Persoonlijke instellingen

Hoe sluit u leds aan

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom


Het aansluiten van leds

Zeer Klein
Afbeelding: 01
led-aansluitingen
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Een led heeft twee aansluitingen; de anode en de kathode (zie afbeelding 01). De anode is de plus aansluiting en de kathode is de min aansluiting. In de afbeelding is te zien dat de aansluitdraad van de anode (+) langer is dan de aansluitdraad van de kathode (-). Tevens is op veel leds een extra markering aangebracht in de vorm van een plat vlakje. Dit platte vlakje geeft de kathode (-) aan.

De drempelspanning van de led

De vuistregel is ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en high efficiency groene leds. Google de datasheet voor de exacte waarden.

Door het verschil in drempelspanning mogen er geen witte led (3 volt) met een rode led (2 volt) in serie wordengeschakeld. Door beide kleuren leds loopt dan dezelfde stroom en dat kon nog wel eens een heel uiteenlopende helderheid opleveren. Sluit dus rode en witte leds altijd via een eigen voorschakelweerstand aan.

Parallelschakeling op de foute wijze

Zeer Klein
Afbeelding: 02
Parallelschakeling, slechtste methode
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Parallel aansluiten is zo te doen (zie afbeelding 02), maar dat is fout! Daar de stroom door één van de leds nu groter kan zijn dan die door de andere leds (omdat de doorlaatspanning van leds onderling nogal eens verschilt) bestaat de niet geringe kans dat de led waardoor de grootste stroom loopt, binnen de kortste keren doorbrandt.

Bijkomend nadeel is dat alle stroom die door de gezamenlijke leds loopt hier door één weerstand moet, die dan ook zeer heet kan worden.

Parallelschakeling op de juiste wijze

Zeer Klein
Afbeelding: 03
Parallelschakeling, iets minder ongunstig
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij het parallel schakelen op de juiste manier worden de leds afzonderlijk via een weerstand op de voeding aangesloten (zie afbeelding 03). Stel; drie lantaarns met daarin leds parallel geschakeld. Door elke led loopt een stroom van 10 mA, die ingesteld wordt door een geschikte waarde voor de drie voorschakelweerstanden te nemen. Maar... nu loopt er een stroom van 30 mAvan plus naar min! Dit is de minst efficiënte manier om leds aan te sluiten.

Serieschakeling

Zeer Klein
Afbeelding: 04
Serieschakeling, voorkeursmethode
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij het in serie zetten worden de leds achter elkaar aangesloten en via één weerstand op de voedingsspanning aangesloten (zie afbeelding 04). Door elke led loopt een stroom van 10 mA vanaf de plus naar de min. De stroomsterkte wordt geregeld door een geschikte waarde voor voorschakelweerstand Rx te nemen. De waarde van Rx hangt af van de stroom door de leds en de hoogte van de voedingsspanning. Hoe we de waarde van Rx berekenen staat hieronder.

Het beste is om zo veel mogelijk de leds in serie te zetten. Er zijn dan minder weerstanden nodig, er is minder ruimte nodig en de stroom is lager. Dat laatste is een heel belangrijk punt: met een groot aantal lantaarns waarbij alle leds parallel staan, neemt het totale verbruik (vermogen) van de verlichting van uw baan samen (dus het totale opgenomen vermogen), onnodig toe en dan is er misschien een zwaardere (en dus duurdere) transformator nodig (of er moet eerder een extra transformator komen en dat kost ook weer extra geld). Dus dan wordt in feite het parallelschakelen van leds al snel een dure aangelegenheid.

De plaats van de voorschakelweerstand

De term 'voorschakelweerstand' zou tot verwarring kunnen leiden. Beter zou het zijn om van 'serieweerstand' te spreken. Het is namelijk een weerstand die altijd in serie met een ander onderdeel geschakeld wordt. De naam suggereert dat de voorschakelweerstand altijd vóór de led(s) moet worden gemonteerd. Het maakt echter elektrisch gezien totaal niet uit aan welke kant van de led(s) de voorschakelweerstand komt. Het ligt er maar net aan wat gemakkelijker uitkomt in de locomotief/het rijtuig. Er moet alleen maar voor gezorgd te worden dat de led(s) in de doorlaatrichting aangesloten wordent (met de anode aan de plus).

Zeer Klein
Afbeelding: 05
Weerstandpositie in de serieketen
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij het in serie zetten, waarbij de leds achter elkaar aangesloten worden, maakt de plaats van de weerstand dus niets uit. Die weerstand kan geplaatst worden waar het, afhankelijk van de beschikbare ruimte op de print of in de loc, het beste uitkomt (zie afbeelding 05).

Serie-parallelschakeling

Zeer Klein
Afbeelding: 06
Serie-parallelschakeling
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij het serie-parallel zetten, worden de leds achter elkaar aangesloten en via één weerstand op de voeding aangesloten. Er kunnen nu meerdere van die serieschakelingen parallel geschakeld worden (zie afbeelding 06). Op deze manier zijn met het minste stroomverbruik grotere hoeveelheden leds aan te sluiten. Om uit te zoeken hoe de leds moeten worden aangesloten is het programma led.wiz te gebruiken (zie 'Meer informatie'). Voer de benodigde gegevens in, kies voor 'Wiring Diagram' en er verschijnt een plaatje met daarin aangegeven hoe het aangesloten moet wordenn. (Gebruik een punt bij invoer van decimale getallen als drie-en-een-half. Dus 3.5 (drie punt vijf) invoeren, niet 3,5.) Ook bij parallelschakeling van meerdere seriestrengen maakt de plaats van de weerstand niets uit, zolang de weerstand maar in de juiste streng geplaatst wordt.

Waarschuwing:

Het programma houdt geen rekening met de minimaal vereiste grootte (waarde) van een voorschakelweerstand. Dat houdt het risico in dat bij een zeer lage voedingsspanning ten opzichte van de led-brandspanning (drempelspanning) er een zeer grote kans bestaat dat wanneer de voedingsspanning ook maar iets verhoogd wordt (en dat hoeft maar een paar tiende Volt te zijn), de leds defect raken. Meet de spanning over de voorschakelweerstand, of maak even een berekening van de spanningsval over de voorschakelweerstand.

Indien die spanning onder de 2 V komt, wordt het zeer riskant. Voor de zekerheid rekenen met minimale spanning van twee en een half Volt over de voorschakelweerstand.

Houd rekening met de warmteontwikkeling in de weerstand

Bij het aansluiten van leds moet rekening worden gehouden met de warmteontwikkeling in de voorschakelweerstand. Bij het aansluiten volgens schema 02 wordt de weerstand erg heet, omdat alle stroom die door de gezamenlijke leds loopt, hier door die ene weerstand moet en dat is, wanneer die weerstand bijv. vlak bij het kunststof van een locomotief zit, een groot risico, want dan kon het wel eens zijn dat de locomotiefkap ter plaatse van de weerstand gaat smelten.

Bij het aansluiten volgens schema 03 is de zaak al een stuk gunstiger. Hier wordt de warmte verdeeld over drie voorschakelweerstanden. Deze zullen, mits ze niet te dicht op elkaar gemonteerd worden, lauwwarm worden.

Het verdient verreweg de voorkeur zoveel mogelijk leds in serie te zetten en de stroom via één weerstand toe te voeren, zoals aangegeven in schema 04. Hierbij treedt de minste warmteontwikkeling in de weerstand op.

Zorg er altijd voor dat de weerstand niet te dicht bij het kunststof van de kap komt, zodat bij eventuele kortsluiting in de leds de warmte weg kan.


Gemeenschappelijke anode of gemeenschappelijke kathode

Zeer Klein
Afbeelding: 07
Gemeenschappelijke anode of kathode -schakeling
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Wanneer bij leds de anodes met elkaar verbonden zijn en samen (via één voorschakelweerstand) op een spanning aangesloten zijn, spreken we van een gemeenschappelijke anode-schakeling (zie schema links, in afbeelding 07). Wanneer bij leds de kathodes met elkaar verbonden zijn en samen (via één voorschakelweerstand) op een spanning aangesloten zijn, spreken we van een gemeenschappelijke kathode-schakeling (zie schema rechts, in afbeelding 07). Deze manier van schakelen wordt vaak toegepast bij seinen voor de modeltreinbaan. Op deze manier geschakeld, spaart men een weerstand en een draad uit.

Wanneer in het linker schema de linker - met de min van de voedingsspanning wordt verbonden, brandt de rode led. Met u de rechter - op de min van de voedingsspanning, dan brandt de groene led. Wanneer in het rechter schema de linker + met de plus van de voedingsspanning wordt verbonden, brandt de rode led. Sluit u de rechter + op de plus van de voedingsspanning aan, dan brandt de groene led.

De voorschakelweerstand berekenen

Bij leds moet dus een voorschakelweerstand worden gebruikt om de stroom door de led(s) te beperken. Zonder voorschakelweerstand raakt de led defect. Zie voor meer informatie het artikel Minimale led voorschakelweerstand berekenen (zie: 'Meer informatie').


Voeding voor led-schakelingen

Conrad-netvoeding-512798.jpg
Afbeelding: 08
Stekervoeding van Conrad
Bron: Conrad.nl

Voor de voeding van de schakeling kan een kant-en-klare netvoedings-adapter (zie afbeelding 08) worden gebruikt, maar ook een al aanwezige 12 Volt voeding is te gebruiken, of er kan zelf een voeding gebouwd worden, b.v. met een 7812.

Geschikte voedingen voor de schakelingen zijn o.a.:

Voeding. Uitgangsstroom. Conrad bestelnummer.
Dehner Elektronik SYS 1196 stekervoeding 12 V   6 W 0,5 ampère. 510819 – 89
VOLTCRAFT FPPS 12-18W stekervoeding 12 V 1,5 ampère. 512798 - 89
Dehner Elektronik SYS 1308 stekervoeding 12 V 2,0 ampère. 510822 - 89
Tabel: 09
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Een andere optie is om een netvoedings-adapter aan te schaffen bij de plaatselijke kringloopwinkel. Die zijn vaak voor 1 euro al te koop. Let er wel op dat er gelijkspanning uit de adapter komt. Dit is op het typeplaatje aangegeven met '=' (twee liggende streepjes boven elkaar).

Aansluitvoorbeeld

Aansluitvoorbeeld01.gif Fleischmann-schakelaar-6923.jpg
Afbeelding: 10 Afbeelding: 11
Aansluitvoorbeeld Verlichtingsschakelaar Fleischmann 6923
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom Bron: ModellEisenbahn GMBH

Hierboven een aansluitvoorbeeld voor de verlichting van bijv. huisjes. De plusdraad van de netvoedings-adapter gaat naar een Fleischmann lichtschakelaar. Van de schakelaar gaat de plus naar de led-schakeling. Vanaf de led-schakeling gaat de min-draad terug naar de netadapter.

Houd rekening met de sperspanning

Leds DC-tegenspanning-01.gif Leds AC-tegenspanning-01.gif
Afbeelding: 12 Afbeelding: 13
Spanningen over de weerstand en de led bij DC. Spanningen over de weerstand en de led bij AC.
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij leds moet er, net als bij iedere andere diode, op gelet worden dat ze maar beperkte tegenspanning (de zogenoemde sperspanning) kunnen verdragen. De maximale sperspanning hangt af van het type led. In de meeste gevallen mag de maximale sperspanning 5 tot 6 volt bedragen, zie Reverse voltage (ook wel aangegeven als VR) in de datasheet van de fabrikant. Indien de sperspanning de maximale waarde overstijgt, brandt de led door en is onherstelbaar defect.

In fig. A in schema 12 is de aansluiting van een witte led op een voedingsspanning van 12 volt weergegeven. De weerstand beperkt de stroom door de led tot een waarde van 8,9 mA. Over de weerstand valt een spanning van 9,15 volt. Over de led staat daardoor een spanning van 2,85 volt. Dit noemt men de doorlaatspanning, ook wel brandspanning of drempelspanning.

In fig. B in schema 12 is de led verkeerd-om aangesloten. Nu staat er 12 volt over de led, omdat door de weerstand geen stroom loopt. De spanningval over de weerstand is, omdat de led in sperrichting staat, 0 volt. Exact dezelfde situatie ontstaat wanneer in fig. A in schema 12 de voedingsspanning wordt omgekeerd.

Leds AC-tegenspanning-02.gif Leds AC-tegenspanning-03.gif
Afbeelding: 14 Afbeelding: 15
Spanningen over de weerstand en de led bij AC. Spanningen over de weerstand en de led bij AC.
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom Schema gemaakt door: Fred Eikelboom

Speciale maatregelen bij AC-voeding.

Leds zijn, zoals al eerder op de voorgaande pagina aangegeven, speciale diodes, ontworpen voor gelijkspanning en mogen dan ook niet zonder voorzorgsmaatregelen aangesloten worden op een wisselspanning (AC). Tijdens de negatieve fase van de wisselspanning (zie fig. B in schema 14) zal namelijk de maximale sperspanning van de led overschreden worden, met als gevolg dat de led een zeer korte levensduur heeft.

Als een led toch op wisselspanning moet, dan moet er een diode (bijvoorbeeld een 1N4148) antiparallel over de led (zie fig. A in schema 14) worden geplaatst. De tegenspanning over de led wordt dan begrensd op 0,7 volt. Gevolg is dan wel dat de weerstand nu aanmerkelijk warmer wordt, omdat tijdens de negatieve fase van de wisselspanning bijna de volle voedingsspanning over de weerstand staat (zie fig. B in schema 14).

Nog beter is het om, in plaats van een antiparalleldiode, in serie met de weerstand en led een diode te plaatsen (zie afbeelding 15). Nu is de led optimaal beschermd, daar tijdens de tegengestelde fase van de voedingsspanning (zie fig. B in schema 15), er geen tegenspanning meer over de led staat. Die tegenspanning staat nu wel over de 1N4148, en die kan wel 100 volt sperspanning aan. Omdat er nu tijdens de positieve fase van de voedingsspanning 0,75 volt over de 1N4148 valt (fig. A in schema 15), zal er ook iets minder spanning over de weerstand staan. Ook over de led staat nu iets minder spanning. Voor de helderheid maakt dat echter nagenoeg niets uit.

Knippereffect.

Daar de led, bij aansluiten op een wisselspanning, alleen maar licht geeft tijdens de positieve fase van de wisselspanning, kan er een hinderlijk 50 Hz knippereffect ontstaan. Het is dus zeker het overwegen waard om een (SMD)gelijkrichter op de AC-spanning aan te sluiten (via de ~ aansluitingen) en de led op de + en - van de gelijkrichter aan te sluiten. Dan loopt er bij beide fasen van de wisselspanning stroom door de led, en is er geen hinderlijk knippereffect meer aanwezig. De 1N4148 in bovenstaande schema's vervalt dan.

Nog een overweging om een gelijkrichter te gebruiken is dat het veel minder werk is dan bij alle leds een extra diode te plaatsen.

Een ander knippereffect treedt op bij rijtuigen met verlichting. Voor oplossingen hiervoor zie 'Meer informatie').


Meer informatie

Encyclopedie:
(zie: Cursussen).
Beneluxspoor.net:
over het gebruik van een stroombron bij leds.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 20 okt 2017 16:18 (CEST)