Persoonlijke instellingen

Minimale led serieweerstand berekenen: verschil tussen versies

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Regel 28: Regel 28:
 
Door het verschil in drempelspanning is het beter geen witte led (3 volt) met een rode led (2 volt) in serie te schakelen. Door beide leds loopt dan dezelfde stroom en dat kon nog wel eens een verschillende helderheid opleveren. Sluit dus verschillende typen of kleuren leds altijd via een eigen serieweerstand aan.
 
Door het verschil in drempelspanning is het beter geen witte led (3 volt) met een rode led (2 volt) in serie te schakelen. Door beide leds loopt dan dezelfde stroom en dat kon nog wel eens een verschillende helderheid opleveren. Sluit dus verschillende typen of kleuren leds altijd via een eigen serieweerstand aan.
  
=== Voor het berekenen ===
+
=== Nodig voor het berekenen ===
 
Er zijn steeds drie dingen die bekend moeten zijn om een juiste berekening te maken:
 
Er zijn steeds drie dingen die bekend moeten zijn om een juiste berekening te maken:
# de voedingsspanning: om aan de hand hiervan de juiste weerstandswaarde te kunnen berekenen. De spanning verschilt tussen trafo’s en centrales. Bij gebruik van een decoder is de spanning tussen een functieaansluiting en de gemeenschappelijke (blauwe) draad te meten (met de functie ingeschakeld). Als er geen decoder toegepast wordt, dient een gelijkrichter tussen de rails en meter aangesloten te worden. Deze gelijkrichter is ook nodig om de leds aan te sluiten. Meet bij analoog gebruik, bij de maximaal gebruikte stand van de trafo. Zie ook het artikel ’[[Rijtuigverlichting]]’. Bij rijden op meerdere verschillende banen (bijvoorbeeld clubbaan of bij vrienden), is uitgaan van 20 V bij digitale aansturing en 16 V bij analoge aansturing een veilig uitgangspunt.
+
# de voedingsspanning: deze spanning verschilt tussen trafo’s en centrales. Bij gebruik van een decoder is de spanning tussen een functieaansluiting en de gemeenschappelijke (blauwe) draad te meten (met de functie ingeschakeld). Als er geen decoder toegepast wordt, dient een gelijkrichter tussen de rails en meter aangesloten te worden. Deze gelijkrichter is ook nodig om de leds aan te sluiten. Meet bij analoog gebruik bij de maximaal gebruikte stand van de trafo. Zie ook het artikel ’[[Rijtuigverlichting]]’. Bij rijden op meerdere verschillende banen (bijvoorbeeld clubbaan of bij vrienden), is uitgaan van 20 V bij digitale aansturing en 16 V bij analoge aansturing een veilig uitgangspunt.
# de drempelspanning: hoe hoog is de spanning over een brandende led? Die drempelspanning (V<sub>f</sub> ofwel V<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant. Als de drempelspanning niet te vinden is, dan is de drempelspanning ook heel eenvoudig te meten. Sluit een weerstand van 1k2 aan op de anode van de led en sluit de andere zijde van de weerstand aan op de plus van een voeding van ongeveer 12 V gelijkspanning. Sluit de kathode van de led aan op de min van de voeding en meet nu met een multimeter hoeveel spanning er over de led staat (rode draad van de meter aan de pluszijde van de led). Als vuistregel geldt ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en ''high efficiency'' groene leds. Hoe u leds worden aangesloten, is te zien in het artikel [[Hoe sluit u leds aan]].
+
# de drempelspanning: dit is de spanning over een brandende led. Deze spanning (V<sub>f</sub> ofwel V<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant. Als de drempelspanning niet te vinden is, dan is de drempelspanning ook heel eenvoudig te meten. Sluit een weerstand van 1k2 aan op de anode van de led en sluit de andere zijde van de weerstand aan op de plus van een voeding van ongeveer 12 V gelijkspanning. Sluit de kathode van de led aan op de min van de voeding en meet nu met een multimeter hoeveel spanning er over de led staat (rode draad van de meter aan de pluszijde van de led). Als vuistregel geldt ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en ''high efficiency'' groene leds. Hoe leds kunnen worden aangesloten, is te zien in het artikel [[Hoe sluit u leds aan]].
# de stroom:  de maximale stroomsterkte (I<sub>f</sub> ofwel I<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant. Let wel, dit is zoals vermeld de maximale stroomsterkte. Minder stroom mag altijd. Voor een veilige marge kunt u uitgaan van de helft hiervan. Normale leds hebben een maximale stroom van 20 mA. ''High Power'' of ''Low Current'' hebben al genoeg aan 5 mA. Is geen maximale stroom voor uw led te vinden, dan is dit een veilige maximale waarde om vanuit te gaan.
+
# de stroom:  de maximale stroomsterkte (I<sub>f</sub> ofwel I<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant. Let wel, dit is zoals vermeld de maximale stroomsterkte. Minder stroom mag altijd. Voor een veilige marge kan worden uitgegaan van de helft hiervan. Normale leds hebben een maximale stroom van 20 mA. ''High Power'' of ''Low Current'' hebben al genoeg aan 5 mA. Is geen maximale stroom voor de led te vinden, dan is 5 mA een veilige maximale waarde om vanuit te gaan.
  
 
=== Minimale waarde van de serieweerstand ===
 
=== Minimale waarde van de serieweerstand ===
Regel 126: Regel 126:
  
 
----
 
----
====Rekenvoorbeeld 3 ====
+
====Rekenvoorbeeld 1 ====
 
Een ''High Efficiency/Low Current'' led geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel; voedingsspanning van 16 volt, drempelspanning over de led (volgens de datasheet) ongeveer 3,2 V. Gegevens voor de berekening:
 
Een ''High Efficiency/Low Current'' led geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel; voedingsspanning van 16 volt, drempelspanning over de led (volgens de datasheet) ongeveer 3,2 V. Gegevens voor de berekening:
 
# Voedingsspanning is 16 V
 
# Voedingsspanning is 16 V
Regel 137: Regel 137:
 
De uitkomst is dan: 6400 ohm. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 ohm (6k8).
 
De uitkomst is dan: 6400 ohm. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 ohm (6k8).
  
====Rekenvoorbeeld 4====
+
====Rekenvoorbeeld 2====
 
Een simpele voeding: een trafo met een bruggelijkrichter en een elco van 470 &micro;F. Op de elco staat 17,5 volt. Voor ''Low Current'' leds types een maximale stroomsterkte van 2 mA ofwel 0,002 A. De drempelspanning over één ''Low Current'' led is ongeveer 2 V. Bij 2 leds in serie dus 4 V.  
 
Een simpele voeding: een trafo met een bruggelijkrichter en een elco van 470 &micro;F. Op de elco staat 17,5 volt. Voor ''Low Current'' leds types een maximale stroomsterkte van 2 mA ofwel 0,002 A. De drempelspanning over één ''Low Current'' led is ongeveer 2 V. Bij 2 leds in serie dus 4 V.  
  
Regel 151: Regel 151:
 
   
 
   
 
=== Opgenomen vermogen in de serieweerstand ===
 
=== Opgenomen vermogen in de serieweerstand ===
====Rekenvoorbeeld 1====
+
====Rekenvoorbeeld====
 
''Low Current'' led;
 
''Low Current'' led;
 
# Voedingsspanning 16 V
 
# Voedingsspanning 16 V
Regel 162: Regel 162:
  
 
=== Opgenomen vermogen serieweerstand bij een hogere spanning ===
 
=== Opgenomen vermogen serieweerstand bij een hogere spanning ===
====Rekenvoorbeeld 2====
+
====Rekenvoorbeeld====
 
# Voedingsspanning 18 V
 
# Voedingsspanning 18 V
 
# Drempelspanning over de led 2,9 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 2,9 = 15,1 V
 
# Drempelspanning over de led 2,9 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 2,9 = 15,1 V

Versie van 26 jun 2020 om 21:34

Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

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


Inleiding

Om de stroom door een led te beperken tot een veilige waarde kan een voorschakelweerstand in serie met de led geschakeld worden (een serieweerstand). Dit artikel geeft aan hoe de minimale led voorschakelweerstand te berekenen.

De term 'voorschakelweerstand' zou tot verwarring kunnen leiden. Beter zou het zijn om van 'serieweerstand' te spreken. Het is een weerstand die altijd in serie met een ander onderdeel geschakeld wordt. Ook zou men kunnen denken 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 weerstand zit. Het ligt er maar net aan wat gemakkelijker uitkomt in de locomotief of rijtuig. Zorg er alleen maar voor dat de led in de doorlaatrichting met de anode (lange aansluiting) aan de plus komt. Zie ook het artikel Hoe sluit u leds aan.

Er bestaan leds met korte stugge draadjes die in een printplaat gestoken worden (zogenaamde through-hole technologie), er bestaan SMD-leds die rechtstreeks op de print gemonteerd worden en er zijn SMD-leds met draadjes er aan gesoldeerd. Een led werkt fundamenteel anders dan een gloeilamp. Bij een gloeilamp bepalen de spanning die er over staat en de weerstand van de gloeidraad hoeveel stroom er door de gloeilamp loopt. Een gloeilamp is spanninggestuurd. Hoe meer spanning er over de lamp staat, hoe meer licht deze geeft.

Een led heeft geen gloeidraad, het is een speciale diode. De hoogte van de stroom bepaalt hoeveel licht de led geeft. De spanning over de diode blijft over een geleidende diode (nagenoeg) gelijk. Een led is dus stroomgestuurd. De fabrikant geeft daarom in de data sheet een maximale waarde voor de stroom (Imax). Bij die waarde is een redelijke levensduur van de led te verwachten.

Soms wordt gewoon de maximaal toelaatbare spanning op een led gezet. Dat houdt echter een zeer groot risico in. Zodra de voedingsspanning ook maar even iets hoger wordt dan de normale spanningswaarde, zal de stroom sterk toenemen en zit de led meteen in de gevarenzone en dan is het nagenoeg uitgesloten dat de led dit overleeft.

Bij leds moet dus een weerstand worden gebruikt om de stroom door de led te beperken. Zonder weerstand (of een weerstand met een te lage waarde) of een te hoge voedingsspanning, dan brandt de led meteen door.

Weerstandstype

Er zijn drie typen weerstanden in de handel verkrijgbaar; koolfilm, metaalfilm en draadgewonden. Voor toepassingen met leds voldoet een koolfilmweerstand uit de E12- of E24 reeks prima.

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. Zie via Google de datasheet.

Door het verschil in drempelspanning is het beter geen witte led (3 volt) met een rode led (2 volt) in serie te schakelen. Door beide leds loopt dan dezelfde stroom en dat kon nog wel eens een verschillende helderheid opleveren. Sluit dus verschillende typen of kleuren leds altijd via een eigen serieweerstand aan.

Nodig voor het berekenen

Er zijn steeds drie dingen die bekend moeten zijn om een juiste berekening te maken:

  1. de voedingsspanning: deze spanning verschilt tussen trafo’s en centrales. Bij gebruik van een decoder is de spanning tussen een functieaansluiting en de gemeenschappelijke (blauwe) draad te meten (met de functie ingeschakeld). Als er geen decoder toegepast wordt, dient een gelijkrichter tussen de rails en meter aangesloten te worden. Deze gelijkrichter is ook nodig om de leds aan te sluiten. Meet bij analoog gebruik bij de maximaal gebruikte stand van de trafo. Zie ook het artikel ’Rijtuigverlichting’. Bij rijden op meerdere verschillende banen (bijvoorbeeld clubbaan of bij vrienden), is uitgaan van 20 V bij digitale aansturing en 16 V bij analoge aansturing een veilig uitgangspunt.
  2. de drempelspanning: dit is de spanning over een brandende led. Deze spanning (Vf ofwel Vforward) staat in de datasheet van de fabrikant. Als de drempelspanning niet te vinden is, dan is de drempelspanning ook heel eenvoudig te meten. Sluit een weerstand van 1k2 aan op de anode van de led en sluit de andere zijde van de weerstand aan op de plus van een voeding van ongeveer 12 V gelijkspanning. Sluit de kathode van de led aan op de min van de voeding en meet nu met een multimeter hoeveel spanning er over de led staat (rode draad van de meter aan de pluszijde van de led). Als vuistregel geldt ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en high efficiency groene leds. Hoe leds kunnen worden aangesloten, is te zien in het artikel Hoe sluit u leds aan.
  3. de stroom: de maximale stroomsterkte (If ofwel Iforward) staat in de datasheet van de fabrikant. Let wel, dit is zoals vermeld de maximale stroomsterkte. Minder stroom mag altijd. Voor een veilige marge kan worden uitgegaan van de helft hiervan. Normale leds hebben een maximale stroom van 20 mA. High Power of Low Current hebben al genoeg aan 5 mA. Is geen maximale stroom voor de led te vinden, dan is 5 mA een veilige maximale waarde om vanuit te gaan.

Minimale waarde van de serieweerstand

LED vsw01.gif
Afbeelding: 01
Led met serieweerstand
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Om er voor te zorgen dat de stroom door de led niet te hoog kan worden, zal de serieweerstand een bepaalde minimale waarde moeten hebben. Het berekenen van de minimale waarde kan met de 'Wet van Ohm'.

De formule voor het berekenen van de weerstandswaarde is: R = U / I, ofwel; weerstand is spanning gedeeld door stroom (ohm = volt / ampères).

Door de drempelspanning van de led(s) wordt de formule: R = (U - Uled) / Iled gebruikt. Hierbij is R de waarde van de weerstand in ohm, U de voedingsspanning in volt, ULed de drempelspanning over de led in volt en Iledde stroom door de led in ampére;. De voedingsspaning U wordt verminderd met de spanning over de led Uled.

Rekenvoorbeeld

Twee leds in serie, aan te sluiten op een locdecoder. Bij een locdecoder staat een gelijkspanning van 16 tot 18 volt op de blauwe draad. Dit rekenvoorbeeld gaat uit van 16 volt. De drempelspanning van de led is volgens de datasheet 1,9 volt.

Gegevens voor de berekening:

  1. Voedingsspanning is 16 V
  2. Spanningsval over één led is 1,9 V, daarmee is de spanningsval over de weerstand 16 - 1,9 - 1,9 = 12,2 V (twee leds in serie)
  3. Stroomsterkte door beide leds in serie is 12 mA = 0,012 A

Deze waarden in de formule geeft:

R = (Uvoeding - 2 x Uled) / Iled = (16 - 1,9 - 1,9) / 0,012 = 12,2 / 0,012 = 1017 ohm.

De dichtstbijzijnde waarde in de E12-reeks is 1000 ohm (1k, bruin-zwart-rood), maar de dichtstbijzijnde hogere waarde is 1200 ohm (1k2, bruin-rood-rood). Bij gebruik van SMD-leds kunnen ook SMD-weerstanden worden gebruikt (aanduiding 102 resp 122).

Uit de voorbeeldberekening blijkt dat bij een voedingsspanning van 16 V een stroom van 12 mA en twee leds in serie, de praktische minimale waarde van de weerstand 1200 ohm is.

Een maximale waarde voor de serieweerstand is niet te berekenen, dat is een kwestie van uitproberen. Wanneer de weerstandswaarde te hoog gekozen wordt, geeft de led gewoon geen licht meer. Het enige waar dus rekening mee gehouden moet worden, is de minimale waarde van de serieweerstand; alle waarden tussen de praktische 1200 ohm en de experimenteel vastgestelde maximumwaarde is te gebruiken.

Let-op.jpg
  LET OP
Neem nooit een lagere weerstandswaarde dan berekend want dan is de stroom door de led(s) te hoog en zal deze gegarandeerd defect raken!!

De praktijk

In de praktijk zal voor de locomotiefverlichting 6 tot 8 mA door de leds lopen. Als frontverlichting hoeft de loc geen verstralers te hebben en aan de achterzijde hoeft de verlichting ook niet zo sterk te branden als aan de voorzijde. Voor de frontverlichting is een stroom van 8 mA meestal ruim voldoende. Bij de achterverlichting kan worden uitgegaan van 6 mA. Bij een dergelijke stroom geven de moderne high efficiency leds al een zee van licht. Ook bij interieurverlichting van rijtuigen moet altijd in gedachten worden houden dat het meestal niet fraai is om de maximaal toegelaten stroom door de binnenverlichting of om het even welke led te nemen.

Rekenvoorbeeld 1

Hier een rekenvoorbeeld er van uitgaande dat de decoder een spanning geeft van 18 V en de led een stroom vraagt van 10 mA.

  1. Voedingsspanning 18 V
  2. Drempelspanning over de led is 1,4 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 1,4 = 16,6 V
  3. Stroomsterkte door de led is 10 mA = 0,01 A

Twee van de drie waarden zijn nu bekend en de weerstand is uit te rekenen met de formule:

R = (Uvoeding - Uled) / Iled = (18 - 1,4) / 0,01 = 16,6 / 0,01 = 1660

De uitkomst is dan 1660 ohm.

De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1800 ohm, in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 1k8.

Rekenvoorbeeld 2

Stel voedingsspanning is 18 volt, warmwitte led met een drempelspanning van 3,1 V, stroomsterkte van 10 mA.

Ggevens voor de berekening:

  1. Voedingsspanning 18 V
  2. Drempelspanning over de led is 3,1 V, spanningsval over de weerstand is dan 18 - 3,1 = 14,9 V
  3. Stroomsterkte door de led is max. 10 mA = 0,010 A

Deze waarden in de formule geeft:

R = (Uvoeding - Uled) / Iled = (18 - 3,1) / 0,012 = 14,9 / 0,01 = 1490

De uitkomst is dan: 1490 ohm.

De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 1500 ohm, in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 1k5.


Twee (of meer) leds in serie

Twee LEDs ser02.gif
Afbeelding: 02
Serieschakeling twee leds
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij twee (of meer) leds in serie voor de frontverlichting is de totale spanningsval over de leds het aantal leds maal de drempelspanning van één led. De berekening gaat dan als volgt:

  1. Voedingsspanning is 18 V
  2. Spanning over één led is 2,9 volt. Bij twee stuks in serie 5,8 V. Spanning over de weerstand is dan 18 - 5,8 = 15,2 V
  3. Stroomsterkte door beide leds en de weerstand is 10 mA = 0,01 A

Deze waarden in de formule geeft:

R = (Uvoeding - aantal leds x Uled) / Iled = (18 - 2 x 2,9 / 0,01A = 12,2 / 0,01 =1220

De uitkomst is dan: 1220 ohm

De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1400 ohm (1k4).


Rekenvoorbeeld 1

Een High Efficiency/Low Current led geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel; voedingsspanning van 16 volt, drempelspanning over de led (volgens de datasheet) ongeveer 3,2 V. Gegevens voor de berekening:

  1. Voedingsspanning is 16 V
  2. Drempelspanning over de led 3,2 V, spanning over de weerstand is dan 16 - 3,2 = 12,8 V
  3. Stroomsterkte door de led is 2 mA = 0,002 A

Deze waarden in de formule geeft:

R = ((Uvoeding - aantal leds x Uled) / Iled = (16 - 3,2) / 0,012 = 12,8 / 0,002 = 6400

De uitkomst is dan: 6400 ohm. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 ohm (6k8).

Rekenvoorbeeld 2

Een simpele voeding: een trafo met een bruggelijkrichter en een elco van 470 µF. Op de elco staat 17,5 volt. Voor Low Current leds types een maximale stroomsterkte van 2 mA ofwel 0,002 A. De drempelspanning over één Low Current led is ongeveer 2 V. Bij 2 leds in serie dus 4 V.

Gegevens voor de berekening:

  1. Voedingsspanning is 17,5 V
  2. Drempelspanning over één led is 2 V, over beide leds in serie valt in totaal 4 V, spanning over de weerstand is dan 17,5 - 4 = 13,2 volt.
  3. Stroom door de leds en weerstand is 2 mA = 0,002 A

In de formule geeft dit:

R = (Uvoeding - aantal leds x Uled) / Iled = (17,5 - 4) / 0,002 = 13,5 / 0,002 = 6750

De uitkomst is dan 6750 Ohm, eerstvolgende hogere waarde in de E12-Reeks is 6800 Ohm (6k8).

Opgenomen vermogen in de serieweerstand

Rekenvoorbeeld

Low Current led;

  1. Voedingsspanning 16 V
  2. Drempelspanning over de led is 3,2 V, spanning over de weerstand is dan 16 - 3,2 = 12,8 V
  3. Stroomsterkte door de led is 2 mA = 0,002 A

P = U × I, dus P = 12,8 × 0,002 = 0,0256 watt.

Een weerstand met een belastbaarheid van (1/8) watt is in dit rekenvoorbeeld dus meer dan voldoende.

Opgenomen vermogen serieweerstand bij een hogere spanning

Rekenvoorbeeld

  1. Voedingsspanning 18 V
  2. Drempelspanning over de led 2,9 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 2,9 = 15,1 V
  3. Stroom door de led is 10 mA = 0,010 A

P = U × I, dus P = 15,1 × 0,010 = 0,151 watt (afgerond 0,16 watt)

In dit rekenvoorbeeld dus een weerstand met een belastbaarheid van ¼ (0,25) watt.


De elektronicus gebruikt voor de belastbaarheid van een weerstand ook wel de term 'zwaarte'. Met 'een zwaardere weerstand' wordt dan een weerstand bedoeld die met een groter vermogen kan worden belast. De 'zwaarte' van een weerstand heeft dus totaal niets met de weerstandwaarde of met het gewicht ervan te maken. De weerstand moet een vermogen moet hebben van minimaal het berekende en dat alles wat groter is OK, maar de weerstand is dan in afmetingen wel groter.

Zoals hierboven aangegeven wordt altijd naar de eerstvolgende hogere waarde in de E-reeks verwezen. De reden hiervoor in de elektronica is dat weerstanden altijd een bepaalde tolerantie bezitten (bijv. &plusminus;10% in de E-12 Reeks en 5% in de E24-Reeks). Door nu de eerstvolgende hogere waarde te nemen wordt voorkomen dat de stroom door een component (zoals een led) te hoog kan worden. Bij deze hogere weerstandswaarde loopt er weliswaar iets minder stroom door de leds, maar dat is geen enkel probleem. De moderne leds geven zoveel licht dat het effect van die iets lagere stroomsterkte verwaarloosbaar is.


De hier vermelde weerstandswaarden zijn richtwaarden. Wanneer de verlichting te fel is, kan altijd een hogere weerstandswaarde gebruikt worden.


Meer informatie

Encyclopedie:
(zie: Cursussen).
Beneluxspoor.net:
over het gebruik van een stroombron bij leds.
Externe websites:
Weerstanden.
Hulpmiddel voor het berekenen van de waarde van de serieweerstand.
Overzicht E-reeksen.



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

Laatste wijziging: 5 juni 2020 14:53 (CEST)