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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Berechnung Luxeon Taktung ( statt Konstantstromquelle )


Autor: Ralf Horstmann (sycorax)
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Hallo zusammen,

Ich möchte LEDS oder Luxeon Emitter an 7,4V betreiben. Die Emitter 
benötigen einen Strom von 700mA, die LEDs nur 35 mA. Normalerweise würde 
ich die jetzt mit einem Vorwiderstand versehen und einschalten.

Nun zu meinen Fragen:
Wenn ich die LEDS/Luxeon Emitter takte, kann ich dann auf den 
Vorwiderstand völlig verzichten ?

Wie berechne ich das notwendige Taktverhältnis zwischen AN/AUS, um den 
Strom für das jeweilige Leuchtmittel einzustellen?

Welche Parameter benötige ich für die Berechnung?

Wie hoch ist eine sinnvolle Frequenz um die Leuchtmittel anzusteuern?
(Klar, je höher, desto weniger Flackern ist sichtbar).

Das Ziel ist also, den Strom über den Microcontroller zu begrenzen und 
nicht über einen Vorwiderstand. Vielleicht hat ja jemand dazu ein paar 
Informationen.
Danke, Ralf

Autor: Michael H. (overthere)
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gute Frage, das würde mich auch interessieren...

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Rein Takten ohne weitere Strombegrenzung geht nicht. Der Strom würde 
während der On-Phase sofort über den erlaubten Maximalstrom 
steigen=>LEDs kaputt.
Schau mal in den Konstantstromquellen-Artikel, dort die 
Schaltregler-Varianten. Die lassen sich auch mit µC statt MC34063 
aufbauen.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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>Wenn ich die LEDS/Luxeon Emitter takte, kann ich dann auf den
>Vorwiderstand völlig verzichten ?

Nein, nie!

Der Widerstand begrenzt den maximalen Strom bei voller Leistung,
welches einem Puls/Pausenverhältnis von 100% entspricht.

Von diesem Punkt ausgehend, "dimmt" man dann über PWM nur noch herunter.

Autor: Christoph Z. (rayelec)
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Der maximale Pulsstrom bei den Luxeon-LEDs ist nur minimal höher als der 
zulässige DC-Betriebsstrom! Deshalb werden die Power-LEDs ohne 
Strombegrenzung sehr schnell in die ewigen Jagdgründe eingehen...

mfG
rayelec

Autor: Ralf Horstmann (sycorax)
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"Der Widerstand begrenzt den maximalen Strom bei voller Leistung,
welches einem Puls/Pausenverhältnis von 100% entspricht."
Naja, ein Puls/Pausenverhältnis von 100% will ich ja gerade nicht.

Ich komme mit den Überlegungen aus einer anderen Ecke. Gefordert ist ein 
konstanter Strom, also gilt I=Q/t . Statt Q über einen Widerstand zu 
begrenzen, will ich eigentlich nur das Puls/Pausenverhältnis t so 
vergrößern, daß I wieder passt.

Ich habe gerade gelesen, daß laut Datenblatt der K2 der typische 
dynamische Widerstand der Luxeon bei 1 Ohm (je nach Farbe bis zu 2,4 
Ohm) liegt. Zum Rechnen nehme ich jetzt mal eine weiße K2 mit 1 Ohm.
R=U/I bzw. I=U/R macht also bei 7,4V einen Strom von I=7,4V/1Ohm = 7,4A.

Dauerhaft wären 7,4A sicher wegen der Wärmeentwicklung zu viel, aber 
wenn die getaktet anliegen, ist im Mittel der Strom wieder im "normalen" 
Bereich: 7,4A / 0,7A = 10,57 , also müsste ein Puls/Pausenverhältnis von 
1:10 passen. Wenn 1/11 Sekunde lang ein Strom von 7,4A fliesst, dafür 
10/11 Sekunden lang nichts, macht das im Mittel 672mA.

Wenn ich das mit 200Hz oder höher ansteuere, sollte der Strom durch die 
extrem kurzen Pulszeiten so begrenzt sein, daß man das ohne Probleme 
dauerhaft betreiben kann. Je größer die Frequenz, desto gleichmässiger 
verteilt sich doch der Strom.

Soweit die Theorie, ich frage mich halt, ob es funktioniert oder aus 
welchem Grund genau es Probleme gibt, falls welche auftreten.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ralf Horstmann wrote:

> Soweit die Theorie, ich frage mich halt, ob es funktioniert oder aus
> welchem Grund genau es Probleme gibt, falls welche auftreten.

Es funktioniert nicht, wurde doch schon geschrieben. Der maximalen Strom 
darf man auch nur kurzzeitig nicht überschreiten, sonst geht die LED 
relativ schnell kaputt. Und 200Hz sind für eine LED fast DC.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Lies dir einfach mal die Absolute Maximum Ratings im Datenblatt durch, 
da ist der pulsförmige Strom begrenzt.

Arno

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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> Soweit die Theorie, ...

Tja, wie schon geschrieben, in der Praxis ist die LED kaputt, sobald der 
Strom auch nur kurzzeitig zu hoch wird.

Aber, um deine Idee zu verfeinern:

Schalte noch eine Induktivität in Reihe zu deinem Schalter:
Beim Einschalten steigt der Strom jetzt langsam an, weil in der Spule 
ein Magnetfeld aufgebaut wird.
Bevor der Strom zu hoch wird, wieder abschalten.
So, nun muss noch die in der Spule gespeicherte Energie raus, damit der 
Zyklus von vorne beginnen kann.
Das geht am einfachsten über eine (Schottky-)Diode.
So, alles richtig zusammengestöpselt, und fertig ist deine 
PWM-LED-Ansteuerung mit hohem Wirkungsgrad, die ohne Heizwiderstand 
auskommt.

Ganz nebenbei hast du damit auch einen Step-Down Schaltregler gebaut, 
aber das kannst du ja ignorieren, wenn du Angst vor Drosselwandlern 
hast.

Autor: Ralf Horstmann (sycorax)
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Hmm .. Angst habe ich nicht, nur keine Ahnung :-)

Ich möchte halt mit so wenig Bauteilen wie möglich auskommen, vor allem 
auch in der Zuleitung zur Luxeon. Auf der anderen Seite will ich mich 
nicht von vorne herein festlegen müssen, ob eine Luxeon, eine LED eine 
Superflux oder was auch immer angeschlossen wird. Ich will dafür halt 
den Microcontroller nutzen und dem einfach sagen können was am Ausgang 
angeschlossen ist. Wie müsste ich die Spule denn auslegen damit sowas 
funktioniert ?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Ralf Horstmann wrote:
> Hmm .. Angst habe ich nicht, nur keine Ahnung :-)
>
> Ich möchte halt mit so wenig Bauteilen wie möglich auskommen, vor allem
> auch in der Zuleitung zur Luxeon. Auf der anderen Seite will ich mich
> nicht von vorne herein festlegen müssen, ob eine Luxeon, eine LED eine
> Superflux oder was auch immer angeschlossen wird. Ich will dafür halt
> den Microcontroller nutzen und dem einfach sagen können was am Ausgang
> angeschlossen ist.

Klar, der kann ja über einen Shunt den Strom messen, und entsprechend 
nachregeln.

> Wie müsste ich die Spule denn auslegen damit sowas
> funktioniert ?

So Pi-mal-Daumen:
Bei 12V Eingangsspannung, 7.4 V am Ausgang, 350mA, 250kHz PWM-Frequenz: 
Spule mit 100µH.
Als µC würd ich z.B. einen ATTiny25 empfehlen, dank 20x Gain am ADC 
kommt er mit nem kleinen Shunt aus, und mit seiner 64MHz PLL erzeugt der 
auch problemlos eine 8-Bit PWM mit den 250kHz.

Zum Selberrechnen:
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html

Autor: Arno H. (arno_h)
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Nimm einen ZXLD1360, bau die Applikationsschaltung aus dem Datenblatt 
auf und steuere mit der PWM aus dem µC den Adj-Pin innerhalb seiner 
Spezifikation an. Fertig ist die getaktete Konstantstromquelle.
Wenn du Zetex nicht magst, schau bei NS, TI und den anderen Herstellern.

Arno

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