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

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 beide 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: Reihenschaltung von Widerständen

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: Parallelschaltung von Widerständen

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: LED-Vorwiderstandsrechner


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 !