Bisher wurden Lampen einfach nur über einen Schalter mit der
Betriebsspannung verbunden. So kennt es zumindest jeder von Zuhause.
Neben der Tür ist ein Lichtschalter und wenn man da
draufdrückt, leuchtet über dem Tisch die
Glühlampe, ohne irgendeine Elektronik zu bemühen. Im
Vergleich zu normalen Glühlampen oder Halogenlampen haben
LED's aber ein komplett anderes Verhalten was Strom und Spannung angeht.
Eine
Glühlampe ist im Grunde genommen nur ein Ohmscher
Widerstand mit einem positiven Temperaturkoefizienten. Das
heißt bei steigender Betriebsspannung und somit steigender
Temperatur erhöht sich der Widerstand der Glühlampe
und begrenzt somit automatisch den Stromfluss.
Kennline eines Osram Decostar 20W
Eine LED hingegen ist ein Halbleiterbauelement. Der Stromfluss passiert
hierbei einen Halbleiterübergang, mit einer
Durchbruchsspannung von ca. 3V. Oberhalb dieser Spannung steigt der
Stromfluss exponentiell an, so das kleine Spannungsschwankungen
große Stromänderungen verursachen. Zudem ist die
Flussspannung stark Temperaturabhängig. Bei der
Erwärmung des Halbleiters werden zusätzliche
Ladungsträger frei und senken die Flusspannung.
Kennlinie einer Osram Ostar LE UW E3B
Allein Spannungsunterschied zwischen einem vollen und einem leerem Akku
ist schon viel zu groß um eine LED spannungsgesteuert
betreiben zu können. Die Osram Ostar LED beginnt bei ca. 16V
zu leiten und leuchtet dabei ganz schwach. Bei 20V, also einer um 25%
höheren Spannung, erreicht die LED bereits die Grenzwerte
ihrer Spezifikation. Ein leerer NiMH-Akku hat eine Zellspannung von
etwa 1V, ein volle Zelle ca. 1,5V. das heißt, die Volle Zelle
hat eine um 50% höhere Spannung als eine leere Zelle. Selbst
bei LiIon-Akkus ist der Spannungsunterschied noch zu groß,
leere Zelle 3,2V, volle Zelle 4,2V, also eine um 32% höhere
Spannung.
Die stark Temperaturabhängige Kennlinie würde zudem
dazu führen, das sich die LED nach dem Einschalten langsam
erwärmt und dementsprechend der Stromfluss beginnt zu steigen.
Was zu einer höheren Leistungsaufnahme und einer noch
größeren Erwärmung führt. Im
günstigsten Fall pendelt sich das irgendwann ein, im
ungünstigsten Fall wird das die LED nicht überleben.
Da ist man mit einer Konstantstromregelung auf jeden Fall auf der
sicheren Seite. Eine Erwärmung fürhrt da
nähmlich zu einer sinkenden Flussspannung und einer geringeren
Leistungsaufnahme.
externe Links:
Osram
Opto Semiconductor