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Thema:  LEDs und SMDs im Tamiya Leo 2 |
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01.08.2013, 20:58 Uhr
  florisimo
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Hallo Zusammen,
leider bin ich mit dem Beleuchtungs-Thema immer noch nicht weiter gekommen.
Ich habe mein Tamiya Leo2 Modell bereits mit SMDs (3,5V / 25mA im Tarnlicht, Begrenzungsleuchten und den Scheinwerfern)bestückt. Heute habe ich an den LEDs der original LED-Platinen von Tamiya Spannungen von 3,04 bis 3,21 V heraus gemessen.
Bedeutet das nun das ich die verwendeten SMDs überhaupt nicht betreiben kann?
Da man immer wieder ließt, dass eine LED Reihenschaltung besser als eine Parallelschaltung (weil: effizienter, gleiche Helligkeit der LEDs...) ist, wollte ich diese auch anwenden. Dies ist doch aber mit den vorhandenen Betriebsspannungen überhaupt nicht möglich?
Also muss es vermutlich eine Parallelschaltung werden? Und was für ein Vorwiderstand muss dann noch verwendet werden?
Sorry für die vielen Fragen
MFG
Flo
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02.08.2013, 02:02 Uhr
Oldchap
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Hallo Flo,
das ist doch ganz einfach: wenn so eine LED 25 mA frißt, brauchst Du für jedes Volt, das "vernichtet" werden muß, 40 Ohm an Widerstand. Jetzt kannst Du doch spielend leicht ausrechnen, daß Du z.B. für einen Betrieb direkt an einem 7,2 V - Akku mit Deinen 3,5 V - LEDs 3,7 V vernichten müßtest und deshalb in diesem Beispiel vor jede LED 150 Ohm vorschalten müßtest. Dann sind die Dinger völlig unabhängig voneinander.
Ist dagegen wie bei Deinem Beispiel die verfügbare Spannung kleiner als der Bedarf der LED (3,21 zu 3,5 V), brennt die LED zu dunkel oder gar nicht mehr. Also würde ich diese LED-Platinen vergessen und die LEDs mit den jeweils errechneten Vorwiderständen direkt vom Akku betreiben.
Zur Frage der Schaltung: LEDs leben i.w. vom Strom, nicht von der Spannung. Im Klartext: ich nehme die vorhandene Spannung (sagen wir als Beispiel mal 10 V) und gucke zuerst, wieviele LEDs da "reinpassen" würden. Eine normale LED braucht so 2,3 - 3 V, je nach Farbe. Nehmen wir an, ich hätte rote LEDs (2,5 V), dann schalte ich 4 davon hintereinander (vorausgesetzt natürlich, ich kann die alle brauchen) und bin fertig, weil ich damit genau auf 10 V komme. Habe ich grüne LEDs (2,9 V), nehme ich 3 Stück und komme damit auf 8,7 V. Also fehlen noch 1,3 V auf die 10 V, und ich brauche noch einen gemeinsamen Vorwiderstand von 50 Ohm, und fertig ist die Laube, äh, Schaltung! 
Aus den genannten Gründen empfiehlt sich eine Parallelschaltung von LEDs nicht, schon gar nicht dann, wenn verschiedene Farben benötigt werden. Außerdem isses auch vom Stromverbrauch her ökonomischer, die Vorwiderstände so gering wie möglich zu halten. In meinem Beispiel brauchen die 4 roten LEDs zusammen gerade mal soviel Energie wie eine einzige davon bräuchte, weil man der einen passenden Vorwiderstand (300 Ohm) vorschalten müßte, der 3/4 der nötigen Energie "vernichten" (= in Wärme umwandeln) würde.
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Viele Grüße
Gerhard
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Tamiya-Leo 1:16, Bigtanks-Köti 1:6, Hermann-Porsche-Köti 1:6
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02.08.2013, 07:39 Uhr
schreiber
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Danke Gerhard,
auch wenn ich nicht der Fragensteller bin, aber so Erinnerungen/Hinweise zur E-Technik (auch wenns "offensichtliche" sind  ) nehme ich immer gerne an, war schon früher nicht meine Paradedisziplin...
grüßen
Micha
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Und ob ich schon wandere im finsteren Tal fürchte ich kein Unglück, denn ich trage einen dicken Knüppel und ich bin die fieseste Mistsau im ganzenTal!
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02.08.2013, 08:35 Uhr
Doomgiver
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Hallo,
auch wenn es sonst nicht meine Art ist, hier muss ich mal ganz strammes VETO einlegen, was die Idee "4 LEDs in Reihe und keinen Vorwiderstand". Wenn da nur wenige Zehntel-Volt mehr drauf sind, geht der Strom voll durch die Decke und die Das hält genau zwei Sekunden, dann sind sie LEDs Schrott! Ist hier die (in diesem Fall) unangenehme Eigenschaft von Halbleiterelementen, die ab einer gewissen Spannung schlagartig "aufmachen". Ohmsche Verbraucher wie Lampen sind da wesentlich toleranter.
1. Die 10V sind NIEMALS genau 10V. Ein voller 12V-NiMh hat über 14,4V, leer knapp unter 12V. Da ist also schon eine gewissen Spreizung.
2. Prinzipiell bin ich auch ein Anhänger der Reihenschaltung zwecks besserer Leistungsausbeute. Aber nur bsi zu gewissen Grenzen. Kleines Rechenbeispiel...
Wir nehmen einen vollen 12V-Akku mit max. 14,4V, das ist die Auslegungsgrundlage. Rote LEDs haben so ca. 1,8V-2,0V (da geht es schon los mit der Spreizung!). Das würde ca. 7 LEDs mit durchschnittlich 1,9V entsprechen. Bleiben noch 1,1V übrig. Macht bei 20mA einen 56Ohm-Widerstand.
Wenn jetzt die Akkuspannung sinkt, sinkt aber auch die Spannung an den LEDs überproportional, d.h. sie werden sehr viel leuchtschwächer. Ist in diesem Fall eher hypothetisch, zwischen 15-20mA ist meines Erachtens kein großartiger Unterschied zu erkennen. Aber bei einer Restspannugn von ca. 1,7V kann es schon sein, dass die gar nicht mehr leuchten.
Als gute Auslegungsgrundlage hat sich folgendes Verhältnis bei mir bewährt: (Vmax / Vled) - 1. Bei zwei weißen Leds an einer 7,2V-Akku lass ich das aber auch mal links liegen, da ich die dann normalerweise auf 18-20mA einstelle. Das ergibt noch einen genügend großen Vorwiderstand, der die Spannungsdifferenzen quasi "ausgleicht" (wüsste nicht, wie man das anders ausdrücken soll). So bleibt die Leuchtkraft der LEDs über die komplette Akkuspannung fast gleich, da muss man schon genau hinschauen.
Heiko
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02.08.2013, 10:30 Uhr
TOM
MAN Kippa Määähn
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Hi
Eine andere Möglichkeit wären Konstantstromquellen (KSO), passend zur LED.
Ich hab die genauen Werte nicht im Kopf, aber jede LED-Farbe hat ne andere Spannung und zum Teil auch nen anderen Strom.
Dann gibts auch unterschiedliche KSO, step down und step up.
Unterschied:
step down: KSO regelt die LED nur innerhalb der Spannung. also 7,2 - 3 Volt
step up: KSO regelt die LEDs (dann in jedem Fall mehrere in Reihe) mit dem korrekten Strom auch oberhalb der Eingangsspannung Beispiel: 7 x 3,3Volt LED = 23,1 Volt bei 350 mA - und das an 12 Volt Eingangsspannung.
Soviel zu den Fakten.
zugegeben: Interessant/Pflicht sind KSO vor allem bei Highpower-LED mit 1, 3 und mehr Watt je LED.
Ich hatte mich die letzten Monate damit intensiver beschäftigt, da ich mal fürs Offroad-Fahren 2 neue LED-Fernscheinwerfer gebaut habe.... 
Wollte gern auch nachts/abends "Tageslicht" vorm Auto.....
Tom
--
AFV-MODEL GmbH
Scalemodels & Spareparts
http://www.afv-model.com
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02.08.2013, 12:30 Uhr
Norbert
Puppenspieler
[Administrator]
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quote:
Original von TOM:
Ich hatte mich die letzten Monate damit intensiver beschäftigt, da ich mal fürs Offroad-Fahren 2 neue LED-Fernscheinwerfer gebaut habe....
Wollte gern auch nachts/abends "Tageslicht" vorm Auto.....
Tom
Hast dafür auch ne E-Zulassung
Gruß Norbert
--
http://www.panzerfan.de
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02.08.2013, 12:53 Uhr
TOM
MAN Kippa Määähn
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@ Nobse - wozu?? Die "Teile" kommen nur im Offroad-Gelände drann... im Strassenverkehr sind die nicht drauf....
Keene Panik Herr Platzwart!
Tom
--
AFV-MODEL GmbH
Scalemodels & Spareparts
http://www.afv-model.com
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02.08.2013, 14:57 Uhr
florisimo
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Hallo Gerhard, Micha, Heiko und Tom!
Erstmal vielen Dank für eure Antworten!
Für mich als Elektrik-Laie wirft der direkte Anschluß an den 7,2 V Akku schon wieder neue Rätzel auf. Wie funktioniert denn die DMD Ansteuerung wenn ich die Beleuchtung zusätzlich an einen Akku hänge?
Ich hatte mir Mühe gegeben die SMDs und LEDs sauber zu verbauen und wollte diese direkt an die Platinen von Tamiya, anstelle der vorhandenen LEDs, anschließen (...also Tamiya LED entfernen und jeweils zwei in Reihe geschaltete und gleichfarbige SMDs bzw. LEDs ran).So wie schon häufiger beschrieben.
z.B. hier:
http://www.rcpanzer.de/apboard/thread.php?id=21617&start=1&seite=1#11
http://www.rcpanzer.de/apboard/thread.php?id=20778&start=16&seite=2#23
Mit der Reihenschaltung reicht der Strom ja nicht für meine LEDs aus. Also bleibt hier nur die Parallelschaltung mit einem ganz geringen Vorwiderstand (vielleicht 1 bis 10 Ohm). Verunsichert bin ich aber durch Texte wie diesen, die ganz klar gegen eine Parallelschaltung sprechen:
http://www.elektronik-tipps.de/archiv/leds-in-reihe-oder-parallel-schalten/
hier mal ein Bild von den verbauten SMDs in den Frontscheinwerfern:
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02.08.2013, 16:06 Uhr
Oldchap
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Hallo Heiko, hallo Kollegen,
da habe ich mit den 10 V in der Tat ein etwas unglückliches Beispiel erwischt, denn ich bin von einer festen Spannung ausgegangen, um die Berechnung der Vorwiderstände eingängiger zu machen (10 V - Akkus gibts ja zum Glück auch nicht.... ). Das liegt auch ein bissel daran, daß ich in meinen Panzern nur feste, über DC-Wandler erzeugte Hilfsspannungen verwende.
Du hast recht, selbst moderne Standard-LEDs vertragen nur maximal um die 5-10 % Spannungsschwankungen, weil dabei im Durchlaßbereich schon Stromschwankungen von 1:5 auftreten können. Gerade mal nachgemessen: eine rote Hipower-Standard-LED im 5 mm - Gehäuse:
1,60 V = 0,5 mA = Leuchtbeginn (funzelig!)
1,83 V = 6 mA = bereits gute Helligkeit
1,93 V = 20 mA = Nennstrom dieser LED
2,00 V = 40 mA = deutliche Überlastung
Dabei ist die LED optisch kaum heller als bei 20 mA; die Lebensdauer sinkt aber auf 5 % des Nennwerts von ehemals 25.000 bis 100.000 Stunden.
Man sieht also, es sind nur 0,4 V Differenz von Leuchtbeginn bis zur Überlastung und sogar nur 0,17 V Differenz pro Diode zwischen akzeptabler Helligkeit und notfallmäßiger 100%-Überlastung! Ein 6-Zeller NiMH hat dagegen zwischen 6,0 V (ausgelutscht, noch unter Last) und 9,0 V (Ladeabschaltung Schnelladung); das sind maximal 3 V Differenz, auch wenn die in der Praxis eher selten vorkommen.
Fazit: direkt am realen Akku sollte bei LEDs immer mit Vorwiderstand gearbeitet werden. Dabei sollten zum Schutz der LEDs nur so viele in Reihe geschaltet werden, daß der dann noch nötige Vorwiderstand mindestens 20 % der Gesamtspannung vernichten muß. Nehmen wir wieder einen realen 6-Zeller NiMH mit den genannten Grenzspannungen 6 und 9 V, würde ich maximal 3 der obigen LEDs in Reihe schalten. Das ergibt eine Summen-Nennspannung von 3 x 1,93 V = 5,79 V. Zu den 7,20 V Nennspannung des Akkus fehlen 1,41 V, die bei 20 mA zu vernichten sind, also rund 20 %. Dafür brauchen wir 70 Ohm. Bei "Akku-leer" (6 V) fließen dann noch knapp 6 mA und die LEDs leuchten immer noch akzeptabel. Beim anderen Extrem mit 9 V fließen die genannten 40 mA, was hier aber nicht so schlimm ist, denn 9 V hat der 6-Zeller eigentlich nur, solange er am Ladegerät hängt. Diese Spannung fällt nach dem Abklemmen des Ladegeräts selbst ohne Last relativ schnell auf ungefährliche 8,4 V ab; bei Last werden blitzschnell unter 8 V erreicht.
Die Spannungs-Stromverhältnisse bei Halbleitern sind leider nicht linear, also halbe Spannung ergibt längst nicht halben Strom. Daher ist bei unklaren Verhältnissen doch eher Messen angesagt. Nur bei klaren Verhältnissen (feste Spannung, bekannte LED-Daten) klappt die einfache Rechnung.
Aber so viel hatte ich eigentlich gar nicht schreiben wollen......... 
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Viele Grüße
Gerhard
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Tamiya-Leo 1:16, Bigtanks-Köti 1:6, Hermann-Porsche-Köti 1:6
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10.08.2013, 17:43 Uhr
OffRoad-GTI
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quote:
Nehmen wir an, ich hätte rote LEDs (2,5 V), dann schalte ich 4 davon hintereinander (vorausgesetzt natürlich, ich kann die alle brauchen) und bin fertig, weil ich damit genau auf 10 V komme.
Das ist so nicht richtig. Du sagtest ja schon, dass die LED "vom Strom lebt".
LEDs haben (wie alle anderen Dioden auch) zunächst mal eine Parameterstreuung und einen negativen Temperaturkoeffizienten. Will heißen wenn sie wärmer werden, sinkt die Durchlassspannung. Wenn du sie so betreiben würdest, wäre ihnen ein kurzes Leben garantiert.
Eine gute Praxis ist es, den Widerstand so zu dimensionieren, dass an ihm noch etwa 1/4 der Versorgungsspannung abfallen. Dann kann die damit generierte Konstantstromquelle auch den Temperaturkoeffizienten ausgleichen.
Ein Beispiel, wie es NICHT gemacht werden sollte: 3 weiße LEDs a 3,3V@20mA (wohlgemerkt die idealisierte Nennspannung) an 10V Versorgungsspannung.
Rechnerich müsste dann ein 5Ohm Widerstand eingesetzt werden. Jetzt werden die LEDs aber wärmer und die Durchlassspannung sinkt auf bspw. 3,25V. (was eigentlich nicht der Rede wert sein sollte...)
...ist es aber doch, da der Strom nun schon auf: I=(10V-3*3,25V)/5Ohm=50mA steigt. Es wird also mehr als die doppelte Verlustleistung in ihnen umgesetzt, wodurch sie sich noch mehr erwärmen usw.
Wird hingegen "richtig" dimensioniert, in diesem Fall also 2 LEDs mit einem R=(10V-2*3,3V)/20mA=170Ohm Widerstand, steigt der Strom bei Verringerung der Durchlassspannung auf 3,25V nur auf 20,6mA
Und dies ist nun wirklich nicht der Rede wert.
Parallel geschaltet werden LEDs ohne eigenen Widerstand übrigens NIE.
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11.08.2013, 00:56 Uhr
Oldchap
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Ok, man kann's auch wirklich kompliziert machen! In der Theorie ist das alles richtig, und es gibt keinen Zweifel daran, daß die beste Stromversorgung einer LED eine Konstantstromquelle ist. Leider hat die kaum ein Modellbauer! Dafür kann man es sich im Modellbau zum Glück leisten, die LEDs einerseits mit deutlichem Unterstrom zu betreiben, sie andererseits aber auch mal heftig zu überlasten; siehe meinen 2. Beitrag dazu! Damit sinkt die theoretisch maximale Lebensdauer von 100.000 Stunden auf 20.000, 10.000 oder meinetwegen auch 5.000 Stunden ab. OK; was solls? Das reicht doch immer noch locker ein ganzes Modell-Leben lang! Also würde ich mir diese Sorgen wirklich nicht machen!
Selbst die Hersteller der Hipower-LEDs (1 W, 3 W, 5 W) erlauben einen Spitzenstrom, der bis zur doppelten Höhe des Nennstroms geht (und wir reden da von 1,4 A). Das haben die LED-Taschenlampenfabrikanten aus Fernost erkannt und fertigen inzwischen einfachste Schaltungen für den Batteriebetrieb, ohne sich groß darum zu kümmern, wie die genauen Stromverhältnisse bei Erwärmung der LED in der kleinen Taschenlampe liegen. Was die sich da an ruppigem Umgang mit den 5 € - LEDs leisten, können wir uns mit unseren 20 ct-LEDs längst auch leisten!
Daher bleibe ich im Modellbereich sozusagen auf dem Teppich, messe notfalls die Durchlaßspannung der kalten LED bei 90% Nennstrom und berechne den Vorwiderstand auch einer Reihenschaltung schlicht "temperaturunabhängig". Daß der Vorwiderstand 20 % oder meinetwegen 25 % der Gesamtspannung vernichten sollte, hatte ich in meinem Korrekturbeitrag ja schon geschrieben. Zu noch mehr Rücksichtnahme auf die Befindlichkeiten der kleinen Leuchtdinger lasse ich mich aber nicht hinreißen.......
Aber zugegeben; bei meinen über 20 € / Stück teuren COB-LEDs verfahre ich deutlichst anders! Da lohnt sich dann der Aufwand für die Konstantstromquelle samt Überstromschutz auch wirklich! Hier reden wir aber auch von Betriebsspannungen bis zu 80 Volt. Da muß man sowieso basteln, und dann kann man das auch gleich ganz richtig machen!
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Viele Grüße
Gerhard
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Tamiya-Leo 1:16, Bigtanks-Köti 1:6, Hermann-Porsche-Köti 1:6
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