LED-Konstantstromquelle

[Manuel Reimer]

Hallo,

für meine LED-Hintergrundbeleuchtung (Thread "LED-Lebensdauer") würde ich gerne,
weil die Stromversorgung wider Erwarten nicht stabilisiert ist, eine
Konstantstromquelle einsetzen.

Wenn keiner ein Veto einlegt würde ich folgende Schaltung verwenden:

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Betrieben werden 3 LEDs mit einer Spannung von ca. 3.3V an einer 15V
Spannungsquelle.

Wie wird der Strom eingestellt? Ich möchte statt 20mA nur 14mA verwenden. Nach
welcher Logik wird hier der Strom konstant gehalten? Wie werden die Widerstände
berechnet?

Welcher Transistortyp wäre passend?

Da es platzmäßig sehr eng zugeht werde ich dann Transitoren und Widerstände in
SMD-Bauform besorgen und alles direkt aufeinanderbraten. Zweimal Transistor und
zweimal Widerstand sollte machbar sein...

Danke im Voraus

Gruß

Manuel

[Waldemar Krzok]

Post by Manuel Reimer
Hallo,
für meine LED-Hintergrundbeleuchtung (Thread "LED-Lebensdauer") würde ich
gerne, weil die Stromversorgung wider Erwarten nicht stabilisiert ist,
eine Konstantstromquelle einsetzen.
http://www.elexs.de/led14.jpg
Betrieben werden 3 LEDs mit einer Spannung von ca. 3.3V an einer 15V
Spannungsquelle.
Wie wird der Strom eingestellt? Ich möchte statt 20mA nur 14mA verwenden.
Nach welcher Logik wird hier der Strom konstant gehalten? Wie werden die
Widerstände berechnet?
Welcher Transistortyp wäre passend?
Da es platzmäßig sehr eng zugeht werde ich dann Transitoren und
Widerstände in SMD-Bauform besorgen und alles direkt aufeinanderbraten.
Zweimal Transistor und zweimal Widerstand sollte machbar sein...

BC850 müßte OK sein. Für den Strom ist der Widerstand im LED-Kreis, hier 30
Ohm. Bei ca 0.6V schaltet der 2 Transi langsam durch und stabilisiert somit
den Strom. Bei 40 Ohm hättest du dann so um 14mA.
Ach so, 100mW müssen ja wech, also nicht all zu sehr verbauen.

Waldemar

[Manuel Reimer]

Post by Waldemar Krzok
BC850 müßte OK sein. Für den Strom ist der Widerstand im LED-Kreis, hier 30
Ohm. Bei ca 0.6V schaltet der 2 Transi langsam durch und stabilisiert somit
den Strom. Bei 40 Ohm hättest du dann so um 14mA.

Danke erstmal für die kurze Erklärung.

Post by Waldemar Krzok
Ach so, 100mW müssen ja wech, also nicht all zu sehr verbauen.

Kritisch ist vor allem Bauhöhe. Ich würde die Teile also "nebeneinanderbauen".
Über alles dann Schrumpfschlauch, dass ich den Aufbau einfach an beliebiger
Stelle in der Sprechstelle unterbringen kann, ohne Kurzschlüsse zu riskieren.

Gruß

Manuel

[Joerg]

Post by Manuel Reimer

Post by Waldemar Krzok
BC850 müßte OK sein. Für den Strom ist der Widerstand im LED-Kreis, hier 30
Ohm. Bei ca 0.6V schaltet der 2 Transi langsam durch und stabilisiert somit
den Strom. Bei 40 Ohm hättest du dann so um 14mA.

Danke erstmal für die kurze Erklärung.

Post by Waldemar Krzok
Ach so, 100mW müssen ja wech, also nicht all zu sehr verbauen.

Kritisch ist vor allem Bauhöhe. Ich würde die Teile also
"nebeneinanderbauen". Über alles dann Schrumpfschlauch, dass ich den
Aufbau einfach an beliebiger Stelle in der Sprechstelle unterbringen
kann, ohne Kurzschlüsse zu riskieren.

Da wo der rechte Transistor sitzt koennte das im Sommer anfangen zu
mueffeln. 100mW oder so hoert sich nicht nach viel an, aber in einem
Schrumpfschlauch hat die Waermeenergie kaum eine Chance abzuhauen.
Ausser durch den Schlauch hindurch.

[Axel Schwenke]

Post by Manuel Reimer
für meine LED-Hintergrundbeleuchtung (Thread "LED-Lebensdauer") würde
ich gerne, weil die Stromversorgung wider Erwarten nicht stabilisiert
ist, eine Konstantstromquelle einsetzen.

Auch auf die Gefahr hin, oberlehrerhaft zu wirken: Gleichspannung ist
es aber schon, oder?

Post by Manuel Reimer
http://www.elexs.de/led14.jpg

Ja, das ist die Standard-Zwei-Transistor-Stromquelle die ich schon
mal erwähnt habe.

Post by Manuel Reimer
Betrieben werden 3 LEDs mit einer Spannung von ca. 3.3V an einer 15V
Spannungsquelle.
Wie wird der Strom eingestellt? Ich möchte statt 20mA nur 14mA verwenden. Nach
welcher Logik wird hier der Strom konstant gehalten? Wie werden die Widerstände
berechnet?

Der untere Transistor "mißt" den Emitterstom des oberen und begrenzt
ihn auf U_be/R2 (dort: R2=30R). 0.65V/30R ~= 22mA

Post by Manuel Reimer
Welcher Transistortyp wäre passend?

Praktisch jeder. BC846/47/48/49/50. 2N3904.

Für so kleine Ströme würde ich aber R1 (dort: 4K7) noch vergrößern.
Und man kann auch überlegen, das obere Ende von R1 an das obere Ende
der LED (also die Betriebsspannung) zu legen. Nominal fließt bei 15V
ja schon 1mA durch R1 und damit auch durch die LED. Dieser Teil des
Stroms wird auch nicht konstant gehalten. Für letztere Variante würde
ich R1~=47K wählen. R2=47R.


XL

[Manuel Reimer]

Post by Axel Schwenke
Auch auf die Gefahr hin, oberlehrerhaft zu wirken: Gleichspannung ist
es aber schon, oder?

Ja, ist es.

Post by Axel Schwenke
Für so kleine Ströme würde ich aber R1 (dort: 4K7) noch vergrößern.
Und man kann auch überlegen, das obere Ende von R1 an das obere Ende
der LED (also die Betriebsspannung) zu legen. Nominal fließt bei 15V
ja schon 1mA durch R1 und damit auch durch die LED. Dieser Teil des
Stroms wird auch nicht konstant gehalten. Für letztere Variante würde
ich R1~=47K wählen. R2=47R.

Hätte den Nachteil, dass der Verdrahtungsaufwand etwas größer ist, weil
beide Leitungen durch die Konstantstromschaltung geführt werden müssen.
Wie schon erwähnt geht es extrem eng zu!

Wenn R1 vergrößert wird, sollte der Strom, der an der Schaltung vorbei
geht ja auch geringer werden. Taugt denn 47K auch, wenn man R1 unterhalb
der LED lässt?

Gruß

Manuel

[Axel Schwenke]

Post by Manuel Reimer

Post by Axel Schwenke
Für so kleine Ströme würde ich aber R1 (dort: 4K7) noch vergrößern.
Und man kann auch überlegen, das obere Ende von R1 an das obere Ende
der LED (also die Betriebsspannung) zu legen. Nominal fließt bei 15V
ja schon 1mA durch R1 und damit auch durch die LED. Dieser Teil des
Stroms wird auch nicht konstant gehalten. Für letztere Variante würde
ich R1~=47K wählen. R2=47R.

Hätte den Nachteil, dass der Verdrahtungsaufwand etwas größer ist, weil
beide Leitungen durch die Konstantstromschaltung geführt werden müssen.
Wie schon erwähnt geht es extrem eng zu!

In einem Klingelschild?
Und obwohl du SMD-LEDs durch bedrahtete Typen ersetzen kannst?

Post by Manuel Reimer
Wenn R1 vergrößert wird, sollte der Strom, der an der Schaltung vorbei
geht ja auch geringer werden. Taugt denn 47K auch, wenn man R1 unterhalb
der LED lässt?

Kannst du selber nachrechnen. Nehmen wir an, der untere Transistor
hätte \beta=100. Du willst 15mA und minimal 2V an der Stromquelle
(d.h. deine Versorgungsspannung muß mindestens 3*3.3V+2V=11.9V sein)

An R1 fallen dann 2V - U_be = 1.35V ab. T1 braucht als Basisstrom
mindestens 15mA / \beta = 150µA. 1.35V / 150µA = 9k. Also darf R1
nicht größer als 9K sein. 47K ist zu viel. 4.7K ist OK und erlaubt
auch weniger als 2V (konkret: U_be + 4.7K*150µA = 1.355V) für die
Stromquelle. Das absolute Minimum für diese Art Stromquelle ist
U_be(T2) + U_cesat(T1). Also ca. 1V.

Kannst du auch gleich den worst case ausrechnen. Nehmen wir an, die
Spannung steigt auf 20V. Dann fließen (20V-9.9V-0.65V)/4.7k ~= 2mA
durch R1. Ein Teil davon in die Basis von T1, den Rest leitet T2 ab.
In T1 werden (20V-9.9V)*15mA ~= 150mW verheizt. Der Strom durch die
LED variiert von 15.15mA (bei 11.3V) bis 17mA (bei 20V).

Zum Vergleich ein schnöder Vorwiederstand, berechnet für 15mA bei
15V: (15V-9.9V)/15mA = 340R. Gibt 4.1mA @ 11.3V ... 29.7mA @ 20V.


XL

[Jürgen Hüser]

Post by Manuel Reimer
http://www.elexs.de/led14.jpg

Wenn es dir um die Baugröße geht und auserdem alles in einen
Schrumpfschauch rein soll, warum dann nicht halb soviele Bauteile?

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0207011.htm
Dann könnte man auch einen TO-92 oder gar größer nehmen, dem man zur
Kühlung bissen aus dem Schlauch raus gucken lassen könnte.
Am besten da, wo es bissel Luftig ist.

Denn:
"15V" bei Klingel- und Sprechstellenanlagen kann _alles_ heißen zwischen
~5V (Wenn Briefträger mit der vollen Handfläche klingelt bis hin zu ~20V
im Leerlauf, oder je nach Schaltungsaufbau auch gerne ein paar
Spannungsspitzen > 100V wenn da z.B. geschaltete Induktivitäten
(Klingel, Türöffner) dran hängen.

Letzteres würde mich zweifeln lassen, ob LED's da ohne zusätzliche
Schutzschaltungen in derartigen Anlagen überhaupt lange leben würden.
Hat schon seinen Grund warum damals(tm) da nur Glühobst verwendet wurde.

Grüße aus Dortmund

Jürgen Hüser

[Manuel Reimer]

Post by Jürgen Hüser
Wenn es dir um die Baugröße geht und auserdem alles in einen
Schrumpfschauch rein soll, warum dann nicht halb soviele Bauteile?
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0207011.htm
Dann könnte man auch einen TO-92 oder gar größer nehmen, dem man zur
Kühlung bissen aus dem Schlauch raus gucken lassen könnte.
Am besten da, wo es bissel Luftig ist.

Wäre möglich. Könnte ich aber eigentlich auch in der Transistor-Variante
machen. Also nur einen Transistor und die zwei Widerstände als SMD und
den Transistor, der warm wird, in TO-92 Bauform.

Frage ist, wie ich die FET-Variante berechnen soll.

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm
Dort "Der FET-Konstantstromzweipol".

ID = UGS / RS

| Verwendet man für diesen Versuch für den FET einen BF245A und für den
| Widerstand Rs einen Wert von 1 k-Ohm, stellt sich ein Begrenzungsstrom
| von etwa 1 mA ein.

Datenblatt vom BF245A nennt eine Gate-Source-Voltage von -30V.

ID = -30V / 1000 V/A = -0,03A = -30mA

Wie kommen die auf etwa 1mA?

Gruß

Manuel

[Markus Imhof]

.....

Post by Manuel Reimer
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm
Dort "Der FET-Konstantstromzweipol".
ID = UGS / RS
| Verwendet man f r diesen Versuch f r den FET einen BF245A und f r den
| Widerstand Rs einen Wert von 1 k-Ohm, stellt sich ein Begrenzungsstrom
| von etwa 1 mA ein.
Datenblatt vom BF245A nennt eine Gate-Source-Voltage von -30V.
ID = -30V / 1000 V/A = -0,03A = -30mA
Wie kommen die auf etwa 1mA?

die 30 V sind die maximal zulässige gate-source-Spannung, nicht die,
die sich in der Schaltung einstellt.

Aber mit den BF245A/B/C funzt das auch ohne Widerstand. Warum hat mich
bisher nicht hinreichend interessiert, um es nachzurechnen - die
Funktionsweise eines FET an sich ist mir schon hinreichend suspekt.

Gruß
Markus

[Manuel Reimer]

Post by Markus Imhof
die 30 V sind die maximal zulässige gate-source-Spannung, nicht die,
die sich in der Schaltung einstellt.

Ach so...

Post by Markus Imhof
Aber mit den BF245A/B/C funzt das auch ohne Widerstand. Warum hat mich
bisher nicht hinreichend interessiert, um es nachzurechnen - die
Funktionsweise eines FET an sich ist mir schon hinreichend suspekt.

http://home.arcor.de/slotracingtechnik/homepage/bd256b.htm

Dort aber mit BF256B

Welche Ströme stellen sich denn bei dem von dir genannten BF245A/B/C
ein? Ggf. bestelle ich mir einfach ein paar solche Transistoren und
probiere mit Widerständen aus der Kramkiste solange rum, bis der Strom
passend ist.

Gruß

Manuel

[Edzard Egberts]

Post by Manuel Reimer
Dort aber mit BF256B
Welche Ströme stellen sich denn bei dem von dir genannten BF245A/B/C
ein? Ggf. bestelle ich mir einfach ein paar solche Transistoren und
probiere mit Widerständen aus der Kramkiste solange rum, bis der Strom
passend ist.

Genau das musst Du machen, weil das eine eher theoretische
Grundschaltung ist und die Bauteiltoleranzen so groß sind, dass man von
Transistor zu Transistor einen anderen Widerstand braucht.

Ich würde einen Konstantspannungsregler LM317 nehmen, der hat als TO220
genug Kühlfläche und braucht nur einen Widerstand für die Stromeinstellung:
Ohne Widerstände für die Einstellung der Spannung (also den
Adjust-Eingang direkt an Masse) hat der 1.25 V geregelte
Ausgangsspannung. 1.25 V durch 14 mA ergibt einen "Lastwiderstand" von
etwa 86 Ohm von Ausgang gegen Masse, der dann 0.018 W verbraten muss.
Dann die LEDs an den Eingang und fertig. Ist auch eine beliebte
Grundschaltung für die Stromregelung, funkioniert aber besser als ein FET.

[Rafael Deliano]

Post by Manuel Reimer
Ggf. bestelle ich mir einfach ein paar solche Transistoren und
probiere mit Widerständen aus der Kramkiste solange rum, bis der Strom
passend ist.

Endet wegen der schon genannten
enormen Bauteilstreuung meist mit Poti.

Formel wäre (1):
http://www.embeddedFORTH.de/temp/cs.pdf

Idss und Ugs(off) sind im Datenblatt.
k hängt vom Fet ab und variiert etwas.

JFets als Stromquellen waren bedingt
attraktiv solange der Hersteller sie
selektiert lieferte:
J500 current regulator diodes
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/J/5/0/0/J500.shtml
Aber recht teuer und satte 20% Toleranz.

MfG JRD

[Hans-Jürgen Schneider]

Post by Rafael Deliano

Post by Manuel Reimer
Ggf. bestelle ich mir einfach ein paar solche Transistoren und
probiere mit Widerständen aus der Kramkiste solange rum, bis der Strom
passend ist.

Endet wegen der schon genannten
enormen Bauteilstreuung meist mit Poti.

Vorübergehend zum einstellen. Und dann kommt ein Festwiderstand rein.

MfG
hjs

[Markus Imhof]

Post by Manuel Reimer

die 30 V sind die maximal zul ssige gate-source-Spannung, nicht die,
die sich in der Schaltung einstellt.

Ach so...

Aber mit den BF245A/B/C funzt das auch ohne Widerstand. Warum hat mich
bisher nicht hinreichend interessiert, um es nachzurechnen - die
Funktionsweise eines FET an sich ist mir schon hinreichend suspekt.

http://home.arcor.de/slotracingtechnik/homepage/bd256b.htm
Dort aber mit BF256B
Welche Str me stellen sich denn bei dem von dir genannten BF245A/B/C
ein? Ggf. bestelle ich mir einfach ein paar solche Transistoren und
probiere mit Widerst nden aus der Kramkiste solange rum, bis der Strom
passend ist.

Genau so.... ich hab halt von jeder Sorte ein paar da und probier so
lange, bis es passt. A sind ein paar mA, B einige mA, C um die 10 mA -
wenn es Dir auf +-3dB nicht ankommt, passt das schon.

Gruß
Markus

[Rainer Knaepper]

Post by Jürgen Hüser

Post by Manuel Reimer
http://www.elexs.de/led14.jpg

Wenn es dir um die Baugröße geht und auserdem alles in einen
Schrumpfschauch rein soll, warum dann nicht halb soviele Bauteile?
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0207011.htm

Wenn man sich beispielsweise den BF245 genauer anschaut, der gerne für
sowas eingesetzt wird (oder wurde...), sieht man, daß die Bauteilwerte
doch sehr weit schwanken und eine recht hohe Spannungsdifferenz nötig
ist.

Rainer