Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#1 von Robdust , 21.01.2024 18:55

Moin,

habe mir vorgefertigte LEDs gekauft.

Physikalische Parameter: Durchlassspannung: DC 12V / Durchlassstrom: 20mA

Diese habe ich am Elektrischen Stromverteiler parallel geschaltet.

Das Netzteil:Ausgang: DC12V 2A (24W)

An den Widerständen, werden die unangenehmen heiß. Habe kein passendes Thermometer , aber wenn ich die anfasse spüre ich richtige Hitze. Kerzenwachs schaffe ich damit zu schmelzen. Sollten also schon Mal grob 65 Grad haben

Habe ich hier einen Denkfehler in meiner Planung , oder ist eine Hitze Entwicklung normal?

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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#2 von Lokführer01 , 21.01.2024 19:07

Hm, 20mA - warum? Da läuft der Widerstand schon an der obersten Kante der Leistung. Mache mal noch einen Widerstand von ca. 1,8kOhm davor, da kommst du um die 5mA, was ausreichend ist und die Helligkeit merkst du so gut wie nicht.


Gruß Andreas

Wer glaubt hört auf zu denken.


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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#3 von Robdust , 21.01.2024 19:23

kann ich nicht beantworten, bin in Elektrotechnik ne Niete. Dachte 12volt Netzteil und 12volt Leds werden parallel geschaltet schon passen :-) die LEDs werden halt so ausgeliefert mit den Widerständen. Selber Löten ist noch nix für mich ...

Liefert mein Netzteil zu viel Strom? Wollte nur so ca. 7 LEDs anschließen.

Interessant ist, wenn ich 3 in Reihe schalte. Spüre ich gar keine Hitzeentwicklung. Die Lichtausbeute ist dann weniger...


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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#4 von MYKer , 21.01.2024 20:58

Hallo Robdust,

wenn Du die LEDs nicht einzeln betreiben möchtest kannst Du sie ohne Probleme in Reihe schalten immer 2 Stück. Wenn Dir das etwas dunklere Licht nix ausmach auch 3 in Reihe.
Mit 20 mA laufen die LEDs an der oberen Grenze und sind auch für viele Anwendungen auf der MoBa dann zu hell.
Wenn Du nicht löten möchtest dann kannst Du es auch mit einer anderen Spannungsversorgung versuchen. (9Volt o.ä.)
Einfach mal anschließen und abschätzen ob Dir die Helligkeit gefällt.

Gruß Huby.


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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#5 von Gelöschtes Mitglied , 21.01.2024 21:01

Moin,

Zitat von Lokführer01 im Beitrag #2
Hm, 20mA - warum? Da läuft der Widerstand schon an der obersten Kante der Leistung.

Weil 20mA einer der Standardwerte für LEDs ist, bei denen sich die Durchflussspannung einstellt und die Diode im Arbeitspunkt betrieben wird (siehe Kennlinie im Datenblatt einer LED)

Widerstände gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen, für diese Anwendung bei 12V muss der Widerstand ~100mW vertragen. Die üblichen axialen Widerstände sind für 0,4W oder 0,6W ausgelegt, je nach Baugröße. Wenn der Chinese bei diesen LEDs mit Vorwiderstand was genommen hat, das gerade günstig im Regal lag oder aber den Vorwiderstand zu klein gewählt hat ...

Auf jeden Fall ist bei 20mA LEDs und 12V Speisung der Widerstand überlastet, wenn dieser warm wird. Weniger Strom bedeutet aber auch weniger Licht, da kommt es auf den Anwendungsfall an, ob das noch genügt, wenn ein weiterer Widerstand in Reihe geschaltet wird. Die 12V sind übrigens nicht die Durchflussspannung, sondern die Betriebsspannung der Zusammenschaltung von LED und Vorwiderstand. Die Durchflussspannung einer LED ist was anderes und ist abhängig von der Farbe der LED.

Gruß
Tom


zuletzt bearbeitet 21.01.2024 21:18 | Top

RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#6 von Gelöschtes Mitglied , 21.01.2024 21:16

Moin,

Zitat von MYKer im Beitrag #4
Hallo Robdust,
Mit 20 mA laufen die LEDs an der oberen Grenze



Nö!

Was der optimale Strom (forward current) und der maximale Strom (peak forward current) ist, entnimmt man dem Datenblatt, da es LEDs mit z.B. 2mA, 13mA, 20mA aber auch mit 20A (uva. mehr) gibt. Wenn hier von einer 20mA LED gesprochen wird, sind 20mA der optimale Wert, bei dem sich die Durchflussspannung einstellt und der Arbeitspunkt ungefähr auf der Mitte der Kennlinie liegt sowie die angegebene Helligkeit erreicht wird. Da ist nach unten noch Luft (Diode wird dunkler) und nach oben auch (Diode wird heller). Überschreitet man If peak dauerhaft, leuchtet die LED auch hell, aber nur einmal und ganz kurz Unterschreitet man einen bestimmten Strom, leuchtet die LED nicht mehr. In den Datenblättern ist die Lichtstärke (in mcd Millicandela) mit forward current (Vorwärtstrom) in Form einer Kurve angegeben. Da kann man ablesen, für welche Lichtstärke welcher Strom erforderlich ist. Übrigens ein schöner Anhaltspunkt, wenn man möglichst gleich helle LEDs in einer Anwendung haben möchte.

Gruß
Tom


zuletzt bearbeitet 21.01.2024 21:21 | Top

RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#7 von Klaus3 , 21.01.2024 22:02

Moin,

Zitat von DL7BJ im Beitrag #5

Auf jeden Fall ist bei 20mA LEDs und 12V Speisung der Widerstand überlastet, wenn dieser warm wird.



Nö!

Ein Widerstand wird immer warm, wenn Strom fließt. Die Leistung, die er elektrisch "verbraucht", wird zu 100% in Wärme umgesetzt. Und er wird so warm, bis die Energieabgabe durch Strahlung und Konvektion genau dieser Leistung entspricht. Wie warm ein Widerstand im Betrieb werden darf, steht im Datenblatt. Bei Widerständen sind typischerweise 80 oder 125 Grad spezifiziert. Das ist eher nicht die Temperatur, bei der das Bauteil zerstört wird, sondern die Temperatur, für die die im Datenblatt genannten Werte noch alle gültig sind. Was einen Widerstand auf Dauer zerstört ist nicht die maximale Temperatur, sondern der ständige Wechsel der Temperatur. Bei dauerhaft zum Beispiel 100 Grad wird der Widerstand länger halten, als alle Leser dieses Fadens alt werden, und das zusammen gerechnet😀

Aber auch die absolute Maximaltemperatur ist im Datenblatt genannt. Typisch sind da noch 250 Grad und mehr! Nur als Hinweis: das Löten muss der Widerstand ja auch überleben.

Also keine Panik! Man sollte halt drauf achten, daß ein Widerstand seine Energie auch abgeben kann. Er braucht also irgendwie Luft, die an ihm direkt vorbei strömt oder indirekt, zum Beispiel an der Leitung oder der Leiterplatte, an die er gelötet ist. Und Material in seiner Nähe sollten die Temperaturen auch überleben. Wäre ja doof, wenn der Widerstand überlebt, sich dabei aber durch das Dach eines Modellbahnwagens brennt😀

Unabhängig dieser theoretischen Betrachtungen empfiehlt es sich natürlich solche Verlustleistungen grundsätzlich klein zu halten, also Reihenschaltung, niedrigere Eingangsspannungen oder getakteten Stromquellen zu verwenden.

Für die Praxis: alles, was man dauerhaft ohne Schmerzen anfassen kann, ist noch locker diesseits der Spezifikation😀

Gruß
Klaus


klein.uhu hat sich bedankt!
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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#8 von vikr , 21.01.2024 22:22

Hallo Robdust,

Zitat von Robdust im Beitrag #1
oder ist eine Hitze Entwicklung normal?
ja! Es wird eine Leistung von insgesamt 20 mA mal 12 V ( 240 mW) in Wärme umgewandelt, nur etwa ein Fünftel davon erst in Licht und erst dann in Wärme, fast vier Fünftel (knapp ein Fünftel Watt) direkt am Widerstand in Wärme. Wie heiß es direkt an dem Widerstand selbst wird, hängt von Material und Bauform insbesondere von der Oberfläche ab, über die die Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Wenn der verbaute Widerstand für 0,2 Watt ausgelegt ist, kann er, wenn er nicht gut belüftet wird, Kunstoff in der unmittelbaren Umgebung durchaus zum weich werden bringen.

MfG

vik


im Übrigen - Märklin am liebsten ohne Pukos, z.B. als Trix


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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#9 von Gelöschtes Mitglied , 22.01.2024 00:45

Moin,

Zitat von Klaus3 im Beitrag #7

Ein Widerstand wird immer warm, wenn Strom fließt. Die Leistung, die er elektrisch "verbraucht", wird zu 100% in Wärme umgesetzt. Und er wird so warm, bis die Energieabgabe durch Strahlung und Konvektion genau dieser Leistung entspricht. Wie warm ein Widerstand im Betrieb werden darf, steht im Datenblatt. Bei Widerständen sind typischerweise 80 oder 125 Grad spezifiziert. Das ist eher nicht die Temperatur, bei der das Bauteil zerstört wird


Was passiert, wenn der Widerstand die Wärme nicht abgeben kann, weil die Oberfläche nicht groß genug ist? Wird der dann einfach nicht wärmer, als im Datenblatt steht?
Die Leistung eines Widerstandes ist massgeblich von der Bauform abhängig (wie vik korrekt bemerkte). Sonst könnte man einfach 0201er SMD als Vorwiderstand für 20mA LEDs nehmen, die sind schön klein. Das der Luft benötigt, hast Du ja auch geschrieben, aber die Oberfläche spielt auch eine Rolle.

Zitat von Klaus3 im Beitrag #7
Aber auch die absolute Maximaltemperatur ist im Datenblatt genannt. Typisch sind da noch 250 Grad und mehr! Nur als Hinweis: das Löten muss der Widerstand ja auch überleben.

Bleihaltiges Lot schmilzt bei ~180°C, verbleites Lot bei ~220°C. Der Widerstand würde sich bei 250°C selbst auslöten. Beim Löten ist das nur eine kurzzeitige Wärmebelastung und nur an den Pins, nicht der gesamte Widerstand.

Gruss
Tom


zuletzt bearbeitet 22.01.2024 00:49 | Top

RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#10 von JoWild , 22.01.2024 01:03

Hallo,
bei weisen LED kann man von einem Spannungsgefälle von ca. 3 V ausgehen. bei 12 V Betriebsspannung werden am Widerstand dann 9 V abgebaut. Das bedeutet, das an dem Widerstand bei einer Dimensionierung auf 20 mA 180 mW an Wärme entstehen. Das sind bei den einfachsten Widerständen in bedrahteter Ausführung ca. 75% der zulässigen Wärmeleistung von 1/4 Watt. Wenn die Widerstände jetzt noch in Schrumpfschlauch verpackt sind, dann werden die schon ordentlich warm. Senke die Betriebsspannung auf 7,5 V ab und du reduzierst die Wärmeleistung auf die Hälfte.

Und solltest du gelbe LED derart einsetzen, dann bist du wegen deren geringerem Spannungsgefälle von ca. 1,7 V schon ganz nahe an der Belastungsgrenze des Widerstandes.


Ich wünsche allen Freude an ihrer Modellbahn
Joachim


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zuletzt bearbeitet 22.01.2024 | Top

RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#11 von regalbahner , 22.01.2024 01:48

Hallo Robdust,
mit üblichen Netzteilen hast Du für einen Betrieb
einzelner LEDS, wie beschrieben, enorme Verluste.
Hast Du mal erwogen ein anderes, regelbares Netzteil
zu verwenden ? Für meine Gebäude Beleuchtung
verwende ich regelbare Netzteile (ca. 12 €) und kann
die Helligkeit der LED Streifen sehr fein einstellen.
Gruss
regalbahner
PS: Ich habe hier zwei ungenutzte 5 V Netzteile
rumliegen, damit hättest Du weit weniger Probleme
in die Spannungsbereiche für einzelne LED zu kommen.
Eine kurze private Nachricht mit Deiner Adresse und
ich schicke Dir die beiden.


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zuletzt bearbeitet 22.01.2024 | Top

RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#12 von Klaus3 , 22.01.2024 12:03

Zitat von DL7BJ im Beitrag #9
Moin,

Was passiert, wenn der Widerstand die Wärme nicht abgeben kann, weil die Oberfläche nicht groß genug ist? Wird der dann einfach nicht wärmer, als im Datenblatt steht?
Die Leistung eines Widerstandes ist massgeblich von der Bauform abhängig (wie vik korrekt bemerkte).



Steht in meinem Beitrag oben bereits: Der Widerstand wird so länger wärmer, bis die Wärmeabgabe durch Strahlung und Konvektion der elektrischen Leistung entspricht. Und es hängt im wesentlichen nicht von der Bauform, sondern von der Montage ab. Z.B SMD Widerstände auf Leiterplatten können sehr viel mehr Wärme über die Pads in die Leiterplatte abgeben, als über ihren Körper selbst. Wurde oben auch bereits beschrieben!

Zitat

Bleihaltiges Lot schmilzt bei ~180°C, verbleites Lot bei ~220°C. Der Widerstand würde sich bei 250°C selbst auslöten.



Wenn nicht ein anderes Lot verwendet wurde... Es gibt auch Lote, die für solche Betriebsbedingungen durchaus geeignet sind.

Zitat

Beim Löten ist das nur eine kurzzeitige Wärmebelastung und nur an den Pins, nicht der gesamte Widerstand.



Wurde oben bereits behandelt. Nein, es ist nicht die Dauertemperatur, die einen Widerstand schädigt, sondern die Erwärmungs- und Abkühlungsphasen. Und nein, ein SMD Widerstand erwärmt sich vollständig. Die Wärmeübergänge zu den Pads sind mit voller Absicht so gemacht, daß sie eine hohe Wärmeleitung haben und die Wärmekapazität ist extrem gering. Von daher sind es eben nicht nur die Pads, die beim Löten erwärmt werden, es sei denn, Du würdest Laser- oder Elektropunktschweißen aber wir sind ja noch beim Löten. Bei bedrahteten Widerständen, wenn sie weit von der Lötstelle heraus ragen, mag die Temperatur am Widerstand geringer sein, aber das ist eigentlich nicht relevant, weil unbedenklich. Man denke nur an das Reflow-Löten, wo die ganze Leiterplatte recht lange der Löttemperatur ausgesetzt ist. Alles kein Problem!



Gruß
Klaus


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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#13 von Stahlblauberlin , 22.01.2024 12:08

Die Vorwiderstände sind bei den vorkonfektionierten LEDs fast immer so ausgelegt das die LEDs am Anschlag laufen. Für den zulässigen Maximalstrom einer LED braucht man den genauen Typ und das Datenblatt, u.U. bezieht sich der Maximalstrom auch auf bestimmte Einbausituationen. Bei SMD-LEDs z.B ist da praktisch immer relevant das die LEDs auf einer Leiterplatte mit entsprechender Kupferfläche zur Wärmeableitung aufgelötet sind.
Die Verlustleistung am Wiederstand lässt sich entweder über den Wert des Widerstandes und den Strom berechnen: I²(in A)xR (in Ohm), also z.B. 0,02 A² * 510 Ohm = 0,204 W.
Die 510 Ohm sind grob überschlagen aus den 12V -2 V (LED in Amber) und den 20 mA errechnet: 12V -2V(Uled) =10V, 10V/0,02A = 500Ohm, nächster Normwert 510 Ohm.
Oder man nimmt sich das was bei 12V verbraten werden muss, nämlich 10V und 0,02A: 10V x 0,02A = 0,2W.
Um die Verlustleistung zu minimieren kann man entweder mehrere LEDs in Reihe mit einem gemeinsamen Vorwiderstand betreiben, dabei sollte man es aber nicht übertreiben. Etwa 20% sollte man mindestens dem Vorwiderstand gönnen, sonst wird das schon bei kleinen Spannungsänderungen kritisch. Im konkreten Fall mit ca. 2V pro LED und 12 V ist man mit vier LEDs in Reihe auf der sicheren Seite, (12V-8V)/0,02A = 200 Ohm, Verlustleistung am Vorwiderstand ist dann nur noch 0,08 W bzw. 80 mW. Der Wirkungsgrad insgesamt gewinnt gewaltig, man verbrät ja nur noch 4V statt 10V bei 20 mA.
Alternativ den Strom oder halt die Betriebsspannung runter, ersteres ändert nix am Wirkungsgrad, nur an der Verlustleistung, letzteres bedingt ein anderes Netzteil oder ein Schaltreglermodul. Normale lineare Regler (7805 z.B.) sind auch nichts anderes als geregelte Vorwiderstände, die Verlustleistung fällt dann halt am Regler und nicht am Widerstand an.


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RE: Frage zu LED und Hitzeentwicklung am Widerstand

#14 von Railwolf , 22.04.2024 15:37

Nur am Rande bemerkt:

Zitat von Gast im Beitrag #9
Bleihaltiges Lot schmilzt bei ~180°C, verbleites Lot bei ~220°C.

Verbleit ist bleihaltig.
Gemeint ist im zweiten Fall bleifreies Lot.


Mit vielen Grüßen

Wolf 🐺


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