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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED Schaltung effizienter machen + LED Zustand "messen"


Autor: Infest (Gast)
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Hallo Community,


Ich würde euch mal gerne fragen, ob ihr zu dem folgenden Problem ein 
paar Lösungen wisst:

Zurzeit betreibe ich parallel 3 Stränge von je 2 CREEQ5 LEDs (je 2 LEDs 
in Reihe) an einem Bleigelakku.
Um den Strom zu regeln benutze ich in jedem Strang einen LM317. (Lasse 
durch jeden Strang einen Strom von je 1A durch -> Pulsbetrieb mit uC - 
no worries ;) )
Ich bin auf den Bleigelakku angewiesen und das Problem ist nun, dass der 
seine Spannung variiert (zwischen 10,6V und 13,4V).
D.h. bei 10,6 V ist die Schaltung recht effizient, da dann am LM317 nur 
etwa 2,8V abfallen;
solange der Ladestand des Akkus aber recht hoch ist, ist die Schaltung 
ziemlich ineffizient
-> im Extremfall fallen dann an jedem LM317 5,4V ab; das ist dann schon 
ne Menge bei 1A!

Habe auch schon überlegt einen effizienteren Schaltregler zu nehmen, 
doch leider sind die recht teuer
und mit EMV siehts auch recht schlecht aus, wenn ich die Schaltung neben 
anderen Geräten habe...


Fällt euch noch eine andere Alternative ein, die eine gute EMV besitzt, 
effizient ist bei jeder Spannung des AKkus und auch noch möglichst wenig 
kostet?


Außerdem würde ich noch gerne "messen" ob die LEDs jedes Stranges auch 
wirklich aufleuchten.
Benutze in der Schaltung auch noch einen Microcontroller, den ich dazu 
verwenden könnte.
Also könnte man z.B. in der Art etwas machen, dass man den Strom, der in 
einem Strang fließt
(und der fließt ja nur, falls die beiden LEDs in diesem Strang auch 
wirklich leuchten) dazu nutzt einen Eingang am uC high oder low zu 
setzen?

Vielen Dank schonmal! :)

Tobias

Autor: Marc (Gast)
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gute Frage... ;-)

Autor: Jochen Müller (taschenbuch)
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Infest,

Ich denke Du kannst das recht simpel machen, und sogar alle Fliegen mit 
einer Klappe schlagen, wie man so sagt.

Für jeden Zweig:
1) Batt.spannung über einen schaltbaren Mosfet auf einen dicken Elko.
Mosfet ist über den Controller schaltbar.
2) Vom Elko über einen Vorwiderstand an die LED-Reihenschaltung.
3) Ebenfalls vom Elko über einen Tiefpass und Spannungsteiler auf einen 
AD-Wandlereingang vom Controller.

Mit kurzen PWM-gesteuerten Impulsen pumpst Du nun zyklisch den Elko auf 
eine festgeleget Spannung auf, vielleicht 10V. Den Istwert erhälst Du ja 
jeweils über den AD-Wandler im Prozessor. So kannst du auch fast 
nebenbei ermitteln, ob die LEDs Strom ziehen, denn wenn der 
Spannungswert am Elko innerhalb einer Zyklusphase kaum abfällt, dann 
fliesst eben auch nicht viel Strom.

Soweit mal das Konzept vom Grundsatz her, muss für die Praxis etwas 
ausgearbeitet werden. Von der Hardware jedenfalls sehr simpel, der Rest 
ist Software. EMV-mäßig sehe ich da keine großen Probleme.

Jochen Müller

Autor: avion23 (Gast)
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>EMV-mäßig sehe ich da keine großen Probleme.
Das Aufladen des Kondensators durch den Bleiakku wirkt wie ein 
Kurzschluss. Dort ist also defintiv ein EMV-Problem vorhanden. Was du 
beschrieben hast ist im Prinzip ein Step-down-wandler, nur ohne die 
Spule.

@Infest
>Fällt euch noch eine andere Alternative ein, die eine gute EMV besitzt,
>effizient ist bei jeder Spannung des AKkus und auch noch möglichst wenig
>kostet?
Prinzipiell ist ein höherer Wirkungsgrad nur mit einem Schaltwandler 
machbar, und das bedeutet schlechtere EMV. Dafür sind Schaltwandler sehr 
effizient bei jeder Spannung des Akkus und sooooviel kosten sie jetzt 
auch nicht. Linearregler, in welcher Form auch immer, können die 
"überflüssige" Spannung nur verheizen.


Was du brauchst ist ein stromgesteuerter Stepdown-Wandler aka 
Tiefsetzsteller. Jetzt ist nur noch die Frage, wie man das billig und 
mit guter EMV hinbekommt.
Vorschlag1:
IC mit der üblichen externen Beschaltung. Da kannst du entweder einen 
Voltage mode Wandler verwenden und über einen Widerstand + Opamp die 
Referenzspannung herstellen, oder du verwendest einen IC der dafür 
ausgelegt ist. Siehe http://www.ledstyles.de/ftopic4124.html

Vorschlag2:
Du schreibst etwas von einem µC. Wenn du schon einen hast wäre esdie 
kosteneffizienteste Möglichkeit einen diskreten Stepdown-wandler zu 
realisieren. µC ---> Mosfet-treiber ---> Mosfet --> Spule, Diode, Elko, 
Shunt --> LED. Zusätzlich noch Shunt --> Tiefpass --> AD-Wandler. Die 
Frequenz musst du relativ hoch wählen, Hilfe findest du von 
Schmidt-walter, Spulen gibt's unter L-PISR bei reichelt, 
http://cq.cx/smps.pl gibt dir eine Anregung. Damit kannst du auch 
komfortabel die Abschaltschwelle von 12V für deinen BLeigelakku 
realisieren.

Übrigens bist du nicht der erste, der so etwas versucht. 
http://www.ledstyles.de/ftopic4256.html ist z.B. so ein Thread.

Autor: Reiner S. (chickstermi) Benutzerseite
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Vielleicht kannst du hier ein paar Anregungen finden...

http://www.led-treiber.de/html/getaktete_treiber.html

gruß reiner

Autor: Jochen Müller (taschenbuch)
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@avion,

>EMV-mäßig sehe ich da keine großen Probleme.
>>Das Aufladen des Kondensators durch den Bleiakku wirkt wie ein
>>Kurzschluss. Dort ist also defintiv ein EMV-Problem vorhanden. Was du
>>beschrieben hast ist im Prinzip ein Step-down-wandler, nur ohne die

Das gilt nur für den Einschaltmoment des Gerätes.
Bei den armseligen 1 Ampere und einem genügend großem Elko fliesst 
während des Betriebes nur soviel Strom in den Elko wie entnommen wird. 
(+Verluste)
Von Kurzschluss-Strömen ist das Lichtjahre entfernt.
EMV Probleme entstehen im wesentlichen durch die Kurvenform und nicht 
die Amperezahl. Diese liesse sich durch simple Massnahmen in der 
Schaltung in den Griff bekommen.

Jochen Müller

Autor: Infest (Gast)
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hi

@ Jochen
Das klingt ganz gut; muss nur mal schauen, wieviele A/D Wandler mir zur 
Verfügung stehen. Möchte am Ende wahrscheinlich 5 Stränge in der 
Schaltung haben; d.h. 5 A/D Wandler...

@avion23
danke für die Vorschläge;  die muss ich mir aber nochmal in Ruhe durch 
den Kopf gehen lassen; bin noch nicht lange ein Hobbyelektroniker... :)

Auf jeden Fall auch danke für die lesenswerten Links; da weiß ich doch 
schon, was ich morgen mache ;)

Dann auch ein schönes hoffentlich verlängertes WE!

Infest

Autor: avion23 (Gast)
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>@avion,

>>EMV-mäßig sehe ich da keine großen Probleme.
>>>Das Aufladen des Kondensators durch den Bleiakku wirkt wie ein
>>>Kurzschluss. Dort ist also defintiv ein EMV-Problem vorhanden. Was du
>>>beschrieben hast ist im Prinzip ein Step-down-wandler, nur ohne die
>
>Das gilt nur für den Einschaltmoment des Gerätes.
>Bei den armseligen 1 Ampere und einem genügend großem Elko fliesst
>während des Betriebes nur soviel Strom in den Elko wie entnommen wird.
>(+Verluste)
>Von Kurzschluss-Strömen ist das Lichtjahre entfernt.
>EMV Probleme entstehen im wesentlichen durch die Kurvenform und nicht
>die Amperezahl. Diese liesse sich durch simple Massnahmen in der
>Schaltung in den Griff bekommen.
>
>Jochen Müller

Hallo Jochen,
ich habe früher genauso gedacht. Hier im Forum gibt's einige Threads zu 
dem Thema, kannst ja mal suchen nach "elko + pwm". Besonders von Leuten, 
die einen PC-Lüfter dimmen wollen.

Im Einschaltmoment wirkt nur eine Komponente strombegrenzend: Der 
Widerstand. Der befindet sich in der Stromquelle, in den Leitungen, im 
Mosfet und im Elko. Der Mosfet ist zu dem Zeitpunkt noch nicht 
durchgeschaltet, d.h. er kriegt die volle Ladung ab. Zusätzlich hast du 
wegen dem hohen, nicht regelbaren Strom P = I² * R Verluste.

Weiter solltest du dir mal den Stromverlauf anschauen, vor allem die 
Anstiegszeiten. IMHO ist das genau der Gegenteil von EMV. Mal von der 
Belastung der Bauteile abgesehen. Mit einer Spule kannst du über den DC 
den Strom regeln, solange diese noch nicht im lückenden Betrieb ist.

Autor: Jochen Müller (taschenbuch)
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>>Weiter solltest du dir mal den Stromverlauf anschauen, vor allem die
>>Anstiegszeiten. IMHO ist das genau der Gegenteil von EMV. Mal von der
>>Belastung der Bauteile abgesehen. Mit einer Spule kannst du über den DC


Avion,

1 amp sind bei richtiger Dimensionierung keine nennenswerte Belastung, 
sondern ein Witz. EMV-mäßig bleibt es dabei, dass Schaltung nach dem 
Konzept das ich skizziert hatte, ein 5-Minuten-Job ist. Solche 
Schaltungen bauen wir seit Jahren und einige davon sind durch pingelige 
EMV-Labors gegangen, ohne jede Beanstandung. Ich beotone ausdrücklich: 
OHNE JEDE.

Ich nehme mal an, Du wirst doch nicht ernsthaft bezweifeln wollen, dass 
bei einer simplen PWV-Regelung die Abrundung aller Flanken und damit die 
Steilheit definitiv KEIN Problem darstellen. Ganz besonders nicht, wenn 
es um das alberne und simple Puffern eines Elkos geht mit vielleicht 
0,5-1 Khz. Und das bei albernen (nochmal: völlig ALBERNEN) 1 Ampere.

Was die von dir erwähnten Leute mit den PWM-Lüftern da fabriziert haben, 
habe ich zwar jetzt nicht eruiert, ich bleibe aber dabei, dass sowas 
schaltungstechnisch ein simpler Fall ist. Und diese Position ist auch 
nicht verhandelbar, ich habe tagtäglich mehr als genug mit EMV zu tun, 
um das sachgerecht beurteilen zu könnn.

Allerdings hast Du recht, dass sich eine EMV-gerechte Lösung nicht von 
alleine ergibt sonderm Bestandteil der kompletten Planung sein muss.
So gesehen kann man da fast nicht pingelig genug sein. Aber Paranoia ist 
nicht angebracht, anderenfalls müssten mehr als 90% aller Konsumergeräte 
aus dem Verkehr gezogen werden...

Jochen Müller

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Hallo Jochen,
ich habe gerade diesen Thread wieder gefunden und deine Antwort gelesen. 
Damit aber keiner auf dumme Ideen kommt und glaubt das stimmt:

Eine PWM auf einen Kondensator ist nicht besser als ein Linearregler! 
Lies noch einmal was ich dazu geschrieben habe und google selbst etwas. 
Erster hit: Beitrag "Stepdown ohne Spule?"

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