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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 2A LED-Konstantstromquelle mit P3596 oder LM2575


Autor: Marcus B. (atversatile)
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Hallo.
Ich möchte meine alte Schreibtischlampe ( defekt ) auf LED's umbauen, 
und aus Kostengründen für guten Ersatz kommt der Selbstbau in Frage.

Es geht um die Konstantstromquelle für 4 Power-Led's vom Typ Cree XM-L 
in Reihe. Diese sollen mit etwa 2- max 2.5 A betrieben werden.
Die Flusspannung sollte also etwa bei 12V liegen.
Als Spannungsversorgung wird ein passendes Reichelt Eco-Schaltnetzteil 
mit 15V max. Ausgangsspannung verwendet. ( Stabilisiert )
Für die Stromversorgung möchte ich gerne einen LM2575 oder P3596 
verwenden, weil diese bei Reichelt erhätlich sind. Ich habe mich ein 
wenig mit Konstantstromquellen und Schaltreglern befasst, und habe dann 
einen Schaltplan gebastelt. Soweit, so gut. Die Lampe soll aber von 
einem Atmel per PWM gedimmt werden..... ( was auch noch eine andere 
Geschichte wird )
Jetzt möchte ich gerne wissen, ob das so ok ist.
Nach möglichkeit möchte ich vieles in SMD-Technik mit gemischter 
Bestückung aufbauen ( z.b. den Schaltregler als TO-220-5 ), auch zum 
üben. ;-)

Anmerkungen zum Schaltplan:

Die Bauteilauswahl ist noch nicht festgelegt ( Wertemässig )

Ich weiss, dass die Elkos low-ESR sein müssen, es sollen die 
Super-low-ESR Typen werden, wenn die taugen

In der Auswahl des OP-Amp bin ich so flexibel wie Reichelt, es steht 
also noch kein spezieller fest. Spannungsversorgung muss dann wohl 
zwischen Vin und GND sein.

Ich weiss auch, dass die LED's gekühlt werden müssen. Dafür ist bei 
Reichelt durch diesen Kühlkörper gesorgt, der Träger der Lampe wird:
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=22281;PROVID=2402

Die Drossel gibt es wohl so nicht bei Reichelt. Hat jemand eine Idee für 
guten Ersatz, ohne dass ich bei RS, Digikey, Mouser & co. bestellen 
muss? ( Kosten ) Ich habe aber nichts dagegen, einen Kern zu bestellen 
und Kupferlackdraht zu verwenden...

Autor: ArnoR (Gast)
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Muss es denn wirklich ein so aufwendiger Schaltregler sein. Eine analoge 
KStQ hat auch einen Wirkungsgrad von 12V/15V=80% und lässt sich 
PWM-dimmen. Dazu kommt die Stabilitätsfrage. In der Regelschleife des 
Schaltreglers gibt es zusätzliche Phasendrehung und Verstärkung - beides 
gute Voraussetzungen fürs Schwingen.

Autor: Om Pf (ompf)
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Dreh das Schaltnetzteil auf 13,5V herunter und klemm eine NUD4001 vor 
die LEDs.

Den Aufwand mit dem zweiten Schaltregler würde ich mir sparen, zumal das 
Verstärken der Feedbackspannung in der Tat nicht ganz ohne ist.


Patrick

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Wo siehst du zwei Schaltregler?

Autor: Peter L. (peterl)
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Ich würde mich meinen Vorrednern anschliessen.
Vielleicht kannst du das 15V Netzteil etwas runterdrehen, z.B. 0,5Volt 
über der Ledspannung beim gewünschten Strom, diese 0,5V verbrätst du 
dann über einen 0,22R Widerstand.
Dazu noch einen Lowside Fet für die PWM

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Achja, wo kann mann denn als Privatmensch eine NUD4001 kaufen?
Ansich wäre das ding ja auch ok.

Autor: BMK (Gast)
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Übrigens: R3 kannste weglassen, ist wirkungslos.
Eingang 3 von IC2A ist ja fest mit GND verbunden.

Autor: Peter L. (peterl)
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wenn die Versorgung einstellbar ist (stabilisiert), brauchst  du keine 
Konstantstromquelle.
Einen  Widerstand (0,2 - 0,5Ohm) in Serie und Spannung am Netzteil 
einstellen, damit der gewünscht Strom fliesst.
Warten bis die Dinger schön warm sind, nochmal nachjustieren fertig.

Autor: MaWin (Gast)
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> Jetzt möchte ich gerne wissen, ob das so ok ist.

Schlechte Schaltung. Die OpAms erhöhen die Phasendrehung,
der Regler kann instabil werden denn dafür ist er nicht
kompensiert.

Deswegen haben Schaltregler von LInearTechnologie
zusätzliche RC Kombination um beliebige Kompensation
erreichen zu können - die keiner versteht.

Wenn du einen Strom regeln willst mit einem Schaltregler,
bau einen Stromschaltregler

               +---L1---+--+
               |        |  |
   +------+    +-|<|-+  |A |
   |      |    |     | LED |
  +|    +--------+   |  |  |+
 Batt   |   IC   |---)--+ 47uF
   |    +--------+FB | 0.6R| |
   |         |       |  |  |
   +---------+-------+--+--+

Ausreichend ?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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ich würds auch mit einem schaltregler bauen, aber vorwiegend weil ich 
die dinger mag. mit dem LM2575 wirds aber schwer, der kann nur 1A.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Marcus Buchner schrieb:
> Es geht um die Konstantstromquelle für 4 Power-Led's vom Typ Cree XM-L
> in Reihe. Diese sollen mit etwa 2- max 2.5 A betrieben werden.
> Die Flusspannung sollte also etwa bei 12V liegen.

Stimmt das? Ist die Flussspannung max. 3V pro LED? Im Datenblatt hab ich 
was von 3.15 typ. bei 1500mA gelesen und 3,5V max. Das sind dann schon 
mal 14V im ungünstigen Fall.

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Ich verbaue die Cree XM-L auch gerade. Die Flussspannung liegt wirklich 
beeindruckend niedrig bei 2,98 V @ 1,5 A. Daher errechnet sich auch der 
gute Wirkungsgrad, denn bezogen auf den Strom sind diese LED etwa 
gleichhell wie die XP-G im R5 Bin.

@ Markus: Bist du dir da ganz sicher, dass Du die 4 Stück XM-L für 
deinen Schreibtisch verwenden willst? Die XM-L geben ein sehr kaltes 
Licht ab, aber vielleicht hast Du ja einen passenden Farb-Bin bekommen. 
Wenn du 4 Stück mit 2 A betriebst, bringst Du 24 W an die LED und musst 
davon 70-80 % als Wärme wegschaffen, also knapp 20 W. Damit der KK recht 
kühl bleibt, wirst Du einen Lüfter einsetzen müssen.
4 sStück dieser LED geben dir einen Lichtstrom von 2000 - 2.500 lm. Dein 
Schreibtisch scheint wirklich groß zu sein.

Zu deiner Anfangsfrage:
Du kannst definitiv mit dem LM2576 KSQs für LED aufbauen, brauchst 
nichtmal die OPamps, sondern legst den R-sense zwischen LED und Minus 
und greifst an diesem Punkt deine Fedbackspannung ab, die 
sinnvollerweise mit zwei Widerständen hochgelegt wird. Der LM2576 hat 
aber etwa 1 V drop über dem Schalttransistor.
Da du deine frei Spannung wählen kannst, solltest Du die Spannung so 
gering wie möglich wählen und eine lineare KSQ, z. B. mit Mosfet wählen. 
Die anghängte MOSFET-KSQ ist nur ein Beispiel, Schaltung um den 
Regeltransistor mit der Vorspannung der Basis ist sehr variabel. Wenn es 
auf kleinste Dropspannung ankommt, wird man z.B. einen Opamp nehmen, 
dann ist auch ein gesamtdrop von < 50 mV machbar.

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Ich muss mich wohl noch mehr informieren.
Aber 70-80% abwärme? Immer noch besser als Glühobst, aber trotzdem.

Wegen grossem Schreibtisch: Dimmen geht immer und ich mag es hell.
Anmerkung zum Schaltregler:
Ich habe gesehen, dass R3 einen kurzen verursacht. Und der Feedback-Pin 
heisst bei der geplanten Version ADJ.

Autor: Om Pf (ompf)
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Marcus Buchner schrieb:

> Wo siehst du zwei Schaltregler?

einmal das Schaltnetzteil, welches die Betriebsspannung liefert "Als 
Spannungsversorgung wird ein passendes Reichelt Eco-Schaltnetzteil
mit 15V max. Ausgangsspannung verwendet."

Und dann der LM2575 -- der ist ebenfalls ein Schaltregler!


Wenn Du Probleme mit dem Bezug der NUD4001 hast, schick mir eine pm.

Ein Vorwiderstand statt der Stromsenke ist eine sehr schlechte Idee, da 
dann der LED-Strom sehr stark von der Flusspannung, und damit von der 
Temperatur abhängt.



Patrick

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Nur noch mal eine andere Sache:
Wie will man mit einem Spannungsregler für 1,5A eine 2-2,5 A Stromquelle 
aufbauen, wie es hier vorgeschlagen wird? Oder werden dann 2-3 paralell 
geschaltet, wie ich es im Datenblatt des LM317 geehen habe?
Die Thermische Belastung dürfte eine ähnliche sein.
Aber macht das denn noch so einen grossen Unterschied, ich meine, man 
kann die Störungen des Netzteils ja mit Kondensatoren und dergleichen 
plattregeln.
Oder bleibt dann doch noch genug übrig, um den Regler aus dem Tritt zu 
bringen?

Autor: MaWin (Gast)
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> Wie will man mit einem Spannungsregler für 1,5A eine 2-2,5 A
> Stromquelle aufbauen,

Gar ncht, du warst derjenige, der LM2575 hingeschrieben hat
statt LM2576 als richtige Alternative zum P3596.

Die Leute hier waren nur so gnädig, über diesen eklatanten
Fehler hinwegzusehen.

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Ich Sprach damit den LM317 an. Mann muss ihn ja nicht bis zum exitus 
quälen.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> mit dem LM2575 wirds aber schwer, der kann nur 1A.
nein, waren sie nicht... fg ;-)

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich Sprach damit den LM317 an.

Im Beitrag vom 24.02.2011 22:19 zum ersten Mal.
Keine Ahnung was du gestern Nacht geraucht hast.

> Mann muss ihn ja nicht bis zum exitus quälen.

Eben, Mann.

LM350, falls es wirklich nötig ist.

Autor: Marcus B. (atversatile)
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So. Schluss damit. Wir reden hier wohl aneinander vorbei. Ausserdem bin 
ich stolzer Nichtraucher.

Soll ja mal vorkommen, dass man sich mit den Nummern der Bauteile etwas 
vertut. Ich will etwas konstruktives erreichen.

Autor: noch ein Gast (Gast)
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Hallo,
in dem Bild mit der Mosfett KSQ geht es rechts und links noch weiter, 
könnte ich mal den Rest der Schaltungen sehen?

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Du hast es so gewollt.
Das sind weitere Varianten der Mosfet-KSQ, die ich z.T. gebaut habe. Ist 
meine "Lieblings-KSQ" unter den linearen. Ich möchte die Schaltungen 
jetzt aber nicht weiter kommentieren.
Gruß,
Wolfgang (ein LED-Licht Besessener, der bald die 100ste High-Power-LED 
verbaut und Stromquellen bei Kleinspannungsversorgung selbst entwirft, 
variiert und baut.)

Autor: Marcus B. (atversatile)
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So, ich wieder.

Aber mal eine Sache:
Wie wird denn bei einem handelsüblichen PC der Netzteilausgang so 
geglättet, dass man danach noch Schaltregler betreiben kann? ( z.b. für 
Vcore (1,xV), kommt nicht über das Netzteil)

Ich habe mich jetzt informiert, und einen spezifischen 
LED-Treiber-Controller besorgt: MAX16802B

Die Schaltung ist fast fertig, werde ich dann bei Gelegenheit anhängen.
Ich kann nur leider ein paar Werte der Komponenten nicht errechnen, da 
die von MAXIM herausgegebenen Formeln entweder nicht da sind oder 
irgendwie kurios sind.

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Hier der Schaltplan.

Bei Bauteile ohne sinnvollen Wert muss dieser noch ermittelt werden.
Interessant ist hier der Teil des eigentlichen Treibers. Die Schaltung 
wurde fast unverändert ( ich denke nicht, dass es eine gute Idee wäre 
Current Sense auf Masse zu ziehen, um zu dimmen )aus dem Datenblatt des 
Treiber-IC's entnommen.

Vielleicht sollte man die Diode noch durch ein Exemplar mit etwas mehr 
Dauer-Strom ersetzen.

Autor: Michael D. (mike0815)
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Hi,
einen Tiny als PWM zum dimmen? Ist der nicht etwas oversized?
Ein NE555 würde das doch auch erledigen, oder hast du mit dem Tiny noch 
andere Sachen vor?

Gruß Michael

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Hallo.

Ja, die noch nicht angeschlossenen Pins:
Anzeige des Dimm-Zustands per LED-Bargraf ( deswegen auch das 74HCT595 
),
Temperaturauswertung ( Dummy-Widerstand für das NTC/PTC )
Dimmen per Drehcoder und Fernbedienungsmöglichkeit ( IR-Demodulator )

Gibt es soweit an der Durchführung des Leistungsteils etwas grobes 
auszusetzen? ( was man verbessern sollte, denn weiter oben hieß es, dass 
2 Schaltregler hintereinander nicht gut seien )

Das Layout wird auch nochmal lustig.....

Autor: Michael D. (mike0815)
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auch hallo,

> Ja, die noch nicht angeschlossenen Pins:
> Anzeige des Dimm-Zustands per LED-Bargraf ( deswegen auch das 74HCT595)

...das finde ich schick!

> Temperaturauswertung ( Dummy-Widerstand für das NTC/PTC )
> Dimmen per Drehcoder und Fernbedienungsmöglichkeit ( IR-Demodulator )

...mein lieber man, da hast du ja noch was vor, das fertige Teil muß ich 
sehen!

> Gibt es soweit an der Durchführung des Leistungsteils etwas grobes
> auszusetzen? ( was man verbessern sollte, denn weiter oben hieß es, dass
> 2 Schaltregler hintereinander nicht gut seien )

nun ja, ich habe vor Kurzem einen Schaltregler (LM2576-ADJ)gebaut und 
habe, hier im Forum, 2 Wochen darüber diskutiert! Das Layout bei 
Schaltreglern ist nicht zu vernachlässigen, sonst schwingt das Ding wie 
wild!
PAD1 u. PAD2 V-in, ist das ab Gleichrichter? Wenn ja, solltest du die 
Dimensionierung der Siebelkos noch mal überdenken! Um den ESR so gering, 
wie möglich zu halten, solltest du die immer pärchenweise einbauen und 
sehr nah zusammen setzen.
C6 ist zu klein,
der LC-Filter L3 C7, war das im Datenblatt so angegeben?
Was für ein Typ ist denn der LED-Driver, soll das der 2.Schaltregler 
sein?

> Das Layout wird auch nochmal lustig.....
ja, im Hochsommer wirst du damit wohl fertig sein, ich rammel da auch 
immer eine Ewigkeit daran rum. Wenn's dann fertig geätzt war, hatte ich 
wieder was auszusetzen...never ending Story!

Gruß Michael

Autor: Marcus B. (atversatile)
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Mhh, die Daten für die Kondensatoren und Filter vom MC34063 kommen aus 
dessen Datenblatt. ( Optional Output Filter), habe ich hier für nötig 
gehalten, weil davon auch der Atmel läuft und es vielleicht besser wäre, 
weniger ripple zu haben )

Die Energieversorgung soll durch ein Eco-Schaltnetzteil von Reichelt
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=89789;PROVID=2402
sichergestellt werden. Damit bin ich den Hochspannungsteil effizient 
los.
Und spare Standby-verluste. ( 0,3W )
Die Einganskondensatoren sollen zum Glattbügeln sein, damit möglichst 
wenig vom Netzteilschmutz die Schaltregler erregt. ( Kerkos )
Alle Elkos sind die guten Low-ESR Aluminiun Elektrolytkondensatoren von 
R.
Aber um diesen speziellen Treiber zu dimmen braucht es noch nicht einmal 
einen NE555, sonder das Poti reicht aus zum linearen Ansteuern. Soll 
sich aber trotz Treiber anscheinend irgendwie auf den LED-Strom 
auswirken, denn sonst würde man ja den Vorteil der unveränderten 
Farbtemperatur bei PWM im Datenblatt ( allerdings vom DEV-Kit ) nicht so 
extra hervorheben.

Autor: mein Gott (Gast)
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Welche Aufgabe erfüllt R3 - ausser dem Zeck des Heizens?

Autor: mein Gott (Gast)
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mein Gott schrieb:
> Welche Aufgabe erfüllt R3 - ausser dem Zweck des Heizens?
Ich meinte das Schaltbild ganz oben.

Autor: Marcus B. (atversatile)
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@Michael D:

Der LED-Regler ist ein MAX16802B. Gehäuse: SSOP8 0,65mm ;-o
Ich sollte später vor dem verlöten vielleicht eine reihenfolge 
festlegen, denn die Vorwiderstände des Bargraf liegen später mal 
zwischen dessen beinen.
Ausserdem handelt es sich um eine gemischte Leiterplatte. (SMD&THT)

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