LED-Rechner – Neue Version online

Mein LED-Rechner-Skript ist die meistbesuchte Unterseite meines Blogs. Und da sich die Vorschläge und Hinweise auf Unschönheiten begründeterweise häuften, stand eine Renovierung an.

Der LED-Rechner ist ab sofort in einer neuen Version 2 online!


Im Artikel erläutere ich die wichtigsten Neuerungen.

Vorweg: Der bisherige LED-Rechner v1 hat (meines Wissens) nicht falsch gerechnet. Keiner muss Angst haben, dass ihm seine LED-Schaltung, die mit dem alten Skript berechnet wurde, demnächst abraucht. Es gibt in der neuen Version einige Verbesserungen, die u.a. auch zu anderen Ausgaben bei gleichen Eingabewerten führen können. Dennoch sind die Berechnungen der alten Version nicht falsch, nur … in wenigen Fällen etwas weniger gut ;)

Die folgenden Abschnitte erläutern die wichtigsten Änderungen. Unten sind zum Vergleich jeweils Schalt- und Lötpläne des alten und neuen LED-Rechners mit gleichen Eingabebedingungen nebeneinander abgebildet. Die dort gezeigte Schaltung ist wenig sinnvoll, demonstriert aber die meisten Neuerungen.

Spannungsreserveregel

Die wesentlichste Unschönheit des alten LED-Rechners war, dass er unter ungünstigen Umständen die gesamte verfügbare Versorgungsspannung mit LEDs aufgefüllt hat. Hat beispielsweise die Spannungsquelle 9V und die LED 3V, so wurden gnadenlos 3 LEDs in Serie mit einem Vorwiderstand geschaltet. Dieser müsste rein rechnerisch 0 Ω haben. Das alte Skript hat an dieser Stelle den Vorwiderstand auf mindestens 10 Ω aufgerundet. Somit war der Betrieb natürlich zulässig, auch wenn die LEDs minimal schwächer leuchten. Das ist auch nicht das Problem, sondern dass der durch den Vorwiderstand fließende Strom bei Spannungsschwankungen an der Spannungsquelle ebenfalls stark schwankt und damit den zulässigen Betriebsbereich der LED verlassen kann. In der Praxis können LEDs unter solchen Bedingungen, nämlich einer instabilen Spannungsversorgung, vorzeitig sterben, weil sie gelegentlich Überstrom sehen. Der neue Rechner sieht ein Mindestmaß an Spannungsreserve vor, derzeit 10 %, die über dem Vorwiderstand abfallen muss. Damit wird das Problem vermieden.

Im unten angehängten Bildvergleich sieht man diesen Fall mit der LED-Sorte 1, die der neue LED-Rechner nun günstiger aufteilt.

Verbessertes Balancing

Ebenfalls tiefgreifend ist die komplett neu verfasste Heuristik, mit der die Schaltung erzeugt wird. Der LED-Rechner prüft erst alle Eingaben, erzeugt dann die Schaltung und erst anschließend erfolgen die elektrotechnischen Berechnungen. Die neue Schaltungsheuristik arbeitet vor allem besser beim Balancing, sprich der möglichst ausbalancierten Verteilung der LEDs auf die Vorwiderstände. Dabei werden verschiedene LED-Sorten mit gleichen Stromwerten (wie auch schon beim LED-Rechner v1) zusammengefasst, wodurch Vorwiderstände und Verlustleistung eingespart werden können. Durch besseres Balancing erzielt der neue LED-Rechner eine gleichmäßiger verteilte Gesamtverlustleistung auf allen Vorwiderständen. Die neue Heuristik versucht aber nicht unter allen Umständen das mathematische Ideal zu finden, sondern die LEDs möglichst so anzuordnen, wie es ein Mensch machen würde (wenig durchmischt und sinnvoll kombiniert/gruppiert), sofern diese Anordnung nur wenig ineffizienter als die beste Lösung ist.

Die unten angehängten Vorher-Nacher-Grafiken demonstrieren einen Effekt, der daraus resultiert, an den LEDs 2-4. Durch günstigere Anordnung der LEDs im Vergleich zu Version 1 sind die Vorwiderstände ähnlich (hier gleich) groß und die Verlustleistungen besser verteilt, wohingegen zuvor eine schlechtere Lastverteilung bestand.

Widerstände mit Farbringen und Lastwiderstände

Die Widerstände in den neuen Schaltplänen haben nun Farbringe. Das kann z.B. helfen, wenn man der Farbcodes nicht mächtig ist und die Widerstände aus einer Grabbelkiste herausfischen möchte. Leistungswiderstände werden im Schaltplan nun durch solche repräsentiert und zwar in mehreren Schritten. Zum Einsatz kommen Metallschichtwiderstände bis 0,5 W, dann (dickere) Metallschichtwiderstände bis 2 W, dann Keramikwiderstände bis 5 W und Drahtwiderstände mit Kühlrippengehäuse bis 10 W. Damit wird Anfängern besser suggeriert, dass die üblichen bedrahteten 0207-Widerstände nicht immer und überall verwendet werden können. Für Verlustleistungen jenseits von 10 W ist eine kleine Überraschung eingebaut.

Die Grafik unten demonstriert bei R5 einen Keramikwiderstand und für alle anderen Widerstände 0,5 W-Metallschichtwiderstände mit Farbcodes.

Warnungen

Da der LED-Rechner vor allem Anfänger und Bastlern aus anderen Fachgebieten als der Elektrotechnik dient, habe ich in die Output-Grafiken nun auch Warnungen und Hinweise ausgegeben. So warnt der neue LED-Rechner vor gefährlich hoher Versorgungsspannung, heißen Lastwiderständen, HighPower-LEDs (die man besser nicht einfach mit Vorwiderstand betreiben sollte), überlasteten Spannungsversorgungen und anderen Missständen. Die Warnungen werden mit Schildchen direkt am Schaltsymbol/Bauteil und in der Legende platziert. Die Ausgabe weist insgesamt mehr auf zu beachtende Umstände hin, die für Anfänger nicht immer trivial sind.

Die Grafiken unten demonstrieren gleich mehrere Warnungen.

KFZ-Modus

Einen vierten Typ von Spannungsversorgungen habe ich ebenfalls ergänzt. Neben Standard-Netzteilen, PC-Netzteilen für Casemodder und Batterien/Akkus gibt es nun auch das Kfz, da ich den Eindruck gewann, dass der LED-Rechner von vielen Auto-/Moppedtunern verwendet wird. Hier können Bordnetznennspannungen von 6V, 12V und 24V ausgewählt werden. Der LED-Rechner rechnet intern natürlich mit einer höheren Spannung, da die LED-Schaltung ja auch die Ladespannung der Lichtmaschine überleben soll. Für die Berechnung wird derzeit 4/3 der Kfz-Nennspannung veranschlagt. Um die Schaltung robuster zu machen, wird zudem die oben erläuterte Reserveregel in diesem Modus mit 15 % statt 10 % angewendet. Diese Maßnahmen sollten einen stabilen und langlebigen Betrieb im Kfz ermöglichen.

Referenzen

  • Die Referenzen der Widerstände werden nun für gleiche Widerstände zusammengefasst. Das ergibt in einigen Fällen eine übersichtlichere Legende und ist schlichtweg eine sinnvolle Maßnahme.
  • Die Referenzen der Leuchtdioden wurden von „L“ in „D“ umbenannt, da „D“ in der Elektrotechnik für jegliche Dioden nunmal üblich ist und „L“ dort eine andere Bedeutung hat und somit die Leute vom Fach irritiert. Ich denke, so viel Fachwissen kann ich Anfängern zumuten.

Die Grafiken unten demonstrieren zusammengefasste Widerstände bei R3 und R4 im Bild der Version 2.

Grafiken

  • Einige Grafiken wurden durch bessere ersetzt.
  • Das ehemalige SpaceFlakes-Logo fand ich zu aufdringlich und habe es rausgeworfen. Es wurde durch ein dezentes Wasserzeichen im Hintergrund ersetzt.
  • Besseres Aufteilung des Lötplans.
  • Neue Grafik zur Beschreibung der Polarität von Standard-LEDs.

Sonstiges

  • Die Schalt- und Lötpläne geraten je nach Menge der LEDs recht groß und werden auf der Webseite nur verkleinert dargestellt. Nun sind sie auch anklickbar für eine vergrößerte Vorschau. Bisher mussten sie dazu extra heruntergeladen werden. Der Download funktioniert natürlich weiterhin.

Beispielbilder: Vorher – Nachher

Bilder anklicken zum Vergrößern!

Schaltplan Version 1 (links) versus Version 2 (rechts):

Lötplan Version 1 (links) versus Version 2 (rechts):

Das Skript habe ich natürlich fleißig getestet, aber alleine kann ich leider keine Testsequenzen von hunderten Durchläufen fahren. Falls Fehler oder Unschönheiten auftreten, bitte ich um eine Mitteilung in den Kommentaren oder per Email (im Impressum).

Dann wünsche ich viel Spaß mit dem neuen Skript.

Euer Movergan

6 Gedanken zu „LED-Rechner – Neue Version online

  1. Hallo Movergan,

    könnte ich gegen Entgeld auch so eine Uhr von dir bekommen ? Mit so einem „Special“ ?
    Soll für meinen Mann Thilo sein. Wäre cool, wenn der Name an seinem Geburtstag aufleuchten würde.

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