Ich plane, mir eine Version 2 meines LED-Scheinwerfers zu bauen, der folgende Eigenschaften haben soll: - 6 x 5 W LED weiß, austauschbare Kollimatoren mit 3° oder 6° Öffnungswinkel - Stromversorgung: 5 - 15 V (6 oder 12 V Gelakkus, je nach Bedarf) - Stromgeregelter Step-up-Wandler max. 1 A - MSP430F2012 für den digitalen Regler, Dimmer, Steuerung Besonderheiten: + Es sollen immer mindestens 3 LEDs in Betrieb sein + Die zweite Gruppe soll bei Bedarf zugeschaltet werden können Da ich nur einen Wandler bauen will, muß der maximal ~ 45 V Ausgangsspannung liefern können, um alle 6 LEDs in Reihe bei Vollast treiben zu können. Das Abschalten der 2. Gruppe würde ich mit einem parallelgeschalteten FET machen, der die Gruppe einfach kurzschließt. Das heißt: Der Regler muß den Wandler so weit drosseln, daß bei kurzgeschlossener 2. Gruppe der Sollstrom eingestellt wird. Der Regler soll im MSP430 implementiert werden, und der Kurzschluß-FET soll auch von ihm gesteuert werden - er weiß also im Vorhinein, daß sich der Zustand der 2. Gruppe demnächst ändert und kann den Wandler entsprechend steuern. Fragen an die Wandlerprofis: - Sind meine Anforderungen realistisch? - Ist die Idee mit dem Kuzschluß-FET brauchbar? - Worauf sollte ich bei der Auslegung des Wandlers besonders achten? - Welche Klippen sind beim Aufbau zu erwarten (außer ausreichender Kühlung)? - Wie simuliere ich am besten die Power-LEDs mit Spice? (Ich habe bisher keine Bibliothek dafür gefunden.) Wozu man sowas braucht? Ich fotografiere wildlebende Eulen. (Anders als viele glauben, sind die nicht lichtscheu, sondern Licht scheint in deren Welt einfach nicht vorzukommen - sie reagieren - außer mit dem Irisreflex - nicht darauf.) Der Scheinwerfer gibt nicht nur Sicht und Versteck für den Fotografen, sondern ermöglicht die Benutzung des Autofocus. Er hört den Auslöser der Kamera ab und schaltet kurz bevor der Verschluß der Kamera startet das Licht ab - auf diese Weise werden die Farben durch das 'Gift-Weiß' der LEDs nicht beeinträchtigt. (Es kommt natürlich ein Blitz zum Einsatz.) Da ich das ganze Equipment in einem Kamerarucksack per Fahrrad auf nicht immer 4-spurig ausgebauten Radwegen transportiere, muß das Teil möglichst klein und leicht sein - die Akkus sind schwer genug... (Deshalb der Wunsch, auch mal einen kleinen 6V-Akku einpacken zu können.)
Hi Uhu, schau dir mal die p4 leds an, extrem hoher Wirkungsgrad (weniger Abwärme, weniger Aufwand, insgesamt günstiger). Für die gibt es auch 3fach optiken mit ~10° Öffnungswinkel. 3 Stück sollten dir mehr als genug Licht geben, das kommt dann an einen 50W Autoscheinwerfer heran. Als Akku würde ich etwas mit mehr als 6V nehmen, einfach weil sonst ein großer Anteil an der Diode abfällt und damit der Wirkungsgrad sehr niedrig ist. Wenn du nur 3*p4leds nimmst, hast du eine Vorwärtsspannung von 3*3.7V = 11.1V. Das lässt sich per step-down bewerkstelligen ==> höherer Wirkungsgrad. Als Akku würde ich auch kein Blei nehmen, weil es einfach zu schwer ist. Wenn du dran kommst & dich traust li-ion (als pack bei ebay ~4€ pro zelle). Damit kannst du dann einen step-down wandler aufnehmen, der als Konstantstromquelle geschaltet ist. Sehen wirst du damit problemlos auf 50m.
@ anonymous: Meine Scheinwerfer-Version 1 ist folgendermaßen aufgebaut: - 6 x Luxeon Star 3 W - 2 x 3-fach-Kollimator 6° Die LEDs werden je 2-Stückweise über (gekaufte) Step-Down-Stromquellen gespeist. (Man braucht deshalb 12 V Versorgungsspannung.) Ein MSP430-F2011 ist für die Steuerung und die Generierung des Dimm-Signals für die Stromquellen zuständig. Das ganze Teil bringt also maximal 18 W auf die LEDs - bei Entfernungen bis ~10 m reicht das aus, um den AF benutzen zu können. Darüber wirds kritisch bis unmöglich. Deshalb die 'verschärften' Specs für V2.
@ lfuz: Leider nein - aber wenns hilft, könnte ich eine Schaltskizze machen.
anonymous wrote: > Als Akku würde ich etwas mit mehr als 6V nehmen, einfach weil sonst ein > großer Anteil an der Diode abfällt und damit der Wirkungsgrad sehr > niedrig ist. Sehe ich das richtig, daß ein Step-Up dieses Problem nicht hat? Da wird doch die Diode mit der maximalen Ausgangsspannung (~45 V) versorgt. > Wenn du nur 3*p4leds nimmst, hast du eine Vorwärtsspannung von 3*3.7V = > 11.1V. Das lässt sich per step-down bewerkstelligen ==> höherer > Wirkungsgrad. D.h., man bräuchte einen Step-Down mit 0,9V Drop - das ist wohl ein bischen wenig. (Die gekauften Teile haben auf jeden Fall deutlich mehr.)
Hi! Also selbst bei 6*3W Luxeons kommt man aus maximal 24V wenn alle in Reihe geschaltet sind, wie du auf 45V kommst weiß ich nicht. Das mit dem Kurzschluß -FET sollte funktionieren. Ich würde allerdings anstatt LEDs abschalten alle 6 LEDs einfach dimmen. Bei batteriebetriebenen Geräten würde sich durch verringern des Stroms der LEDs eine Energieersparnis im Vergleich zu PWM ergeben, da die LEDs bei geringeren Strömen effizienter sind. Du hast aber gesagt, dass du Fotografierst also würde hier wohl eher PWM passen, da sich dadurch nicht die Farben ändern. Bedenke, dass LEDs nur einen CRI von 65-80 haben, was bei Fotografien für deutlich veränderte Farben sorgt. Gerade die Seoul P4 ist hier nicht gerade rühmlich, die CREE XR-E ist hier etwas besser allerdings sind die Optiken dafür wieder schwer zu bekommen und auch nicht so gut wie die der Seoul. Ich würde anstatt den Regler im MSP zu machen, einen eigenen Chip von Maxim, TI, Analog oder sonst wem nehmen, erstens weil diese Chips wesentlich schneller regeln können als du mit dem MSP, was die LEDs schützt und zweitens würde sich der Softwareaufwand beträchtlich reduzieren. Ausserdem können diese kleinen Regler wesentlich höhere Frequenzen weshalb sich die Bauteilgröße der Spule und Kondensatoren erheblich reduziert. Auf eine Temperaturüberwachung nicht vergessen, schließlich kosten die LEDs ja einiges. Zur Simulation der LEDs: Bei Linear Technologies Switcher CAD III gibt es Luxeon LEDs, vielleicht kannst du die Parameter für dein Spice verwenden oder aber du simulierst gleich in LTSpice..... Grüße Fasti
Hallo nochmal, Eine luxeon 3 star weiß hat optimalerweise 80lumen bei 700mA. Bei 6 LEDs wären es dann 480lumen, natürlich bei perfekter Kühlung. Die aufgenommene (und in wärme umgewandelte) Leistung entspricht dann 6*(3W) = 18W. Eine p4 led hat bei 1A ungefähr 240lumen. D.h. bei zwei Stück hättest du 480lumen erreicht. Die dafür aufgenommene Leistung ist 2*(3.7V*1A) = 7.4W. Das ist mehr als Faktor 2! Dazu kommt noch, dass der Wirkungsgrad einer LED mit der Temperatur sinkt. 18W sind schwieriger abzuführen als 7.4W und somit sind der Wirkungsgrad der 18W Version weiter, weil sie einfach nicht so kühl bleiben. Und man darf die Verluste im Schaltregler nicht vergessen. So genug Werbung gemacht :)
@ Fasti: > Also selbst bei 6*3W Luxeons kommt man aus maximal 24V wenn alle in > Reihe geschaltet sind, wie du auf 45V kommst weiß ich nicht. Für V2 will ich 5W-LEDs nehmen - die haben über 6V Vorwärtsspannung. > Ich würde allerdings anstatt LEDs abschalten alle 6 LEDs einfach dimmen. Ich will die beiden Gruppen mit verschiedenen Kollimatoren betreiben und die 3°-Gruppe im Nahbereich abschalten. Dimmen natürlich extra. > Bedenke, dass LEDs nur einen CRI von 65-80 haben, was bei Fotografien > für deutlich veränderte Farben sorgt. Deshalb hört der Scheinwerfer den Auslöser ab und schaltet ~ 10ms bevor sich der Verschluß öffnet die LEDs ab - das funktioniert mit Version 1 prächtig. Zum Regler: Die PWM für den Wandler gibt doch die minimal mögliche Reaktionszeit des Reglers vor. Andererseits: Sind bei LEDs denn so große Störungen zu erwarten, daß der Regler sehr schnell sein muß? Würde es nicht ausreichen, daß man ihn bei Laständerungen relativ träge reagieren läßt und die Abschalterei durch präventives Herrunterregeln entschärft? > Auf eine Temperaturüberwachung nicht vergessen, schließlich kosten > die LEDs ja einiges. Die Version 1 habe ich auf einem 10x15 Rippenkühlkörper (als Chassis) aufgebaut und die LEDs und Stromquellen einfach mit Wärmeleit-Klebstreifen auf die glatte Seite geklebt - im Freiluftbetrieb bei Vollast wird der gerade mal lauwarm. Ich will zwar bei V2 auf einen 10x10 Kühlkörper gehen, aber ich denke, daß man auch damit keine großen Verrenkungen wengen Übertemperatur machen muß. > Zur Simulation der LEDs: Bei Linear Technologies Switcher CAD III > gibt es Luxeon LEDs, vielleicht kannst du die Parameter für dein > Spice verwenden oder aber du simulierst gleich in LTSpice..... Danke! Genau das werde ich tun... @ anonymous: Die P4 habe ich im Auge dafür... Trotzdem werde ich wohl 6 nehmen und mir dann eher noch Gedanken über die Optik machen.
Ich habe mir gerade die Daten der P4 genauer angesehen und das Spektrum mit der Luxeon Star III verglichen: Für die P4 spricht auf jeden Fall der hohe Wirkungsgrad. Allerdings ist sie deutlich blaulastiger, als die Luxeon. Da ich bei derart eiskalter Beleuchtung bei Nacht immer das Gefühl habe, im Nebel herumzutappen, werde ich wohl eher eine wärmere Lichtquelle nehmen - auch wenn die weniger effizient ist. (Der Effekt entsteht bei der Luxeon auch, aber es ist - für meinen Begriffe - gerade noch erträglich.) Ursache für den Nebeleffekt scheint mir zu sein, daß ich blau leuchtende Gegenstände deutlich unschärfer sehe, als rote, oder gelbe. Dazu kommt wohl auch noch, daß Grün unter Weißlicht-LED-Beleuchtung ziemlich schlecht rüber kommt. Nun geben die Weißlicht-LEDs eine Mischung aus den Komplementärfarben blau und gelb ab - das gibt dann schon leicht versetzte Doppelbilder. Wenn man in diesem Licht eine Wiese mit hohem Gras beleuchtet, wirds wirklich komisch... zumindest gilt das für diese Dioden-Stirnlampen mit den LED-Eiszapfen drin. Vielleicht könnte man ja auch statt der weißen LEDs echte RGBs nehmen und das Licht damit zusammenmischen - dafür gibts sogar Controller, die das Dimmen ohne Veränderung der Farbe erlauben.
Hallo! Ahja ok, die 5W Luxeons haben mehr Vorwärtsspannung. Ich habe vorher weniger die Geschwindigkeit der Regelung gemeint, welche natürlich durch die PWM Frequenz vorgegeben ist, sondern das, dass durch eine höhere Frequenz die Bauteile kleiner werden aber du hast ja offensichtlich genug Platz :-). Mit einer Temperaturüberwachung sollte nur überprüft werden ob die Temperatur in einem zulässigen Bereich bleibt, schließlich verändern viele LEDs bei steigender Temp ihre Farbe und die Lebensdauer sinkt. Ich verstehe nicht ganz, wie ein vorzeitiges Abschalten der LEDs das Problem der Farbtreue umgeht.... Grüße Fasti
Naja, wenn die LEDs abgeschaltet werden, bevor die Kammera auslöst wird die Szene nur noch vom Blitz belichtet, garnicht mehr von den LEDs. Diese sind nur dazu da, damit der Autofucus funktioniert.
Ah, jetzt hats klick gemacht, ich hab den Blitz vergessen..... Vorrausgesetzt er ist stark genug......., 6 P4 LEDs mit Optik leuchten weit, sehr weit.....
> Diese sind nur dazu da, damit der Autofucus funktioniert.
Nicht nur - ich muß ja auch was sehen... vor allem, wenn es sich um
kleine Junge handelt: Deren Gefieder sind derart konturenarm, daß der AF
völlig ausflippt. Da bleibt nur manuelle Fokusierung.
Nochmal zum Step-Up-Wandler:
Der hat doch prinzipiell keinen schlechteren Wirkungsgrad, als ein
Step-Down - oder sehe ich das falsch?
Da beim Step-Down die Vorwärtsspannung der Diode zwangsläufig einen
höheren Anteil an der Ausgangsspannung schluckt, als im Step-Up, müßte
es doch eher umgekehrt sein.
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