Welcher Schaltregler für Power LED am besten?

LED_Anfänger schrieb:
> Hallo zusammen.
>
> direkt vorab, ich bin nicht sehr talentiert im Schaltungslayout und auch
> nicht erfahren mit LEDs (das Programmieren von Mikrocontrollern scheint
> mir mehr zu liegen).
> Bis jetzt hatte ich lediglich einige Pin Dioden über nen Mikrocontroller
> und einem Transistor (BJT und Mosfet) angesteuert und die Versorgung des
> Controllers einen Linearregler machen lassen.
>
> Jetzt muss ich allerdings eine LED mit mehr Leistung als mickrige 20mA
> bei 2V ansteuern.

Muss?
Dann würde ich gleich einen fertigen LED-Treiber kaufen.


> Es soll eine LED sein ab circa 1000 Lumen damit ein Raum damit halbwegs
> beleuchtet werden kann.
> Entschieden hab ich mich, eher willkürlich, für diese hier:
> http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Cree-High-Power...
> Da mir 12V und 1,2A für 1440 Lumen recht gut vorkamen.

Jetzt, wo ich meinen Autoführerschein gemacht habe, habe ich mich für 
einen Ferrari F-355 entschieden, weil 3,5l Hubraum und 280kW mir recht 
gut vorkamen.  :)

=>
Nicht mit der Hochleistungs-LED anfangen.
Starte für Testzwecke mit der billigsten 1W-LED (ca 350mA), die Du 
kriegen kannst. Wenn die Technik läuft, langsam hochskalieren.

> Als Spannungsversorgung für meine komplette Schaltung dachte ich hierbei
> an ein Stecknetzteil wie das hier:
> https://www.conrad.de/de/steckernetzteil-einstellb...

Zu teuer, Spannungsvielfalt wird nicht benötigt.

>
> Die LED soll weiterhin über einen Mikrocontroller gedimmt werden können.
>
> Doch mit der LED kamen auch die Probleme...
> Ich hab mich hier schon umgeguckt (Artikel, Konstantstromquellen und
> Konstantstromquellen für Power LEDs) und bin recht schnell zu dem
> Schluss gekommen, dass ein Schaltregler hierfür genutzt werden sollte,
> und nicht wie ich zuerst vorhatte, eine Mosfet-BJT Transistorschaltung.
>
> Also hab ich mich angefangen über Schaltregler schlau zu machen.
> Wie sie grob funktionieren hab ich denke ich soweit verstanden,
> allerdings überfordert mich die schiere Anzahl und
> Konfigurationsvielfalt leider total.
>
> Mein erstes Problem ist direkt die Auslegung:
> Wenn ich das Stecknetzteil mit 5-9 V betreibe müsste ich für die LED ja
> eine Boost-Konfiguration nehmen.
> Aber was müsste ich nehmen wenn ich 12V als Versorgung bereitstelle?

12V sind ungünstig, weil sie zu nahe an der ungefähren LED-Spannung 
liegen.
Nimm ein 15V-Netzteil. Daraus ergibt sich, dass Du einen 
step-down-Regler für Deine LED verwenden musst.

> Ich habe mal probiert über die TI und LI Konfiguratoren einen passenden
> Schaltregler zu finden. Aber welcher von denen jetzt am besten oder
> überhaupt geeignet ist, da komme ich einfach nicht hinter :(
>
> 1. MC34063 ->
> http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/M...

Eine Möglichkeit, auch in einem Forumsartikel dokumentiert => Artikel 
lesen, verweist auch auf LM257x.

> 2. IS31LT3360 -> http://www.mouser.com/ds/2/198/31LT3360-357723.pdf

Interessantes, bauteilsparsames Produkt, gleich als Strom-Treiber 
konzipiert. Kannst Du das löten?

> 3. LT3952 -> http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3952fb.pdf
> 4. LT3956 -> http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3956f.pdf

Zuviele Bauteile, zuviele Pins.

>
> Könnte ich den IS31 einfach so nutzen wie die Schaltung auf Seite 1
> abgebildet ist, wenn ich RS passend wähle?

Ja.

>
> Oder wäre der LT3956 für meine LED so nutzbar wie bspw. auf Seite 17 in
> dem Buck-Boost-Mode beschrieben wenn ich den RS Widerstand auf 1,2A
> auslege?
>
> Was würde eigentlich passieren wenn ich im Boost-Mode 12V als Versorgung
> hätte und 12V am Ausgang anliegen? Ist es da genau wie bei step-down
> oder Linearreglern, dass eine bestimmte Dropout-Spannung bestehen muss?
>
> Die schiere Anzahl an Parametern, verschiedenen Versionen von Reglern
> und Schaltungsversionen (bei denen ich nicht direkt erkennen kann was
> jetzt welches Bauteil wie verändert) verwirrt mich, als Laien in Sachen
> Schaltregler, sehr stark.

Fokussiere auf Schaltregler mit wenig (5-8) Pins, die auf eine 
Experimentierplatine mit Rastermaß 2,54mm passen.
=> Nimm den MC34063 oder den LM2576-ADJ.

>
> Daher wäre ich sehr dankbar, wenn mir jemand hierbei helfen könnte
> welcher Regler für meine Zwecke funktionieren würde (am erfreulichsten
> wären natürlich alle dann hab ich es nicht komplett falsch gemacht).

Wie meinen, der Herr???

> Oder auch generell ein Design Stylesheet oder mir jemand zeigen könnte
> auf was ich grob achten muss bei der Auslegung.

Beim LM2576 steht alles haarklein im Datenblatt.
Wenn der Spannungsregler läuft, kannst Du im zweiten Versuch einen 
Stromregler aufbauen oder Deinen Erstversuch auf Stromregelung umbauen.

Empfehlenswerte Lektüre:

www.led-treiber.de

Die Standard-Schaltregler und Anwendungsbeispiele zeigen Dir eine 
geregelte Ausgangsspannung. Im Gegensatz dazu braucht die LED einen 
geregelten Strom.
Dazu muss die Feedback-Leitung des Reglers die Spannung an einem Shunt 
im Stromkreis fühlen.

Datenblatt stur lesen (gerne auch mehrfach), auch wenn man anfangs nur 
Bahnhof versteht!
Datenblätter von verschiedenen Herstellern zu einem IC herunterladen, 
wenn verfügbar, da die Hersteller unterschiedlich aufwendig 
dokumentieren.

*Nachtrag:*
Lies' Dir mal den Artikel "Power-LED-Driver-Modul" von Dr. Thomas 
Scherer in der elektor 12/2008 Seite 38 durch.
Du kannst diese Schaltung auch anstelle des 220V-Trafos an einem 
Gleichspannungsnetzteil betreiben, also z.B. die genannten 15V.

Nix mit 220V machen!!!

LED_Anfänger schrieb:

> ich bin nicht erfahren mit LEDs

Dann solltest Du Dir wenigstens einige Grundkenntnisse aneignen,
z.B. durch anklicken dieses Links: LED
Das wichtigste ist, das LEDs nicht mit einer konstanten Spannung,
sondern mit einem konstantem Strom betrieben werden. Ausserdem
brauchst Du  einen Kühlkörper, damit Deine LED nicht durchbrennt.

Du könntest dir eine LED mit mehr Spannung und weniger Strom aussuchen 
und den PT4115 nehmen. Der hat gleich einen Eingang zum Dimmen dabei. Du 
kannst aber auch deine 1.2A-LED nehmen und es versuchen .... der PT4115 
geht nur bis 1.2A ;)

> @Crazy H
> Ich brauche wie gesagt eine recht hohe Lichtausbeute (>1000 Lumen)
> Und ich weiß nicht wie gut es funktioniert wenn ich mehrere kleine zusammen 
lege...
> Der Raum sollte von der LED schon merkbar erhellt werden (am besten mit > hohen 
Abstrahlwinkel).
Überlegen wir mal .... du hast eine LED ausgesucht 12V 1.2A .... macht 
14.4W (komischer Wert) und du könntest aber auch eine mit z.B. 18V 0.8A 
finden/nehmen .... macht auch 14.4W ;-). Nur daß der Strom kleiner ist.
Übrigens denke ich, daß mehrere LED mit weniger Leistung wegen der 
Lichtverteilung besser sind.

LED_Anfänger schrieb:
> Hallo zusammen und vielen Dank für die hilfreichen Antworten :)
>
> @Peter M
>
> Peter M. schrieb:
>> Dann würde ich gleich einen fertigen LED-Treiber kaufen.
>
> Meinst du einen Treiber IC? Falls ja, das hatte ich über die Hersteller
> Konfiguratoren probiert und bin dabei auf die komplexen Linear
> Technologies Bausteine gekommen.

Nein. Mit "fertiger LED-Treiber" meinte ich die ganze Schaltung.
Wenn es schnell und billig sein soll, findest Du fertige Platinen mit 
"step down"-Regler bei Auktionshäusern oder in Asien.

Wenn Du etwas lernen willst, bau selber.
Du kannst das Ganze schön auf einer Loch- oder Streifenrasterplatine 
aufbauen.


> Aber ich hab die Konfiguratoren mal weggelassen und bin deinem Rat
> gefolgt und hab einfach so nach LED Treiber ICs gesucht.
> Und siehe da, ganz nach deinem anderen Rat hab ich auch "simplere" ICs
> mit weniger Pins gefunden :)
>
> Peter M. schrieb:
>> Nicht mit der Hochleistungs-LED anfangen.
>> Starte für Testzwecke mit der billigsten 1W-LED (ca 350mA), die Du
>> kriegen kannst. Wenn die Technik läuft, langsam hochskalieren.
>
> Das ist auch ein guter Vorschlag aber am Ende muss ich halt auf die
> höheren Leistungen kommen, daher würde ich gerne direkt einen IC haben
> der am besten beides könnte, sodass ich nicht zwischendrin noch ICs
> wechseln muss^^.

Das ist eine gute Idee. Dann lies schon mal das Datenblatt des LM2576 
und teile hier mit, ob der Schaltregler für Dein Projekt geeignet ist.
Bitte begründe Deine Meinung!

Ich weiß ja nicht, ob Geld bei Dir keine Rolle spielt, aber Du kannst 
Dir den tiefen Schmerz nicht vorstellen, der entsteht, wenn eine 
hochwertige LED genau einmal aufblitzt und dann nie mehr leuchtet.

> funktionieren würden oder ob ich totalen Humbuck rausgesucht hatte.

Humbug, nicht Humbuck. :)

>
> Peter M. schrieb:
>> Lies' Dir mal den Artikel "Power-LED-Driver-Modul" von Dr. Thomas
>> Scherer in der elektor 12/2008 Seite 38 durch.
>
> Den Artikel finde ich leider nicht, bzw. nur das Projekt, allerdings
> auch nur zugänglich für Mitglieder...

Hm, wie könnte man da wohl herankommen?
Es gibt ja auch außerhalb des Internets Informationen.

>
> Die Artikel von led-treiber.de hatte ich ebenfalls gelesen.

Ehrlich? Sagst Du auch die Wahrheit? Da sind ganz viele Artikel.

>
> Ich hatte nochmals Regulatoren und spezielle Treiber ICs rausgesucht.
> Wahrscheinlich werde ich den MC34063 oder den LM2576 nehmen, wie von dir
> vorgeschlagen.
>
> Es würde mich trotzdem freuen wenn du dir meine anderen rausgesuchten
> nochmals kurz angucken könntest, und mir sagen, ob einer davon
> ungeeignet/besser/schlechter für mein Vorhaben geeignet wäre?
> Probiere gerade noch die Qualitätskriterien für meine Anforderung zu
> finden und zu sehen ob ich im allgemeinen funktionierende Bausteine
> rausgesucht habe :)
>
> 1. LM3406

Theoretisch ja. Dieses IC regelt den Strom. Kannst Du das auch Löten?
Ich hatte Dich darauf hingewiesen. Ich würde Dir davon deswegen abraten.

> 2. LTM4609

Nein.
Guck' Dir mal die Bauform an, heißt "package" auf Englisch.
Das solltest Du immer tun.

> 3. LM3410

Erfüllt nicht Deine Erwartungen. Warum?

> 4. STCS1
> 
(http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/16/8e/9b/71/8e/42/45/65/CD00156614.pdf/files/CD00156614.pdf/jcr:content/translations/en.CD00156614.pdf)
> (hier handelt es sich glaube nicht mal um einen Schaltregler)

Richtig. Der verheizt die überschüssige Spannung.
Ist aber eine schlechte Wahl - in meinen Augen.

Du solltest Standardbauteile verwenden.
Suche Dein Wunschbauteil mit der Google-Suche hier im Forum.
Liefert das Bauteil keine oder nur wenige Treffer, nicht verwenden.
Probier das mal mit LM2576, MC34063 und "STCS1" aus.

> 5. TPS61500 (https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063A-D.PDF)

Ein 34063A? Ja.

> 6. MC34063A

Ja.

> Ich brauche wie gesagt eine recht hohe Lichtausbeute (>1000 Lumen)
> Und ich weiß nicht wie gut es funktioniert wenn ich mehrere kleine
> zusammen lege...

Noch etwas: Die LED sollte nicht so heiß werden, dass Du Dir an ihr die 
Finger verbrennst.

LED_Anfänger schrieb:

> Peter M. schrieb:
>> Das ist eine gute Idee. Dann lies schon mal das Datenblatt des LM2576
>> und teile hier mit, ob der Schaltregler für Dein Projekt geeignet ist.
>> Bitte begründe Deine Meinung!
>
> Ich würde sagen ja, da er im "adjustable" Modus Eingangsspannungen von
> 1,25V - 37V ab kann (wenn ich ihn mit 12V oder 15V betreibe passt das
> also).
> Weiterhin schafft er eine Load bis 3A wo ich mit meinen 1,2A ja auch gut
> drin liege.
> Oder hab ich die "Specified 3-A Output Current" so zu verstehen, dass er
> immer 3A bei den eingestellten Ausgangsspannungen liefert?

Gemeint ist bis zu 3A.
Immer 3A bei konstanter eingestellter Ausgangsspannung gibt es nicht.
Herr Ohm würde im Grabe rotieren!

Um den Punkt zu verstehen, sollst Du dir auch den Artikel besorgen.

Im Datenblatt findest Du eine Beschaltung als Spannungsregler.
Bei dieser Beschaltung versucht der Schaltregler die Ausgangsspannung 
konstant zu halten.

Der angeschlossene bestimmt dann den Strom - bis zu 3A in diesem Fall.

Bei LEDs ist es unsinnig, die Spannung zu regulieren, die an Ihnen 
anliegt.
Man reguliert den Strom. Das kannst Du Dir im Netz zusammenlesen!

Im Beispiel von Dr. Schärer stellst Du plötlich fest, dass die 
Feedback-Leitung des Reglers gar nicht die Spannung fühlt, sondern den 
Strom.
Er hat mit dem LM2576 einen Stromregler aufgebaut, also das, was LEDs 
brauchen.

Hinzu kommt noch ein kleiner Schaltungstrick, um den Stromshunt klein zu 
halten.

> Peter M. schrieb:
>>> 3. LM3410
>>
>> Erfüllt nicht Deine Erwartungen. Warum?
>
> Wegen den max. 5,5V Input Voltage?

Ja. Er ist auch nicht besonders lötfreundlich für Dich.

> Dann allerdings noch eine generelle Frage:
> Mir wurde jetzt schon öfter gesagt, dass die ganzen Konfigurator Tools
> von den verschiedenen IC Herstellern einem die Arbeit gut abnehmen
> würden.

Du gehörst nicht zur Zielgruppe. Statt beim Airbus das Navi zu 
programmieren ist für Dich manueller Flug nach Kompass mit der Cessna 
angesagt.

> Hier z.B. von LI
> http://www.linear.com/products/led_driver_ics
>
> Oder die TI Workbench
> 
http://www.ti.com/lsds/ti/analog/webench/overview.page?DCMP=sva_web_webdesigncntr_en&HQS=sva-web-webdesigncntr-vanity-lp-en
>
> Aber genau da hab ich überwiegend die komplexeren ICs vorgeschlagen
> bekommen (möchte nicht ausschließen, dass meine Suche vielleicht auch
> nicht so gut war dort).

Deswegen kriegst Du einen alternativen Vorschlag hier im Forum.

> Wie schätzt du/ihr diese Konfiguratoren und die generierten
> Beispielschaltungen ein?
> Sollte man da lieber die Finger von lassen und direkt mögliche Bauteile
> suchen?

Das ist ein schönes Spielzeug, entlastet Dich aber nicht vom Lesen des 
Datenblatts.
Im Datenblatt steht auch drin, wie man die Bauteile dimensioniert.
Man kann dann auch die Formeln dort in eine Tabellenkalkulation 
übertragen und sich so seinen eigenen Konfigurator bauen.

Wenn du nur mal mit ein paar LEDs spielen willst, dann nimm den 
LM2576adj.
Der kann sogar (Konstant)ströme bis maximal 3A liefern, wenn man ihm 
eine Induktivität mit entsprechend hohem Sättigungsstrom und eine 
Shottkydiode mit entsprechender Belastbarkeit zur Seite stellt. Noch ein 
kleiner Kühlwinkel und der rennt bis 3A.
Einzigster Schönheitsfehler ist der Spannungsabfall an R sense von 
1,23V. Wenn man nicht nur eine LED, sondern eine Reihenschaltung ab 3 
Stck aufwärts betreiben will, dann sind die Verluste prozentual schon 
vertretbar. Außerdem ist alles bequem von hand lötbar (kein 
"Vogelfutter" dabei). Kann man auch auf Lochraster aufbauen. Wenn man 
mit kurzen Leitungen und Masse sternförmig verkabelt, dann sind auch 
Störungen oder Schwingen kein Thema.
Wenn du ein paar mehr LED (Kannäle) mit Flusströmen bis max. 1,5A und 
max. 30V Ub betreiben willst, dann guck dir mal den SCT2932 von Starchip 
an. Für den habe ich schon mal ein Layout gemacht und Platinen im 
Boardnutzen fertigen lassen. Das Ganze eignet sich recht gut als SMD 
Lötübung. Den Strom kannst du einfach über die Auswahl des 
Shutwiderstandes von 100mA bis 1,5A wählen. Für den Shut ist Platz für 3 
Widerstände vorgesehen. Durch Parallelschaltung ist das Ganze quasi 
feinjustierbar. Der Vorteil ist, das du dir nicht X KSQs mit 
verschiedenen Strömen hinlegen mußt, sondern quasi das bestückst, was du 
brauchst.
Bis 5 Platinen können als Boardnutzen mit lediglich einer Einspeisung 
arbeiten, da die Platinen untereinander bereits durchgebrückt sind.
Hatte ich vor einiger Zeit hier mal angeboten, sind immer noch welche 
da.
Siehe hier:
Beitrag "Re: Einfache und billige Konstanstromquelle für Power LEDs"
Wenn du damit Erfahrung gesammelt hast, dann suchst du dir bei Bedarf 
halt ein IC, was höhere Ströme zulässt.
Aber gleich "nen Dicken" auf Reserve nehmen wollen, ist nur sinnlos 
teuer. Und wenn man den beim Rumspielen zersägt, dann beißt du dir in 
den Hintern ;-)
Ist mir auch passiert. Hatte eine Aquarienbeleuchtung mit µC gebaut und 
Controller und LEDs aus einem 24V Netzteil gespeist. Die Masse des 24V 
Kreises fiel mir ab. So lösten sich 4 Treibertransistoren und die 4 KSQ 
IC's in Rauch auf.

LED_Anfänger schrieb:

> Jetzt noch zum Verständnis:
> Der Part mit der Zener Diode (IC2) aus seinem Schaltbild, dient quasi
> als Offset damit über den Shunt eine kleinere Spannung abfallen kann
> oder?

Ja, genau.

> Oder anders gesagt, da am Feedback Pin 1,2V anliegen müssen, wird diese
> vom Spannungsabfall am Shuntwiderstand, addiert mit dem Spannungsteiler
> parallel zu IC2 (R3, Poti & R4) erreicht, wenn ich das richtig verstehe?

Korrekt.

> Möchte ich also einen Stromfluss von 700mA ohne das Poti, müsste ich den
> Widerstand R4 auf ~714 Ohm legen (wenn alle anderen Bauteile gleich
> dimensioniert bleiben) und mit der Feedbackleitung verbinden.
> Dann würde an R4 circa 0,5V abfallen und am Shunt die fehlenden 0,7V
> oder habe ich die Schaltung doch falsch verstanden?

Wenn Du den Poti weglässt und R3 mit 714 Ohm wählst,
fallen am Spannungsteiler 714/(714+1000)*1,2V ab, also circa 0,5V.

Die Referenzspannung für die Feedback-Leitung beträgt 1,23V.
Die fehlenden 0,73V werden bei einem Strom von 0,73A am 1-Ohm-Widerstand 
erreicht. Für einen Zielstrom von <=700mA solltest Du R4 nach oben 
aufrunden.

> Jetzt noch eine letzte Frage:
> Ich würde jetzt wahrscheinlich den LM2576 mit der Schaltung aus dem
> Artikel verwenden.
> Ist das die bessere Wahl oder wäre der MC34063 besser geeignet (dann die
> Schaltung von der Website hier), oder schenken die beiden sich nicht
> viel für meine Konfiguration?

Der LM2576 ist in meinen Augen die bessere Wahl.
Weniger Anschlüsse, geringerer Platzbedarf, gute Kühlmöglichkeiten im 
TO-220-Gehäuse. Lies' auch den Vergleichsartikel hier im Wiki.

>
> Ich hatte auch noch den oben erwähnten LM3404 und den LED5000 gefunden.
> Die haben zwar wieder ein schwierigeres Gehäuse zum löten, würden aber
> vom Prinzip auch gehen oder (nur fürs Verständnis rausgesucht)?
> Sind beides Buck-Regulatoren, beide >=1A (da ja jetzt nur noch 700mA)
> und Eingangsspannungen bis 42V.

Beide sind theoretisch für die Aufgabe geeignet. 200mV Sense-Spannung 
bedeutet eine Reduzierung der Sense-Verluste auf ein Sechstel gegenüber 
dem LM257x, wenn man bei den LM257x nicht Schärers Schaltungstrick 
einsetzt.

Viel Erfolg!

P.S.:
Schnelle Erfolgserlebnisse mit noch weniger Teilen liefert Dir dann nur 
noch die Prema 440x-Familie, bei Reichelt erhältlich.
Hier gibt es zwar nur kleine Ströme und auch nicht die tollsten 
Wirkungsgrade, aber für eine Flurnotbeleuchtung reicht es.

Ohne alles gelesen zu haben:

http://www.led-treiber.de/html/getaktete_treiber.html

Beitrag "MC34063 Schaltungsvorstellung 5V Stepup-Konstantstromquelle 1A für 2x10W Power-LED"


Beitrag "MC34063 Stepup Pfeift laut, erzeugt Schwingungspakete"

Man kann natürlich auch einen Stepdown-Wandler mit 
Konstantstrom-Regelung aufbauen. Aber die Variante mit dem 
555-Zweipunktregler aus dem ersten Link wäre die günstigste.

Mit freundlichem Gruß

Zur LED: Diese ist nicht mehr zeitgemäß. 100lm/W bei 80er Warmweiß 
Spektrum sind mittlerweile schon schlecht.

Cree XP-G3, XHP etc. liegen weit drüber. Natürlich auch die ganzen 
Marken-COBs, wobei diese meistens aber meistens deutlich höehre 
Flussspannungen haben. Also im 30V-Bereich.