Hallo zusammen,
ich habe eine Cree Fahrradlampe aus China, diese hier:
https://www.amazon.com/Solarstorm%C2%AE-Rechargeable-Waterproof-Flashlight-Activities/dp/B00VHOG3Y0
Eigentlich funktioniert sie ganz ordentlich und hell. Mich haben
allerdings einige Sachen gestört die ich gern verbessern wollte, indem
ich eventuell deren Platine durch eine Eigene ersetze.
Beim Aufschrauben und verstehen der Schaltung ist mir allerdings
aufgefallen, dass die Lampe anscheinend recht uneffizient arbeitet.
Es sind drei Cree XML-T6 LED verbaut (Datenblatt:
http://www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED-Components-and-Modules/XLamp/Data-and-Binning/XLampXML.pdf).
Nun sind anscheinend alle drei LED in Reihe geschalten (LEDs gehen erst
ab 7,7V an). Die Elektronik schaltet die Akkuspannung direkt durch einen
Transistor zu den LED und regelt die Dimmung durch PWM.
Nach Datenblatt schalten die LED bei 2,65V ab, in real etwas später,
aber ich glaube die Elektronik schaltet bei dem Wert dann ab.
Das ist zum Beispiel ein Problem, sie reduziert nicht frühzeitig die
Leistung, damit ich länger Licht habe, sondern geht halt einfach aus.
Das ist wunderbar Nachts im Wald...
Der Akku ist ein 2S Akku (4x 18650, 2s2p), Ladeschlussspannung demnach
bei 8,4V, Entladebar (Akkuschonend) bis 3,5V/Zelle, also 7V.
Nun gehen aber durch die Schaltung bedingt die LED schon bei 7,95V aus.
Das nutzbare Spannungsband des Akkus ist demnach nur von 8,4V-7,95V.
Viel Ladung bleibt dann also im Akku.
Auch die maximale Spannung der LED ist durch den Akku auf 2,8V begrenzt,
was lt Datenblatt gerade mal 65% Leistung sind.
Meine Frage: Ist das nicht total uneffzient? Wäre man nicht besser
beraten einen 3.3V Spannungsregler zu nutzen und jede LED einzeln zu
beschalten. So könnte man auch direkt 2 von 3 LED abschalten, falls der
Akku zur Neige geht, damit man nicht so schnell im Dunklen steht...
Viele Grüße,
Niine
Oh D. schrieb:> Ja waere sicher besser.
Wenn 2 Lampen da lägen, die gleich aussehen, aber eine davon mit
"50% längere Lichtabgabe" wirbt, wieviel dürfte die dann mehr kosten?
Oh D. schrieb:> Oder alle in Serie, und einen stromgesteuerten Buck-Boost.>> Ja waere sicher besser.
Und wie das gute Stirnlampen machen mittels PWM die Lampen bei fast
leerem Akku auf einen deutlich weniger hellen Notmodus, wo man noch ein
bischen sieht und vor allem noch gesehen wird.
Kostet aber Teile und Entwicklungskosten, und der durchschnittliche
Käufer sucht halt immer die billigste
Niine schrieb:> Fahrradlampe aus ChinaNiine schrieb:> Wäre man nicht besser> beraten einen 3.3V Spannungsregler zu nutzen und jede LED einzeln zu> beschalten. So könnte man auch direkt 2 von 3 LED abschalten,
Nein besser ist alle 3 mit nur 1/3 oder 1/5 des eff. Stroms zu
betreiben, da sie dann einen besseren Wirkungsgrad haben.
Niine schrieb:> Wäre man nicht besser beraten einen 3.3V Spannungsregler zu nutzen
Du willst die LEDs doch nicht etwa direkt an einer
Konstantspannungquelle betreiben?
Nimm besser eine lineare Stromregelschaltung mit niedriger
DropOut-Spannung für jede LED und betreibe das an einer
1S2P-Konfiguration.
@ Niine (Gast)
>Nun sind anscheinend alle drei LED in Reihe geschalten (LEDs gehen erst>ab 7,7V an). Die Elektronik schaltet die Akkuspannung direkt durch einen>Transistor zu den LED und regelt die Dimmung durch PWM.
Aua.
>Meine Frage: Ist das nicht total uneffzient?
Ja, wenn gleich man durch diese Billigstschaltung eine sinkende
Helligkeit bei sinkender Batteriespannung erhält ;-)
> Wäre man nicht besser>beraten einen 3.3V Spannungsregler zu nutzen und jede LED einzeln zu>beschalten.
Nein.
> So könnte man auch direkt 2 von 3 LED abschalten, falls der>Akku zur Neige geht, damit man nicht so schnell im Dunklen steht...
Nö. Man erkennt per Voltage Superviser oder uC eine langsam sinkende
Batteriespannung und schaltet dann das Licht per PWM entweder dunkler
oder man blinkt alle paar Sekunden, damit es der User merkt.
Die Kombination aus Batteriespannung und LED-Spannung ist ungünstig,
weil sie beide nah beieinander liegen. Für einen Step Down Schaltregler
zu wenig, für einen Step Up zuviel!
Klar gibt es Buch/Boost Schaltregler, aber die sind wieder aufwändiger.
Hmm.
Man könnte die 3 LEDs mit je 3 einzelnen Step-Down Schaltreglern
betreiben, die gibt es ja sehr preiswert und klein. Oder man Baut das
Ding auf einen Akku mit 1 Zelle in Reihe (1s4p) um und nimmt einen Step
Up Schaltregler, das ist effizienter.
ArnoR schrieb:> Nimm besser eine lineare Stromregelschaltung mit niedriger> DropOut-Spannung für jede LED und betreibe das an einer
Kennst du einen kleinen (SOT23 o.ä.) IC, welcher das bis 1A kann?
ArnoR schrieb:> 1S2P-Konfiguration.Falk B. schrieb:> Man könnte die 3 LEDs mit je 3 einzelnen Step-Down Schaltreglern> betreiben, die gibt es ja sehr preiswert und klein.
Die Idee gefällt mir eigentlich gut. Durch die Parallelschaltung der
Zellen addieren sich ja auch die Kapazitäten, das wäre ja ziemlich gut.
Also 3 kleine 1A Step-Down Schaltregler für jede LED und an einen Regler
einfach den Mikrocontroller dranhängen?
Falk B. schrieb:> Oder man Baut das> Ding auf einen Akku mit 1 Zelle in Reihe (1s4p) um und nimmt einen Step> Up Schaltregler, das ist effizienter.
Das wäre dann aber für den aktuellen Fall, also 3 in Reihe, Step-Up auf
ca. 8,5V, oder?`
Schöne Antworten, danke :-)
Niine schrieb:> Also 3 kleine 1A Step-Down Schaltregler
Was erwartest du für einen Vorteil vom Schaltregler? Die LED hat etwa
3,1V bei 1,5A und der Akku hat etwa 4,2...3,5V. Ein Linearregler hat da
im schlechtesten Fall 3,1/4,2=74% und bei Entladeschluss etwa
3,1/3,5=89% Wirkungsgrad.
ArnoR schrieb:> Was erwartest du für einen Vorteil vom Schaltregler? Die LED hat etwa> 3,1V bei 1,5A und der Akku hat etwa 4,2...3,5V. Ein Linearregler hat da> im schlechtesten Fall 3,1/4,2=74% und bei Entladeschluss etwa> 3,1/3,5=89% Wirkungsgrad.
Stimmt, ein Linearregler wäre günstiger und braucht weniger Bauteile
drumrum.
Dann könnte ich ja auch einfach einen 3V 3A Linearregler nehmen und
alles damit versorgen.
Ist wahrscheinlich nicht die Golfeffektivitätslösung, aber um
wahrscheinlich ein vielfaches Effizienter als die jetzige...
Danke,
Niine
@ Niine (Gast)
>Also 3 kleine 1A Step-Down Schaltregler für jede LED und an einen Regler>einfach den Mikrocontroller dranhängen?
So in etwa.
>> Ding auf einen Akku mit 1 Zelle in Reihe (1s4p) um und nimmt einen Step>> Up Schaltregler, das ist effizienter.>Das wäre dann aber für den aktuellen Fall, also 3 in Reihe, Step-Up auf>ca. 8,5V, oder?`
Ja.
>Stimmt, ein Linearregler wäre günstiger und braucht weniger Bauteile>drumrum.
Ja.
>Dann könnte ich ja auch einfach einen 3V 3A Linearregler nehmen und>alles damit versorgen.
Nein! Du braucht für jede LED einen einzelnen STROMregler! Man kann die
LEDs NICHT einfach paralle schalten, siehe LED.
Siehe Konstantstromquelle.
Falk B. schrieb:> Nein! Du braucht für jede LED einen einzelnen STROMregler! Man kann die> LEDs NICHT einfach paralle schalten, siehe LED.> Siehe Konstantstromquelle.
Oder genau einen Regler wenn man eine Step up nimmt und die drei Leds in
Reihe schaltet.
Ansonsten hat Arno natürlich recht, bei einer Zelle und einer Led bringt
ein Schaltregler kaum Vorteile gegenüber einem Low Drop Linearregler.
Falk B. schrieb:> Nein! Du braucht für jede LED einen einzelnen STROMregler!
Ohje, da hackt es. Bisher hatte ich es immer mit Spannungsreglern nur
zutun :-/
Ich baue mir also einen Konstantstromregler, welcher genau 1A liefert.
Und wenn ich die LED dimmen will, dann unterbreche ich einfach die
Leitung zur LED per Transistor per PWM?
Der Andere schrieb:> Oder genau einen Regler wenn man eine Step up nimmt und die drei Leds in> Reihe schaltet.
Für diesen Fall würde ich jetzt sowas nehmen:
http://www.linear.com/product/LT3922
Allerdings ist es mit den ganzen Bauteilen schon recht wild rumdrum, es
ist wenig Platz auf der Platine.
Danke für eure Hilfe. Komplizierter als erwartet :-(
@Niine (Gast)
>Ich baue mir also einen Konstantstromregler, welcher genau 1A liefert.
Ja, und der sollte mit möglichst wenig Spannungsabfall arbeiten können,
um deine Akkus möglichst tief entladen zu können. Natürlich nicht tiefer
als die zulässige Entladespannung.
>Und wenn ich die LED dimmen will, dann unterbreche ich einfach die>Leitung zur LED per Transistor per PWM?
Nein! Du sagst der Konstantstromquelle, daß sie den Strom auf 0mA regeln
soll.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor
Nimm die MOSFET-Version. Deine PWM vom uC kommt per Spannungsteiler an
Pin 3 vom OPV.
>http://www.linear.com/product/LT3922
Der ist schon ganz gut, aber der braucht 8-27V Eingangsspannung. Du
brauchst einen, der bis auf 7V Eingangsspannung runter kann.
>Allerdings ist es mit den ganzen Bauteilen schon recht wild rumdrum, es>ist wenig Platz auf der Platine.
Naja, deine linearen Stromquellen brauchen auch Platz und auch ein wenig
Kühlung, schließlich müssen die pro Kanal bei vollem Akku ca. 1W an
Verlustleistung verbraten.
>Danke für eure Hilfe. Komplizierter als erwartet :-(
Tja, wer eine Super-LED Lampe haben will und nicht kaufen will, muss da
durch.
Falk B. schrieb:> Nimm die MOSFET-Version. Deine PWM vom uC kommt per Spannungsteiler an> Pin 3 vom OPV.
Dann bräuchte ich die Schaltung für jede LED. Das wird wohl zu groß.
Aber es wäre dann so wie im Anhang, richtig?
>>http://www.linear.com/product/LT3922> Der ist schon ganz gut, aber der braucht 8-27V Eingangsspannung. Du> brauchst einen, der bis auf 7V Eingangsspannung runter kann.
Da steht doch aber: 2.8V to 36V Input Voltage Range
Und wir hätten als 1p eine Eingangsspannung von 3.5-4.2V und der
transformiert die Spannung auf die 3 in Serien geschalteten LED.
Übrigens habe ich gerade den Schaltplan der Lampe gefunden:
http://beriled.biz/data/files/LEDA_QX9920.pdf
Der Treiber wäre dann dieser:
http://www.dianyuan.com/upload/community/2015/03/27/1427442373-56499.pdf
Aber eigenartig ist der Schaltplan ja schon. Wieso wird der
Mikrocontroller über einen 150 Ohm Widerstand versorgt?
Anscheinend ist der Treiber auch ein Step Up Converter, weil als Max
Input 7V da steht. Aber wieso sollte man dann einen 2s2p Akku verwenden
statt einem 1s4p?
Grüße,
Niine
Niine schrieb:> Aber eigenartig ist der Schaltplan ja schon.
Wieso denn? Das ist ok so.
> Wieso wird der Mikrocontroller über einen 150 Ohm Widerstand versorgt?
Weil der nicht mehr als 5V verträgt?
> Anscheinend ist der Treiber auch ein Step Up Converter, weil als Max> Input 7V da steht. Aber wieso sollte man dann einen 2s2p Akku verwenden> statt einem 1s4p?
Das ist ein StepDown für 1 LED. Sicher, dass es die Schaltung deiner
Lampe ist?
ArnoR schrieb:>> Wieso wird der Mikrocontroller über einen 150 Ohm Widerstand versorgt?>> Weil der nicht mehr als 5V verträgt?
Ja, richtig. Aber ich lernte einen Mikrocontroller immer per
Spannungsregler zu versorgen und nicht per Spannungsteiler oder
Vorwiderstand...
> Das ist ein StepDown für 1 LED. Sicher, dass es die Schaltung deiner> Lampe ist?
Ja, auf dem IC bei mir steht LEDA1510. Wie es auch im Datenblatt steht.
Niine schrieb:> ich lernte einen Mikrocontroller immer per> Spannungsregler zu versorgen und nicht per Spannungsteiler oder> Vorwiderstand...
Dessen Versorgungsspannung wird durch die Z-Diode ZD1
(-UF(D1))stabilisiert.
@Niine (Gast)
>Aber es wäre dann so wie im Anhang, richtig?
Nicht ganz, dort gehören N-Kanal MOSFETs rein.
>>http://www.linear.com/product/LT3922> Der ist schon ganz gut, aber der braucht 8-27V Eingangsspannung. Du> brauchst einen, der bis auf 7V Eingangsspannung runter kann.
Da steht doch aber: 2.8V to 36V Input Voltage Range
Stimmt, das hab ich übersehen, ich hab nur die Beispielschaltung
angeschaut 8-0
Niine schrieb:> sie reduziert nicht frühzeitig die> Leistung, damit ich länger Licht habe, sondern geht halt einfach aus.> Das ist wunderbar Nachts im Wald...
Hallo 7ofNiine,
Hast du keinen Nabendynamo an deinem Fahrrad?
Bei eBay gibt es eine komplette Felge (für vorn) mit Nabendynamo für 35
Euro.
Ich habe bei meiner nur einen Gleichrichter + Vorwiderstand und einen
dicken Elko zur Glättung dran. Also ganz primitiv, aber es funktioniert
sehr gut.
Ein Standlicht fehlt mir aber noch.
Wenn es unbedingt per Akku sein muss:
Ich würde einen StepUp-Wandler nehmen und ihn an mehrere parallel
geschaltete Akkus hängen.
Es gibt welche mit integrierter Strombegrenzung.
Mike J. schrieb:> Hast du keinen Nabendynamo an deinem Fahrrad?
Du hast die Daten der Lampe gelesen? Nein? Na dann:
Runtime: (6400mah) 1h40min -2h40min
Auf minimaler Stufe 2,66h bedeutet Stromaufnahme ca. 2,4A. Da ist ein
Nabendynamo total überfordert bzw. verlängert die Laufzeit nur ein
wenig.
2.8V*2,4A=6,72W
Ganz schön heftig für eine Fahrrad-LED Beleuchtung.
Dein Dynamo liefert um die 3W, das sollte also ausreichen damit die LED
nicht einfach so aus geht.
Nutzt du eigentlich immer die volle Leistung?
Ich habe eine 10W LED mit speziellem Reflektor und ich lasse die volle
Energie des Dynamos in die LED fließen.
Um die LED schon bei einer geringen Spannung an gehen zu lassen habe ich
einen StepUp-Spannungswandler vorgeschaltet der auch aus 3V die
benötigten 7V bis 9V macht.
Also alles was mein Dynamo her gibt wird in der LED verbraten.
Mir ist die Beleuchtung des Weges und auch der Seiten rechts und links
des Weges wichtig.
Zusätzlich strahlt ein Teil des Lichts nach unten um quasi mein Fahrrad
zu beleuchten ... damit ich selbst von anderen auch gesehen werde und
nicht nur das Licht meiner Lampe.
@ ArnoR
Bei diesem China-Zeugs wissen wir ja gar nicht ob das wirklich 6500mAh
im Akku sind und ob wirklich 2.4A gezogen werden. Der Wert wurde ja nur
geschätzt aufgrund der Leuchtdauer.
Er sollte einfach mal den Spannungsabfall über einen 0.1 Ohm oder 0.02
Ohm Shunt messen und dann auf den Strom schließen.
3*2.8V*2,4A=20,16W
Bei einem Wirkungsgrad von 30% werden ca. 14W in Wärme umgewandelt und
dann würde das Alu-Gehäuse richtig heiß werden.
Okay, bei Fahrtwind vielleicht nicht so sehr.
Niine schrieb:> Auch die maximale Spannung der LED ist durch den Akku auf 2,8V begrenzt,> was lt Datenblatt gerade mal 65% Leistung sind.>> Meine Frage: Ist das nicht total uneffzient? Wäre man nicht besser> beraten einen 3.3V Spannungsregler zu nutzen
Nein, das passt schon so.
Ist dir die Lampe denn zu dunkel?
>> 4×18650 battery pack
In solch einem Akku passen etwa 2Ah wenn sie ganz neu sind.
>> 1 x 8.4v 6400mAh Battery Pack
Also sind da zwei in Reihe und zwei parallel geschaltet.
Das wären 3.2Ah pro Akku ... ist allerdings ein Traumwert dem man keine
Beachtung schenken sollte, gerade bei China-Akkus nicht.
Real kann man mit 1 bis 1,5Ah pro Akku rechnen.
Mike J. schrieb:> Hallo 7ofNiine,
Hallo Mighty Mike :-)
Mike J. schrieb:> Ganz schön heftig für eine Fahrrad-LED Beleuchtung.> Nutzt du eigentlich immer die volle Leistung?
In der Stadt meistens nur die unterste Stufe, und selbst da würde ich
sogar noch eine Stufe runter gehen (Optimierungswunsch), weil das Licht
primär in der Stadt ja nur zum gesehen werden gebraucht wird, weniger
für das Licht geben.
Im dunklen Wald freut man sich aber schon über die höchste Stufe.
ArnoR schrieb:> Wie kommst du auf 2,8V? Angeblich sind da 3LED in Reihe geschaltet, also> die 3-fache Leistung ~20W.
Genau, ca. 8,5V und bei max. Stufe 2,1-2,5A.
Mike J. schrieb:> Er sollte einfach mal den Spannungsabfall über einen 0.1 Ohm oder 0.02> Ohm Shunt messen und dann auf den Strom schließen.
Ich hatte bisher nur den Strom der LED Reihe ohne Steuerplatine
gemessen, da waren es bei 9V ca 2.5A.
Danach habe ich mir irgendwie die Platine zerschossen, deswegen kann ich
das grad nicht messen. Ich warte auf eine neue ;-)
Mike J. schrieb:> Bei einem Wirkungsgrad von 30% werden ca. 14W in Wärme umgewandelt und> dann würde das Alu-Gehäuse richtig heiß werden.> Okay, bei Fahrtwind vielleicht nicht so sehr.
Genau, auf der maximalen Stufe wird das Alugehäuse schon warm. Aber
nicht heiß. Wohl auch der Grund warum die LED nicht auf 150% Leistung
betrieben werden... Die LED Platine ist auch eine Aluplatine.
Mike J. schrieb:> Also sind da zwei in Reihe und zwei parallel geschaltet.> Das wären 3.2Ah pro Akku ... ist allerdings ein Traumwert dem man keine> Beachtung schenken sollte, gerade bei China-Akkus nicht.
Richtig. Bei Qualitätsakkus könnten sie sicherlich den Preis nicht
halten. Ich habe 18650 3200mAh Panasonic schon da, die tausche ich bald.
ArnoR schrieb:> Das ist ein StepDown für 1 LED. Sicher, dass es die Schaltung deiner> Lampe ist?
Woher weisst du das der QX9920 ein Step Down ist?
Es hängt an diesem Teil. Ich würde ihn ja gern bei meiner Platine wieder
verwenden. Einen wirklich günstigen geeigneten StepUp Wandler für die
Leistungsklasse der LED und 1s4p Akku habe ich bisher noch nicht
gefunden :-/
Viele Grüße,
Niine
