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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Temperaturgeregelte Stromanpassung für LED-Leuchte


Autor: Detsch (Gast)
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Hallo Zusammen,

Ich suche ein Temperaturregelung welche den Strom einer 
Konstantstromquelle wechselnden Temperaturen anpasst. Die Schaltung 
sollte auf eine kleinen Platine passen und möglichst kostengünstig sein. 
Der konstante Eingangsstrom von ca. 700 mA (Platinentemperatur 20°C) 
soll bis zu Erreichen der maximalen Platinentemperatur ( ca. 100°C) in 
Stufen von ca. 35mA auf 350mA reduziert werden. Die Sufenweite sollte 
über ein Poti einstellbar sein und der überschüssige Strom sollte wenn 
möglich nicht in zusätzliche Wärme umgewandelt werden.

Vielen Dank voraus
Detsch

Autor: mhh (Gast)
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Sollte es da nicht das Ziel sein, die 100°C garnicht erst zu erreichen?

Autor: Detsch (Gast)
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Die hohen Temperaturen sind an diesen Stellen leider unvermeidbar ? Je 
nach Einbauort liegen sie zwischen 65 und 100°C. Die Strombegrenzung 
soll die Lebensdauer verlängern und dem Totalausfall vorbeugen.
Gruß

Autor: Andy N. (Gast)
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Versuchs doch mal mit sowas: http://www.taskled.com/maxflex.html

Jedoch ist deine Anwendung nicht ganz nachvollziehbar, denn wie mein 
Vorredner schon sagte, ist es eigentlich das Ziel, hohe Temperaturen zu 
meiden und den Strom über einen weiten Temp Bereich konstant zu halten.

In deinem Fall müsstest du z.b. über einen NTC eine Regelung mit einem 
µC realisieren. Der µC steuert dann den Feedbackeingang des 
Buck/Boost/LED Driver an.

Autor: Detsch (Gast)
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@ Andy

Die hohen Temperaturen entstehen nicht durch die LED sondern in erster 
Linie durch die am Einbauort vorliegenden Umgebungstemperatur. Die LED 
kann unter Umständen jedoch schon zum Einschaltzeitpunkt diese 
Umgebungstemperatur angenommen haben und wird dann durch die 
Eigenerwärmung weiter erwärmt. Unter Umständen über Tj hinaus was die 
Lebensdauer stark beeinträchtigt.

@ mhh
Bei 100°C Umgebungstemperatur und damit auch LED-Temperatur, darf die 
LED nur noch stark vermindert Leuchten um sich nicht durch 
Eigenerwärmung frühzeitig zu verabschieden.

Mit Grüssen
Detsch

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

Microcontroller, Temperaturmessung, PWM für LED - weniger wird nicht 
gehen.

Gruss Reinhard

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Doch, weniger geht auch. Nehme diese einfachst-KSQ:
http://www.instructables.com/id/E7QH8NG8I1EWOF32HJ/
mit folgenden Änderungen:
R1 wird > 1 MOhm, dadurch sinkt der Strom durch Q1, wodurch dieser schon 
bei einer Basispanung von ca. 0,45 V regelt; dies ist dann auch 
Spannungsabfall am Sensewiderstand R3. Q1 hat weiterhin einen 
Temp-Koeffizieten von -2mV/K, damit nimmt der Strom zwischen 20 und 
100°C um rd. 30 % ab, wenn Q1 z. B. auf den Kühlkörper der LED geklebt 
wird. Da dies noch nicht reicht, kannst du die Basis mittels zwei 
Widerständen vorspannen, also einen 1 kOhm in die Basisleitung 
einschleifen und darüber einen strom von 0,2 mA schicken. Dadurch sinkt 
die erforderliche R-Sense-Spannung um 0,2 V, während die 
Temperaturabhängigkeit erhalten bleibt. Man muss das für sein System 
halt mal austüfteln. Als Mosfet habe ich meist den BUZ11 oder den 
IRLZ34N genommen, die Wahl des Mosfet ist aber nicht kritisch, ggf. muss 
der Mosfet auch gekühlt werden.
Gruß,
Wolfgang

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Wolfgang D. schrieb:
> Doch, weniger geht auch. Nehme diese einfachst-KSQ:
> http://www.instructables.com/id/E7QH8NG8I1EWOF32HJ/
> mit folgenden Änderungen:

Hallo Wolfgang,
du solltest auch die Stellungnahmen dazu lesen. Die Lösung dürfte schon 
aus Effizienzgründen ausscheiden, in einer heissen Umgebung kann man 
überschüssige Spannung nicht einfach verheizen. Das wird schon klar, 
wenn du überlegst, wie du den MOSFET bei 100 Grad Umgebungstemperatur 
noch kühlen willst - mit einer kleinen Klimaanlage?

Gruss Reinhard

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Hallo Reinhard,
dein Einwand ist berechtigt, aber wir wissen zur Zeit nichts über die 
Eingangsspannung der KSQ und die Anzahl der LEDs, die der TE damit 
betreiben will. Die von mir skizzierte Lösung ist dort vernünftig, wo 
die Versorgungsspannung höchstens 1-2 Volt höher ist als die Spannung an 
den LEDs. Dann hat die KSQ einen Wirkungsgrad von mindestens 60 % und 
ist damit einer Schaltwandler-KSQ etwa ebenbürtig bei einem viel 
geringeren Bauaufwand.
Für den Betrieb einer LED an 12 Volt ist so eine lineare KSQ natürlich 
weniger geeignet
Grundsätzlich halte ich den Einsatz einer solchen KSQ mit "negativem" 
Temp-Koeffizient bei den wenigen Bauteilen aber für diskussionswürdig.
Gruß,
Wolfgang

Autor: Detsch (Gast)
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Danke -
Die im dem Geräteraum vorherschenden 100°C werden im außen angesetzten 
Leuchtengehäuse nicht ganz erreicht werden. Ich hatte die Temp. für mehr 
Sicherheit bewußte etwas höher angesetzt. Die Leuchte ist im Regelfall 
einem natürlichem Luftstom von 85°C ausgesetzt. Nur bei Störungen können 
kurzfristig bis zu 95°C auftreten. Spannung von =5V, =12V und ~230W 
können für die Versorgung abgegriffen werden. Es sollte allerdings nur 
eine Spannung zu Platine (mit LED) geführt werden müssen.

Mit Grüssen
Detsch

Autor: special swine flu (Gast)
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wie kommst du auf die Idee Halbleiter in diesem Temperaturbereich zu 
foltern ? Da hilft wohl nur massive Kuehlung ! Hast du Beispiele fuer 
Anwendungen in diesem Temperaturbereich 80-100°C ?Ich glaube eher nicht 
!

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Hallo Detsch,
wenn du dich mit einer linearen KSQ anfreunden kannst, dann Versorgung 
von 1 LED mit 5 V an der KSQ, bzw. 3 LEDs mit 12 V. Kann der 
Anfangsstrom wg. Betriebssicherheit auch gesenkt werden, z. B. auf 500 
mA oder bist du durch ein Pflichtenheft/Ausschreibung gebunden? Und 
welche LED willst du nehmen, die hellsten mit der geringsten Abwärme 
sind zur Zeit die Cree XR-G LEDs.
Gruß,
Wolfgang

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Natürlich ist das 'Folter' für die Halbleiter, aber erstens können die 
meisten HL Sperrschichttemperaturen  bis 150° ab, zweitens wirds in 
Röhrentechnik noch heißer, und drittens wird sich der TE wohl im klaren 
sein, dass er Einschränkungen in der Lebensdauer hinnehmen muss.
@ Detsch: Halt uns auf dem laufenden, wie du Schaltung baust.
Gruß,
Wolfgang

Autor: Detsch (Gast)
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Hallo Wolfgang,
danke erst einmal für deine vielen Anregungen. Gewünscht wird eine 
universell verwendbare Platine die eine LED bei höherer Temperatur (egal 
ob eigen, externe oder kombiniert) mit angepasstem Strom versorgt um sie 
so vor Zerstörung bzw. zu rascher Alterung zu schützen.
Eine Begrenzung des Anfangsstroms auf 500mA ist denkbar.

Mit Grüssen
Detsch

Autor: Andy N. (Gast)
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Wie schon eingangs erwähnt, könnte dieser rel. billige maxflex treiber 
evtl deine Anforderungen erfüllen.
Würde doch mal ein Muster bestellen und ein bischen in dem Temp Bereich 
zu Testzwecken foltern.

Autor: Detsch (Gast)
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Hallo Andy, die Maxflex scheint für die Anwendung möglicherweise 
geeignet, ist jedoch mit für uns unbrauchbaren Funktionen überfrachtet 
und deshalb zu teuer. Eine stark abgespeckte Variante wäre 
interessanter.

Hallo Wolfgang, könnte der Strom temperaturabhängig (stufenweise) 
geregelt weden wenn die abgestimmte Versorungsspannung konstant gehalten 
wird.

Mit Grüßen
Detsch

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Hallo Detsch,
Die Temperaturregelung geht gleitend, nicht schrittweise bei dieser 
Einfachst-KSQ. Wie oben beschrieben, erfordert die Schaltung eine 
Anpassung der Parameter mittels Versuchen. Wenn du wirklich die 
schrittweise Abregelung des Stroms brauchst, musst einen Controller 
bemühen. Der sollte dann aber nicht den 100 °C ausgesetzt werden, es sei 
denn, du nimmst einen mit MIL-Spezifikation (Geld spielt (k)eine Rolle).
Vorteil des Controllers: Du kannst der Schaltung beim Entwurf und 
Programmierung definierte Eigenschaften geben, die genau (+/- 3% ?) 
eingehalten werden.
Vorteil der Einfaschst-KSQ: Die Hardware ist schneller dimensiniert und 
angepasst als Programmierung und Testen des Controllers.

Gruß,
W.

Autor: MaWin (Gast)
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Wahrscheinlich steht im Datenblatt eine Tabelle und er glaubt nun,
Stufen implementieren zu müssen.

Das geht auch ohne uC, wenn man einen LM3914 einsetzt, allerdings kommt 
der nur auf 300mA.

Da aber mit Sicherheit der Hersteller der LED eine lineare Abschwächung 
des zulässigen Stroms meint, wäre ein LM234 mit verstärkendem 
Stromspiegel die einfachere Schaltung. Da der LM234 mehr Strom bei 
steigender Temperatur fliessen lässt, müsste man seinen Strom abfliessen 
lassen von einer Schaltung, die sonst den Strom über einen Widerstand an 
die Stromquelle leitet. Also irgendwas in der Art

       +5V
    |        |
    R       LED
    |        |
  +-+-+--+--|<
  |   |  |   |E
LM234 +-|<   R
  |      |E  |
  |      R   |
  |      |   |
    GND

Bei nicht so genauer Einhaltung einer linearen Kennlinie tut es auch ein 
NTC oder PTC als Temperatursensor. Besonders elegant wäre ein PTC der 
700mA aushält ohne deutlich an Temperatur zuzulegen, aber das wird gross 
und schwer.

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