Gruppe 11: UV-reaktives EXIT-Schild

Wir haben uns im Grunde eine einfache, aber saubere Schaltung gebaut, bei der ein Helligkeitssensor automatisch eine ganze Fläche aus UV-LEDs ein- und ausschaltet. Die Versorgung kommt aus zwei 9-V-Blöcken in Serie, wir arbeiten also mit rund 18 V zwischen Phase und Masse.

Exemplarisch wird ein einfaches “EXIT”-Schild beleuchtet, welches aus schwarzem- und UV-reaktivem PLA mit dem 3D Drucker gefertigt wurde.

Die UV-LEDs hängen nicht chaotisch irgendwo dran, sondern sind in Stränge aufgeteilt. In jedem Strang liegen mehrere LEDs in Serie, davor sitzt jeweils ein Vorwiderstand. Die Reihenfolge ist:
Phase → Vorwiderstand → mehrere UV-LEDs in Serie → LED-Knoten → Transistor → Masse.
Der Vorwiderstand ist wichtig, weil er den Strom pro Strang definiert und verhindert, dass die LEDs bei frischer Batterie überfahren werden. Alle Stränge hängen mit ihrer Eingangsseite gemeinsam an der Phase, und alle Strang-Enden laufen in einem gemeinsamen Knoten zusammen.

Geschaltet wird dieser LED-Knoten über einen NPN-Transistor (BC517) als Low-Side-Schalter. Der Emitter liegt fest auf Masse, der Collector hängt am gemeinsamen LED-Knoten. Wenn die Basis des Transistors genug Spannung bekommt, zieht der BC517 den LED-Knoten hart auf Masse und alle Stränge leuchten. Bekommt die Basis fast nichts, sperrt der Transistor und die komplette LED-Front bleibt dunkel. Die Leistungsseite (LEDs + Vorwiderstände) und die Steuerschiene (Basis) sind damit sauber voneinander getrennt.

Die Helligkeitssteuerung läuft über einen Fotowiderstand (LDR) und einen Pull-Up-Widerstand an der Basis. Ein Bein des LDR liegt direkt an Masse, das andere Bein hängt zusammen mit der Transistor-Basis an einem Knoten. Von diesem Knoten geht ein Widerstand im Bereich um 10 kΩ zur Phase. Elektrisch ist das nichts anderes als:
Phase – Pull-Up – Basis/LDR-Knoten – LDR – Masse.
In heller Umgebung ist der LDR sehr niederohmig, der Knoten wird effektiv nach Masse gezogen, die Basisspannung bleibt unter der Darlington-Schwelle und der BC517 bleibt zu – die LEDs sind aus. In Dunkelheit steigt der LDR-Widerstand erheblich an, der Pull-Up setzt sich durch, die Basisspannung geht deutlich nach oben, der BC517 geht in Sättigung und schaltet alle LED-Stränge auf Masse durch.

Der Pull-Up-Widerstand ist bewusst so gewählt, dass die Schaltschwelle zum realen Verhalten des LDR passt. Gemessen lag der LDR bei starkem Licht im Bereich von grob 200 Ω und im Dunkeln bei rund 2,4 kΩ. Darauf basierend haben wir den Pull-Up im kΩ-Bereich (ca. 10 kΩ) dimensioniert, damit die Basis bei „hell“ sicher unter 1 V bleibt und bei „dunkel“ deutlich darüber liegt. Unterm Strich läuft das Ganze so:

Phase versorgt über Vorwiderstände mehrere LED-Stränge, der BC517 schaltet die Last Low-Side, und ein LDR mit Pull-Up definiert über die Basisspannung, ab welcher Helligkeit die komplette UV-Fläche ein- oder ausgeht.