Allgemeines

Das längere Beinchen einer neuen LED ist die Anode (+). Am LED-Gehäuse ist zumeist an der Kathode eine Abflachung zu erkennen.

Im Gegensatz zu Glühlampen werden LEDs grundsätzlich mit einem Strom betrieben. Der Strom darf dabei nicht größer sein, als vom Hersteller der LED angegeben. An der LED fällt im Betrieb mit angegebenem Nennstrom eine bestimmte Spannung ab, die der Nennspannung des Herstellers entsprechen dürfte. Um eine LED erfolgreich über Jahre hinweg betreiben zu können, ist es unumgänglich, sowohl Nennspannung als auch Nennstrom zu kennen. Wo Anode und Kathode ist, ist dabei zweitrangig. Sofern ein geeigneter Vorwiderstand berechnet und ermittelt wurde, kann man durch Polaritätswechsel ausprobieren, wo plus und wo Minus hingehören.

LED-Grundschaltungen

Rechte Schaltung:2
In dieser Schaltung sind drei LEDs in Reihe mit einem Vorwiderstand. Die Berechnung des Vorwiderstandes ist ebenfalls recht einfach. Diese Form traf man bei den ersten komerziellen LED-Lichterketten für Weihnachtsbeleuchtung an. Meist waren es bis zu 9 LEDs mit einem gemeinsamen Vorwiderstand. Mehrere dieser Reihenschaltungen wurden dann parallel geschaltet und mit einer gemeinsamen Spannung versorgt
(siehe Schaltung 5).
Wichtig: In einer Reihe dürfen nur LEDs mit identischen technischen Daten verwendet werden!

Rechte Schaltung:5
Richtige Parallelschaltung mehrerer LED-Reihen. In jeder LED-Reihe dürfen nur LEDs mit identischen technischen Daten verwendet werden. Jede Reihe muss mit der gemeinsamen Spannung klar kommen. Nach dieser Schaltung wurden die ersten komerziellen LED-Lichterketten verdrahtet.

Rechte Schaltung
Leider sind die üblichen LED-Lichterketten aus China heute so verdrahtet. Die von mir für die Schneemänner verwendeten LED-Ketten haben z.B. 20 LEDs parallel geschaltet (anstelle der Drei in der rechten Schaltung) und 10 dieser Parallel-Gruppen in Reihe (hier nur vier). Die resultierende Nennspannung der LEDs liegt dann in Summe bei etwa 27 Volt. Über einen einzigen Vorwiderstand wird der Strom dann auf ca. 85mA eingestellt und das ganze Gebilde mit 31 Volt pulsierender Gleichspannung versorgt (ohhh Graus)

Vorwiderstand berechnen

Vorwiderstand mit einer LED
Stromquelle, LED und LED-Vorwiderstand sind in Reihe geschaltet und werden vom gemeinsamen Strom I durchflossen. Der Strom entspricht hier dem LED-Nennstrom. Angenommen, UB ist 12V, I (ILED) ist 15mA und ULED wäre 2,5V (Sowohl ILED als auch ULED sind vom LED-Hersteller vorgegeben). Dann ist die Spannung UR, die am Widerstand abfallen muss 9,5V (UB-ULED=12V-2,5V).
Der Vorwiderstand laut Ohmschen Gesetz ist dann R=UR/I = 9,5V/0,015A = 633,33 Ohm. Da es solch einen Widerstand 'nicht gibt', muss man ihn entweder aus mehreren Widerständen basteln (Parallel- und/oder Reihenschaltung) oder man versucht den nächst höheren oder kleineren Widerstand. In der Reihe E12 sind die nächsten Widerstände 560 und 680 Ohm.

Aufgrund von Bauteile-Toleranzen sind die Werte nicht exakt berechenbar. Leichte Abweichungen wird die LED aber verkraften.

Reihe:
je ein Widerstand mit 560Ohm und 68Ohm in Reihe ergeben 628Ohm

Parallel:
je ein Widerstand mit 680 Ohm und 10kOhm parallel ergeben 636,7 Ohm

Vorwiderstand für drei LEDs
Alle Bauteile werden wieder von einem gemeinsamen Strom I durchflossen. Alle LEDs müssen identische technische Merkmale aufweisen. ULED ist hier die Summe der einzelnen LED-Spannungen. Aus vorherigem Beispiel wäre ULED hier 7,5V (3x2,5V). Die Spannung UR ist dann UB-ULED = 12V-7,5V = 4,5V. Der resultierende Vorwiderstand ist dann R=UR/I = 4,5V/0,015A = 300Ohm.
Die nächsten Widerstände wären 270 oder 330 Ohm.

Reihe:
zwei Widerstände mit je 150 Ohm in Reihe ergeben 300 Ohm

Parallel:
je ein Widerstand mit 330 Ohm und 3,3kOhm parallel ergeben 300 Ohm

Vorwiderstände für LED-Killerschaltungen
Bei allen 'LED-Killerschaltungen' müssen alle LEDs exakt identische technische Daten aufweisen!
Bei der einfachen Killerschaltung wird der Vorwiderstand mit der einfachen ULED aber mit dreifachem ILED berechnet. Bei ULED=2,5V und ILED=15mA sind UR=UB-ULED = 12V-2,5V = 9,5V. Der Strom I ist 3xILED = 3x0,015A = 0,045A. Der Vorwiderstand wäre dann R=UR/I = 9,5V/0,045A = 211,11 Ohm.

Für nur zwei LEDs in Killerschaltung wäre der Vorwiderstand ca. 317 Ohm.

Hier sollte nun auch das Problem der Killerschaltung erkennbar sein. Fällt eine der drei LEDs aus, ist der Vorwiderstand für zwei verbleibende LEDs zu klein. Der Strom steigt dann an und reißt die nächsten LEDs früher oder später mit in den Tod.

Zum Glück haben die LED-Ketten-Hersteller z.B. 20 LEDs parallel geschaltet, so dass der Ausfall einer einzigen LED kaum in's Gewicht fällt. Aber früher oder später erwischt es die nächste LED.

Reihe:
zwei Widerstände mit je 180 und 33 Ohm in Reihe ergeben 213 Ohm

Parallel:
je ein Widerstand mit 220 Ohm und 5,6kOhm parallel ergeben 211,68 Ohm

Unbekannte Werte ermitteln

Beispiel Voltronic-Lichterkette mit 200LEDs (siehe links)
Diese Kette beginnt hinter dem Steckernetzgerät mit zwei Drähten. An der ersten LED ist ein Widerstand zu erkennen. Dann sind es 20 LEDs, die von drei Drähten begleitet werden. An zwei der Drähte sind die ersten 20 LEDs parallel geschaltet. Der dritte Draht (Plus) geht durch die ganze Kette und ist vor den letzten 20 LEDs angelötet. Nach den ersten 20 LEDs folgen die nächsten 20 parallelgeschalteten LEDs. Verbunden sind beide Gruppen durch je zwei Drähte.

An der letzten LED kann man mit einem Multimeter die LED-Daten grob messen. Dazu zuerst die Isolierung beider Drähte zur letzten LED etwas aufkratzen und durch auflegen der Messspitzen die Spannung an der LED messen und notieren. Nun einen der beiden Drähte durchschneiden und das Multimeter zur Stommessung in Reihe zwischenschalten. Den ermittelten Strom notieren. Da auch das Multimeter einen gewissen Innenwiderstand hat, wird der gemessene Strom etwas kleiner sein, als jener im Betrieb ohne Multimeter.
Trennstelle wieder zusammenlöten und die Spannung VOR dem Vorwiderstand messen (wieder Drähte aufkratzen). Hier sollte etwa die Spannung gemessen werden, die auf dem Trafo steht. Dann hinter dem Trafo einen der beiden Drähte durchschneiden und den fließenden Strom messen. Gemäß der kurz angerissenen Killerschaltung fließt der gemessene Strom durch jede der LED-Gruppen und teilt sich in jeder Gruppe auf die LEDs auf. Bei gemessenen 89mA und 20LEDs je Parallelgruppe müsste der Strom einer LED dann bei 89mA/20 = 4,25mA sein. Der Gemessene Strom EINER LED wird etwas kleiner gewesen sein. Als LED-Strom wäre der Mittelwert beider Werte eine gute Ausgangsbasis. Legt man nun noch den Vorwiderstand frei und misst die Spannung über dem Widerstand und den Widerstandswert selbst, hat man alle Daten die man benötigt.

LEDs mit Labornetzgerät testen

Verlustleistung

Is klar, weil: Je kleiner die Spannung am Vorwiderstand, um so weniger Leistung muss in Wärme umsetzen. Aus unserem ersten Rechenbeispiel war UR=9,5V und der Strom bei 15mA. Das sind dann Leistung P=U*I = 9,5V*0,015A = 0,142W. Theoretisch etwas zu viel für einen 1/8Watter. Also möglichst Widerstände mit höherer Wattzahl besorgen, oder je nach Höhe der Leistung, die Leistung durch Reihenschaltung mehrerer Widerstände aufteilen. Allerdings sollten dann möglichst 'Gleichwertige' Widerstände genutzt werden, weil die Leistungsverhältnisse sonst ungleich sind und eventuell in die Berechnung mit einfließen müssen.

Voltronic Lichterkette 200 kürzen