LED Schutz Überbrückung

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Hallo,

Ich möchte ein Modulares Beleuchtungssystem bauen, welches aus einfachen 
5cm grosse 10W LED Platinen besteht, die dann Reihenweise zusammen 
gesteckt sind, und von einem MW Trafo gesteuert werden. Jede Leuchte 
besteht aus 32x 8p4s 3030smds + Ballastwiderstand und einem 
Kaltleiterschutz (siehe Anhang). Zusätzlich wäre es sinnvoll eine 
Überbrückung vorzusehen, falls ein oder mehrere chips ausfallen, damit 
nicht gleich die ganze Reihe dunkel wird. Wie mache ich das am besten ?

besten Dank für ihre Hilfe,

qwerkus

[Axel R. (axlr)]

Fluss-Spannung am Modul messen, welches du ium Fehlerfall überbrücken 
willst und eine Z-Diode, deren NennSpannung etwas häher, als die 
gemessene Fluss-Spannung deiner LED ist, in Sperr-Richtung drüberlöten. 
Normalerweise würde der Strom über die LED fließen und diese leuchtet, 
im Fehlerfall (LED ist hochohmig und aus) leitet jetzt die Z-Diode.
Würde gehen, oder?

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Danke für die Rückmeldung. Zener Diode parallel zu den 8 Reihen klingt 
sinnvoll; was ist jedoch wenn eine oder mehrere LEDs kurzschliessen 
statt hochohmig zu werden - oder passiert das eingentlich nie ?

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Es sieht so aus, als wäre die einfachste Methode gegen LED Kurzschlüsse 
innerhalb einer Reihe eine Sicherung. Allerdings kommen kleine 
Sicherungen mit recht hohen Widerstandswerte: über 1 Ohm bei 160mA. 
Stellt sich daher die Frage: kann auf den Ballast-widerstand verzichtet 
werden, bei Verwendung einer Sicherung ? Somit könnten theoretisch die 
Verluste halbiert werden...

[Michael B. (laberkopp)]

QWeRKUS Q. schrieb:
> Zusätzlich wäre es sinnvoll eine Überbrückung vorzusehen,

Ist doch in deinem Schaltplan schon drin, das ist doch der Schaltplan 
von einem solchen Modul, oder ist das bloss deine Wunschvorstellung ?

Da ein Bypass der 10W drumrumleitet (mehr als) 10W aushalten müsste, 
schliesst man bei Überschreitung der Nennspannung (also vielleicht ab 
16V) kurz.
Das geht mit Thyristor und 15V Z-Diode am Gate oder einer Trisil.
Der Trafo muss dazu aber ein Konstantstrom LED Trafo sein der in der 
Spannung mit runter geht und darf kein Festspannungsnetzteil sein
Die Methode löst auch das Problem was mit Kurzschluss einer LED 
auftritt, allerdings unter Verlust ihres Moduls (dort übernimmt erst der 
Strang mit der kurzgeschlossenen LED die ganzen 750mA, und in ihm 
brennen weitere LED durch, bis das ganze Modul hinüber ist). Aber in 
Modulen lässt sich eh keine einzelne LED wechseln.

[Εrnst B. (ernst)]

Gegen einzelne LEDs die hochohmig werden gibt's eine All-in-one - 
Lösung:

https://www.littelfuse.com/products/led-protectors.aspx

Klappt aber nur mit einer KSQ pro Strang. Die ausgefallene LED wird 
überbrückt, der Rest kann weiterleuchten.

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Εrnst B. schrieb:
> Gegen einzelne LEDs die hochohmig werden gibt's eine All-in-one -
> Lösung:
>
> https://www.littelfuse.com/products/led-protectors.aspx
>
> Klappt aber nur mit einer KSQ pro Strang. Die ausgefallene LED wird
> überbrückt, der Rest kann weiterleuchten.

Ja die PLED habe ich gesehen; allerdings erwähnt die Doku nur 
Reihenanwendungen. Ob ich damit parallel auch überbrücken kann, ist 
unsicher.

[Εrnst B. (ernst)]

QWeRKUS Q. schrieb:
> Ob ich damit parallel auch überbrücken kann, ist
> unsicher.

Versteh nicht ganz was du meinst.

Je eine PLED parallel zu ein, zwei, drei LEDs im Strang. Die LEDs in 
Serie

Die Stränge parallel, aber mit KSQ statt Vorwiderstand. Idealerweise 
eine geschaltete KSQ oder, wenn Linear, mit Übertemperaturabschaltung.

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Michael B. schrieb:

> Ist doch in deinem Schaltplan schon drin, das ist doch der Schaltplan
> von einem solchen Modul, oder ist das bloss deine Wunschvorstellung ?

Schaltplan von mir - also Wunschvorstellung.

> Da ein Bypass der 10W drumrumleitet (mehr als) 10W aushalten müsste,
> schliesst man bei Überschreitung der Nennspannung (also vielleicht ab
> 16V) kurz.
> Das geht mit Thyristor und 15V Z-Diode am Gate oder einer Trisil.

Meinst Du etwa so etwas: 
https://patents.google.com/patent/US20100123399A1/en

> Der Trafo muss dazu aber ein Konstantstrom LED Trafo sein der in der
> Spannung mit runter geht und darf kein Festspannungsnetzteil sein

Sollte mit einem MW type C trafo machbar sein.

> Die Methode löst auch das Problem was mit Kurzschluss einer LED
> auftritt, allerdings unter Verlust ihres Moduls (dort übernimmt erst der
> Strang mit der kurzgeschlossenen LED die ganzen 750mA, und in ihm
> brennen weitere LED durch, bis das ganze Modul hinüber ist). Aber in
> Modulen lässt sich eh keine einzelne LED wechseln.

Das wiederum ist suboptimal. Je nach Bauart lassen sich Module mit 
Heissluftpistolen oder kleine Löstspizten gut reparieren, daher wäre es 
schade, wenn immer gleich alle 32 LEDs durchbrennen müssen.

Im Anhang, eine einfache Simulation mit z-Diode bypass und 150mA 
Sicherungen (Beispiel 10p3s).

In diesem Beispiel würden immer nur 1x LED ausbrennen, da die Sicherung 
dann schmilzt.

Prolematisch ist allerdings der Spannungswandel im gesammten System, da 
die Spannungs des Fehlerhaften Moduls leicht steigt sinkt die Spannung 
aller anderen entsprechend = schwächere LEDs. Eine Höhere Anzahl an 
Modulen verteilt die Abschwächung etwas besser.

Ungünstig sind auch die Verluste durch z-Dioden, und die vielen kleinen 
Widerständen.

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Εrnst B. schrieb:
> Je eine PLED parallel zu ein, zwei, drei LEDs im Strang. Die LEDs in
> Serie

Was mir nicht klar ist: reicht eine PLED für die 8 Parallelstränge oder 
sind die zu schwach, und dann: kann ich einfach 2-3 davon parallel 
schalten ? Sorry, ich werde aus der V-I Kurve der Doku einfach nicht 
schlau...

> Die Stränge parallel, aber mit KSQ statt Vorwiderstand. Idealerweise
> eine geschaltete KSQ oder, wenn Linear, mit Übertemperaturabschaltung.

KSQ = KonstanStromQuelle ? Inwiefern ersetzt die Stromquelle die 
Vorwiderstände ? Die Sind doch da um Ungleichheiten zwischen den LEDs in 
einer Reihe aus zu bügeln. Dazu sind sie recht nützlich wenn einer oder 
mehrere Stränge ausfallen, damit die Spannung in den restlichen Strängen 
nicht all zu stark steigt.

[Εrnst B. (ernst)]

QWeRKUS Q. schrieb:
> reicht eine PLED für die 8 Parallelstränge

Idealerweise: Eine PLED pro LED. Also 32 Stück.
Idee ist: es fällt kein ganzer Strang aus, wenn eine LED kaputtgeht. 
Macht Sinn wenn das Licht "wichtig" ist, und ein Austausch kompliziert, 
teuer und zeitaufwendig.

Aber: Die kaputte LED wird überbrückt, also Kurzgeschlossen.
Damit sinkt die Flussspannung der Serienschaltung.
Mit einer Konstantstromquelle pro Strang ist das kein Problem, die 
anderen LEDs sehen weiterhin den gleichen Strom und die Helligkeit 
ändert sich nicht.
Mit einem simplen Vorwiderstand steigt der Strom, was den Rest der Reihe 
in den Tod reißen kann.

[QWeRKUS Q. (qwerkus_q)]

Εrnst B. schrieb:
> QWeRKUS Q. schrieb:
>> reicht eine PLED für die 8 Parallelstränge
>
> Idealerweise: Eine PLED pro LED. Also 32 Stück.
> Idee ist: es fällt kein ganzer Strang aus, wenn eine LED kaputtgeht.
> Macht Sinn wenn das Licht "wichtig" ist, und ein Austausch kompliziert,
> teuer und zeitaufwendig.
>
> Aber: Die kaputte LED wird überbrückt, also Kurzgeschlossen.
> Damit sinkt die Flussspannung der Serienschaltung.
> Mit einer Konstantstromquelle pro Strang ist das kein Problem, die
> anderen LEDs sehen weiterhin den gleichen Strom und die Helligkeit
> ändert sich nicht.
> Mit einem simplen Vorwiderstand steigt der Strom, was den Rest der Reihe
> in den Tod reißen kann.

Ok also hatte ich es korrekt verstanden. Eine Stromquelle pro Strang ist 
leider aus praktischen Gründen nicht machbar: es bräuchte eine KSQ mit 
sehr hoher DC Spannung (300V+) und sehr kleiner stärke (etwa 75mA). Dazu 
bedeutet es unzählige Litzen zwischen den Modulen. Man müsste das 
Gesammtdesign auf Strips statt Einzelnmodule ändern, was allerdings das 
Problem der kleinen Stromstärke nicht regelt.

Ansonsten: könnte mir jemand die V I Kurve aus der Littlefuse Doku 
erklären ? 
https://www.littelfuse.com/media?resourcetype=datasheets&itemid=14e6c200-246e-443d-9cd0-b0cd3014d239&filename=littelfuse-led-protector-pled-datasheet

Die Grundkurve wirk wie eine zackige Zener Diode Kurve, und leuchtet 
ein. Ich verstehe allerdings nicht was die kleinen linearen Kurven 
sollen.

[Εrnst B. (ernst)]

QWeRKUS Q. schrieb:
> Stromquelle pro Strang ist
> leider aus praktischen Gründen nicht machbar: es bräuchte eine KSQ mit
> sehr hoher DC Spannung (300V+)

Wo kommen die 300V jetzt her? Dein Schaltplan enthält 32 LEDs in 
Strängen aus je 4.
Da sind vielleicht 12-15 V im Spiel, aber keine 300.

Edit: Ah, I see... der Schaltplan ist für ein einzelnes Modul, und du 
willst mehrere Module in Serie schalten.

[Manfred P. (pruckelfred)]

QWeRKUS Q. schrieb:
> Allerdings kommen kleine
> Sicherungen mit recht hohen Widerstandswerte: über 1 Ohm bei 160mA.

Das ist ja furchtbar, ein ganzes Ohm. Wie groß sind denn die 
Vorwiderstände der Stränge?

QWeRKUS Q. schrieb:
> Prolematisch ist allerdings der Spannungswandel im gesammten System, da
> die Spannungs des Fehlerhaften Moduls leicht steigt sinkt die Spannung
> aller anderen entsprechend = schwächere LEDs. Eine Höhere Anzahl an
> Modulen verteilt die Abschwächung etwas besser.

Klingt widersprüchlich.

QWeRKUS Q. schrieb:
> KSQ = KonstanStromQuelle ? Inwiefern ersetzt die Stromquelle die
> Vorwiderstände ? Die Sind doch da um Ungleichheiten zwischen den LEDs in
> einer Reihe aus zu bügeln. Dazu sind sie recht nützlich wenn einer oder
> mehrere Stränge ausfallen, damit die Spannung in den restlichen Strängen
> nicht all zu stark steigt.

Warum soll die Spannung steigen, das Netzteil ist doch geregelt?

Wenn Du Dein Gebilde mit einer Stromquelle versorgst, sieht das anders 
aus. Die Wirkung der Vorwiderstände auf die gleichmäßige Stromverteilung 
ist sehr begrenzt, das hatte ich mal in einem anderen Thread anhand zwei 
einzelner LEDs gemessen.

Es darf kein Strang ausfallen, weil sich dann die restlichen den Strom 
teilen und ein Lawineneffekt los rollt.

Das ist theoretisch rechnerisch einfach Mist.

Millionen Chinagelumpe bauen so und es geht oftmals gut. Sich da 
Gedanken um Schutzmaßnahmen zu machen, steigert den Aufwand ins 
Unermessliche.