Modifikation einer LED-Unterbauleuchte

Vor kurzer Zeit kam ein Arbeitskollege mit folgender Herausforderung auf mich zu:
Er hatte sich vier Küchenschrank-Unterbauleuchten „Z31065A“ von Lidl bzw. Livarno-Lux gekauft.
Die Leuchten sollen bei ihm an eine schaltbare Steckdose angeschlossen und über einen Schalter in der Küche geschaltet werden, allerdings hatten die Leuchten einen kapazitiven Berührungssensor, über den sie zusätzlich eingeschaltet werden mussten.
Es ist natürlich nicht praktikabel erst die Spannungsversorgung über den vorhanden Schalter und dann noch jede Leuchte einzeln einzuschalten. Deshalb sollte der kapazitive Sensor „überbrückt“ werden.

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Abbildung 1: Livarno-Lux Z31065A im Aluprofilgehäuse, Kappen aus Kunststoff

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Abbildung 2: Typenschild

Die Leuchte ist in Abbildung 1 zu sehen. Es befinden sich sechs LEDs auf einer langen, schwarzen Leiterplatte, die in ein Aluprofilgehäuse eingeschoben ist.
Vor den LEDs befindet sich Plexiglas. Die Kappen an den Seiten des Gehäuses sind aus Kunststoff. An der rechten Kappe kann man oben den kapazitiven Sensor erkennen.
Die Elektronik dazu befindet sich ebenfalls in der rechten Kappe.
Die notwendige elektrische Energie in Form von Gleichstrom erhält die Leuchte aus einem 12V-Stecker-Schaltnetzteil. Am Ausgang des Schaltnetzteils wurden jedoch konstant 11,6V gemessen.

Die Standby-Stromaufnahme beträgt 15mA, die Gesamtstromaufnahme bei eingeschalteten LEDs beträgt 164mA. Das macht im Gegensatz zu der auf dem Typenschild genannten maximalen Nennleistung von 3W lediglich eine Nennleistung von 1,9W aus.

Zunächst wurde die Leuchte demontiert. In jeder Seitenkappe befinden sich zwei Schrauben, die gelöst werden können. Es wurde nur die Kappe mit dem Sensor demontiert. Dann lässt sich die Leiterplatte herausziehen. Das Resultat ist in den Abbildungen 3 bis 7 dargestellt.

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Abbildung 3: Demontierte Leuchte auf weißem Blatt Papier in unaufgeräumter Werkstatt

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Abbildung 4: Leiterplattenstreifen; links die erste LED; rechts die Elektronik vom Sensor;
bedrahteter Widerstand nicht original

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Abbildung 5: Nahaufnahme der Elektronik; bedrahteter Widerstand nicht original

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Abbildung 6: Linke Seite des Leiterplattenstreifens mit den Vorwiderständen der LEDs

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Abbildung 7: Rechte Seite des Leiterplattenstreifens mit zwei Elkos und der Hohlsteckerbuchse.

Nach einigem Reverse-Engineering stellte sich heraus, dass der obere Teil der Schaltung in Abbildung 5 die Auswertung des kapazitiven Sensors übernimmt, während es sich bei dem unteren Teil im Wesentlichen um zwei Transistoren handelt, die die LEDs ein- und ausschalten.
Bei den Widerständen R6 bis R9 in Abbildung 6 handelt es sich um die Vorwiderstände der LEDs.
Es entstand die folgende Skizze eines Schaltplans:

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Abbildung 8: Teilschaltplan der LED-Leuchte

Die LEDs sind jeweils zu dritt in Reihe geschaltet. Der Strom pro Reihenschaltung wird jeweils von den Widerständen R8 und R9 bzw. R6 und R7 begrenzt. Jeder dieser Widerstände hat nominell 10 Ohm, so dass vor jeder Reihenschaltung 20 Ohm in Reihe liegen.
Der Strom für beide LED-Stränge fließt über R5, der sich im +12V-Zweig befindet.
Dieser begrenzt den Strom zusätzlich.
Durch den niedrigen Wert des Widerstands vermutete ich, dass es sich um einen Shunt handele, der Einfluss auf die Regelung des LED-Stroms nimmt. Diese Annahme konnte jedoch nicht bestätigt werden.

Der Transistor Q1 an den Kathoden der LED-Stränge schaltet die LEDs ein- und aus.
Dieser Transistor ist mit Y1 beschriftet. Es könnte sich um den Transistor SS8050 (siehe [1]) handeln. Die Beschaltung der Pins würde passen.
Die erste Lösung, die LEDs zum Leuchten zu bringen, wäre nun gewesen, Kollektor und Emitter dieses Transistors kurzzuschließen.
Wenn R5 nun jedoch etwas mit der Regelung des Stroms zu tun gehabt hätte, wäre diese Regelung außer Kraft gesetzt worden.
Über R3=1k und R4=470 Ohm fließt ein Basisstrom am Transistor Q1 und sorgt dafür, dass Q1 durchschaltet, sofern Q2 nicht geschaltet ist.

Der Transistor Q2 ist ebenfalls mit Y1 beschriftet, wahrscheinlich handelt es sich um den gleichen Typ. Wenn Q2 an der Basis eine Spannung erhält, wird die Kollektor-Emitter-Strecke leitend und schließt die Basisspannung von Q1 nach Masse kurz. Q1 und die LEDs sind dann ausgeschaltet.
Hier findet quasi eine Invertierung des Sensorsignals statt.

Die einzige Verbindung zwischen der Sensorauswertung und den Transistoren besteht aus dem Widerstand R2. Der Strom durch R2 steuert die Basis des Transistors Q2.
Bei eingeschaltetem Sensor liegen 15mV gegenüber Masse an der Basis des Transistors Q2 an,
bei ausgeschaltetem Sensor liegen dort 0,7V an.

Die Modifikation, damit die Leuchte dauerhaft leuchtet, wurde nun wie folgt vorgenommen.
R2 wurde entfernt, um die Verbindung zwischen Sensorschaltung und Leistungsschaltung aufzutrennen. In diesem Augenblick leuchtete die Leuchte schon, da Q2 nicht geschaltet ist und die Basis von Q1 ungehindert einen Basisstrom erhält.
Um ein definiertes Potential an der Basis des Transistors Q2 einzustellen, wurde diese über einen 1k-Widerstand auf Masse gezogen. In Abbildung 4 erkennt man den bedrahteten Widerstand mit gekürzten Beinchen. In Abbildung 5 hat der Widerstand noch lange Beinchen, da er versuchsweise eingelötet wurde.

Die Leuchte wurde im modifizierten Zustand für ca. eine Viertelstunde eingeschaltet und einige Parameter, wie z.B. die Gesamtstromaufnahme, die Spannung über den Dioden und Vorwiderständen, etc. gemessen. Es konnte kein Unterschied zum nicht modifizierten Zustand festgestellt werden. Dementsprechend wurde die Leuchte wieder zusammengebaut und dem Kollegen mit drei weiteren Widerständen für die weiteren drei Leuchten übergeben, die er nun selbst umgebaut hat.

Da ich ja von Natur aus neugierig bin, habe ich mal das Oszilloskop an das Sensorplättchen gehalten. Das Resultat ist in Abbildung 9 zu erkennen: 3,2V hohe Peaks mit einer Frequenz von 25 Hz.

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Abbildung 9: Signal am Sensorplättchen

Quellen und Links:

[1]        Transistor SS8050 Datasheet
https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0ahUKEwjCocWV0LTNAhVDSBQKHVBXAtUQFggkMAE&url=https%3A%2F%2Fjb8a8f8.com%2Fsupport%2Findex.php%3Fattachments%2Fq200-q001-q501-q401_5l0565_psu-y1-pdf.274%2F&usg=AFQjCNE88dcU5h85WOf7zyXUSUL2bVkzFg&bvm=bv.124817099,d.bGg&cad=rja