstatt des XI3030 auf meine zweite Option ausweichen eine 3030 Serie LED mit einem 660nm peak und 150mA bei 2.4V. Der Hersteller hat bei dem entsprechenden Binning 150mA bei 2.4V bestätigt. Das Datenblatt bekomme ich leider erst in den nächsten Tagen :(

Die Summenspannung wäre dann:
Samsung .. 7 x 2,7 = 18,9V
3030 Red .. 1 x 2,4 = 2,4V
Summe: 21,3V

24V - 21,3V = 2,7V
2,7V : 0,15A = 18Ohm

---

Bzgl. der max. "Hitze Faustformel" hast Du ja grundlegend schon recht .. aber die 561c und 301a/b sind schon extremst belastbar! Ich habe beide Chipsets monatelang im Betrieb unter fast 200mA und extremen Temperaturen jenseits der 90C gesehen! Ich denke 70-85C @150mA im Dauerbetrieb sind machbar und haltbar! :)

Noch einmal vielen Dank für Deine Hilfen!

Viele Grüße,
Jens

PS: Meine ursprüngliche Frage ging eher darum .. bei welchen Temperaturen (anschalt, last, etc.) ich die Werte für die Berechnung des Vorwiederstandes ermitteln soll? Aber das hat sich jetzt von alleine ergeben! :)
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Re: LED Strip CV Vorwiederstandberechnung .. Volt-Amp vs. Te

Beitrag am Mi, 08.08.18, 01:12 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Bezüglich der LM301B.
Die Vorwärtsspannung von 2,7V wurde für einen Strom von 65mA ermittelt.
Bei 150mA liegt diese Spannung höher.

Der von Dir ausgerechnete Widerstand (18 Ohm) wurde aufgrund falscher Spannungen und Ströme ausgerechnet.
Das ist aber nicht schlimm, da der von Dir ausgerechnete Widerstandswert höher als mein ausgerechneter Widerstandswert ist.
Im ungünstigsten Fall bekommen die Leds einen geringeren Strom als ausgerechnet und leuchten dadurch nicht ganz so hell.

Wenn Du es genauer haben willst, musst Du dir aus 2 Bauteilen eine Konstantstromquelle bauen:
LM317_Konstantstromquelle.png
LM317_Konstantstromquelle.png (5.53 KIB) 419-mal betrachtet

1,25V / 0,15A = 8,333 Ohm.

8,2 Ohm ist ein gängiger Wert:
Rückrechnung: 1,25V / 8,2R = 0,1524A = 152,4mA.

Wenn Du es ganauer haben willst, musst Du 2 oder mehr Widerstände parallel oder in Reihe schalten.
16R + 17,4R parallel = 8,335R.
3R + 3R + 2,4R in Reihe = 8,4R.

Nach ca. 0,5 Stunden kannst Du dann mit einem Messgerät die Spannung der Led messen.
der rote Prüfstift an die Anode,
der schwarze Prüfstift an die Kathode.
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