LED-Ansteuerung

Vorbemerkungen:: Zur Ansteuerung von LEDs können verschiedene Verfahren angewendet werden, welche jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Am Fahrrad bietet sich der Dynamo selbst als Strombegrenzer an. Der Wechselstrom, ggf. abweichende LED-Belastbarkeiten und der gleichzeitige Betrieb von Vorder- und Rücklicht machen aber dennoch eine Ansteuerelektronik notwendig. Sollen LEDs dennoch auch per Akku betrieben werden, dann ist hierfür eine Strombegrenzung nötig (in Akku-LED-Lampen meist bereits integriert). Fehlt eine LED-Strombegrenzung, bzw. ist die Elektronik nur für Dynamobetrieb ausgelegt, dann gibt es unterschiedliche Möglichkeiten externer Beschaltung, vom einfachen Vorwiderstand bis zum Schaltregler.; Mit Schaltreglern wollen wir uns hier aber nicht befassen, sondern mit sehr einfach aufgebauten Strombegrenzungen beginnen.

LED-Gleichstrombegrenzungen (Eigenkonstruktionen):: ACHTUNG: Gesetzliche Vorschriften lassen nicht alle Lampen und Stromversorgungen im Straßenverkehr zu. Alle Bastelarbeiten, Änderungen usw. auf eigene Gefahr!
Die nachfolgend aufgeführten Schaltungen hat Martin entwickelt, um seine LED-Dynamolampe ("LUMOTECIQ Fly") an einem Akku zu betreiben. In diesem Beispiel gehen wir also von einer Strombegrenzung bei knapp 400 mA, und einer Akkuspannung von ca. 8 V aus, um annähernd die volle Helligkeit der Lampe zu erreichen. Für andere Lampen und Akkuspannungen lassen sich die Schaltungen in Grenzen auch betreiben bzw. anpassen (Details in der jeweiligen Schaltungsbeschreibung).

Grundsätzlich gilt für diese Schaltungen (korrekte Justage vorausgesetzt):
: - Eine relativ gleichmäßige Helligkeit wird erreicht, wenn am Eingang der Schaltung eine Spannung anliegt (z.B. vom Akku), die mindestens 0,2 V über der benötigten Lampenspannung liegt. Die Schaltung muß so justiert werden, dass auch bei höheren Spannungen oder veränderlicher Belastung, der zulässige Strom nicht überschritten wird (Schaltung begrenzt). Eine ev. zu hohe Akkuspannung wird in Wärme "verbraten".
: - Der höchste Wirkungsgrad ( bis knapp 95 % ) wird erreicht, wenn die Schaltung den Strom nicht begrenzt (also z.B. bei zu geringer Akkuspannung); Da sich diese beiden Eigenschaften widersprechen, mußt du den richtigen Kompromiß für deine persönlichen Bedürfnisse finden.

Martin hat im Laboraufbau zunächst mit einer einfachen Schaltung (Schaltung 1) begonnen, und diese für höhere Ansprüche erweitert (Schaltung 2 und 3). Schaltung 3 ist an seinem Liegerad im Einsatz.
Auf dieser Seite werden die 3 Schaltungsvarianten vorgestellt:
Schaltung, Variante 1 erfüllt bei geringem Bauteilaufwand einfache Ansprüche
Schaltung, Variante 2 hat eine wirksamere Strombegrenzung (mehr Sicherheit)
Schaltung, Variante 3 hat 3 Ausgänge, Akkuschutz und viele Einstellmöglichkeiten

Schaltung, Variante 1:

Eigenschaften der Schaltung

Das Diaramm zeigt das Verhalten der Schaltung am Prüfwiderstand bei schwankenden Betriebsspannungen.

Die Betriebsspannung ist nur einer von vielen externen Faktoren, welche den Ausgangsstrom der Schaltung beeinflussen können. Das Verhalten verschiedener Schaltungen unter schwankenden Ausgangslasten wird später gezeigt. (siehe die Diagramme im Kapitel Variante 2 und 3).

weitere Details zu den Schaltungseigenschaften und zum Diagramm anzeigen

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Schaltungsbeschreibung und Montagetips

Prüfung und Justage

Schaltung, Variante 2:

Eigenschaften der Schaltung

Vergleich Schaltung 1 mit Schaltung 2:: Bei Schaltung 1 steigt der Ausgangsstrom noch recht deutlich mit zunehmender Betriebsspannung und Ausgangsbelastung an. Bei der Schaltung 2 soll dieses Problem vermindert werden. Je nach Bauteilauswahl kann der Ausgangsstrom mit steigender Betriebsspannung oder Belastung sogar sinken bzw. ganz abschalten (elektronische Sicherung). Martin hat einen Kompromiß gewählt, bei dem eine kleine Delle in der Kennlinie auftritt. Für weitere Details beachte bitte das Diagramm und die Schaltungsbeschreibung.

Besonders bei schwankender Ausgangslast wird der Unterschied der Schaltungen deutlich ( Vergleich der dicken Linien mit den gestrichelten Linien. Zum Vergleich wird hier mit der roten Linie auch das ungefähre Stromaufnahmeverhalten eines kalten LED-Scheinwerfers "LUMOTECIQ Fly" (Dynamoversion) gezeigt, wenn er ohne Schutzmaßnahmen an Gleichspannung betrieben wird (das wichtige Warmlaufverhalten der Lampe blieb hier unberücksichtigt) .

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Schaltungsbeschreibung und Montagetips

Prüfung und Justage

Schaltung, Variante 3:

Schaltplan groß im neuen Fenster darstellen...
Hinweis: Der groß dargestellte Schaltplan ist vermutlich breiter als dein Bildschirm. Dein Browser wird vielleicht den Schaltplan automatisch an die Bildschirmgröße anpassen, wodurch der Plan ggf. unleserlich werden kann. In diesem Fall deaktiviere bitte die Bildschirmanpassung, bzw. lasse den Plan per Maus-Funktion in voller Größe anzeigen.

Beschreibung zum oberen Bild:
Über dem Masseanschluß wurde ein zusätzlicher Transistor (T1) und ein Widerstand (R2) zeichnerisch angedeutet. Diese Verbesserung hat Martin nach praktischen Tests auf seiner Schaltung nachträglich eingebaut. Im Schaltplan ist diese Verbesserung bereits berücksichtigt.
Die Kühlfahne des Spannungsreglers "L7905CV" hat Martin aus Platzgründen abgetrennt.

Eigenschaften der Schaltung

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Vergleich:

In diesem Diagramm werden die Unterschiede der verschiedenen Schaltungsversionen, Ausgänge und Einstellmöglichkeiten verdeutlicht.

Die grau-gestrichelte Linie zeigt den Stromverlauf des Prüfwiderstandes, wenn dieser ohne Schaltung betrieben würde.

Der Ausgang 3 von Schaltung 3 (orange Linie) ähnelt stark der Schaltung 1(blaue Linie). Der Unterschied liegt hauptsächlich darin, daß in Schaltung 3 generell eine andere und präzisere interne Referenzspannung verwendet wird.

Dort wo bei Schaltung 3 keine Angabe zum Ausgang gemacht wird, sind die Ausgänge 1 oder 2 gemeint.

Lastverhalten: zur Diagrammbeschreibung

Energieverbrauchseigenschaften und Wirkungsgrade

Schaltungsbeschreibung und Montagetips

Prüfung und Justage und externes Beschaltungsbeispiel

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