Strombegrenzungswiderstand: LED-Systeme mit passender Spannungsversorgung

Erstellt: September 20, 2017
Aktualisiert am: December 11, 2020

 Worried man at his laptop

Besorgter Mann am Laptop

Die meisten meiner Freunde im Ingenieurwesen haben einen recht ausgewogenen Lebensstil. Es gibt jedoch auch Ingenieure, die richtige Workaholics sind. Sie arbeiten rund um die Uhr und sind ständig gestresst. Ihr Lebensstil unterscheidet sich nicht so sehr von dem einer LED, die direkt an ein Netzteil ohne oder mit einem falschen Strombegrenzungswiderstand angeschlossen ist. Sie beginnen stark, fangen dann aber an zu flackern und brennen schließlich aus.

In der Architekturbranche ist es üblich, Leuchtdioden (LEDs) in Modellen zu verwenden. Mir ist jedoch aufgefallen, dass LEDs immer häufiger direkt an das Netzteil angeschlossen werden, ohne einen Strombegrenzungswiderstand. Zwar sind diese LEDs zunächst funktionsfähig, da die Spannung des Netzteils so eingestellt ist, dass sie mit der LED übereinstimmt, jedoch ist dies nicht sinnvoll, wenn Sie möchten, dass Ihre LEDs die auf der Platine angegebene Lebensdauer erreichen.

So funktioniert eine LED

Eine LED ist ein Halbleiterbauelement, das aus einer Verbindung aus P-Typ-Silizium und N-Typ-Silizium besteht, ähnlich wie eine Diode. P-Typ-Halbleiter haben eine höhere Konzentration positiver "Löcher" als Elektronen, und N-Typ-Halbleiter haben eine höhere Konzentration an Elektronen.

Eine typische Diode lässt den Stromfluss nur in eine Richtung zu. Eine Vorwärtsvorspannung wird an die LED angelegt, indem das P-Typ-Silizium mit dem positiven Anschluss eines Netzteils und das N-Typ-Silizium mit der Masse verbunden wird. Wenn die Vorwärtsspannung die Schwellenspannung des P-N-Übergangs überschreitet, beginnt der Strom zu fließen. Der Spannungsabfall an einer LED entspricht immer der Vorwärtsspannung der LED. Sie liegt je nach Farbe und Typ der LED zwischen 1,8V und 3,3V.

Wenn die LED an ein Netzteil mit einer Spannung angeschlossen wird, die höher als ihre Vorwärtsspannung ist, wird ein Strombegrenzungswiderstand in Reihe mit der LED geschaltet. Der Strombegrenzungswiderstand begrenzt den Strom für die LED und reguliert die Differenz der Spannungsabfälle zwischen der LED und dem Netzteil. Natürlich müssen Sie berechnen, welchen Strombegrenzungswiderstand Sie für Ihre Platine benötigen.

Das richtige Netzteil für LEDs auswählen

Es gibt Netzteile, die speziell für LED-Anwendungen entwickelt wurden. Diese Netzteile werden als LED-Treiber bezeichnet und es gibt zwei Arten: Konstantstrom-LED-Treiber und Konstantspannungs-LED-Treiber.

Ein Konstantstrom-LED-Treiber ändert seine Spannung innerhalb eines Bereichs, um sicherzustellen, dass seine Stromabgabe auf dem angegebenen Wert gehalten wird. Sie können beispielsweise einen Konstantstrom-LED-Treiber für 100 parallel geschaltete LEDs mit einer Vorwärtsspannung von 3,3 V und einem Vorwärtsstrom von 10 mA verwenden. Der LED-Treiber muss in der Lage sein, bei einem Betriebsspannungsbereich, der sich mit der Vorwärtsspannung der LEDs überschneidet, 1A konstant zu halten. In diesem Fall wird kein Strombegrenzungswiderstand benötigt.

Ein LED-Treiber mit konstantem Spannungsabfall regelt den Spannungsabfall und die Spannungsverstärkung auf einen bestimmten Wert und eine bestimmte Rate innerhalb einer Stromgrenze. Im Falle von LED-Streifen oder kommerzieller Beleuchtung werden Strombegrenzungswiderstände installiert, um die Auswirkungen von Schwankungen der Spannungsquelle zu minimieren. Diese LED-Leuchten geben oft die Spannung an, mit der sie arbeiten und dass sie Konstantspannungs-LED-Treiber benötigen.


Denken Sie an das richtige Netzteil für Ihre LED-Konfiguration.

Den Strombegrenzungswiderstand weglassen – lohnt sich das Risiko?

Da es eine Reihe von LED-Treibern auf dem Markt gibt, entscheiden sich viele Unternehmen für ein reguläres Schaltnetzteil und lassen die Widerstandswerte in ihren LED-Installationen weg. Das liegt daran, dass das manuelle Löten der Widerstände an die LEDs zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordert und reguläre Schaltnetzteile billiger sind als LED-Treiber.

In der Theorie scheint es sinnvoll, eine reguläre 3,3V-Versorgungsspannung an Hunderte von LEDs mit der gleichen Vorwärtsspannung anzuschließen. Dieser Ansatz verschweigt jedoch, dass er dazu führen kann, dass diese LEDs lange vor ihrer angegebenen Lebensdauer ausfallen. Infolgedessen ist es nicht ungewöhnlich, dass diese LEDs wenige Wochen nach der Installation anfangen zu flackern oder ausbrennen. Der Grund dafür ist, dass reguläre Schaltnetzteile Probleme mit dem Einschaltstromstoß der Versorgungsspannung haben, d.h. einer plötzlichen Stromspitze beim Einschalten. Mit der Zeit kann dies die LEDs beschädigen, wenn sie nicht durch Strombegrenzungswiderstände geschützt sind. Alternativ dazu haben fortschrittliche LED-Treiber Features, die Probleme mit dem Einschaltstromstoß der Versorgungsspannung eliminieren und Ihnen helfen, manuelles Löten zu vermeiden.

Ein Bild, das Schreibgerät, Briefpapier enthält.

Automatisch generierte Beschreibung
Wenn Sie Kosten sparen möchten, anstatt sich an bewährte Verfahren zu halten, werden einige dieser schönen LEDs wenige Wochen nach der Installation anfangen zu flackern.

Als Ingenieur oder Anbieter von Elektronik-Hardware können wir Ihnen nur fundierte Ratschläge zum Umgang mit diesen Szenarien geben. Wenn wir jedoch unsere eigenen LED-Anwendungen entwerfen, gibt es keine Entschuldigung dafür, die Best Practices für die Stromversorgung von LEDs nicht zu befolgen. Zu Beginn können Sie Ihre Leistungsberechnungen und Stromberechnungen korrekt durchführen und Ihre Designs mit einem PDN Analyzer überprüfen. Auf diese Weise können Sie Bereiche mit hoher Stromdichte vermeiden, die zu viel Wärme erzeugen, wenn alle LEDs gleichzeitig eingeschaltet werden. Verwenden Sie professionelle PCB-Design-Software wie CircuitStudio® von Altium Designer, um mit Ihren Designs zu beginnen.

Sie sind sich immer noch nicht sicher, ob Sie für Ihre LED-Anwendung Strombegrenzungswiderstände benötigen? Oder ob Sie sie entfernen sollten, um wertvollen Platz zu sparen? Sprechen Sie jetzt mit den Experten von Altium Designer.

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