Beleuchtung mit SMD-LEDs

 

Manchmal muss einfach Licht an das Modell….

Das kann man am besten mit SMD-LEDs bewerkstelligen. Die LEDs gibt es in unterschiedlichen Bauformen, Größen und Farben. Zuerst muss die Größe der LED ausgewählt werden. Alle SMD Bauelemente, auch die SMD LEDs, werden in bestimmten Bauformen angeboten. Die Codezeichnung dieser Bauformen gibt es entweder im Zoll-Code oder im metrischen Code. Hier ein kleine Übersicht im Zoll-Code mit der entsprechenden Größe der LED :

 

Zoll-Code

Länge / mm

Breite / mm

     

0603

1,6

0,8

0805

2,0

1,2

1206

3,2

1,6

 

Eine Leuchtdiode muss mit einem Vorwiderstand betrieben werden. Dieser Vorwiderstand dient dazu den Strom durch die LED zu begrenzen und die richtige Durchlassspannung einzustellen. Die Durchlassspannung hängt von der Farbe der LED ab.

 

Farbe

Typische Flussspannung (V) [Durchlassspannung]

   

Rot

2,1

Gelb

2,1

Grün

2,2

Blau

3,3 – 3,6

Weiß

3,3 – 3,6

Orange

1,8

 

Grundsätzlich kann für die LED ein Strom von 20 mA angenommen werden. Damit hat man alle Werte für die Berechnung des Vorwiderstandes beisammen. Was jetzt noch fehlt ist die Batteriespannung mit der die Schaltung betrieben werden soll und wie die LEDs zusammen geschaltet werden sollen.

Fangen wir mit einem einfachen Beispiel an. Eine LED an einer Spannungsquelle mit 6 Volt Ausgangsspannung. Die LED hat die Farbe WEISS. Siehe dazu Schaltung 1.

 

 

Berechnungsformel für den Vorwiderstand :

 

 

RV       = Vorwiderstand in Ohm

VCC     = Betriebsspannung in Volt

ULED    = Durchlassspannung der LED in Volt

ILED     = Strom durch die LED in Ampere

 

Werden jetzt die uns bekannten Werte eingesetzt, ergibt sich die folgende Formel:

 

Jetzt muss nur noch der passende Widerstand aus der Normreihe gewählt werden. Findet man keinen genau passenden Widerstand, wird der nächst größere aus der Normreihe genommen.

 

Im zweiten Beispiel (Schaltung 2) sehen wir eine Reihenschaltung von zwei LEDs. Die Eingangsspannung muss mindestens so groß sein wie die addierte Durchlassspannung der beiden LEDs. Da es sich um eine Reihenschaltung handelt, ist der Strom gleich groß (0,02 A).

 

Für den Vorwiderstand in der Schaltung 2 ergibt sich somit folgender Wert:

 

Nachteil dieser Schaltung: Ist eine der beiden LEDs defekt, ist der Stromkreis unterbrochen, keine der LEDs leuchtet mehr.

Vorteil der Schaltung: Nur ein kleiner Teil der Spannung wird in Verlustleistung im Widerstand umgesetzt.

 

Im dritten Beispiel werden zwei LEDs parallel geschaltet. Die Spannung über den LEDs bleibt gleich, dafür verdoppelt sich der Strom (0,02 A + 0,02 A = 0,04 A)

 

Für den Vorwiderstand in der Schaltung 3 ergibt sich somit folgender Wert:

 

Bei allen Schaltungskombinationen muss die max. Verlustleistung des Vorwiderstandes beachtet werden. Wird diese zu klein gewählt, kann es zum durchbrennen des Vorwiderstandes kommen. Dies kann bei der Parallelschaltung von mehreren LEDs geschehen. Berechnung der Verlustleistung:

 

P = U * I = 2,7 V * 0,04 A = 0,108 Watt

 

U = Spannung die über dem Vorwiderstand abfällt

I = Strom der durch den Vorwiderstand fließt

 

Mit diesen Beispielen kann man nun alle möglichen Kombinationen berechnen. Die Variablen sind hierbei die Versorgungsspannung, die Anzahl und die Farbe der LEDs und die Art der Verschaltung der LEDs.