LED Einbau: Berechnung von Strom, Spannung, Widerstand und Leistung

Diskutiere LED Einbau: Berechnung von Strom, Spannung, Widerstand und Leistung im Automobiles Allerlei Forum im Bereich Rund ums Auto; Hallo, da immer wieder Fragen zur Lampenausfallkontrolle, Parallelwiderständen und LED-Umrüstungen auftauchen hab ich mal eine kleine Übersicht...

  1. #1 derdietmar, 13.01.2010
    derdietmar

    derdietmar Moderator

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    Hallo,

    da immer wieder Fragen zur Lampenausfallkontrolle, Parallelwiderständen und LED-Umrüstungen auftauchen hab ich mal eine kleine Übersicht und Rechenhilfe geschrieben. Evtl. kann man das Thema ja anpinnen.

    Zunächst die Grundlagen:

    Begriffe:
    • Spannung: U, Einheit Volt (V)
    • Strom: I, Einheit Ampere (A)
    • Widerstand: R, Einheit Ohm (Ohm)
    • Leistung: P, Watt (W)
    Serien- oder Reihenschaltung:
    • Zwei hintereinander geschaltete Bauteile. Das heisst der Minuspol des ersten Bauteils wird mit dem Pluspol des zweiten Bauteils verbunden.
    • Bei in Reihe geschalteten Bauelementen werden die Spannungsabfälle der einzelnen Bauelemente addiert. Hat man also zwei Widerstände mit je 3V Spannungsabfall summiert sich der Spannungsabfall über beider Widerstände auf 6V.
    • Der Strom durch alle Bauelemente einer Reihenschaltung ist in jedem Bauelement gleich, unabhängig von der Anzahl der Bauelemente - natürlich hängt die Höhe des Stroms durch die Reihenschaltung von deren Gesamtspannungsabfall ab.
    • Mehr Infos: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0110191.htm
    Parallelschaltung:
    • Zwei parallel geschaltete Bauteile. Das heisst jeweils die Minuspole und die Pluspole mehrerer Bauteile werden verbunden.
    • Bei parallel geschalteten Bauelementen ist die Spannung die an jedem Bauelement abfällt gleich.
    • Der Strom hingegen teilt sich auf die verschiedenen "Zweige" auf, abhängig von deren Widerstand.
    • Mehr Infos: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0110192.htm

    Formeln und Zusammenhänge:
    • U = R * I
    • P = U * I = (U * U) / R = ( I * I ) * R

    Fallbeispiele zur LED-Beschaltung:

    Eine LED hat einen gewissen Nennstrom, bei dem sie betrieben wird. Dieser Strom darf nicht überschritten werden, da die LED sonst über kurz oder lang kaputt geht. Weniger Strom führt einfach zu weniger Leuchtkraft.

    Annahmen:
    • Spannungsquelle im Fahrzeug: 12V
    • LED-Nennstrom: 20mA
    • LED-Nennspannung: 2V
    Um obige LED im Fahrzeug zu betreiben muss man den Strom also entsprechend begrenzen. Da an der LED 2V abfallen verbleiben 10V, die an einem in Reihe geschalteten Widerstand abfallen müssen (von mir aus auch "vernichtet"). Der Strom ist durch die LED vorgegeben, woraus sich folgende Berechnung ergibt:
    • R = U / I = 10V / 20mA = 500Ohm
    Da 500Ohm Widerstände so praktisch nicht existieren nimmt man den Nächsthöheren: 560Ohm.

    Will man nun mehrere LEDs beleuchten, so schaltet man diese in Reihe. Bei einer Reihenschaltung bleibt der Strom durch alle Elemente konstant! Bei drei LEDs ergibt sich also folgende Rechnung:
    • Zu vernichtende Spannung: U = 12V - (3 * 2V) = 6V
    • Nennstrom wie gehabt: 20mA
    • Widerstand: R = 6V / 20mA = 300Ohm (330Ohm kann man verwenden)
    Für alle, die zu faul zum Rechnen sind gibts hier einen Vorwiderstandsrechner: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109111.htm


    Fallbeispiel zum Tausch einer Birne gegen eine LED-Sofitte:

    Annahmen:
    • Spannungsquelle im Fahrzeug: 12V
    • Sofitte Nennstrom: 100mA
    Für die Lampenausfallkontrolle benötigt man Parallelwiderstände, da man den fliessenden Strom erhöhen muss um eine gewisse Leistung zu erreichen. Um ein 5W Birnchen durch eine Sofitte mit 100mA Nennstrom zu ersetzen muss man also folgende Berechnung anstellen:
    • Leistung an der Sofitte: P = U * I = 12V * 100mA = 1,2W
    • Leistungsdifferenz die am Parallelwiderstand vernichtet werden muss: P = 5W - 1,2W = 3,8W
    • Strom am Parallelwiderstand ergibt sich aus der Leistungsdifferenz: I = P / U = 3,8W / 12V = 317mA
    • Resultierender Widerstand: R = U / I = 12V / 317mA = 38Ohm

    Viel Spass beim Basteln :wink: !
     
    conny-r gefällt das.
  2. Mav13

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    Saubere Arbeit. Das ist mal ne ordentliche Übersicht. :prost
    Anpinnen wär echt super. :tup
     
  3. bandit

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    Super Dietmar.

    danke, werd ich gleich mal ausdrucken, meine Tochter hat grad sowas in der Schule :)


    aber den R=500Ohm hätteste auch in Kombination von Reihe und Parallel hinbekommen ;-)

    Grüße
     
  4. #4 Daniel 7, 13.01.2010
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    Ich habe das sowohl im "Automobilen Allerlei" als auch im "Do-It-Yourself-Bereich" oben angepinnt :wink:
     
  5. #5 derdietmar, 13.01.2010
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    Wir wollen hier ja niemanden überfordern :D .

    Viele Grüße :wink: .
     
  6. #6 Wings for Life, 13.01.2010
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    bei meinen led soffitten die ich jetzt erst eingebaut habe leuchten die LED´s auch bei ausgeschaltetem Licht. Da in der Soffitte 3 LED´s sind und ich leider nichts zu den techn. Daten gefunden habe, bin ich der Annahme das eine LED 20mA verbraucht. 12V Batterie und eine blaue LED ca 3,1 V. (3,1+3,1+3,1) = 9,3 V . 12V-9,3V= 2,7 V die vernichtet werden müssen (ich nehm das es an den 2,7V liegt,die die LED´s im ausgeschalteten Zustand zum Leuchten bringen bzw der Schleichstrom).

    2,7V/20mA = 135 ohm. Also muss ich vor die Soffitte einen 135ohm bzw 150ohm widerstand löten. Hoffe das funktioniert. :tup =)
    LG und danke für die Übersicht ! :tup
     
  7. #7 derdietmar, 13.01.2010
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    Hallo,

    also bei den LED-Sofitten ist es meistens so, dass der Vorwiderstand für die LEDs bereits eingebaut ist. Die Sofitte ist dann für 12V ausgelegt und kann einfach statt der Birne eingebaut werden. Im Innenraum gibt es keine Ausfallkontrolle, daher braucht man auch nicht unbedingt einen Parallelwiderstand. Deine Berechnung wäre korrekt, wenn du dir die Sofitte aus drei LEDs selbst gabaut hättest. So brauchst du aber keinen Vorwiderstand.

    Die LED-Sofitten leuchten im ausgeschalteten Zustand weil scheinbar eine Art Prüfstrom fliesst und eine kleine Spannung anliegt. Mav13 hat das bereits bemerkt und daraus eine Art Ambientebeleuchtung gebastelt: 203 ...und wieder ein Neuer im Forum.... *Update - Quickpark-Nachrüstung - Teil 1"*

    Durch einen Parallelwiderstand an der Sofitte kannst du das wahrscheinlich verhindern, 100% sicher bin ich mir aber nicht. Die Berechnung steht ja oben.

    Viele Grüße :wink: .
     
  8. #8 Wings for Life, 13.01.2010
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    aber wird diese niedrige Spannung nicht geblockt durch den widerstand, da ja meistens mehr als nur 12V anliegen? hab mich damit schon mit jokerb und stern im wind auseinandergesetzt.
    Irgendwie muss man diesen Prüfstrom doch unterbinden können. bei den Kennzeichen LED´s leuchtet auch nichts nach. :( :( :( :( :(
     
  9. #9 Dr.Howie, 13.01.2010
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    ich habe Festgestellt, dass der Prüfstrom am jeweils letztem Glied der Kette was zum Leuchten bringt.
    Erst war es die Fussraumbeleuchtung, dann die Unterbodenbeleuchtung, und jetzt habe ich die Lautsprecherbeleuchtung mit Prüfstrom am nachglimmen. Hab dort extra die 2 letzten Meter Kabel verbaut, und nun glimmt es bei mir da, wo ich es will.
    Die Anleitung hast du sehr gut und verständlich verfasst, Michael :tup
    Gruß, der Doc :wink:
     
  10. #10 Wings for Life, 13.01.2010
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  11. #11 Dr.Howie, 13.01.2010
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    nein, iss er 100 % nicht.
    Ich habe meine Sofiten von der Tanke, da leuchtet nichts nach, trotzdem leuchten die LED´s deren Strom ich von der DBE genommen habe nach.
    Denke es gibt solche und solche Sofiten.
    Versuch eventuell noch mal andere.

    Gruß, der Doc
     
  12. jokerb

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    also theoretisch müsste es mit dem parallelwiderstand weg sein. getestest habe ich es noch nie!

    das nachleuchten kann ich mir aktuell nur so erklären, das es am dimmer liegt.
    ich kenne die schaltung jetzt nicht von der dbe. wird aber vermutlich pulsweitenmodulation sein.

    ich würde es einfach mit dem widerstand versuchen
     
  13. Jupp

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    Hast du mal probiert ob die wirklich lange nachleuchten? (also einfach mal min. eine Stunde gewartet)

    gruss
     
  14. #14 popey24, 13.01.2010
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    LEDs im KFZ rein über Vorwiderstand zu betreiben, ist aber nicht ganz so der Hit, da die Versorgungsspannung relativ starken Schwankungen ausgesetzt ist. Beispielsweise hat man im Fahrbetrieb etwa 14V, bei stehendem Motor oft weniger als 12V. Zudem ergeben sich starke Schwankungen bei Zu- und Abschalten diverser Verbraucher. Bei LEDs ergeben sich dadurch teilweise Zustände von garnicht mehr leuchten bis ultrahell und die Gefahr von Überspannungen ist auch immer gegeben.

    Besser ist es die LEDs mit Konstantstromquellen zu betreiben. Diese Bauteile sind sehr klein (Fingernagelgöße), kosten nur ein paar Cent (kaum mehr als ein Widerstand auch) und liefern in einem sehr breiten Bereich der Betriebsspannung stets einen konstanten Strom.
    Und die ganze Berechnung der Widerstände ist somit auch hinfällig...

    Gruß,
    Stephan
     
  15. #15 Wings for Life, 13.01.2010
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    nein werd da nichts rumlöten,werd die obrigen LED´s bestellen, das sind spezielle für den Innenraum und die sollen nicht nachleuchten. Hab auch nochmal eine Anfrage bei denen gestellt.Wenn die auch nicht gehen färbe ich einfach die orginal Soffitten blau oder es bleibt halt ganz weg.
    Wenn die im Fußraum nachleuchten würden hätte ich kein Problem damit ,aber bei Nachtfahrten wird das einfach zu auffällig der Rennleitung gegenüber wenn die Deckenleuchte blau leuchtet. :rolleyes:
     
  16. jokerb

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    es kann natürlich sein das in deinem fall bei den sofiten mehr spannung abfällt.

    wenn du bei der led der vorwiderstand größer machst dann sollten die denk ich mal auch nicht mehr nachleuchten.
    dafür leuchten die leds dann auch nicht mehr so hell!

    würde ich vielleicht mit einem poti mal testen und dann messen.

    teilweise kommt die äußere beschaltung dazu. kondensatoren, widerstände...
     
  17. #17 derdietmar, 13.01.2010
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    Hallo,

    also abschalten kann man diesen Prüfstrom sicherlich nicht. Andere Sofitten werden ebenfalls nicht helfen. Am Kennzeichen ist eben ein Parallelwiderstand verbaut, daher gibt es kein gedimmtes Leuchten. Wenn du also einen Parallelwiderstand an die Sofitten in der DBE anschliesst sollte es wohl funktionieren.

    Im Link zu Mav13s Thread steht ebenfalls, dass die gedimmten Leuchten kurz nach dem Abschliessen des Fahrzeugs ausgehen. Während der Fahrt leuchten die jedoch weiterhin. Am Dimmer liegt es also nicht.

    Der Betrieb über eine Konstantstromquelle ist übrigens etwas übertrieben. Die Spannungen aus dem Steuergerät sind zudem konstant.

    Viele Grüße :wink: .
     
  18. #18 popey24, 13.01.2010
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    Ob eine Konstantstromquelle übertrieben ist, muss jeder für sich selbst entscheiden. Zumal es ja nichtmal ein Unkostenfaktor wäre...
    Ich zumindest habe die Erfahrung gemacht, dass die angegebene Nennstromaufname in der Praxis doch recht stark abweicht und somit der berechnete Widerstand daneben liegt. Der Spannungsbereich einer LED ist sehr schmal. Das kann man sehr gut sehen, wenn man die LED mal über ein einstellbares Labornetzteil betreibt. Eine 3,3V LED beginnt beispielsweise bei 3,0V (also lediglich 10% Spannungsdifferenz) gerade mal leicht zu glimmen.

    Gruß,
    Stephan
     
  19. #19 Wings for Life, 13.01.2010
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    ja ,also ich bastel nicht rum , hab grad LED Soffitten bestellt bei denen der widerstand parallel geschalten ist und somit nichts nachglimmen kann. Hab grad eine Bestätigung bekommen.die kosten zwar mehr als das doppelte aber da sollte es dann hinhauen.
     
  20. heisti

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    dankeschön. ich bin bei meiner rechnerei auf ca 7ohm gekommen - da dein beitrag vertrauenswürdiger erscheint als meine zetteln, die ich vollgekratzelt hab werd ich mal losfahren und mir 5W/38ohm lastwiderstäne organisieren. mal sehen was passiert.
    "lampe defekt" wegen zwei led-standlichter nervt mit der zeit... ;-)
     
Thema: LED Einbau: Berechnung von Strom, Spannung, Widerstand und Leistung
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