Verwendung von LEDs in einer Brückengleichrichterschaltung

Wie würde ich 4 LEDs verdrahten, damit sie als eigener Brückengleichrichter dienen? Ich habe einen begrenzten Platz (das Innere einer Fahrradrücklichtleuchte), daher möchte ich die LEDs selbst verwenden, um den Wechselstrom eines Fahrradradgenerators zu korrigieren.

Wie würde ich den Widerstandswert (die Widerstandswerte) berechnen, um den Strom so zu begrenzen, dass der Durchlassstrom für jede LED nicht überschritten wird?

LEDs haben typischerweise viel niedrigere Grenzwerte für die Sperrspannung ( Vrrm = 5 bis 15 Volt ) als selbst die billigsten, kleinsten Siliziumdioden ( 1n4001 = 50 Volt, 1n4007 = 1000 Volt, 1n4148 = 100 Volt).

( Wikipedia )

Die Durchlassspannung Vf liegt dagegen zwischen 1,7 Volt für einige rote LEDs und 3,5 Volt oder höher für einige blaue und weiße LEDs. Vergleichen Sie dies mit einem typischen 0,7 Volt Vf für eine Standard-Siliziumgleichrichtungsdiode.

In einer Vollbrückengleichrichterkonfiguration fällt die Spannung während des Vorwärtsleitungsteils des Zyklus um 2 x Vf ab.

Wenn Sie also einen Brückengleichrichter mit LEDs bauen würden, würde die Ausgangsspannung im Vergleich zum Eingang zwischen 3,4 und 7 Volt oder mehr abfallen. Die Leitung würde viel später im positiven Teil des Zyklus beginnen (sobald die Spannung über die LED Vf ansteigt), verglichen mit einer Siliziumdiode. Es würde auch früher enden. Während des umgekehrten Teils des Zyklus tritt die "Diode" abhängig von der verwendeten spezifischen LED wahrscheinlich gut in die Leitung innerhalb des Eingangsspannungsbereichs ein.

Mit anderen Worten, die Brücke liefert während eines viel kleineren Teils des Wechselstromzyklus Spannung als bei Siliziumdioden und liefert selbst dann eine niedrigere Spannung.

Da Ihr Zweck darin zu bestehen scheint, die LEDs tatsächlich zu beleuchten, anstatt nur die Spannung zu korrigieren, spielt der Ausgang der Brücke möglicherweise keine Rolle, aber es ist nützlich zu wissen.

Eine empfohlene Alternative, wenn Sie LEDs auf diese spezielle Weise verwenden möchten, besteht darin, die LEDs nach Ihren Wünschen anzuschließen, aber einen kostengünstigen und winzigen 1n4001 oder ähnliches in Reihe zwischen dem Strombegrenzungswiderstand und jeder LED hinzuzufügen. Die Dioden sind nicht viel größer als die diskreten Widerstände, die Sie wahrscheinlich verwenden werden.

Warum dies funktioniert :
Die Siliziumdioden blockieren die Sperrspannung besser als eine LED, dh bei einer viel höheren Spannung.

Es bleibt jedoch die Empfehlung , nur einen integrierten 4-Leiter-Brücken-IC (35-Cent-Einzelgerät, 800 Volt / 1 Ampere ) zu verwenden und die LEDs wie in jeder DC-Schaltungskonfiguration zu verwenden. Der Platzbedarf wird nicht wesentlich steigen.

Zur Berechnung des Strombegrenzungswiderstands :

Ermitteln Sie die Spitzenspannung des Wechselstromsignals des Fahrraddynamos mit einem Multimeter, das entweder den Spitzenwechselspannungsmodus (falls verfügbar) oder die Effektivwechselspannung (häufiger bei Basismultimetern) verwendet, und multiplizieren Sie sie mit 1,4142, um die Spitzenspannung abzuschätzen. All dies, während Sie so schnell wie möglich mit dem Fahrrad auf dem Ständer treten.

Fügen Sie einen Sicherheitsfaktor hinzu, indem Sie diese Spitzenspannung verdoppeln, wenn Sie sich Sorgen über durchgebrannte LEDs aufgrund von Hochspannung machen, wenn Sie beispielsweise bergab fahren. LEDs verzeihen geringfügige Stromspitzen, wenn sie nur für kurze Zeit auftreten. Es ist kein Überstrom, der eine LED normalerweise tötet, sondern die Unfähigkeit, die erzeugte Wärme abzuleiten.

Wenn Vmax Ihre sicherheitsangepasste Spitzenspannung ist, subtrahieren Sie Ihre LED Vf davon (2 x Vf, wenn Sie mit der Brücke fahren, 2 x (Vf + 0,7), wenn Sie die Siliziumdioden hinzufügen), um die Spannung zu erhalten Vres muss jeder Widerstand fallen.

R = Vres / I,

Stecken Sie also den empfohlenen Strom I für die LED Ihrer Wahl ein und Sie haben Ihre Nummern.

LEDs sind normalerweise in 5 mA (SMD und einige 3 mm), 20 mA, 25 mA oder im Bereich von Ampere (z. B. Osram "Golden Dragon" -LEDs ) erhältlich. Siehe entsprechende Datenblätter.

Wie Sie vermuten, können Sie den Brückengleichrichter ganz überspringen und die LEDs den Strom für Sie gleichrichten lassen:

Wenn der Strom in eine Richtung fließt, leuchtet nur eine LED-Reihe. Wenn es in die andere Richtung fließt, leuchtet nur die andere Saite. Solange eine Zeichenfolge immer leuchtet, wird die Sperrspannung an der anderen Zeichenfolge niedrig genug gehalten, um die nicht beleuchteten LEDs nicht zu beschädigen. Da jeweils nur eine Zeichenfolge leuchtet, wird nur ein Widerstand benötigt.

Sie können in jeder Zeichenfolge bis zur Spannung Ihres Generators weitere LEDs hinzufügen. Stellen Sie jedoch sicher, dass in jeder Zeichenfolge die gleiche Anzahl von LEDs vorhanden ist (um das Problem des Spannungsausfalls in umgekehrter Richtung zu vermeiden). Wenn Sie also rote 1,7-V-LEDs und einen 12-V-Generator verwenden, können Sie 7 LEDs in jedem String haben - oder nur eine LED auf jeder Seite, wenn Sie nur insgesamt zwei LEDs benötigen.

Die Widerstandsberechnung ist in diesem Fall aufgrund der variierenden Spannung des Generators ärgerlich. Wenn der Generator nicht durch andere Lasten belastet wird (z. B. durch einen Scheinwerfer), treten möglicherweise ziemlich hohe Spannungen auf.

LEDs sind jedoch ziemlich robust, sodass Sie nicht genau sein müssen, um ein gutes Ergebnis zu erzielen.

Wenn Sie die obige Schaltung mit zwei roten LEDs in jedem String verwenden und Ihr Generator für eine 12-V-Ausgangsleistung ausgelegt ist, sehen Sie unter idealen Bedingungen etwa 8,6 V über dem Widerstand (12 - 1,7 - 1,7). Wenn die Widerstände für 20 mA ausgelegt sind, benötigen Sie einen Widerstand, der 20 mA verbraucht, wenn 8,6 V über ihm liegen. Anstecken , dass in Ohm Recht V = IR, 8.6 = 0.20 * Rgibt , R = 430so dass Sie etwas rund 430 Ohm für den Widerstand wollen werden. 470 Ohm ist ein allgemeiner Wert und für diese Schaltung geeignet.

Wenn der Generator keine andere Last hat, kann er höhere Spannungen erzeugen. Wahrscheinlich geht es Ihnen gut, aber wenn Sie feststellen, dass Ihr Rücklicht nicht funktioniert, sollten Sie die Spannung des Generators mit einem 470-Ohm-Widerstand messen und diese Spannung für 12 V oben anschließen, um einen besseren Widerstandswert zu ermitteln.