Lichterkette

http://sites.prenninger.com/elektronik/lichterkette

http://www.linksammlung.info/

http://www.schaltungen.at/

                                                                                            Wels, am 2021-04-01

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~015_b_PrennIng-a_elektronik-lichterkette (xx Seiten)_1a.pdf









3x3m Lichtervorhang mit 300 LEDs




3x3m Lichternetz mit 300 LEDs



Leuchtdiode       LED (light-emitting diode)
a
a
https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode
https://www.led-shop.com/Vorwiderstand-berechnen
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201111.htm






              LED Weihnachtsbeleuchtung

LED-Lichterkette  /  Christbaumlichterkette
           LED Lichtervorhang
                   LED Lichternetz
                            LED Lichterketten-Vorhang

https://de.wikipedia.org/wiki/Lichterkette_(Beleuchtung)


Zum Messen mit einer Nadel durch das Kabel durchstechen !



Cree XP-G Q5 SMD-LED mit Platine (10x10mm), 100lm, 3500K, CRI 80
Ultrabright LED


Eine LED Lichterkette besteht immer aus einer gemischten Reihen- / parallel-Schaltung.

Supperhelle LEDs weiß  120mcd  180°  5mm  3,0V / 15mA / 45mW
Supperhelle LEDs weiß  120mcd  180°  5mm  3,0V / 12,5mA / 375mW
Supperhelle LEDs weiß  120mcd  180°  5mm  3,1V / 30mA / 93mW
Supperhelle LEDs weiß  120mcd  180°  5mm  3,1V / 20mA / 62mW
Supperhelle LEDs weiß  120mcd  180°  5mm  3,1V / 12mA / 37mW
                  LEDs weiß  120mcd  180°  5mm  3,1V /   5mA / 15,5mW


Reihenschaltung (entspricht der Höhe des Lichternetzes)
3 LEDs  a' 4,00V = 12Vdc
4 LEDs  a' 3,00V = 12Vdc

6 LEDs  a' 4,00V = 24Vdc
7 LEDs  a' 3,43V = 24Vdc
8 LEDs  a' 3,00V = 24Vdc   z.B. 8 LEDs  10 Stränge = 80 LEDs 10x 15mA = 0,15A = 3,6 VA / 24 Vdc Trafo
8 LEDs  a' 3,00V = 24Vdc   z.B. 8 LEDs  12 Stränge = 96 LEDs 12x 12,5mA = 0,15A = 3,6 VA / 24 Vdc Trafo

10 LEDs  a' 3,10V = 31Vdc  z.B. 10 LEDs  10 Stränge = 100 LEDs 10x 12mA = 0,12A = 3,72 W / 31 Vdc Trafo


Parallelschaltung (entspricht der Breite / Länge des Lichternetzes)
A bis Z   Reihen - Stränge - Äste - Strings


LED-Anzahl

12V  3,0V
4 in Reihe x 15 Stränge    60 LEDs


24V  4,0V
6 in Reihe x  14 Stränge    84 LEDs
6 in Reihe x  20 Stränge   120 LEDs

24V  3,0V
8 in Reihe x  3 Stränge    24 LEDs
8 in Reihe x  6 Stränge    48 LEDs
8 in Reihe x 10 Stränge   80 LEDs
8 in Reihe x 12 Stränge   96 LEDs
8 in Reihe x 20 Stränge 160 LEDs
8 in Reihe x 25 Stränge 200 LEDs

8 in Reihe x 110 Stränge 880 LEDs


30V  3,0V
10 in Reihe x 10 Stränge 100 LEDs  z.B. 10 LEDs 10 Stränge  (A bis J) = 100 LEDs 10x 12mA = 0,12A = 3,6 VA / 30 Vdc Trafo


31V  3,1V
10 in Reihe x 10 Stränge 100 LEDs
10 in Reihe x 18 Stränge 180 LEDs
10 in Reihe x 20 Stränge 200 LEDs
10 in Reihe x 24 Stränge 240 LEDs
10 in Reihe x 30 Stränge 300 LEDs
10 in Reihe x 32 Stränge 320 LEDs
10 in Reihe x 40 Stränge 400 LEDs  z.B. 10 LEDs  40 Stränge = 400 LEDs 40x 5mA = 0,2A = 6,2W / 31 Vdc Trafo
10 in Reihe x 70 Stränge 700 LEDs 




Schaltung eines LED Lichternetz mit   8 LEDs (  8x 3,0V = 24V)
Schaltung eines LED Lichternetz mit 10 LEDs (10x 3,0V = 30V)
100 LEDs  3,0V / 12mA
10 LEDs    3,0V = 30Vdc       10 LEDs - 10 Stränge (A bis J) = 100 LEDs 10x 12mA = 0,12A = 3,6 VA / 30 Vdc Trafo (LED Driver)

Nur 8 LEDs in Reihe (1 bis 8) gezeichnet !
Nur 5 Stränge (a bis e) gezeichnet !

grün  Verbindungs-Drähte zwischen den LEDs
grau  Blinddrähte werden nur benötigt um ein Karomuster herzustellen (Lichternetz)

bei Lichtervorhang bzw. Wasserfall wird aus der grauen Leitung eine blaue Masseleitung


https://tew.schule.at/fileadmin/DAM/Gegenstandsportale/Werken_Technisch/Arbeitsblatt_Lichterkette_-_Schaltungen.pdf



Bei der ersten LED sind immer  3 Anschlüsse




Widerstände nur bei ungleicher LED Anzahl notwendig ! Eben nur bei ungleich langen Strängen! wie bei LED Regen-Lichterkette




1) LED Lichterkette


Widerstände sind meist nicht notwendig !







2) LED Lichterkette an 230Vac
LEDs in Sperr-Richtung
LEDs sind keine (Schalt-)Dioden. Die zulässige Sperrspannung (reverse voltage) beträgt oft nur um die 5 V.
Soll die LED bei höheren Spannung in Sperrrichtung betrieben werden (zum Beispiel an Wechselspannung), ist eine zusätzliche Diode erforderlich.
Diese fehlt in dieser Schaltung !  Auch sind es 20 LEDs
Einfachste Schaltung zum Betrieb von LEDs an Netzspannung mit einem Leistungs-Widerstand, der sich spürbar erwärmt.

Die nahe liegende Möglichkeit ist, einen passenden Vorwiderstand zu berechnen.
Angenommen,
Sie wollen 20 LEDs vom Typ 2,1V / 20 mA an 230 V betrieben, ist ein Widerstand von R = U/I = 230 V – (20 × 2,1 V) / 0,02 A = 9.400 Ohm erforderlich.
Weil am Widerstand P = U × I = 188 V × 0,02 A = 3,76 W regelrecht verheizt werden, ist es mit dem üblichen kleinen ¼ W-Typen nicht getan.
Der Wirkungsgrad dieser Schaltung ist denkbar ungünstig, denn es wird viel Wärme produziert und zudem nur jede zweite Halbwelle der Wechselspannung genutzt.











3) 32 LEDs Lichterkette an 24Vdc

LED 3,1V / 350 mA
8 x 3V = 24 V  (220 Ohm Widerstand wird nicht benötigt)
4 x 0,35 A = 1,4 Amp.

1,2 Amper als Netzteil zu schwach






4) 12 LEDs Lichterkette an 12Vdc
Wenn wir mehr LEDs verbauen wollen, als in einer Reihenschaltung mit ausreichend Spannung versorgt werden können, müssen wir mehrere dieser Reihenschaltungen parallel schalten.
Drei weiße LEDs  3,25 V / 150 mA
R = 12V-(3x3,25V) / 0,015 = 150 Ohm





5) 230Vac LED Energiesparlampen
Kondensatornetzteil“ als Vorschaltgerät.
194_d_EK-x_230V Netz-Wechselstrom in 12V Gleichstrom (X2- Kondensatornetzteil) § 330nF..3,3uF 1N4007 ZD12V-1W_1a.pdf



6) Einfache Konstantstromquelle
Durch RLast fließt ein konstanter Strom, der mit Re eingestellt werden kann.





7) Vorwärtsspannung und Vorwärtsstrom von LEDs
Im Datenblatt zu einer LED erkennt man, bei welcher Spannung wie viel Strom fließt.
Je nach Farbe gelten andere Parameter.
Zwei der exemplarischen LEDs können bei 2,2 V betrieben werden, lassen dann aber stark unterschiedliche Ströme fließen (gelbe Linie).
Möchten Sie jeweils nur 10 mA fließen lassen, ist Vf entsprechend über einen Vorwiderstand einzustellen (in 1,8V und 2,1V), wenn man keine Konstantstromquelle einsetzt (braune Linie).


Berechnung des Vorwiderstandes für eine LED
R=U / I
R= (Ub-Uf) / If = (5V - 2,1V) / 0,02A = 145 Ohm ~ 150 Ohm

Eine leuchtende LED hat als Halbleiter fast keinen Widerstand und würde deshalb einen nahezu unendlich hohen Strom fließen lassen, was sie allerdings annähernd umgehend zerstört.
Aus diesem Grund werden LEDs entweder an Konstantstromquellen oder mit einem Vorwiderstand betrieben.
Der Vorwiderstand errechnet sich mit dem ohmschen Gesetz.
In die Berechnung müssen die erlaubte Spannung und der gewünschte Strom für die LED einfließen sowie die Versorgungsspannung, damit ausgerechnet werden kann, wie viel Spannung am Widerstand abfallen muss.





8) Elektrische Eigenschaften von LEDs
LEDs haben relativ enge Betriebswerte, die für jeden Typ im Datenblatt nachgeschaut werden sollten.
Die zwei wichtigen Werte sind die Vorwärtsspannung Uf (forward voltage), die auch Flussspannung genannt wird, und der Vorwärtsstrom If .
Für so genannte Standard-LEDs der Farben rot, grün und gelb liegt die Betriebsspannung je nach Farbe bei 1,6–2,5 V und der Strom bei 20 mA.
Low-Current-LEDs leuchten bereits bei etwa 2 mA, geben dabei allerdings auch weniger Helligkeit ab.
Die Helligkeit wird in Candela (cd) angegeben und liegt bei Low-Current-LEDs (je nach Farbe) bei 5 mcd, Standard-LEDs erreichen um die 20 mcd und Ultra-Bright-Varianten bis zu 10.000 mcd.







230 Vac Netzspannung !!!   Lebensgefahr !!!   Nichts für Anfänger !!!


9) Eine LED an 230Vac Netzspannung


Schaltung, um eine LED direkt an Netzspannung zu betreiben





10) LED direkt an einer Netzspannung
Anstatt LED 2 kann, man auch ohne weiteres eine normale Standard Diode benutzen
z.B. D1 = 1N4148 oder auch fast jede andere.

Schaltung, um eine LED direkt an Netzspannung zu betreiben

Als Kondensator setzen wir als eine Kapazität von ca 330..470 nF ein,
aber darauf achten das der Kondensator auch die nötige Spannung von mindestens 230V x 1,414 = 325 Volt aushält.
Der Vorwiderstand R1 verhindert das beim Einschalten und damit beim Erstmaligen aufladen des Kondensators der Einschaltstrom den zuzlässigen Höchststrom der Leuchdiode überschreitet und diese zerstört.
Als Faustregel kann man pro Volt ein mindestens Ohm berechnen.
Aber besser man wählt den Wert etwas höher. Diese kleine Schaltung dient dazu, eine LED an Netzspannung zu betreiben.
Dafür müssen zwei Voraussetzungen geschaffen werden.
Zum einen muss der Strom auf LED-Größenordnung (ca. 20 mA) begrenzt werden, zum anderen muss die Wechselspannung (zumindest zum Teil) eliminiert werden, da eine LED bei einer Sperrspannung (falsche Polung der LED) von 230V zerstört wird.
Die zweite Aufgabe übernimmt eine Diode Led 2 .
Sie schließt einfach die falsche Halbwelle der Wechselspannung kurz und schützt so die LED.

http://mschrod.de/elektronetz/Elektronik/Grundlagen/Dioden/Led/LED-%20Leuchtdioden.htm





11) Einfachste Variante für eine LED an Netzspannung

Berechnungen für ein Kondensatornetzteil
194_d_EK-x_230V Netz-Wechselstrom in 12V Gleichstrom (X2- Kondensatornetzteil) § 330nF..3,3uF 1N4007 ZD12V-1W_1a.pdf




12) 230 Volt LED Lampe



12 LEDs
Xc = 1 / (2 x PI x f x C) = 14468,6 Ohm kapazitiver Vorwiderstand
Annahme: 12 weiße LEDs mit min. 3,2 V Durchlassspannung = 38,4 V
I = (230 - 38,4) / 14468,6 = 13,2 mA effektiv
zur Sicherheit mal den Maximalstrom: Imax = (325 - 38,4) / 14468,6 = 19,8 mA



13) 230 Volt LED Lampe
             Kondensatornetzteil
                        Kondensator statt Trafo ist kostengünstiger !


Bei einer Ausgangsspannung von Udc = 24 Vdc und einem Strom von Idc = 50 mA erzeugt die 24V Z-Diode Verlustleistung von 1.2 W, wenn der Ausgang (Udc) unbelastet ist .
Man benötigt also eine 24V Z-Diode mit 2 W. Ich halte einen DC-Strom von 50 mA als vernünftige Obergrenze für ein Netzteil mit kapazitivem Vorwiderstand bei dieser Ausgangsspannung.
Dieser Idc-Strom bewirkt einen Iac-Strom von etwas mehr als 60mA.

Ich wählte die Bezeichnung Cr weil dieser Kondensator die Aufgabe eines Vorwiderstandes (r) einnimmt.
Wegen der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom von beinahe 90 Grad, tritt keine nennenswerte reale Verlustleistung auf und deshalb nennt man diesen Widerstand Blindwiderstand.
Die Bezeichnung dafür ist Xc.
Wir befassen uns hier mit AC-Strömen Iac unterhalb von 50 mA.
Dieser Strom wird weitgehenst durch den Blindwiderstand Xc von Cr bei einer Frequenz von 50 Hz definiert.
Das heisst, bevor man die Kapazität berechnen kann, muss zuerst der Wert des kapazitiven Vorwiderstandes, der kapazitive Blindwiderstand Xc, berechnet werden. Wir werden im Kapitel "Die Berechnung von RC-Schaltungen" noch sehen, dass der gesamte Spannungsabfall von Udc + Durchflussspannungen der Gleichrichterdioden (BG) + Spannung über Rs von total etwa 34 VAC keinen signifikante Spannungsreduktion an Cr bewirkt.
Deshalb kann man, der Einfachheit halber, zur Berechnung des Blindwiderstandes den vollen Wert von Uac = 230 VAC einsetzen:

  kapazitiver Blindwiderstand        Xc = Uac / Iac     230Vac / 24mA = 9,6k Ohm
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-RC.htm


Die folgenden Annäherungsformeln für die Netzfrequenz von 50 Hz, machen es dem Anwender leicht, die erforderliche Kapazität Cr aus Xc zu berechnen.
Die zweite Formel ist jedoch geeigneter, weil mit ihr berechnet man die Kapazität Cr direkt aus der Spannung Uac und dem Strom Iac:

        C = 1 / (2 * pi * f * Xc)     (Grundformel)       1 / 2 * 3,14 * 50Hz * 9,6k) = 0,33uF = 330nF
      
 oder vereinfacht für f = 50 Hz
        C = 3183 / Xc     (C in µF, Xc in Ohm)      3183 / 9,6k = 0,33uF = 330nF

       
Kapazität aus Spannung und Strom für f = 50 Hz:

        C = 3183 / ( Uac / Iac )    
(C in µF, Uac in V und Iac in A)  
3183 / (230Vac / 24mA)  = 0,33uF = 330nF

Für die Wahl von Cr muss man vor allem auf eine hohe Qualität achten.
Für die 230-VAC-Netzspannung muss dieser Kondensator eine Nennspannung von 250 Vac oder 630 Vdc haben und er sollte selbstheilend sein.
Das heisst, wenn es als Folge einer temporären Überspannung zu einem inneren Durchschlag kommt, muss danach die Durchschlagstrecke trennen.
Sie darf nicht kurzschliessen. Bei jedem Durchschlag reduziert sich die Kapazität geringfügig, weil zwei Leerstellen in den beiden gegenüberliegenden Metallfolien übrig bleiben.
Hervorragend eignet sich hierfür ein sogenannter X2-Entstörkondensator.

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/cpowsup.htm

Netzspannungsverzögerung bei WERSI-ORGEL
194_d_EK-x_230V Netz-Wechselstrom in 12V Gleichstrom (X2- Kondensatornetzteil) § 330nF..3,3uF 1N4007 ZD12V-1W_1a.pdf



14) Schaltplan für das einfachste Kondensatornetzteil

Schaltung wie sie in der No-Name-LED-Lampe zu finden war.

Der gezeigte Schaltplan für das einfachste Kondensatornetzteil für eine LED benötigt eine Schutzdiode für die negative Halbwelle in Sperrrichtung, um die LED vor einer zu hohen Sperrspannung zu schützen, in dem er die Halbwelle kurzschließt.
Der Vorwiderstand R2 begrenzt wie immer den Stromfluß für die LED.
Der Blindwiderstand (auch als Kapazitanz bezeichnet) wird wie in nebenstehender Rechnung gezeigt, errechnet.
Zuerst wird Anhand der Vorwärtsspannung und des LED-Stroms der Widerstand berechnet, der bei 230 V erforderlich ist.
Die Formel für den Blindwiderstand XC wird nach C umgestellt, um die entsprechende Kapazität zu bestimmen, die einen solchen Widerstand bei Netzspannung mit 50 Hz hat.
Weil es keinen Kondensator mit 279 nF gibt, wird der nächstgrößere gängige Wert verwendet (330 nF) und für diesen der Blindwiderstand bestimmt.
Dieser Blindwiderstand führt an C zu einem berechenbaren Spannungsabfall, so dass an R2 nur noch die restliche Spannung abfallen muss, damit an der LED die gewünschten 2,1 V anliegen.
R1 sorgt lediglich dafür, dass der Kondensator sich zu Beginn nicht allzu schlagartig auflädt, da er sich für einen Sekundenbruchteil im ungeladenen Zustand befindet und einen Widerstand von nahezu 0 Ohm aufweist.

194_d_EK-x_230V Netz-Wechselstrom in 12V Gleichstrom (X2- Kondensatornetzteil) § 330nF..3,3uF 1N4007 ZD12V-1W_1a.pdf



15) Kondensatornetzteil für 60 LEDs


Das Netzteil besteht im Kern nur aus einem Vierweggleichrichter mit Siebelko 2,2 µF / 250 V.
Insgesamt 60 weiße LEDs liegen in Reihe.
Jede LED braucht zwischen. 3,0 V und 3,6 V.

60 x 3,25V = 195V

Zusammen brauchen die LEDs also 180...216 V.

Ein Vierweggleichrichter an 230 V würde den Elko aber auf ca. 320 V aufladen.
Also wo bleibt der Rest?
In einem kapazitiven Vorwiderstand in Form eines Kondensators mit 560 nF, 400V und dazu 100 Ohm in Reihe.
http://www.b-kainka.de/bastel138.html
194_d_EK-x_230V Netz-Wechselstrom in 12V Gleichstrom (X2- Kondensatornetzteil) § 330nF..3,3uF 1N4007 ZD12V-1W_1a.pdf




16) Kondensatornetzteil für 30 LEDs

Elko 2,2uf / 250V   Gleichrichter   R3 = 1M (br-sw-gn)                R1 & R2 = 27R (rt-li-sw)  MPP 334J630V

Es sind jeweils 30 LEDs in Serie geschaltet.
194_d_EK-x_230V Netz-Wechselstrom in 12V Gleichstrom (X2- Kondensatornetzteil) § 330nF..3,3uF 1N4007 ZD12V-1W_1a.pdf







17) 230V 2 Watt LED Fadenlampe


C2 330n / 630V
R = 47R
R2 = 200k
C1 = nicht bestückt
R1 = nicht bestückt




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Impressum: Fritz Prenninger, Haidestr. 11A, A-4600 Wels, Ober-Österreich, mailto:schaltungen@schaltungen.at
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