Widerstände werden heiß

[Achim H]

Eine Reihe besteht aus 3 LEDs ( Kaltweiß oder Warmweiß) und einem Widerstand von 100 Ohm (gerechnet: 12-3,6-3,6-3,6=1,2 | 1,2/0,02 = 60 Ohm.)
weil ich aber keine 68Ihm Widerstände hatte habe ich 100er genommen ( der gemessene Strom bei einer Reihe liegt dann bei 19,2mA- ist ja richtig).

Nein, nicht 19,2mA sondern nur 12mA.

Zum Berechnen des Widerstand:
U / I = R
1,2V / 20mA = 60 Ohm

Zum Berechnen des tatsächlichen Strom:
U / R = I
1,2V / 100 Ohm = 0,012A --> 12mA

nun abe ich von diesen LED Widerstand LED LED -Reihen 80 Stück parallel geschaltet und der gemessene Strom ist 920mA (vielleicht ein bissl wenig (gerechnet hatte ich mit 1200 mA))

80 Reihen a 12mA ergibt bei mir irgendwas um 960mA.

[L Bosch]

also weil die vielen Widerstände insgesamt zu viel Wärme erzeugen, fangen die LEDs an zu flackern?

Nein, grundsätzlich verringert sich der deren Widerstand bei Zunahme der Temperatur um
einen gewissen Wert, den Temperaturkoeffizienten.

Darum sollten bei Schaltungen mit LEDs immer Metallschichtwiderstände benutzt werden, diese
besitzen anders als Kohleschichtwiderstände einen positiven Temperaturkoeffizienten und
steigern damit bei Erwärmung ihren Widerstand, der Strom für die LEDs sinkt dadurch.

[Sailor]

also weil die vielen Widerstände insgesamt zu viel Wärme erzeugen, fangen die LEDs an zu flackern?

Nein, grundsätzlich verringert sich der deren Widerstand bei Zunahme der Temperatur um
einen gewissen Wert, den Temperaturkoeffizienten.

Darum sollten bei Schaltungen mit LEDs immer Metallschichtwiderstände benutzt werden, diese
besitzen anders als Kohleschichtwiderstände einen positiven Temperaturkoeffizienten und
steigern damit bei Erwärmung ihren Widerstand, der Strom für die LEDs sinkt dadurch.

Das stimmt zwar, hier ist es jedoch in dem geschlossenen und durch die Matten wärmeisolierten Gehäuse unabhängig vom verwendeten Widerstandstyp zu heiß für die LED´s. Wenn die Platine von der Rückseite auch so abgedeckt ist, liegen die LED´s in einem Backofen

Nicht nur die Widerstände, auch die LED´s produzieren Wärme, und die muss weg!

Es ist ein Irrtum zu glauben, dass 5 mm LED´s nicht warm werden. 10 Watt durch 5 mm LED´s erzeugen genau so viel Wärme wie 10 Watt durch High-Power-LED´s mit gleichem Wirkungsgrad!

[BuBa]

Hallo, ich habe auch so eine Schaltung gebaut und hab auch das problem das die Widerstände extrem Heiss werden.
Wenn ich nur eine einzelne LED mit Vorwiderstand anschließe wird es überhaupt nicht warm.

[L Bosch]

Hallo, ich habe auch so eine Schaltung gebaut und hab auch das problem das die Widerstände extrem Heiss werden.
Wenn ich nur eine einzelne LED mit Vorwiderstand anschließe wird es überhaupt nicht warm.

Oft hilft es einfach, in Zukunft Widerstände mit einer höheren Maximalleistung zu kaufen, bei-
spielsweise 0,25W anstatt 0,1W. Aber diese Entscheidung ändert an der an den Widerständen
abgegebenen Leistung und damit an der entstehenden Wärme überhaupt nichts, es schützt
nur den Widerstand vor der Zerstörung verursacht durch Überhitzung.

Die sich am Widerstand in Wärme verwandelnde Verlustleistung berechnet sich so:

PR = UR · I

Folglich lässt sich die Wärme nur durch die Verringerung der am Widerstand abfallenden Spannung
oder dem Strom herabsetzen.

Und natürlich ist, wie schon gesagt, immer auf eine ausreichende Luftzirkulation oder auch eine
anderweitige Kühlung zu achten, das aber erst ab mehreren Watt.

[BuBa]

Funktioniert das auch wenn ich die Widerstände weg lasse und dann einfach immer 6 LED´s in Reihe schalte?

[L Bosch]

Theoretisch schon, dadurch wird immerhin keine Wärme mehr vom Widerstand produziert.

Praktisch ist aber davon dringend abzuraten. Der Widerstand hat auch gute Gründe, erstens
fällt an ihm unnötige Spannung ab, zweitens regelt er den Strom für die LEDs.

Ohne ihm würden an den LEDs eine höhere Spannung anliegen, also resultiert ein höherer Strom.
Je nach Situation ist damit eine geringere Lebenserwartung dieser bis hin zur Überstromung,
also Hitzetod, verbunden.

Bei weiteren Fragen würde ich an deiner Stelle ein eigenes Thema im Bereich "LED-Anfänger"
oder "LEDs anschließen" eröffnen.

[Sailor]

Funktioniert das auch wenn ich die Widerstände weg lasse und dann einfach immer 6 LED´s in Reihe schalte?

Die Wärme wird immer produziert. Bei mehr LED´s in Reihe etwas weniger, da etwas mehr Licht aus den 240 mW einer Reihe bei 12 Volt, 20 mA erzeugt wird.

Bei mehreren LED´s in Reihe mit Widerstand bleibt der Widerstand kühler, da er weniger Leistung in Wärme umsetzen muss als bei nur einer LED. Das gilt natürlich nur bei gleicher Versorgung.

Wenn der Widerstand bei 3 LED´s in Reihe an 12 Volt wärmer wird als nur eine LED mit Vorwiderstand, ist der Widerstand falsch berechnet, entweder im Widerstandswert oder in der Leistungsklasse.

[007Joe]

@ L Bosch

also sollte ich einfach Metallschichtwiderstände benutzen und für einen ausreichende Luftzirkulation sorgen, aber woran erkenne ich einen Metallschichtwiderstand und einen Kohlewiderstand?

und zur Kühlung:
ich habe jetzt die Widerstände alle von der Platine angehoben, sodass ein kleiner Luftpuffer entsteht. Desweiteren habe ich einen Lüfter unter der Platine angebracht, und überlege, mit einem Winkelschleifer Schlitze in das Gehäuse der Lampe zu machen, um die Luftzirkulation zu verbessern.


@Achim H
ja das stimmt gemessen habe ich am ende insgesamt 920 mA
ist das den kritisch, wenn nur so ein kleiner Strom fließt, ist doch besser, weil dadurch werden die Widerstände nicht so heiß.

[Beatbuzzer]

und zur Kühlung:
ich habe jetzt die Widerstände alle von der Platine angehoben, sodass ein kleiner Luftpuffer entsteht. Desweiteren habe ich einen Lüfter unter der Platine angebracht, und überlege, mit einem Winkelschleifer Schlitze in das Gehäuse der Lampe zu machen, um die Luftzirkulation zu verbessern.

Eine aktive Kühlung mit Lüfter sollte die Wärmeprobleme mühelos aus der Welt schaffen. Ein paar Lüftungsschlitze und ein Luftzug reichen schon aus.
16W sind auf der großen Fläche gar nicht soviel Wärme. Nur wenn da ein geschlossenes Gehäuse drum ist, staut sich das ganze schnell auf.

[Sailor]

Der Austausch der Widerstände löst Dein Problem nicht. Grundsätzlich solltest Du allerdings bei LED-Anwendungen Metallschichtwiderstände verwenden. Wenn Du sie mit den LED´s bestellt hast, sind Deine Widerstände mit großer Wahrscheinlichkeit die richtigen.

Durch den kleineren Strom werden sowohl die Widerstände als auch die LED´s nicht so heiß. Das ist also gut, die LED´s werden weniger belastet, sind dann allerdings auch nicht mehr ganz so hell.

Die Luft muss nicht nur an den Widerständen zirkulieren können, auch die LED´s brauchen Luft zur Kühlung.

In einem so dicht gepackten Array ist das schon ein Problem, ähnlich wie bei High-Power-LED´s, die bei der Leistung ja auch gekühlt werden müssen.

Du musst also darauf achten, dass auch eine Kühlung an der Frontseite (dort wo die LED-Köpfe sitzen) erfolgt.

Selbst wenn Du die Widerstände außerhalb des Gehäuses unterbringst, wird das LED-Array zu heiß, wenn es so eingepackt ist, wie es die Bilder zeigen und keine Luft an den Köpfen der LED´s vorbeiströmen kann.

[Beatbuzzer]

@Sailor
Meinst du nicht, dass die Anschlussbeine der LEDs die Wärme auf die Platine abführen und das Lötzinn und die Querverbindungsdrähte eine ausreichende Angriffsfläche für Frischluft bieten, sodass es ausreicht wenn nur hinten gelüftet wird?

[Sailor]

Meine 36 LED-Arrays werden im 18 mA-Betrieb an der Oberfläche schon merklich warm, obwohl sie nicht in einem Gehäuse gefangen sind.

Da merkt man schon den engen Zwischenraum deutlich.

[L Bosch]

also sollte ich einfach Metallschichtwiderstände benutzen und für einen ausreichende Luftzirkulation sorgen, aber woran erkenne ich einen Metallschichtwiderstand und einen Kohlewiderstand?

Metallschichtwiderstände sind in normaler Bauform meistens blau, Kohleschichtwiderstände meist
hellbraun bis weiß oder hellgrau.
Aber der wesentliche Unterschied ist auch nur bei Erwärmung der Widerstände zu sehen, der
Strom würde bei Metallschichtwiderständen damit sinken und die entstehende Hitze ein wenig
zurückgehen. Dann wird sich der Strom irgendwann auf einen bestimmten Wert stabilisieren.

Hier gäbe es beispielsweise Metallschichtwiderstände zu kaufen:
http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... 0-33W.html

[Achim H]

@Achim H
ja das stimmt gemessen habe ich am ende insgesamt 920 mA
ist das den kritisch, wenn nur so ein kleiner Strom fließt, ist doch besser, weil dadurch werden die Widerstände nicht so heiß.

Nein, kritisch ist das keinesfalls. Mit weniger Strom werden die Leds auch weniger heiß, erzeugen dafür aber auch nicht die Helligkeit, die sie mit einem typischen Strom hätten.

Ein Beispiel:

nur_ein_beispiel.png

Bei 20mA erzeugt die Led ihre typische Helligkeit (links in der Skala) von 1. Bei einem Strom von 12mA wird die Led nur noch ungefähr 0,6 (ca. 60%) ihrer typischen Helligkeit hell.

Wenn die Led zum Beispiel bei 1 (=100%) eine Helligkeit von 5 Lumen produziert, wird sie mit 0,6 entsprechend auch nur 0,6 (=60%) von 5 Lumen hell, also nur ca. 3 Lumen.
Bei 80 Reihen a 3 Leds (=240 Leds) würde das bedeuten, dass diese
statt 240 x 5 Lumen = 1200 Lumen
nur 240 x 3 Lumen = 720 Lumen (immerhin 480 Lumen weniger) Licht erzeugen.

Da der gemessene Strom für alle 80 Led-Stränge nur insg. 920mA beträgt, ist der Strom durch eine Reihe noch etwas niedriger als 12mA:
920mA : 80 Reihen = 11,5mA
Und mit 11,5mA werden die Leds noch etwas weniger Licht als mit 12mA abgeben.

Bei nur 11,5mA ist die Vorwärtsspannung durch 1 Led auch nicht so hoch wie mit einem typ. Strom von 20mA. Näheres würden die Datenblätter der Leds verraten.

Die Belastung für den Widerstand sinkt allerdings auch.
12V - (3 x 3,6V) = 1,2V
1,2V x 0,0115A (entspricht 11,5mA) = 0,0138 Watt (entspricht 13,8mW)

Selbst wenn die Vorwärtsspannung einer Led niedriger wäre (es fällt mehr Spannung über den Widerstand ab), die Belastung eines Widerstand würde zwar größer werden, aber den Widerstand nicht überlasten.

Leistungsmäßig passt alles. Ich denke, die entstehende Wärme an den Widerständen ist nur eine Nebenerscheinung, weil auf kleinstem Raum sehr viele Bauteile gepackt sind und die Wärme nicht schnell genug an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.

mfg Achim

[007Joe]

led-kühlung:

Möglichkeit: Die LEDs etwas "nach vorne" löten, sodass zwischen LED und Platine ca 0,7 mm Luft ist.

Alternative: es reicht schon, wenn ich den Lüfter benutze der einen Luftstrom an den LEDs vorbei, erzeugt.


und die Helligkeit reicht für die Lampe aus. (trotz 60% Leutchtkraft)

[Achim H]

Im Normalfall ist an jedem Pluspol (Anode) ein kleines Fähnchen. Man sollte die Led nicht tiefer in die Platine stecken, als bis zu diesem Fähnchen (muss noch heraus schauen). Bei einigen bedrahteten Powerleds steht auch schon mal im Datenblatt, wie lang die Beinchen aus der Platine heraus schauen müssen, damit dessen Wärme schnellstmöglich an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.

Für eine gute Konvektion können auch die Widerstände hochkant statt flach liegend eingelötet werden.

Und wenn alle Stricke reißen, dann eben mit ein paar Kühlfähnchen/Kühlblechen nachhelfen oder die Schaltung mit einem Lüfter anblasen. Eventuell muss der Lüfter nicht mit Fullpower laufen (macht auch Krach), sodass man die Drehzahl etwas runter regeln kann.

[007Joe]

Also das mit den Widerständen habe ich schon gemacht und mit dem Lüfter auch... (was ist besser? anblasen, oder absaugen)

wenn du jetzt sagst, dass ich die LEDs mit bis zu dem Fähnchen einlöten DARF, muss ich alles nochmal neu machen...

und was meinst du mit Kühlfähnchen/Kühlblechen?

[Achim H]

Anblasen ist definitiv besser als absaugen. Allerdings muss die Luft aus dem Gehäuse heraus und frische Luft hinter dem Lüfter wieder rein. Bei einem Gehäuse für den Außeneinsatz muss man sich was einfallen lassen, damit nicht zu viel Feuchtigkeit ins Gehäuse gelangt.

Kühlbleche und Kühlfähnchen musst Du dir so vorstellen:
An dem Beinchen der Bauteile befinden sich (zum Beispiel aus Kupfer, ist ein sehr guter Wärmeleiter und lässt sich gut löten) dünne Bleche (bei bedrahteten Leistungsdioden auch gerne in Form geschlitzter Röhrchen), die die Oberfläche der Bauteile vergrößern und somit mehr Wärme an die Umgebung abgeben können.

[007Joe]

Kühlbleche und Kühlfähnchen musst Du dir so vorstellen:
An dem Beinchen der Bauteile befinden sich (zum Beispiel aus Kupfer, ist ein sehr guter Wärmeleiter und lässt sich gut löten) dünne Bleche (bei bedrahteten Leistungsdioden auch gerne in Form geschlitzter Röhrchen), die die Oberfläche der Bauteile vergrößern und somit mehr Wärme an die Umgebung abgeben können.

kann man die Dinger auch hier Kaufen? und wenn ja, müsste ich dann alle LEDs wieder auslöten?

[Achim H]

Solche Kühlkörper gibt es hier nicht. Sowas kann man sich einem Kupferblech mit 0,5mm Dicke mit einer Haushaltsschere (das Material ist relativ weich) zurecht schneiden. Röhrchen macht man aus den Blechstreifen, indem man diese zum Beispiel um einen 4-zölligen Nagel (ca. 4mm Durchmesser) drumrum biegt.

Ich würde einfach mal mit einem Lüfter probieren, bevor Du irgendwas an Deiner Schaltung neu machst. Manchmal reicht das schon, was aus dem Lüfter rauskommt.

mfg Achim

[007Joe]

Das Blech habe ich hier, aber wie soll ich die Blechröhrchen anbringen, sodass die Wärme abgeleitet wird und trotzdem keinen Kurzschluss erzeugt wird?

[L Bosch]

aber wie soll ich die Blechröhrchen anbringen, sodass die Wärme abgeleitet wird und trotzdem keinen Kurzschluss erzeugt wird?

Als eine Möglichkeit würde sich das simple anlöten anbieten. Nur gibt es dabei die Nachteile der
möglichen Überhitzung der LED beim Lötvorgang und die allgemeine Schwierigkeit der Arbeit.

[007Joe]

wo den anlöten`? an der LED bzw EINEM Füßchen der LED oder hinten an den Verbindungsdräten?
aber die sind doch überhaupt nicht warm geworden, geschweige denn so heiß, dass man sie kühlen müsste.

[Achim H]

Sie Sache mit den Kühlfähnchen/Kühlflächen kannst Du in einem geschlossenen Gehäuse vergessen. Wohin sollt die Wärme abgegeben werden? - Doch nur an die Luft, die sich im Gehäuse befindet. Das reicht nicht, wenn die Luft dort nicht ausgetauscht wird.

Wenn das Gehäuse aus einem Aludruckguss hergestellt ist, könnte man auch eine Art Kühlplatte mit allen Widerständen drauf von innen direkt ans Gehäuse montieren (Wärmeleitpaste oder -kleber verwenden, für einen besseren Halt können zusätzlich Schrauben oder Nieten verwendet werden) und die Wärme von dort über das Alu nach Draußen transportieren. Falls das Gehäuse aus einem anderes Material (zum Beispiel: Plastik) besteht: eine Zwangslüftung (Lüfter) und ein paar Löcher ins Gehäuse bohren.

Und wenn das auch nicht umsetzbar ist, dann bleibt nur noch, die ganze Elektronik neu aufzubauen (diesmal aber richtig und auch die Leds nur bis zu den Kühlfähnchen am Beinchen einlöten).

Wie Beatbuzzer schon geschrieben hat, die Reihen dann mit einer höheren Spannung betreiben und dafür mehr Leds in Reihe legen, sodass nur wenige Widerstände eingesetzt werden müssen. Erstens ist es wirtschaftlicher eine höhere Spannung zu verwenden und Zweitens werden die Verluste über die Widerstände minimiert. Weniger Widerstände bedeutet dann auch weniger Wärme. Ist zwar schade um das bisherige Leuchtfeld, aber vielleicht kann man es noch irgend woanders einsetzen.

mfg Achim