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 Stromquelle mit LED

Messungen an einer stabilisierten Stromquelle für LED

Superhelle LED in 5mm-Bauform sind typ. für 30mA Dauerstrom ausgelegt; nur im Impulsbetrieb sind noch höhere Ströme zulässig.
Bei nicht stabilisierten Eingangsspannungen ist der Betrieb über einen Vorwiderstand mit Helligkeitsunterschieden verbunden und durch Angsttoleranzen oft auch mit einer fehlenden Ausnutzung des maximal zulässigen Stroms.
Mit dem LM317 steht ein sehr günstiger Spannungsregler zur Verfügung, der mit nur einem zusätzlichen Widerstand zu einer sehr stabilen Stromquelle wird. Der Regler ist so konzipiert, dass er die Spannung am Ausgang (Pin 3, Out, mittlerer Pin bei TO-92) 1,25 V höher als den Steuereingang (Pin 1, Adj, linker Pin bei TO-92) ausregelt. Wird jetzt ein Stromfühlerwiderstand zwischen dem Ausgang und dem Steuereingang geschaltet, und die Versorgungsspannung an Pin 2 (In, rechter Pin bei TO-92) gelegt, ergibt sich eine Stromregelung auf 1,25 V geteilt durch den Wert des Stromfühlerwiderstands in Ohm. Mit dem gewählten Wert von 47 Ω ergibt sich ein Strom von knapp 27 mA, der mir hinreichend dicht am zulässigen Maximalstrom der LED liegt.
Der Spannungsabfall am Regler beträgt bei diesem Strom mindestens 1,95 V, so dass die Eingangsspannung mindestens 3,2 V oberhalb der Betriebsspannung der LED liegen muss. Im konkreten Fall reichten 5,3 V für einen stabilen Betrieb der roten LED. Der gemessene Strom blieb trotz Spannungserhöhung auf über 20 V im Rahmen der Messgenauigkeit konstant.

Dimensionierung

Hier eine kleine Tabelle der typischen Ströme für Widerstände der E12-Reihe.
WiderstandStromLeistung am WiderstandEinsatzbeispiel
220   Ω6 mA0,01 W
180   Ω7 mA0,01 W
150   Ω8 mA0,01 W
120   Ω10 mA0,01 W
100   Ω13 mA0,02 W
82   Ω15 mA0,02 W
68   Ω18 mA0,02 WStandard-LED 20 mA
56   Ω22 mA0,03 W
47   Ω27 mA0,03 WStandard-LED 30 mA
39   Ω32 mA0,04 W
33   Ω38 mA0,05 W
27   Ω46 mA0,06 W
22   Ω57 mA0,07 W
18   Ω69 mA0,09 W
15   Ω83 mA0,10 W
12   Ω104 mA0,13 W
10   Ω125 mA0,16 W
8,2 Ω152 mA0,19 W
6,8 Ω184 mA0,23 W
5,6 Ω223 mA0,28 W
4,7 Ω266 mA0,33 W
3,9 Ω321 mA0,40 WLED 1 W
3,3 Ω379 mA0,47 W
2,7 Ω463 mA0,58 W
2,2 Ω568 mA0,71 W
1,8 Ω694 mA0,87 WLED 3 W, LED-Modul 10 W
1,5 Ω833 mA1,04 W
1,2 Ω1042 mA1,30 W
1,0 Ω1250 mA1,56 W
Die Staffelung der Stromwerte sollte, unter Berücksichtigung der Toleranzen der Bauelemente, eigentlich ausreichen. Wer gerade nicht den passenden Widerstand in seinem Vorrat findet, kann durch Parallelschaltung mehrerer Widerstände den Strom richtig einstellen. 700 mA z. B. durch 1,80 Ω parallel zu 220 Ω.
Achtung: Die Widerstände werden vom vollen Laststrom durchflossen und müssen auch bezüglich der Leistung richtig dimensioniert sein. Oft vertragen die Widerstände nur ein Viertel- oder gar ein Achtelwatt. Bei letzteren ist bei 15 Ω Schluss; bei den Viertelwatt geht es gerade noch bis 6,8 Ω. Bei höheren Strömen bleibt nur die Parallelschaltung oder dann doch der Kauf von "richtigen" Lastwiderständen.
Der Step-Up-Wandler LM2755adj nutzt ebenfalls eine 1,25 Volt Referenz. Für die höheren Ströme empfiehlt sich eine solche Lösung um die Verlustleitung des Längsreglers zu vermeiden.