Konstantstromquelle für Weihnachtsbaumbeleuchtung

Murks gekauft vor 3 Jahren

image2012 kaufte ich eine LED-Weihnachtsbaumbeleuchtung beim Elektronikschrott-Versandhaus www.pearl.de für etwas über 10 € für 20 Kerzen, die natürlich einige typische Billig-LED-Probleme hatten: Die Lampen waren eher fahl, die Lichtfarbe rosastichig und sie flimmerten leicht im 50Hz-Takt. Das hätte ich noch akzeptiert, aber erst bei Montage am Baum (nach der Rückgabefrist) bemerkte ich, dass man noch dümmer sparen kann: mit nur 20cm Kabellänge müssen die Kerzen so dicht stehen, dass selbst die 3 Packungen kaum ausreichen, um einen mittleren Baum (160cm) zu halbwegs gleichmäßig zu versorgen. Zudem sind (vor allem beim “Etagenwechsel”) die Drähte oft gespannt wie Wäscheleinen – unschön!

Neuer Anlauf

Dementsprechend wenig erwartet ich von 20 LED-Kerzen bei www.elv.de für 4,95 mit Batteriebetrieb, die ich jüngst (wenigstens zum Ausschlachten) mitbestellt habe. Immerhin hatten sie nach Katalog aber 50cm Abstand. Die Überraschung: Sie wirken recht hochwertig! Leider waren sie wegen des vom Hersteller vorgesehenen Batteriebetriebs eher auf Stromsparen getrimmt: 20mA für (parallelgeschaltete!) 20 LEDs, d.h. nur 1mA pro LED – nicht viel heller als Glühwürmchen. Das Aufdrehen der Spannung am statt Batterien angeschlossen Netzteil von 4,5V auf 12V brachte eine gewissen Erleuchtung – und zerstörte die eingebaute Mini-Elektronik (6h-Timer). Egal – die brauchte ich eh nicht. Durch Abknipsen der Leitung hatte ich nun direkt Zugang zu den LEDs und konnte die an meinem Netzteil bei 400mA (Strombegrenzung) schon ordentlich zum Leuchten bringen!

Ein simples Netzteil ist zur Versorgung der LEDs jedoch eher ungeeignet. Die U/I-Kennlinie einer weißen LED ist am nominalen Betriebspunkt (3,6V, 20mA) so steil, dass nur 20% Spannungsabweichung den Strom verdoppeln oder halbieren.

imageU/I-Kennlinie einer weißen LED, hier allerdings für eine Hochleistungs-LED mit 3,4V/350mA

„Ledwhitecharcurp“ von Anton – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 2.5 über Wikimedia Commons

 

 

Daher ist es besser, eine Konstantstromquelle einsetzen, wie in meinem Labor-Netzteil von www.pollin.de . Die Vorstellung allerdings, dass ich nun unter dem Weihnachtsbaum immer ein Nerd-Teil stehen habe, bei dem die Strombegrenzung auch richtig eingestellt sein muss, begeisterte mich nicht gerade.

Neues Netzteil muss her

Schaltet man alle 3 Ketten in Reihe, so ergibt sich eine Serienschaltung von je 20 parallel geschalteten LEDs mit 3 x 3,6 V = 10,8V Spannungsabfall; der Nominalstrom beträgt für die je 20 LEDs dann 20 x 20mA = 400mA. Alternativ könnte man die 3 Ketten auch parallel schalten, dann bräuchte ich 3 x 400mA = 1,2A bei 3,6 V. Eine Verwendung on Standard-Netzteilen mit 12V bzw. 5V würde sich anbieten, dann bleiben noch 12V-10,8V = 1,2V bzw. 5V – 3,6V = 1,4V, die am Stromregler abfallen dürfen. Ich entschied mich für ein Standard-12V-Netzteil und die Serienschaltung.

Bei dem geringen Spannungsabfall am Regler bleiben nicht viele Schaltungen übrig, die eleganteste und flexibelste schien mir eine Schaltung aus mikrocontroller.net :

Datei:Ksq opv mosfet.png

Als Stromfühler R2 habe ich 1Ohm verwendet, bei 400mA würden hier also 0,4V abfallen.

I(Soll) wird mittels eines Potis mit bis zu 600mA eingestellt – als Referenz dient eine in Durchlassrichtung betriebene 1N1448-Diode mit 10k Vorwiderstand und als 0,6V “Konstantspannungsquelle”

R1 und C1 dämpfen die Regelung, um Schwingneigung zu unterdrücken.

“R3” sind die 3 LED-Ketten in Reihe geschaltet.

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Hier die Schaltung in einem kleinen Gehäuse. Der gesockelte IC ist der Operationsverstärker und auf dem Kühlkörper sitzt der MOSFET. Rechts Anschluss für ein Standard-12V-Netzteil und das Poti zur Stromeinstellung. Links der Anschluss der LEDs

 

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Hier noch in der Packung: Ab Dezember 2015 hoffentlich am Baum: Die LED-Kerzen!

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