Wer mehrere LEDs gleichzeitig zum Leuchten bringen will, der stellt sich natürlich die Frage, ob man die LEDs in Reihe oder zueinander parallel schalten sollte.

Warum man keine LEDs parallel schalten sollte

Zwei LEDs wurden parallel geschaltet und mit einem einzigen Vorwiderstand von 1k2 gegen 12V geschaltet. Seltsamerweise leuchtet einer der LEDs heller als die andere. Woran liegt das?

Ganz einfach, die LED mit der geringeren Durchflussspannung bekommt mehr Strom. Das bedeutet, sie leuchtet heller.
Gleichzeitig muss man berücksichtigen, dass während der Spannungsunterschied nur gering ist, dass der Unterschied der Stromstärken groß ist. Das führt dann dazu, dass die LEDs unterschiedlich hell leuchten. Im schlimmsten Fall leuchtet nur eine der beiden LEDs. Zum Beispiel dann, wenn sie unterschiedlich farbig sind. Wenn das so ist, dann leuchtet immer die LED mit der geringsten Flussspannung.

Hierbei erkennt man, dass LEDs mit Strom gesteuert werden (Einstellung der Helligkeit).

Mehrere LEDs in Reihe ohne Vorwiderstand an einer Spannungsquelle betreiben

Theoretische würde es funktionieren mehrere LEDs ohne Vorwiderstand an einer Spannungsquelle zu betreiben. Das würde voraussetzen, dass die Spannungsquelle absolut konstant ist und die Spannung an den LEDs ebenso konstant sind und es auch bleiben. Dann könnte man einfach mehrere LEDs in Reihe schalten, die abfallende Spannung an den LEDs aus den Datenblättern suchen und die Spannungsquelle dementsprechend einstellen.

Aber, in der Praxis wird kaum eine Spannungsquelle absolut konstant sein. Die Exemplarstreuungen der LEDs wirken aber noch viel schlimmer. Die abfallende Spannung ist in der Regel immer anders. Das führt dazu, dass die ganze Berechnung für die Katz ist. Im ungünstigsten Fall fließt mehr Strom durch eine der Leuchtdioden. Sie wird wärmer. Und warme Halbleiter leiten besser, als kalte Halbleiter. Es folgt ein Anstieg des Stroms. Wieder steigt die Temperatur. Irgendwann steigt der Strom rasant an und zerstört eine der Leuchtdioden.

Wenn eine oder mehrere LEDs ausfallen, dann müssen die restlichen den “Stromüberschuss” verkraften. Eine Stromzunahme bedeutet wiederum Wärme, die zu einem größeren Stromfluss führt. Die Folge ist, dass weitere LEDs kaputt gehen.

Die einzige Möglichkeit dem entgegen zu wirken, ist die Strombegrenzung durch eine Konstant-Stromquelle oder einen Vorwiderstand.

Vorwiderstand berechnen

Den Vorwiderstand legt man so aus, dass die LEDs nicht mit dem maximal zulässigen Strom betrieben werden, sondern dass sie noch einige mA Reserve haben. In der Regel kann man LEDs “untersteuere”. Das bedeutet, dass man einer LED nur soviel Strom zugesteht, dass sie mit 60 bis 75% der maximal möglichen Leuchtstärke leuchten. Für die meisten Anwendungsfälle reicht das vollkommen aus.

• Vorwiderstandsrechner
• Beispiel: Berechnung für den Vorwiderstand einer LED

Fazit

So viel ist sicher, eine Reihenschaltung von LEDs ist wesentlich effizienter als eine Parallelschaltung. In der Reihenschaltung wird weniger Energie benötigt. Die Durchflussspannung der in Reihe geschalteten LEDs wird einfach addiert. Abzüglich der Betriebsspannung ergibt sich die Restspannung, die am Vorwiderstand abfällt. Und zusammen mit dem Durchflussstrom durch die LEDs ergibt sich der Wert des Vorwiderstands. Die Betriebsspannung sollte um die 1 bis 3 Volt größer sein, als die Summe der Durchflussspannungen der in Reihe geschalteten LEDs. Andernfalls wird der Widerstand sehr klein und nimmt einen eher ungünstigen Wert an.

Mit der Zeit sammeln sich schnell viele Steckernetzteile an. Irgendwann will man welche davon wegschmeißen. Vorher prüft man, welche davon defekt sind. Mit einem Digitalmultimeter misst man als die Ausgangsspannung.

Auf den ersten Blick scheinen die Ergebnisse zu verblüffen. Man stellt fest, dass die gemessenen Ausgangsspannungen mit dem aufgedruckten Spannungswert wenig zu tun haben.

Liegt hier ein Messfehler vor?

Vorausgesetzt man hat das Multimeter richtig verwendet liegt hier indirekt ein Messfehler vor. Der Grund: Im Fall eines der üblichen Steckernetzteile misst man im Leerlauf (also ohne Last) immer eine deutlich höhere Spannung. Die aufgedruckte Spannung stellt sich erst ein, wenn ein Strom fließt.

Hier ist zu beachten, dass bei der Spannungsmessung kein Strom durchs Messgerät fließt. Ein Netzteil gibt es also immer eine Leerlaufspannung ab, wenn kein Strom fließt. Mit dem Multimeter misst man immer die Leerlaufspannung, die in der Regel höher als die angegebene Spannung ist.

Beachten muss man dabei, dass insbesondere günstige Netzteile eine etwas ungenaue Spannungsstabilisierung haben.

Der Elektronik-Bastler wird mit Erstaunen feststellen, dass die LED in einer LED-Taschenlampe keinen Vorwiderstand hat. Das ist insbesondere bei diesen Schlüsselanhänger-LED-Taschenlampen so. Doch auch hier ist ein strombegrenzender Widerstand eingebaut, auch wenn man ihn nicht sieht.

Der Widerstand ist die Spannungsquelle in Form einer Knopfzelle.

Batterien haben einen relativ hohen Innenwiderstand, der strombegrenzend wirkt. Auch für die LED.

Bei der Vielzahl unterschiedlicher Steckernetzteile stellt sich die Frage, ob man die untereinander tauschen kann. Wenn Steckergröße und Spannungs- und Stromwerte zusammenpassen, dann ist das durchaus möglich. Ein Problem ist nur noch die Polarität des Klinkensteckers.

Bei genauerer Betrachtung ist das nicht einheitlich geregelt. Das heißt, jeder Hersteller macht es irgendwie anders. Wenn man also wissen will, wo was rauskommt muss man messen. Auf der anderen Seite muss man im Gerät die Leiterbahnen verfolgen, wenn außen nichts aufgedruckt ist.

Ein Stützkondensator stützt die Betriebsspannung an einem integrierten Schaltkreis bei kurzfristigen Spannungsschwankungen, die zum Beispiel bei einer kurzfristigen hohen Stromentnahme durch den Schaltkreis entstehen kann.

Der Stützkondensator ist auch unter dem Begriff Blockkondensator bekannt.

Bei digitalen Schaltkreisen werden üblicherweise Folienkondensatoren mit 100 nF als Stützkondensatoren verwendet. Es gibt auch IC-Sockel, die bereits einen Stützkondensator eingebaut haben.