Die Beleuchtung einer Weihnachtskrippe sollte von mit netzbetriebenen kleinen Glühlampen auf batteriebetriebene LEDs umgerüstet werden, damit die Krippe unabhängig vom Stromnetz ist. Anforderung war, drei gelb-orangene und eine kleinere rote Lampe durch adäquate LEDs zu ersetzen und mit einer Batterie die Beleuchtung für die Dauer der gesamten Adventszeit zu ermöglichen. Nach einigen Recherchen im Internet habe ich mich für den Aufbau einer Konstantstromquelle (KSQ) zur Speisung der LEDs entschlossen.
Eine Konstantstromquelle soll dem Verbraucher einer Schaltung (z.B. LEDs) einen gleichmäßigen, d.h.
konstanten Stromfluss garantieren, auch wenn die Spannungsquelle, an der die Schaltung
hängt, Schwankungen unterliegt. Bei einer Batterie oder einem Akku kann das das langsame Nachlassen der
Spannungsversorgung sein.
Ist die Durchflussspannung bei einer LED nicht bekannt, so kann sie um bis zu 0,5V von der als typisch
angegebene Spannung abweichen. Beim Einsatz einer KSQ stimmt die Stromstärke unabhängig von der Durchflussspannung.
Man findet im WWW eine Vielzahl von Schaltplänen und Möglichkeiten eine KSQ aufzubauen, doch hier habe
ich mich für einen recht simplen Aufbau entschieden. Anscheinend ist dies auch die KSQ mit dem niedrigsten
"Drop" von etwa 0,7V, d.h. der Differenz zwischen der mindestens erforderlichen Eingangsspannung
und der beim gewünschten Strom erforderlichen Durchflussspannung der LEDs.
Diese Art der KSQ ist recht ineffizient, wenn Eingangsspannung und Durchflussspannung der LEDs zu weit
auseinander liegen, weil die gesamte Spannungsdifferenz im Wärme umgesetzt wird.
Nach dem Anlegen der Betriebsspannung öffnet der Transistor Q1. Dadurch fließt auch durch die
Basis des Transistors Q2 ein Strom und dieser öffnet ebenfalls. Nach dem Öffnen von
Q2 wird über die Kollektor-Emitterstrecke von Q2 der Widerstand R2
mit Masse verbunden, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors Q1 zurückgeht und dieser
wieder mehr schließt. Die Schaltung reguliert sich so, das am Widerstand R1 eine Spannung von
etwa 0,7 Volt abfällt - die bekannte Basis-Emitterspannung eines durchgeschalteten Transistors.
Bei 2mA ergibt sich für den Widerstand R1 mit seinen 330Ω über das Ohmsche
Gesetz eine Spannung von 0,7V
U = I × R
0,002 A × 330 Ω = 0,7 V
Belastung von R1: Im Regelbetrieb fallen hier immer 0,7V bei gegebener Stromstärke ab, d.h. er
sollte 0,7 V × I an Leistung aushalten können. In unserem Fall sind das 1,4mW. Für die
meisten Anwendungen (I < 300mA) sollte also ein gewöhnlicher 1/4W-Widerstand ausreichen.
Der Widerstand R2 sollte so groß wie möglich und so klein wie nötig gewählt werden, denn er
trägt nichts zur Lichtausbeute bei und setzt den Strom in Wärme um. Damit die Schaltung aber dennoch
funktioniert muss der Basisstrom an Q1 groß genug gewählt werden, dass nach der Stromverstärkung
(Richtwert: 100) ausreichend Strom durch die Kollektor-Emitter-Strecke fließen kann, um die gewünschte
Stromstärke durch die LED zu erhalten.
Generell eignet sich die KSQ mit zwei Transistoren für Stromstärken von bis zu 100mA. Durch Verwendung stärkerer Transistoren (z.B. BC337) können bis zu 200mA erreicht werden. Die Eingangsspannung kann auch bis zu 30V sein.
Eine Alternative zur dieser KSQ ist ein LM317 als Konstantstromquelle.
