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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED-Konstantstromquelle


Autor: Maik O. (tenner21)
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Hallo Freunde und Elektrotechniker.

Ich habe folgendes Problem:

Ich möchte gern eine LED-Konstantstromquelle auf Transistor-Basis selbst 
bauen. Ich könnte auch eine kaufen, jedoch sind die mir a) zu teuer und 
b) nicht speziell genug für meine Zwecke.

Ich habe folgendes vor: Es sollen 24 bis 26 LED Parallel betrieben 
werden an einem 8,4V-Lithium-Akku (2 Zellen). Jede LED hat 3,5V/80mA. 
Ist das überhaupt möglich? Denn ich habe hier schon gelesen, dass bei 26 
LED mit je 80mA ca 2,08A verbraucht würden - das ganz schön heftig.

Auf der anderen Seite ist es mir lieber, jede LED direkt anzuschließen, 
damit man gut sehen kan wenn EINE LED durchgebrannt ist und man diese 
auch entsprechend schnell austauschen kann (Jede soll einen eigenen 
Stecker bekommen).

Nun möchet ich auch fragen, ob es möglich ist, diese Stromquelle über 
einen RC-Kanal zu steuern (freier Kanal am Empfänger @5V). Wie muss dann 
das ganze geschaltet werden? Muss dann der Emitter auch mit dem 
Minus-Pol des Empfängerkabels UND der LED-Strecke verbunden werden?

Ich hab echt keinen Plan, da ich das nicht gelernt habe. Hab schon 
etliches gelesen, aber mir fehlt die Praxis. Auch lohnt es nicht, wenn 
ich erstmal etliche LED durchbrate, bevor das Ergenis stimmt. Deshalb 
frage ich lieber euch - die mir bestimmt weiter helfen können...

Ich habe leider Gottes keinen vernünftigen Schaltplan gefunden, bei dem 
über einen 2ten Stromkreis die LED-Strecke ein-/ausgeschaltet wurde...
Wenn Ihr ne Site mit nem brauchbaren Schaltplan kent, Bitte posten.

Vielen Dnak im Vorraus.

LG MAik

Autor: Peter (Gast)
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Wenn du es mit einen Transistor machen willst, und von 8,4V auf 3,5V 
runter musst heist das aber auch das du mehr als die Hälfte der Energie 
in Wärme umwandelst - willst du das wirklich?

Sinnvoller ist es jeweils 2 LEDs in reihe zu betreiben, dann hast du es 
auch nur noch mit etwas über 1A zu tun. Und die Verluste halten sich in 
grenzen.

Was ist das überhaupt für eine LED mit 3,2V und 80mA?

Autor: Z8 (Gast)
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... weder Us noch Is sind stimmig... Z8

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Hi Maik,

ich würde eher zu einem kleinen Konstantstrom-Step-Up-Wandler tendieren 
und alle 24 o. 26 LEDs in Reihe betreiben.

Folgende Überlegungen hatte ich dazu gemacht:

Fall A: Alle LED's werden, wie Du beschrieben hast, über einen 
Vorwiderstand oder einer 80mA-Konstantstromquelle (wie auch immer die 
aussehen mag) parallel an die 8,4V gehängt. Dabei wird dem Akku bei 8,4V 
eine Leistung von rund 17,5W 'entlockt'. Der Aufbau ist ultra-simpel und 
fällt eine LED mal aus (was, bei sorgfältiger Anwendung, eher 
unwahrscheinlich ist) leuchten die anderen wenigstens weiter.

Fall B: Es werden immer zwei LEDs in serie über einen Vorwiderstand oder 
einer 80mA-Konstantstromquelle an den Akku geschaltet. Dabei halbiert 
sich die Gesamtstromaufnahme und die entnommene Leistung auf ca. 8,7W. 
Der Aufbau ist ebenfalls ultra-simpel, aber die nur noch 1,4V für die 
Konstantstromquelle könnte ein kleines Manko werden, wenn man es mit 
(einem) Transistor(en) aufbauen möchte. Bei defekten LEDs wird dann nur 
der entsprechende Zweig mit zwei LEDs ausgehen.

Fall C: Über einen Konstantstrom-Step-Up-Schaltregler werden alle LEDs 
in Reihe geschaltet. Damit wird für die LEDs alleine eine Leistung von 
etwa 7,3W benötigt. Damit dies von der Leistungsbilanz besser ist als 
Fall B, darf der Schaltwandler keinen schlechteren Wirkungsgrad als 84% 
haben (n = P_LED_gesamt / P_Fall_B = 7,3W / 8,7W). Das könnte man gerade 
so hinbekommen. Den Vergleich mit Fall A spare ich mir an der Stelle. 
Defekte LEDs kann man z.B. mit parallelgeschalteten Z-Dioden (z.B. 
3,9V-Typen) 'überbrücken'. Die Regelung sorgt dafür, daß dies, bezüglich 
des Konstantstromes, für die anderen LEDs keinen Einfluß haben wird.

Einziges Problem bei Fall C: Wenn irgendwo die serielle Verbindung der 
LED-Kette unterbrochen wird, geht halt überall das Licht aus. :-(
Aber das passiert auch bei der Parallellösung wenn der 
Versorgungsspannungs-'Bus' unterbrochen wird.

Der einzige Knackpunkt ist einen Regler zu finden, der am Ausgang eine 
Spannung von mindestens 26 * 3,5V = 91V bei einer Ausgangsleistung von 
7,3W bereitstellen kann. Da bieten sich eigentlich sehr viele 
DC/DC-Wandler von Linear Technology (kurz: LT), Texas Instruments (kurz: 
TI), SGS Thomson (kurz: ST), Philips, usw. an.
Mein Favorit ist hier übrigens LT (www.linear.com). Vielleicht kommt für 
Dich ja z.B. der LT3599 in Frage, der vier Kanäle mit bis zu jeweils 
120mA und 44V bietet. Bei 24 LEDs könnte man so sehr schön jeweils sechs 
LEDs in Reihe schalten. Aber schau einfach mal selbst auf den Homepages 
der 'üblichen Verdächtigen' nach.
Wenn Du dann noch Fragen hast, helfen ich Dir gerne weiter.

Tschau mit Au.

Autor: Peter (Gast)
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Das mit den Step-Up-Wandler ist ja ganz schön, aber bis auf 92V würde 
ich in einem "Spielzeug" nicht gehen, es gibt ein paar regeln wegen 
Schutzkleinspannung.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Ich glaube, Maik hatte ursprünglich vor alle LEDs parallelzuschalten, 
und NUR EINE Konstantstromquelle (dann mit 2A) zu verwenden.

Da gehen dann auch alle LEDs aus, sobald eine ausfällt... aber nicht 
weil der Strom fehlt, sondern weil die der Reihe nach durchbrennen.

Die ganzen übrigen Nachteile einer Parallelschaltung von LEDs kann gerne 
jemand anderes aufzählen, ich belasse es mal bei "Tut man nicht".

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Deswegen als Vorschlag ja die 'harmlosere' Version mit dem LT3599, wo 
nicht viel mehr als 6 * 3,5V = 21V bei rauskommen sollten. ;-)

Autor: Mike J. (emjey)
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@ Maik Schulze (tenner21)

> Jede LED hat 3,5V/80mA.
Könntest du eine LED mal mit 80mA versorgen und dann die reale Spannung 
messen?
Die 3.5V scheinen mir etwas zu hoch, bzw. nur irgendwo abgelesen.

Bei meine LEDs fallen bei 80mA nur eine Spannung von 2.95V ab.

> 24 bis 26 LED
2.95V * 24 = 70.80V

> 8,4V-Lithium-Akku (2 Zellen)
Akku voll: 4.2V * 2 = 8.4V ... Okay
Akku Leer: 3.7V * 2 = 7.2V

7.2 / 3.5V = 2.05 (also maximal 2 LEDs hintereinander schaltbar)

------------

Du brauchst einen StepUp Spannungswandler damit du auf meinetwegen
26 * 3.5V = 91V kommst.
Dahinter solltest du dann einen Stromregler (Konstantstromquelle) 
setzen.

------------

Ein MC34063 (oder ein neuerer Typ) mit externen Transistor kann dir 
dabei helfen.

Autor: MaWin (Gast)
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3.7 für einen leeren LiIon Akku anzunehmen, ist aber recht hoch 
angesetzt. Die LiIonnProtection-ICs schalten erst bei so 2.3V pro Zelle 
ab.

Und damit sind wir beim Problem: Man kann nicht 2 LED in Reihe schalten, 
die Spannung reicht nicht.

Aber nur 1 LED aus 4.6..8.4V zu versorgen führt zu zu hohen Verlusten im 
(linearen) Stromregler (bzw. primitiven Vorwiderstand). Doch gerade bei 
Akkubetrieb will man Verluste möglichst klein halten und nicht 
verheizen. Zu dem schalten schon recht viele 2-zellige LiIon Akkus ab 
wenn sie mehr als 2A liefern müssen, weil die Schutzschaltung eine 
Überlastung durch Kurzschluss vermutet.

Daher ist die Step-Up Lösung von Raimund recht passend, es müssen ja 
nicht alle in Reihe für 91V, sondern man kann ein paar Reihen aufbauen, 
so viele (bzw. so wenig) dass der Verlust der durch Strom-messen und den 
Schaltregler (Diode) erfolgt, nicht zu hoch ist.


Der LT1305 verträgt 10V am Eingang (reicht also), schaltet 2A (reicht 
also) und liefert bis 24V am Ausgang bei 1.2V Verlust durch den 
Strommesswiderstand, also je 6 LEDs in Reihe, 4 Reihen a 80mA und somit 
320mA sekundär, bis 1.7A primär.

   +--+---+-L1-+-|>|-+---+---+---+---+
   |  |   |    |     |   |   |   |   |
   |  R1  |    |     |A  |A  |A  |A  |
   |  |   |    |    LED LED LED LED  |
   |  |   |    |     |   |   |   |   |
   |  |   |    |     |A  |A  |A  |A  |
   |  |   |    |    LED LED LED LED  |
   |  |   |    |     |   |   |   |   |
   |  |   |    |     |A  |A  |A  |A  |
  +|  |   |    |    LED LED LED LED  |
 LiIon|   |    |     |   |   |   |   |
   |  |   |    |     |A  |A  |A  |A  |
   |  |   |    |    LED LED LED LED  |
   |  |   |    |     |   |   |   |   |
   |  |   |    |     |A  |A  |A  |A  |
   |  |   |    |    LED LED LED LED  |
   |  |   |    |     |   |   |   |   |
   |  |   |    |     |A  |A  |A  |A  |
   |  | +--------+  LED LED LED LED  |
   |  +-| LT1305 |---+   |   |   |   47uF
   |    +--------+  16R 16R 16R 16R  |
   |      |    |     |   |   |   |   |
   +------+----+-----+---+---+---+---+

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Also eine Stromquelle zu bauen, die mehrere parallele LEDs versorgt ist 
nicht wirklich klug. Die Stromquelle drückt immer ihren Strom raus, egal 
wieviele LEDs da parallel dranhängen. Das heißt als logische Konsequenz, 
wenn eine LED ausfällt dann wird durch die übrigen LED mehr Strom 
durchgedrückt was wiederum deren Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht. 
Schaltet man LEDs parallel dann ist eine Konstantspannungsquelle die 
klügere Wahl.
Die Idee mit Step-Up-Wandler auf 90V oder so zu gehen und dann alle LEDs 
in Reihe zu schalten um dann eine Konstantstromquelle zu verwenden ist 
zwar ganz nett hat aber auch zwei Nachteile: 1. Fällt eine LED aus sind 
alle aus. Auch nicht wirklich schön.
2. 90V sind zwar noch Schutzkleinspannung aber bei mehr als 60V DC ist 
ein Schutz gegen direktes Berühren von nöten. Hinzu kommt, da es oben 
fiel, dass sich die Werte für Schutzkleinspannung bei Kinderspielzeug 
halbiert. Bei Gleichspannung heißt das, dass auch hier bei 60V DC 
Schluss ist mit Schutzkleinspannung.

Eine weitere Idee ist natürlich, mehrere Reihen von LEDs in Reihe 
geschaltet anzuordnen und diese dann mit Konstantstromquellen zu 
versorgen. Problem hierbei: Man braucht schon einige 
Bauteile/Stromquellen mehr, für jede Reihe halt eine. Das treibt die 
Kosten wieder ein wenig höher.

Autor: Mike J. (emjey)
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> liefert bis 24V am Ausgang bei 1.2V Verlust durch den
> Strommesswiderstand, also je 6 LEDs in Reihe, 4 Reihen a 80mA und somit
> 320mA sekundär, bis 1.7A primär.

Das hört sich gut an.


Ich würde es aber etwas anders machen.

Du ersetzt die Widerstände durch 4 Konstantstromregler, das ist jeweils 
nur ein Transistor(mit Kühlblech oder alle an einem elektrisch 
isoliert), zwei Dioden und zwei Widerstände.

Der StepUp Wandler stellt dabei 19 bis 22V her.
Je nachdem wie viel Spannung bei 80mA abfallen und das dann + 1.2V + 
kleine Reserve.

Autor: Maik O. (tenner21)
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Ich ba doch nur maximal 8,4 Volt zur Verfügung? Wo sollte ich denn 22 
Volt und mehr herzaubern? Bei RC-Modellen gibts in der Regel 
einbegrenztes Platz-Angebot...

Ich werd mal schauen, was mir da so noch einfällt. Wenn nicht anders 
geht, muss ich wohl wirklich jede LED mit nem eigenen Vorwiderstand 
ausrüsten. Leider. Dann kann ich aber auch genauso gut immer 2 in Reihe 
schalten. Dann spare ich Material und komme mit kleinerm Widerstand aus.

LG MAik

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