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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED + "fertige" Stromquelle mit PWM-Erweiterung


Autor: Besucher (Gast)
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Ich möchte 50 W-LEDs am 230 V-Netz betreiben, und mit einem PWM-Signal 
(ca. 150 bis 300 Hz) eines Mikrocontrollers dimmen. "Zufällig" benötigt 
der 50 W-Emitter Huey Jann HPR40E-19K50BW:

http://www.leds-and-more.de/catalog/product_info.p...

bei ca. 28 V genau die 1,75 A, die die Konstantstromquelle LPC-60-1750 
von Mean Well liefert:

http://www.elpro.org/shop/shop.php?p=60+Watt%2C+IP...

Etwa 20 Euro für eine komplette Konstantstromquelle zum Netzanschluß 
dürften auch beim Selbstbau - komplett und sicher im Gehäuse - kaum zu 
unterbieten sein, oder doch?

Aber nun meine eingentliche Frage: Reichen die vier zusätzlichen 
Bauteile tatsächlich aus, die LED "vernünftig" per PWM zu dimmen? Der 
IRL540 schaltet bei 2,5 V auf ca. 65 mOhm Durchgang, das 3 bis 5 
V-Signal vom Controller sollte also spannungsmäßig ausreichen. Die 
Leitung bis zum Controller kann aber gut 10 m lang werden - kommt das 
Steuersignal dann noch sauber (Flankensteilheit) genug an? Ist es 
ratsam, eine abgeschirmte Leitung dafür zu verwenden?

Überhaupt: funktioniert das so einfach?

Danke für jeder Aufklärung!

(Anm.: Die LED gibt es VIEL günstiger, aber der angegebene Link zeigt 
auf den ersten Blick die grundsätzlichen Betriebsdaten... ;-) )

Autor: Bernd (Gast)
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Hallo

Du hast so noch keinerlei Potentialtrennung.
Ansonnsten sollte es funktionieren.

Gruss Bernd

Autor: MWS (Gast)
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Kommt auf das Regelverhalten der Stromquelle an, im Gegensatz zu einer 
Spannungsquelle steigt bei einer Stromquelle die Spannung in einer 
Aus-Phase bis auf einen bestimmten Maximalwert an, um dann in der 
Ein-Phase soweit abzusinken bis der gewünschten Strom erreicht ist. Je 
nach Regelgeschwindigkeit und PWM kann das dazu führen, daß die 
Stromquelle nicht mehr richtig arbeitet. Aber probier's aus, Netzteil 
kostet ja nicht viel.

Potentialtrennung hast Du natürlich bereits durch das Netzteil.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Ist bei der Quelle am Ausgang ein Kondensator parallelgeschaltet, wird
dieser während der PWM-Aus-Phase auf eine höhere Spannung als die LED-
Flussspannung geladen und gibt seine Energie beim nächsten Einschalten
an die LED ab. Im Mittel bleibt dadurch der LED-Strom etwa konstant, so
die LED nicht wesentlich dunkler wird, dafür aber unschöne Stromspitzen
abbekommt. Eine Dimmwirkung ist erst erkennbar, wenn die Aus-Phasen so
lang sind, dass während dieser Zeit die Spannungsbegrenzung von 34V
erreicht wird. Die Stromspitzen, die evtl. auch eine leichte Farbverän-
derung der LED bewirken, hast du aber immer noch.

Hat die Quelle am Ausgang keinen Kondensator, enstehen durch die interne
Serieninduktivität beim Ausschalten Spannungsspitzen, die evtl. deinen
Mosfet zerstören.

Aber Versuch macht kluch. Falls du ein Oszi zur Verfügung hast, kannst
du ja die Spannungs- und Stromverläufe in einer Testschaltung (evtl. mit
billigen Ersatzbauteilen, falls etwas kaputt geht) messen.

Edit: Hier ist die Innenschaltung einer KSQ von einem anderen
Hersteller, ich vermute aber, dass die alle ähnlich aufgebaut sind:

  http://www.ledstyles.de/ftopic8038.html

Es sieht also so aus, dass der Mosfet geschützt ist, dafür aber
Stromspitzen in der LED enstehen.

Evtl. kannst du dein Vorhaben dadurch realisieren, dass du den LED-Strom
nicht direkt schaltest, sondern der KSQ über den internen Optokoppler U2
mitteilst, dass sie den Strom selber abschalten soll, so wie es ja für
die Strom- und Spannungsbegrenzung bereits gemacht wird. Allerdings wird
wegen C990, L und C991 der Strom nur langsam abgeschaltet, so dass er
sich bei höherer PWM-Frequenz je nach Tastverhältnis auf einem Wert zwi-
schen 0 und 1,75A einpendeln wird, was aber unschöne Farbveränderungen
bewirkt.

Autor: Besucher (Gast)
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Herzlichen Dank für alle Ratschläge!

Die Problematik bezüglich des Hochlaufens der KSQ-Spannung während 
"PWM-OFF" - und der dadurch in Verbindung mit den Elkos am Ausgang 
verbundenen heftigen Stromspitze zu Beginn von "PWM-ON" hatte ich 
überhaupt nicht bedacht.

Besonderen Dank an Yalu - Deine Ausführungen und der Link auf den 
Schaltungsauszug haben schon einmal auf perfekte Weise das Wochenende 
gerettet:

Bis auf die LPC-60-1750-KSQ hatte ich alle Teile zur Hand - und dann 
noch einen alten Schaltregler mit fixen 48 V / 2 A gefunden 
(Serverschrank-Lüfter-Netzteil). Dessen originale 
Spannungs-Regelschaltung mit einem TL421 habe ich bis zum Optokoppler 
hin entfernt, und dann Ausgang und Optokoppler so verschaltet wie in der 
Eaglerise-KSQ. Mit zwei 18V-Zehnerdioden als Z3 stellten sich gut 36,6 V 
Leerlaufspannung ein und mit 0,68 Ohm für die Strommessung lieferte der 
Schaltregler ca. 25,9V an einem 15 Ohm-Widerstand, also knapp 1,73A. 
Nahe genug am Original. Und nebenbei gelernt, wie einfach es sein kann, 
einen Konstantspannungs-Schaltregler in einen für konstanten Strom 
umzubauen.

Zum Schutz (vor allem) der LED gegen die - nach den Ausführungen hier 
jetzt erwartete - Stromspitze habe ich noch eine simple Strombegrenzung 
vorgesehen (BC547, 100 Ohm, 0.27 Ohm unterhalb des MOSFETs), die die 
Stromspitze auf etwa 2,3 A begrenzen soll. Der BC547 zur "Anode der 
Optokopplers" und seine Beschaltung fehlten aber noch.

Obwohl das bereits funktionierte, sah die Stromverlauf, gemessen am 0,27 
Ohm-Widerstand, "unprofessionell" aus. Je nach PWM-Steuersignal lieferte 
der Schaltregler während einer mehr oder weniger erheblichen Zeit 
deutlich zuviel Spannung (wohl aus den Elkos) für 1,75 A, die dann erst 
die Schutzschaltung vernichtetet, d.h. im MOSFET verheizte.

Nach einigen Versuchen - inspiriert von Yalus Tipps - übernehmen jetzt 
drei weiteren Bauteile (BC547, 4.7 kOhm, 100 kOhm) die 
Spannungsbegrenzung im PWM-OFF-Zustand: Sobald die Spannung am Drain 
etwa 1,9V übersteigt (Flußpannungen Transistor+Infrarotdiode), wird der 
Schaltregler limitiert. Resultierend aus der entsprechenden 
Flußspannungsänderung der Power-LED zwischen 0 und 1,75 A steht am Drain 
mit 3 - 5 V genügend Spannungshub für Transistor und Optokoppler zur 
Verfügung -

Ergebnis: Erstaunlich bis überwältigend!

Von Stromspitzen ist (gemessen über dem 0,27 Ohm-Widerstand) KEINE Spur 
mehr zu sehen, auch bei Änderungen des PWM-Tastverhältnisses bei 300 Hz 
(noch aus dem Generator). Der Stromverlauf ist eine ausgezeichnetes 
Rechteck, mit Anstiegs- und Abfallfanken von etwa 20us, und mit bis auf 
wenige Prozent flachem Dach und Boden. Mit einer PWM zwischen 1% und 99% 
Tastverhältnis folgt die Leistung an der LED ausgezeichnet linear dem 
Steuersignal - im Rahmen meiner Meßmöglichkeiten von ein paar Prozent.

Fazit: Die Spitzen-Strombegrenzung (unter dem MOSFET) könnte jetzt 
eigentlich entfallen (was bei 50 W an der LED rund 0,8 W am 0,27 
Ohm-Widerstand sparen würde), bleibt aber wohl zur Sicherheit in der 
Schaltung.

Jetzt bin ich gespannt, wie das jetzt mit der anfangs erwähnten Mean 
Well KSQ funktioniert, wie dessen Schaltregler-Steuerung den Eingriff 
und das zusätzliche Signal verkraftet.

Zunächst einmal vielen Dank an alle - für die entscheidenden Tipps und 
Ideen, wie meine anfangs mehr untaugliche Schaltung doch noch "zu 
heilen" ist.

Schöne Grüße

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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@Besucher:

Freut mich, dass das so gut geklappt hat :)

> Bis auf die LPC-60-1750-KSQ hatte ich alle Teile zur Hand - und dann
> noch einen alten Schaltregler mit fixen 48 V / 2 A gefunden
> (Serverschrank-Lüfter-Netzteil).

Ja, so ein Zwischenlager für Elektronikmüll, wo man einzelne Teile bei
Bedarf wiederaufbereiten kann, erweist sich gerade am Wochenende oft als
sehr hilfreich ;-)

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