Konstantstromquelle für Leuchtdioden

Leuchtdioden sind auch unter der Abkürzung LEDs bekannt. Handelsübliche Leuchtdioden sind elektronische Halbleiter Bauelemente, die unter Anderem zur Beleuchtung von Flachbildschirmen eingesetzt werden. Auch im Beleuchtungssegment setzen heute immer mehr Hausbesitzer und Innenausstatter auf stromsparende LEDs.

Leuchtdioden werden oft mithilfe einer Konstantstromquelle betrieben. Konstantstromquellen machen einen Strom konstanten Niveaus nutzbar, auch wenn sich der elektrische Widerstand ändert. Diese Art der Stromversorgung wird auch als eingeprägter Strom bezeichnet.

Die Helligkeit von LEDs wächst mit der Leistungsaufnahme an. Die Temperatur der LEDs bleibt bei einer konstanten Halbleitertemperatur annähernd gleich. Die Leuchtdioden werden nicht direkt an eine Spannungsquelle wie eine Batterie angeschlossen.

LEDs werden am einfachsten über einen Vorwiderstand betrieben. Der Wirkungsgrad unterscheidet sich hierbei nicht von dem einer linearen Konstantstromquelle. Nachteilig wirkt sich beim Betrieb von LEDs mit einem Vorwiderstand aber die hohe Variabilität des Stroms aus. Häufig werden Leuchtdioden auch mit einer Konstantstromquelle betrieben, wobei der Vorwiderstand entfällt. Diese Konstantstromquellen werden mithilfe von Transistoren oder integrierten Schaltkreisen realisiert und ermöglichen weite Spannungsbereiche. Es gibt neben einem Vorwiderstand und einer Konstantstromquelle auch noch die Möglichkeit, LEDs über einen Schaltregler zu betreiben oder die Netzspannung zu nutzen. Zum Betrieb einer Leuchtdioden mit Netzspannung wird ein Gleichrichter oder alternativ ein Vorschaltkondensator benötigt.

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LED Konstantstromquelle

Die LED-Konstantstromquelle versorgt Leuchtdioden (LED) mit Strom. Konstantstromquellen speisen in den Stromkreislauf konstant Strom ein, wobei der elektrische Widerstand keinen Einfluss ausübt. In der Praxis werden mit einer LED-Konstantstromquelle also Stromschwankungen vermieden, welche die sensiblen Leuchtdioden beschädigen könnten.

LEDs werden heute vielseitig eingesetzt und verbrauchen deutlich weniger Strom als eine Glühlampe. Neben ihrer langen Lebensdauer spricht auch die niedrige Wärmeentwicklung für den Einsatz von LED-Leuchten. Leuchtdioden werden nicht direkt an die Spannungsquelle angeschlossen, die sie mit Strom versorgt, sondern über einen Vorwiderstand. Alternativ zu einem Vorwiderstand können Leuchtdioden auch über eine Konstantstromquelle betrieben werden. Eine Konstantstromquelle kann über geeignete Transistoren und integrierte Schaltkreise realisiert werden. Auch ein einfacher Linearregler, meist ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor, kann in Serie mit einer Leuchtdiode mit der Spannungsquelle gekoppelt werden.

Im Fachhandel werden LED-Konstantstromquellen in Form kleiner Platinen angeboten, die mit dem Lötkolben angeschlossen werden. Die LED-Konstantstromquelle hat eine Abmessung von wenigen Zentimetern und ist als Platine nicht viel größer als ein kleines ein Cent-Stück. An die kleinen Platinen können auch mehrere LEDs angeschlossen werden, die mit unterschiedlicher Spannung betrieben werden. Die Konstantstromquellen werden unter Anderem für 20, 60 und 80 Milliampere angeboten. Auch für Power-LEDs sind vergleichbare Platinen erhältlich, die auf deutlich erhöhte Stromstärken ausgelegt sind. Unter Verwendung einer Konstantstromquelle kann zum Betrieb von LEDs immer auf einen Vorwiderstand verzichtet werden. Die Gleichspannung sorgt für eine gleichbleibende Helligkeit der Leuchtdioden, deren Lichtausbeute immer von der Stromstärke abhängig ist.

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LED-Netzteile

Die LED-Netzteile sorgen für eine konstante Spannungsversorgung von Leuchtdioden (LED) und werden oft anstelle von Batterien oder Akkus verwendet. Unterschieden wird bei LED-Netzteilen zwischen Gleichstrom- und Wechselstromnetzteilen. Die Gleichstromnetzteile unterteilt man in stabile und instabile Netzteile. Gerade in Verbindung mit Leuchtdioden sind die stabilen Gleichstromnetzteile am optimalsten, weil sie immer mit konstanten 12 Volt arbeiten. Dagegen sind Wechselstromnetzteile in der Regel nicht stabil, weil die Spannung je nach Last variiert. Sie verfügen über einen Trafo. Für den Betrieb von Leuchtdioden sind aber alle drei Varianten von Netzteilen geeignet.

LED-Netzteile und ihre Verwendung

Die Verwendung von Leuchtdioden nimmt immer mehr an Bedeutung zu, sei es im privaten Bereich, in der Wohnung, an Fassaden, im Auto oder in Verbindung mit Werbemitteln. Die LED-Netzteile sind damit ein unverzichtbares Zubehör geworden. Sie dienen z.B. als LED-Zubehör in Verbindung mit Leuchtdioden-Leisten, als moderne Weihnachtsbeleuchtung oder LED-Spots. Hier finden sie ihren Einsatz in Wohn-, Veranstaltungs- oder Verkaufsräumen zur dekorativen Beleuchtung. Der Vorteil von Leuchtdioden liegt vorallem in ihrem sparsamen Stromverbrauch, ihrer Langlebigkeit und ihrer optimalen Helligkeit.

Dekorative LED-Leisten

Die LED-Netzteile werden beispielsweise für LED-Leisten verwendet, die für 12 Volt ausgelegt sind und in verschiedenen Leistungsklassen angeboten werden. Bei der Wahl des richtigen LED-Netzteils sollte man die Gesamtleistungsaufnahme der angeschlossenen Leisten beachten, um eine Überlastung zu vermeiden. Das Netzteil könnte ansonsten Schaden nehmen. Aus diesem Grund ist es zu empfehlen, etwa 20% zu der Gesamtleistungsaufnahme der Verbraucher hinzuzurechnen.

Merkmale von LED-Netzteilen

Qualitativ hochwertige LED-Netzteile verfügen über einen hohen Wirkungsgrad, eine optimale Isolationsspannung und Betriebstemperaturbereich bei maximaler Leistung. Die LED-Treiber sollten außerdem den Sicherheitsstandards entsprechen und über die IP-Schutzarten als Schutz gegen Fremdkörper und Wasser verfügen. LED-Netzteile können über die Firma ProConnecting erworben werden.

Themenkontext: Heise Artikel zu LED Netzteilen in Mini Beamern.

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Konstantstromquelle

Eine Konstantstromquelle hat die Aufgabe, bei möglichen Spannungsänderungen einen konstanten Strom zu gewährleisten. In der Regel unterliegen Stromquellen Stromschwankungen, die vom elektrischen Widerstand abhängig sind. Als Konstantstromquellen sind vorallem zwei elektronische Schaltungen umsetzbar, die Gleichstromquelle und die Wechselstromquelle.

Insbesondere bei Gleichstrom sind Konstantstromquellen und der Stromspiegel mit Transistor optimale Schaltungen. Darüber hinaus werden allerdings auch Konstantstromquellen als Wechselstromquellen mit Stromwandler oder Messumformer eingesetzt. Mit Transistoren beispielsweise lässt sich eine Konstantstromquelle realisieren. Zum Einsatz kommen Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren und weitere Schaltungen, die vornehmlich in Schaltungen von Gleichstromquellen verwendet werden.

Verwendung eines Bipolartransistors

Mit Einsatz eines gegengekoppelten Bipolartransistors kann eine Konstantstromquelle erzielt werden. Mit Hilfe eines Spannungsteilers, der aus zwei Widerständen besteht, wird die Spannung konstant gehalten. Das hat zur Folge, dass der Transistor leitend wird, Strom fließt und durch den Emitterwiderstand eine Spannung erzeugt wird. Durch eine Gegenkopplung wird im weiteren Verlauf entgegengewirkt, welches wiederum zu einer Stabilisierung führt.

Verwendung eines Feldeffekttransistors

Eine weitere Möglichkeit einer Konstantstromquelle ist der Aufbau mit einem Feldeffekttransistor sowie einem sogenannten Source-Widerstand. Diese elektrischen Bauteile werden als Stromregeldioden bezeichnet, sind Halbleiter und sorgen ebenfalls für einen konstanten Strom. Die Stromregeldioden sind Feldeffekttransistoren und keine Dioden, obwohl sie über zwei Anschlüsse verfügen und den Strom ausschließlich in eine Richtung eingrenzen.

Konstantstromquellen und ihre Anwendung

In vielen Fällen kann es sinnvoll sein, Leuchtdioden an eine Konstantstromquelle anzuschließen. Hier bietet sich ein Linearregler an, welcher mit der Diode in Serie geschaltet werden kann. Auf diese Weise wird die Problematik des Vorwiderstandes mit der damit verbundenen Versorgungsspannung gelöst. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass die LEDs unabhängig vom jeweiligen Spannungsbereich zuverlässig mit konstantem Strom betrieben werden können. Weitere Anwendung finden Konstantstromquellen mit Operationsverstärkern.

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