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Konstantstromregler für LEDs



Hier nun ein universeller Konstantstromregler für LEDs. Funktioniert mit (fast) beliebig vielen LEDs aller Art. Geregelt wird die Helligkeit der LEDs mit einem einfachen Potentiometer, sie steigt linear mit dem Einstellwinkel des Potis.

Die Schaltung

Schaltbild Konstantregler Das ist das Schaltbild. Die LEDs sind in Reihen angeordnet: Anoden und Kathoden sind hintereinander geschaltet. Die Anzahl LEDs pro Reihe ist hier diskutiert.

Jede der Reihen 1 bis N kriegt seinen eigenen Reglertransistor BC547. Dadurch ist gewährleistet, dass in jeder Reihe gleich viel Strom flie&szl;t. Die Dimensionierung der Emitterwiderstände RE ist hier gezeigt.

Für den Konstantstrom ist eine Konstantspannung erforderlich. Sie wird mit dem Widerstand RU und den beiden Dioden 1N4148 aus der Betriebsspannung erzeugt und beträgt 1,4 V. Die Dimensionierung von RU ist hier gezeigt.

Mit dem Potentiometer von 10 k wird die Basisspannung der Reglertransistoren zwischen 0,7 und 1,4 V eingestellt und damit der Konstantstrom zwischen 0 und dem Maximalwert variiert.

Anzahl LEDs pro Reihe

Die Anzahl hintereinandergeschalteter LEDs ist fast beliebig. Da sich die Spannung der LEDs in der Reihe addiert, muss die Betriebsspannung der Schaltung ausreichend groß sein. Da zu der LED-Spannung noch die Spannung am Emitter der Reglertransistoren (max. 0,7 V) und die minimale Collector-Emitter-Sättigungs-Spannung des Regler-Transistors (typisch z. B. 0,1 V) hinzukommt, kann man mit 12 V fünf 2V-LEDs und mit 3,2V-LEDs drei LEDs in Reihe schalten. Bei 24 V sind es 11 Stück 2V-LEDs bzw. 7 Stück 3,2V-LEDs.

Die überschüssige Spannung (bei 5 Stück 2V-LEDs und 12 V sind das 2 V) regelt der Transistor weg: seine Collector-Emitter-Spannung steigt entsprechend an. Entsprechend steigt auch seine Wärmeleistung an. Sie ergibt sich aus der Multiplikation der Collector-Emitter-Spannung mit dem konstant gehaltenen LED-Strom. In diesem Fall also 2V * 20mA = 40mW. Der BC547 kann maximal 500 mW aushalten, sollte aber dauerhaft bei unter 300 mW bleiben. Sonst muss ein NPN-Transistor mit höherer Leistung verwendet werden, z. B. ein BD439, ohne oder mit einem kleinen Kühlkörper.

Einstellung des Konstantstroms

Der maximale Konstantstrom wird mit den Emitterwiderständen eingestellt. Sie ergibt sich aus der Gleichung I(mA) = 700 / RE, der Emitterwiderstand entsprechend aus RE = 700 / I(mA). Für 20 mA sind das 35 Ω. In der E24-Reihe der Widerstände gibt es 33 und 36 Ω. Mit diesen beiden ergeben sich 21,2 bzw. 19,4 mA Strom.

Erzeugung der Konstantspannung

Die Konstantspannung von 1,4 V wird mit dem Widerstand RU und den beiden Dioden erzeugt. RU ist von den Basisströmen der Konstantstromtransistoren abhängig. Der Strom durch die Dioden sollte wenigstens drei mal höher sein als die Summe der Basisströme bei dem maximalen LED-Strom.

Der Baisstrom jedes Transistors ergibt sich aus dem LED-Strom jeder Reihe und seiner Stromverstärkung hFE. Die Stromverstärkung des BC547 liegt minimal bei 110 und maximal bei 800. Für den BC547B ist bei Strömen von 20 mA ein Wert von 250 typisch. Damit ergibt sich der Basisstrom aus dem LED-Strom zu IB = ILED / 250. Bei 20 mA sind das dann 0,08 mA oder 80 µ.

Sind zehn Reihen angeschlossen, beträgt die Summe der Basisströme 0,8 mA, die Konstantspannung an den Dioden sollte daher mit einem Strom von 3 * 0,8mA = 2,4mA erzeugt werden. Das erreicht man mit einem Wert für RU = (UB - 1,4) / 2,4 in k Ω. Bei 12 V wären das 4,4 kΩ, also würde man 3k9 aus der E12-Reihe oder 4k3 aus der E24-Reihe auswählen. Weniger ist also mehr!

Die beiden Dioden können maximal 100 mA ab, würde der Strom größer, müssen 1N4001 ran.

Die Wärmeleistung des Widerstands ergibt sich aus PU = (UB - 1,4) * 4 * N * IB, im vorliegenden Fall also 40 mW. Liegt die Leistung oberhalb von 200 mW, muss ein Metallfilm-Widerstand verwendet werden. Liegt sie über 350 mW, ist ein 1W-Typ erforderlich.

©2018 by Gerhard Schmidt