Dummy-LEDs

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In dieser Rubrik geht es um Dummy-LEDs, die immer dann praktisch sind, wenn man eine teuer erstandene Hochleistungs-LED vor dem ersten Test mit einem neuen LED-Treiber nicht gleich riskieren will.


Der kurze Weg geht hier entlang:


Dummy-LEDs - LED-Ersatz für Testzwecke (12.2.2004)

Spätestens nachdem man seine erste Hochleistungs-LED (HB-LED) zu Grabe getragen und den tiefen Schmerz wegen des allzu frühen Scheidens aus der bunten LED-Welt einigermaßen überwunden hat, kommt man auf die Idee, bei Testversuchen mit einem neuen LED-Treiber statt einer echten HB-LED einen LED-Dummy (= Ersatz) zu verwenden.

Recht gut bewährt haben sich für diesen Zweck bei mir schon länger Z-Dioden entsprechender Spannung und Leistung.

1W-Z-Diode

So könnte man z.B. als elektrischen Ersatz für eine weiße oder blaue 1W-LED ganz einfach eine 1W-Z-Diode mit einer Z-Spannung von 2,7V nehmen.

Warum nicht 3,3V für eine weiße oder blaue 1W-LED?

Das liegt daran, dass die Z-Spannung einer 1W-Z-Diode normalerweise bei 1mA spezifiziert ist, wir aber bei einer 1W-LED bis zu 350mA durchschicken wollen!

Wie bei normalen Dioden und LEDs steigt auch bei der Z-Diode die Flussspannung mit dem Strom noch etwas an, im vorliegenden Fall bei einer mit 350mA durchflossenen 2,7V-Z-Diode auf die gewünschten ca. 3,4V. Bei einer 3,3V-Z-Diode wären es bei 350mA schon ca. 4V Flussspannung.

Kühlung

Die Verlustleistung ist bei 3,4V und 350mA mit 1,2W knapp über der 1W-Grenze, was aber von einer 1W-Z-Diode normalerweise ganz gut auch ohne weitere Kühlung weggesteckt wird.

Für LED-Dummies dieser Art mit höherer Flussspannung ist jedoch eine Serienschaltung von mehreren einzelnen Z-Dioden nötig. Allerdings habe ich für einen 4W-Dummy (z.B. 4 weiße 1W-LEDs in Reihe) auch schon eine einzelne 10W-Leistungs-Z-Diode (dann montiert in einem Kühlkörper) mit 12V Z-Spannung verwendet.

Eine andere (weniger elegante) Art eines LED-Dummys wäre die Serienschaltung von ausreichend vielen 1A-Standard-Dioden der Familie 1N400x.

Indikator

Da die Z-Dioden (und auch die 1A-Dioden) bei 350mA weder glühen noch leuchten, sollte man als Funktions/Status-Indikator noch eine reguläre 10mA- oder 20mA-LED zum Dummy parallel schalten, natürlich über einen richtig dimensionierten Vorwiderstand.

Allerdings muss die Flussspannung dieser Kontroll-LED niedriger sein als die Flussspannung der Dummy-LED. D.h. bei einer weißen Dummy-LED (3,4V) müsste man eine rote, gelbe oder grüne Kontroll-LED verwenden. Bei einer roten 10mA-Kontroll-LED (1,6V) sollte der Vorwiderstand dann z.B. 180 Ohm betragen.

Aktive Dummy-LEDs

Als etwas elegantere Lösung und vor allem auch für höhere Verlustleistungen habe ich mir die aktive Dummy-LED ausgedacht, die nichts anderes ist als eine transistorbasierende aktive Z-Diode mit einer "normalen" 20mA-LED sowohl als Spannungsreferenz als auch gleichzeitig als Status-Indikator - einfacher geht es kaum!

Aktiv-Dummy-LEDs


Wahlweise kann man die Aktiv-Dummy-LED mit einem PNP-Leistungs-Transistor oder einem NPN-Leistungs-Transistor aufbauen, der in einem TO-220-Gehäuse bei 350mA LED-Strom (entspricht einer 1W-Luxeon™-LED) noch nicht einmal unbedingt gekühlt werden muss. Bei 1A LED-Strom (3W-Luxeon™-LED) geht es aber ohne Kühlkörper nicht mehr!

Bei der Auswahl des geeigneten Transistors muss man nicht besonders aufpassen. Jeder BD-Transistor ist geeignet, selbst das alte "Arbeitspferd der Elektronik" - der 2N3055 - kann dafür verwendet werden!

Lediglich beim 3W-LED-Dummy muss man auf ausreichend Stromverstärkung des Leistungstransistors achten, da der Basisstrom des Transistors gleich dem LED-Strom der Referenz/Status-LED ist und dieser deren zulässigen LED-Strom nicht übersteigen soll.

Einer meiner Dummys mit einem BD244B (PNP, TO-220) und einer ultrahellen weißen Kingbright-LED ersetzt mit 3,4V Flussspannung @350mA perfekt eine weiße 1W-Luxeon™-LED! Schon bei einem ersten Hauch von LED-Leuchten beträgt die Flussspannung bereits 3V, d.h. die Dummy-LED hat einen ausgeprägten Spannungsknick.

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Kennlinie einer Aktiv-Dummy-LED (25.10.2016)

Alldieweil ich für Tests mal wieder eine Aktiv-Dummy-LED für einen höheren Strom benötigte, habe ich nach dem schnellen Zusammenbau aus einem Original-2N3055 von RCA im TO-3-Gehäuse nebst einer weißen Osram Golden Dragon auch gleich per Scope die Kennlinie aufgezeichnet:

Kennlinie_Aktiv-Dummy-LED


Wenn auch der Teststrom nur 7mA beträgt, so sieht man doch den sehr scharfen Knick bei ca. 2,8V.

Bei einem "LED"-Strom von 1A steigt die Flussspannung dieser Aktiv-Dummy-LED auf ca. 3,40V (jene der Golden Dragon auf 2,73V) - also insgesamt ein perfekter Ersatz für eine weiße 1A-LED!

Der 2N3055 wird dank Fingerkühlkörper auch bei Dauerbetrieb mit 1A nur handwarm. Die LED leuchtet dabei zwar schön hell, blendet aber noch nicht, so dass LED-Treiber-Tests mit 1A mit der Aktiv-Dummy-LED für die Augen überhaupt kein Problem sind - mit einer echten 3,4W-LED aber schon!

Bei 3A "LED"-Strom beträgt die Flussspannung bei meinem Exemplar 3,65V. Auch hier kann man mit der Helligkeit der Referenz-LED noch gut leben (und arbeiten).

Mit einem deutlich größeren Kühlkörper wären mit einem 2N3055 theoretisch sogar bis zu 15A "LED"-Strom zulässig ...

Die Kennlinie der weißen Golden Dragon alleine schaut so aus:

Kennlinie_Golden_Dragon_weiss


Hier beginnt der Knick bereits bei ca. 2,5V.

Der negative Knick bei ca. -1,8V gehört zu der integrierten roten Schutz-LED, die tatsächlich auf der Frontseite der Golden Dragon bei Falschpolung erleuchtet. Beim Aufzeichnen der Kennlinie leuchten sogar beide quasi gleichzeitig.

Da die Emitter-Basis-Durchbruchspannung beim verwendeten Transistor-Exemplar >10V ist (laut Datenblatt 7V), sieht man dies auch nicht in der obigen Kennlinie der Aktiv-Dummy-LED.

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Ursache und Wirkung (21.1.2012)

Es gab teilweise Missverständnisse bezüglich der Funktion der Aktiv-Dummy-LED. Deshalb an dieser Stelle noch ein paar extra Worte.

Die Ursache ist der eingeprägte "LED"-Strom (normalerweise von einem LED-Treiber geliefert), der hier dem Emitterstrom des Transistors entspricht.

Die Wirkung ist einerseits der Basisstrom (abhängig von der Stromverstärkung des Transistors), der die Indikator-LED zum Leuchten bringt (und zwar indirekt abhängig vom "LED"-Strom) und andererseits die "LED"-Flussspannung (nämlich der Aktiv-Dummy-LED), die sich aus der Flussspannung der Indikator-LED und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors ergibt.

Die elektrische Eigenschaft einer Aktiv-Dummy-LED ist genau jene einer Hochleistungs-LED. Deshalb darf man auch an eine Aktiv-Dummy-LED keine Spannung (größer als ihre Flussspannung) anlegen, sondern nur einen (LED-) Strom einprägen!

Dummy-LED kommerziell (6.12.2009)

Dass obige Idee wirklich sehr praktisch ist, hat sich offensichtlich rumgesprochen, denn man kann eine Dummy-LED nach obigem Prinzip inzwischen unter der Bezeichnung "LED-Dummy" käuflich erwerben.

5W-Dummy-LED (12.2.2004)

Für einen 5W-Luxeon™-LED-Ersatz (doppelte Flussspannung!) nimmt man in obigen Schaltungen einfach zwei Indikator-LEDs entsprechender Farbe in Reihe. Auch hier ist auf ausreichend Stromverstärkung und Kühlung des Transistors zu achten.

Schutzschaltung

Die beschriebenen Dummy-LEDs können auch als Schutzschaltung dienen und zwar wenn in einem getakteten LED-Treiber bei LED-Unterbrechung je nach Schaltungsprinzip unzulässig hohe Spannungen auftreten würden.

Für diesen Zweck schaltet man eine Dummy-LED parallel zu der gefährdeten LED und dimensioniert die Dummy-LED mit einer etwas höheren Flussspannung (z.B. mit einer 1N4848-Diode in Serie zur Referenz/Status-LED).

Im Ernstfall übernimmt die Dummy-LED den LED-Strom und schützt so den LED-Treiber. Dieser Betriebszustand (defekte zu treibende LED) wird dann durch die Status-LED angezeigt.

Je nach Kombination von Referenz/Status-LED und verwendetem Leistungstransistor kann es sein, dass die Dummy-LED auch ohne die zusätzliche 1N4148 bereits eine etwas höhere Flussspannung als die zu schützende LED hat (wie in oben genanntem Beispiel mit dem BD244B). Ggf. leuchtet die Status-LED im Normalbetrieb ganz schwach. Erst im Ernstfall leuchtet sie dann stärker.

Sicher ist sicher

So - ab sofort müssen bei Testversuchen edle Hochleistungs-LEDs nicht mehr unnötig den frühzeitigen und heldenhaften LED-Tod sterben und selbst gefährdete getaktete LED-Treiber und dynamobasierende Fahrrad-LED-Beleuchtungen können mit den beschriebenen Dummy-LEDs geschützt werden ...

Achtung!

Wir haben inzwischen gelernt, dass man an eine LED nicht ganz plump eine Spannung anlegt, sondern dass eine LED mit Strom versorgt wird.

Das gilt haarscharf auch für die eine Aktiv-Dummy-LED!

Bei Missachtung stirbt mindestens die Referenz/Status-LED. Oder man hat etwas Glück und die angelegte Spannung liegt unterhalb der Flussspannung der Aktiv-Dummy-LED.

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