Hallo erstmal,
ich bin zur Zeit dabei, eine kleine Schaltung aufzubauen. Nichts tragisches oder kompliziertes - eigentlich. Allerdings bin ich mittlerweile komplett verwirrt und würde mich freuen, mit eurer Hilfe wieder etwas mehr Durchblick zu bekommen.
Das Ziel: Eine blaue LED, die mit einer Batterie betrieben wird. Das Problem: Sie sollte möglichst 55 Stunden ohne Austausch der Batterie durchhalten.
Ist das machbar? Ich habe schon ein paar Dinge besorgt gehabt, allerdings meinte heute der nette Mann im Fachgeschäft, dass ich mit meinem Aufbau die LED etwa 2 Stunden betreiben kann...
Ich habe:
- eine blaue LED (3,6 V, 20mA)
- eine 12 V Batterie (23 A, 47 mAh)
- als Notfallalternative eine rote LED (12V, 11mA)
- Widerstand 430 Ohm
Was mich etwas verwundert ist, dass mir beim Einkauf der roten LED gesagt wurde, dass diese an der Batterie locker eine Woche im Dauerbetrieb durchhalten sollte. Da sich die Pläne geändert haben, soll das Licht mittlerweile blau sein, beim Kauf der blauen LEDs wurde mir dann erklärt, dass die blaue LED etwa zwei Stunden schafft (47 mAh / 20 mA). Aber nach dieser Rechnung dürfte die rote LED doch auch nur 4 Stunden brennen, oder?
Ich wäre sehr dankbar, wenn mir jemand weiterhelfen könnte!
Ich bin verwirrt...
Moderator: T.Hoffmann
Mit den 4 Stunden bei der roten LED hast Du natürlich recht. Genau genomen leuchtet sie schon etwas länger, da die Batteriespannung beim Entladen kleiner wird und damit auch der Strom durch die LED.
Wenn Du mit Deiner Batterie wirklich 55 Stunden erreichen willst, hast Du eigentlich nur eine Möglichkeit: Du musst den Strom auf 0,85 mA begrenzen. Hierzu nimmst Du einfach eine möglichst helle LED, z.B. Nichia 5mm LED blau 9300mcd 15° NSPB500AS, ArtNr.15409 bei leds.de. Diese LED hat bei 20 mA eine Lichtstärke von 9300 mcd. Bei 0,85 mA wären das dann immer noch ca. 450 mcd. Als Vorwiderstand nimmst Du dann 10 kOhm. Das ist zwar dann keine Taschenlampe mehr, aber immer noch recht hell, möglicherweise sogar heller als die LED, die Du im Laden gekauft hast bei 20 mA.
Jetzt würde mich nur noch interressieren, in welchem Laden Du eingekauft hast, da scheinen ja richtige Fachleute zu arbeiten.
Wenn Du mit Deiner Batterie wirklich 55 Stunden erreichen willst, hast Du eigentlich nur eine Möglichkeit: Du musst den Strom auf 0,85 mA begrenzen. Hierzu nimmst Du einfach eine möglichst helle LED, z.B. Nichia 5mm LED blau 9300mcd 15° NSPB500AS, ArtNr.15409 bei leds.de. Diese LED hat bei 20 mA eine Lichtstärke von 9300 mcd. Bei 0,85 mA wären das dann immer noch ca. 450 mcd. Als Vorwiderstand nimmst Du dann 10 kOhm. Das ist zwar dann keine Taschenlampe mehr, aber immer noch recht hell, möglicherweise sogar heller als die LED, die Du im Laden gekauft hast bei 20 mA.
Jetzt würde mich nur noch interressieren, in welchem Laden Du eingekauft hast, da scheinen ja richtige Fachleute zu arbeiten.
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Achim H
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Die Kapazität der Batterie ist mit 47mAh angegeben. Das bedeutet, dass die Batterie eine angehängte Last mit 47mA genau 1 Stunde (h = engl.: hour) lang betreiben kann. Ist der Stromverbrauch geringer, verlängert sich entsprechend die Zeit.
Kapazität / Laststrom = Zeit
mAh / mA = h
Für die rote Led: 47mAh / 11mA = 4,27h = 4,27 Stunden = 4 Stunden, 16 Minuten, 12 Sekunden.
Für die blaue Led: 47mAh / 20mA = 2,35h = 2,35 Stunden = 2 Stunden, 21 Minuten.
Die blaue Led braucht um 3,6V. Dafür hätte ein Lithium-Akku (typ. 3,6V) oder 3 Batterien a 1,5V in Reihe gereicht. Da die Batterie aber 12V liefert, müssen jetzt 8,4V vernichtet werden. Also rund 70% der verfügbaren Energie müssen weg und das ist unwirtschaftlich.
Mignonbatterien haben eine Kapazität von ungefähr 2900mAh. Das würde bei der blauen Led für eine Laufzeit von rund 145 Stunden reichen. Allerdings ist deren Spannung etwas zu niedrig, sodass man 3 Batterien in Reihe anschließen müsste. Über einen Vorwiderstand wird abschließend der Strom durch die Led eingestellt. Der Vorwiderstand vernichtet gleichzeitig die überschüssige Spannung.
Berechnung des Vorwiderstand:
(3x 1,5V - 3,6V)
------------------- =
0,02A
(4,5V - 3,6V)
--------------- =
0,02A
0,9V
------- = 45 Ohm --> nächst höhere, aber erreichbare Wert = 47 Ohm (entspricht einem Strom von 19,15mA)
0,02A
Die Kapazität der Batterie ist mit 47mAh angegeben. Das bedeutet, dass die Batterie eine angehängte Last mit 47mA genau 1 Stunde (h = engl.: hour) lang betreiben kann. Ist der Stromverbrauch geringer, verlängert sich entsprechend die Zeit.
Kapazität / Laststrom = Zeit
mAh / mA = h
Für die rote Led: 47mAh / 11mA = 4,27h = 4,27 Stunden = 4 Stunden, 16 Minuten, 12 Sekunden.
Für die blaue Led: 47mAh / 20mA = 2,35h = 2,35 Stunden = 2 Stunden, 21 Minuten.
Die blaue Led braucht um 3,6V. Dafür hätte ein Lithium-Akku (typ. 3,6V) oder 3 Batterien a 1,5V in Reihe gereicht. Da die Batterie aber 12V liefert, müssen jetzt 8,4V vernichtet werden. Also rund 70% der verfügbaren Energie müssen weg und das ist unwirtschaftlich.
Mignonbatterien haben eine Kapazität von ungefähr 2900mAh. Das würde bei der blauen Led für eine Laufzeit von rund 145 Stunden reichen. Allerdings ist deren Spannung etwas zu niedrig, sodass man 3 Batterien in Reihe anschließen müsste. Über einen Vorwiderstand wird abschließend der Strom durch die Led eingestellt. Der Vorwiderstand vernichtet gleichzeitig die überschüssige Spannung.
Berechnung des Vorwiderstand:
(3x 1,5V - 3,6V)
------------------- =
0,02A
(4,5V - 3,6V)
--------------- =
0,02A
0,9V
------- = 45 Ohm --> nächst höhere, aber erreichbare Wert = 47 Ohm (entspricht einem Strom von 19,15mA)
0,02A
Hallo!
Vielen Dank erstmal für eure Antworten, ich fühle mich schon etwas schlauer
Habe ich also doch richtig gerechnet vorhin mit den 4 Stunden bei den roten, sehr seltsam, dass mir im Laden was von "sollte locker reichen" erzählt wurde... Ich war übrigens beide Male bei Conrad, haben eigentlich einen ganz kompetenten Eindruck gemacht, aber naja...
Ganz normale Mignon-Batterien halten so lange? Das ist ja super, dann weiß ich, was ich mache
Ich habe es gerade ausprobiert, an einer 3V Batterie leuchten die LEDs auch ausreichend hell, dann könnte ich also zwei 1,5 V Batterien hintereinander schalten und daran die LED, ganz ohne Widerstand? Das ohne Vorwiderstand die Lebensdauer der LED verkürzt werden kann, habe ich bereits gelesen, aber die LEDs müssen wirklich nur diese 55 Stunden durchhalten. Falls ich da irgendwo noch einen kapitalen Denkfehler mache, weist mich bitte darauf hin Falls das nicht gut funktionieren sollte, werde ich deinen Vorschlag, Achim, so umsetzen wie du beschrieben hast.
Vielen Dank erstmal für eure Antworten, ich fühle mich schon etwas schlauer
Habe ich also doch richtig gerechnet vorhin mit den 4 Stunden bei den roten, sehr seltsam, dass mir im Laden was von "sollte locker reichen" erzählt wurde... Ich war übrigens beide Male bei Conrad, haben eigentlich einen ganz kompetenten Eindruck gemacht, aber naja...
Ganz normale Mignon-Batterien halten so lange? Das ist ja super, dann weiß ich, was ich mache
Ich habe es gerade ausprobiert, an einer 3V Batterie leuchten die LEDs auch ausreichend hell, dann könnte ich also zwei 1,5 V Batterien hintereinander schalten und daran die LED, ganz ohne Widerstand? Das ohne Vorwiderstand die Lebensdauer der LED verkürzt werden kann, habe ich bereits gelesen, aber die LEDs müssen wirklich nur diese 55 Stunden durchhalten. Falls ich da irgendwo noch einen kapitalen Denkfehler mache, weist mich bitte darauf hin Falls das nicht gut funktionieren sollte, werde ich deinen Vorschlag, Achim, so umsetzen wie du beschrieben hast.-
Achim H
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Den Widerstand darfst Du nicht einfach weglassen. Der stellt den Strom durch die Led ein.
Leds unterliegen herstellungsbedingt Toleranzen (das was im Datenblatt bzw. auf einer Produktseite angegeben ist, sind lediglich typische Werte). Die Led könnte also auch mit weniger Spannung auskommen. Gänzlich ohne Widerstand könnte sie sich aber dann mehr Strom holen als für die Led gut ist. Wie hoch der Strom durch die Led maximal sein darf, sollte auf der Produktseite eigentlich ebenfalls angegeben sein. Deshalb immer einen Widerstand einplanen und auch einbauen.
Leds unterliegen herstellungsbedingt Toleranzen (das was im Datenblatt bzw. auf einer Produktseite angegeben ist, sind lediglich typische Werte). Die Led könnte also auch mit weniger Spannung auskommen. Gänzlich ohne Widerstand könnte sie sich aber dann mehr Strom holen als für die Led gut ist. Wie hoch der Strom durch die Led maximal sein darf, sollte auf der Produktseite eigentlich ebenfalls angegeben sein. Deshalb immer einen Widerstand einplanen und auch einbauen.
Also bei Normalen Batterien und Akkus braucht man wirklich kein Widerstand da der Innenwiderstand der Batterie ausreicht, der Widerstand ist nur dazu um den Strom zu reduzieren. HIer gibts mehr Infos zum Innenwiderstand
MfG
Jay
MfG
Jay
Das ist so nicht ganz richtig. Der Innenwiderstand einer Alkali-Mangan-Mignonzelle ist kleiner 0,15 Ohm, der eines NiMH-Akkus sogar kleiner 0,08 Ohm. Mit der Strombegrenzung hat der Innenwiderstand folglich nichts zu tun.
Der Grund, warum es in den meisten Fällen funktioniert, ist die Strom-Spannungskennlinie von blauen oder auch weißen LEDs.
So wird vom Hersteller der blauen Nichia LED NSPB510AS bei einem Strom von 20 mA eine typische Durchlaßspannung von 3,2 V angegeben. Eine neue Alkali-Mangan-Batterie hat eine Leerlaufspannung von 1,6 bis 1,67 V. Die Reihenschaltung von 2 Zellen ergibt daher eine Spannung von 3,2 bis 3,34 V. Hat die LED tatsächlich eine Durchlaßspannung von 3,2 V oder mehr, funktioniert die Schaltung.
Die Sache hat nur einen Haken: die Durchlaßspannung kann auch unterhalb der typischen Spannung liegen, ich habe bei einigen blauen LEDs bei 20 mA auch schon Durchlaßspannungen von knapp unter 3 V gemessen. Betrachtet man jetzt die Strom-Spannungs-Kennlinie im Datenblatt o.a. LED auf Seite 10 und verschiebt die Kennlinie um 0,2 V nach links, sieht man, dass sich in diesem Fall ein Strom von ca. 50 mA einstellen würde. Das würde die LED im Dauerbetrieb unweigerlich zerstören.
Die einzig sichere Lösung ist die von Achim vorgeschlagene. Hier wird über einen Vorwiderstand bei einem Spannungsabfall von 1,5 V der Strom definiert auf 20 mA eingestellt. Toleranzen der LED wirken sich durch den relativ großen Vorwiderstand nicht mehr nennenswert aus.
Der Grund, warum es in den meisten Fällen funktioniert, ist die Strom-Spannungskennlinie von blauen oder auch weißen LEDs.
So wird vom Hersteller der blauen Nichia LED NSPB510AS bei einem Strom von 20 mA eine typische Durchlaßspannung von 3,2 V angegeben. Eine neue Alkali-Mangan-Batterie hat eine Leerlaufspannung von 1,6 bis 1,67 V. Die Reihenschaltung von 2 Zellen ergibt daher eine Spannung von 3,2 bis 3,34 V. Hat die LED tatsächlich eine Durchlaßspannung von 3,2 V oder mehr, funktioniert die Schaltung.
Die Sache hat nur einen Haken: die Durchlaßspannung kann auch unterhalb der typischen Spannung liegen, ich habe bei einigen blauen LEDs bei 20 mA auch schon Durchlaßspannungen von knapp unter 3 V gemessen. Betrachtet man jetzt die Strom-Spannungs-Kennlinie im Datenblatt o.a. LED auf Seite 10 und verschiebt die Kennlinie um 0,2 V nach links, sieht man, dass sich in diesem Fall ein Strom von ca. 50 mA einstellen würde. Das würde die LED im Dauerbetrieb unweigerlich zerstören.
Die einzig sichere Lösung ist die von Achim vorgeschlagene. Hier wird über einen Vorwiderstand bei einem Spannungsabfall von 1,5 V der Strom definiert auf 20 mA eingestellt. Toleranzen der LED wirken sich durch den relativ großen Vorwiderstand nicht mehr nennenswert aus.