Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 80W Hochleistungs LEDs an Akku mit Dimmfunktion


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Andi1985 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Guten Tag,

ich möchte 8 Hochleistungs LEDs à 80W per Batterie betreiben um ein 
mobiles dimmbares Flutlicht für Naturaufnahmen aufzubauen.

Ich würde gerne die LED Module von Bridgelux vom Typ Vero 29 
BXRC-56G10K0-L-24 verwenden. Ein einzelnes Modul benötigt 2100mA bei 38V 
(80W). Befestigt werden die LEDs jeweils auf einem Kühlkörper um die 
knapp 2/3 der Leistung als Abwärme abführen zu können. Als Akkus habe 
ich 6S LiPo Zellen mit 22,2V und zusammen 10Ah. So sollte ich je nach 
Temperatur auf >10-15min Leuchtdauer kommen.

Um die Spannung der Akkus auf das benötigte Niveau von 38V zu bringen 
und den Strom pro Modul zu begrenzen, dachte ich StepUp/Boost Konverter 
zu verwenden (bsp. Ebay-Artikel Nr. 401320067371 , leider wie bei 
etlichen Chinaboards keine genaueren Angaben).


Nun zur eigentlichen Frage: Wie könnte ich die LEDs dimmen?


Ich dachte mir die LEDs könnte man entweder per PWM (Mosfetstufe nach 
dem Boost konverter) oder über eine Strombegrenzung (über den StepUp 
Konverter) dimmen.

Da ich das Ganze für Filmaufnahmen verwenden möchte, dürfen die LEDs 
nicht flackern. Daher vermute ich, dass die Regelung durch ein PWM evtl 
nicht geeignet wäre, bzw bei welcher Frequenz?

Der obige StepUp Konverter verfügt über einen Trimmer zur Einstellung 
des Stromes, um nicht bei x Konvertern in der Wildnis händisch die 
Trimmer zu justieren, war mein Gedanke dieses durch ein digitalPoti ala 
MAX5481 auszutauschen. So ließe sich über einen MC der Strom von allen 
acht LEDs gleichzeitig justieren. Der digital Poti hat 1024 taps. Ic 
denke am Ende wird man nicht die volle Aufösung nutzen können; wenn mir 
um die 400-500 Abstufungen für das Dimmen bleiben, ist das ausreichend.

Ich bin offen für eure Ratschläge und Ideen!

Grüße

Andi

von Der Andere (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andi1985 schrieb:
> Da ich das Ganze für Filmaufnahmen verwenden möchte, dürfen die LEDs
> nicht flackern. Daher vermute ich, dass die Regelung durch ein PWM evtl
> nicht geeignet wäre, bzw bei welcher Frequenz?

Geschalteter Stromregler.
Aber Achtung, eventuell ändert sich bei den Leds das Spektrum in 
Abhängigkeit vom Strom.
Einfacher wäre es einfach nur 1-8 der Strahler einzuschalten, das ergibt 
auch eine grobe Helligkeitsregulierung

von Andi1985 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich möchte das Licht langsam ein und ausfaden lassen, daher sollte es 
schon weitesgehend stufenlos dimmbar sein.

Funktioniert nicht der StepUp Converter mit regelbarem Konstantstrom als 
Stromregler?

von Michael B. (laberkopp)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andi1985 schrieb:
> Wie könnte ich die LEDs dimmen?

Wenn man FILM aufnahmen machen will, sollte man nicht per PWM dimmen, 
weil das Flimmereffekte bringen kann.

Also baut man keinen einfachen step up Regler, der eine Spannung 
produziert, sondern einen step up der den Strom regelt.

Und weil du 8 Module hast, kannst du 8 step up verwenden, das ist 
einfacher als 1 step up und dann den Strom mit 
Stromverteilungswiderständen gleichmässig auf die Module aufzuteilen.


Das Chinamodul kann den Strom per Poti regeln, und weil du eines pro 
Modul kaufst und nur 2.1A einstellst wird es das auch aushalten. 
Allerdings musst da dann jedes Modul einzeln im Strom und damit in der 
Helligkeit einstellen.

von Falk B. (falk)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Andi1985 (Gast)

>BXRC-56G10K0-L-24 verwenden. Ein einzelnes Modul benötigt 2100mA bei 38V
>(80W). Befestigt werden die LEDs jeweils auf einem Kühlkörper um die
>knapp 2/3 der Leistung als Abwärme abführen zu können. Als Akkus habe
>ich 6S LiPo Zellen mit 22,2V und zusammen 10Ah. So sollte ich je nach
>Temperatur auf >10-15min Leuchtdauer kommen.

Naja, das scheint schon sportlich. 8x80W=640W, bei 22V sind das 40A aus 
deinem Akku, mit einem realen Wirkungsgrad von vielleicht 90% eher 44A. 
Da kochen die Dinger, auch wenn es LiPos sind.

>Um die Spannung der Akkus auf das benötigte Niveau von 38V zu bringen
>und den Strom pro Modul zu begrenzen, dachte ich StepUp/Boost Konverter
>zu verwenden (bsp. Ebay-Artikel Nr. 401320067371 , leider wie bei
>etlichen Chinaboards keine genaueren Angaben).

>Nun zur eigentlichen Frage: Wie könnte ich die LEDs dimmen?

Mit einem Schaltregler, der auch einen PWM-Eingang hat.

>Ich dachte mir die LEDs könnte man entweder per PWM (Mosfetstufe nach
>dem Boost konverter) oder über eine Strombegrenzung (über den StepUp
>Konverter) dimmen.

Das macht man sinnvollerweise kombiniert in einer Schaltstufe. Das spart 
nicht nur MOSFETs sondern auch böse Nebeneffekte.

>Da ich das Ganze für Filmaufnahmen verwenden möchte, dürfen die LEDs
>nicht flackern. Daher vermute ich, dass die Regelung durch ein PWM evtl
>nicht geeignet wäre, bzw bei welcher Frequenz?

Doch, man muss halt nur deutlich über die Filmaufnahmefrequenz kommen. 
Im Idealfall läuft die PWM synchron dazu, aber welche Kamera hat schon 
einen Sync-Ausgang?

>Der obige StepUp Konverter verfügt über einen Trimmer zur Einstellung
>des Stromes, um nicht bei x Konvertern in der Wildnis händisch die
>Trimmer zu justieren, war mein Gedanke dieses durch ein digitalPoti ala
>MAX5481 auszutauschen.

Das kann funktionieren, muss aber nicht. Denn wenn das Poti in der 
Schaltung ungünstig verbaut ist, liegt es nicht auf GND sondern auf 
einem Potential irgendwo zwischen VCC und GND. Dann wird das mit dem 
Digitalpoti schwierig oder gar nichts.

>So ließe sich über einen MC der Strom von allen
>acht LEDs gleichzeitig justieren.

Ja, aber PWM ist da einfacher.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andi1985 schrieb:
> Als Akkus habe
> ich 6S LiPo Zellen mit 22,2V und zusammen 10Ah. So sollte ich je nach
> Temperatur auf >10-15min Leuchtdauer kommen.
>
> Um die Spannung der Akkus auf das benötigte Niveau von 38V zu bringen
> und den Strom pro Modul zu begrenzen, dachte ich StepUp/Boost Konverter
> zu verwenden

Erkläre doch bitte mal, warum du die beiden Akkus nicht in Reihe 
schaltest und danach einen einfachen PWM Regler nimmst. Den Stepup 
kannst du doch einsparen und damit Wirkungsgrad gewinnen. Ein Shunt in 
der Source der Endstufe liefert dir jederzeit Rückmeldung über den Strom 
und kann zur Begrenzung dienen.

von Armin X. (werweiswas)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich denke, dass es prizipjell mal richtig ist deutlich unter oder über 
der am Ende benötigten Spannung zu bleiben.
In deutlich gedimmtem Zustand werden die LEDs wahrscheinlich keine 30V 
mehr benötigen.
Mit zwei in Serie geschalteten Akkus und einer einfachen PWM hat er im 
eingeschalteten Zustand 44V an den LEDs was diese sicherlich nicht lange 
mitmachen.
Zur Regelbarkeit der Module kann ich nichts sagen. Aber dadurch, dass es 
sich um Schaltregler mit ausgangsseitiger Siebung handelt sollten, wenn 
diese linear gedimmt werden keinerlei Flimmereffekte eintreten.
Ich bezweifle eh, dass diese Module sinnvoll über PWM gedimmt werden 
können da die Ausgangskondensatoren das Ganze viel zu träge machen.
Vielleicht lassen sich ja die Steuerchips anzapfen und so steuern.

Armin

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Was willst du denn beleuchten? Ein ganzes Fußballstadion oder hast du 
vor, Mensch und Tier zu blenden.

640 Watt LED Licht entspricht etwa 5000 Watt Halogenlampe. Ist Dir das 
bewusst?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Armin X. schrieb:
> Mit zwei in Serie geschalteten Akkus und einer einfachen PWM hat er im
> eingeschalteten Zustand 44V an den LEDs was diese sicherlich nicht lange
> mitmachen.

Tja, wer nur die Hälfte liest:

Matthias S. schrieb:
> Ein Shunt in
> der Source der Endstufe liefert dir jederzeit Rückmeldung über den Strom
> und kann zur Begrenzung dienen.

Und warum sollte ein Stepup gnädiger zu den LED sein? Da gibt es erstmal 
keine Grund. Im Gegenteil - für einen in der Materie noch nicht so 
angekommenen reduiert sich die Anzahl der Baustellen auf eine 
vernünfitge PWM mit Strombegrenzung.
Und ja, es ist z.B. üblich, bei LED im Multiplexverfahren deutlich mehr 
als den Nennstrom zu fahren.

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da das Auge logarithmisch auf Helligkeit reagiert, werden 500 Stufen bei 
weitem nicht ausreichen, um angemessene Fading Effekte zu erreichen. 
Dazu brauchst du mindestens 10000 Stufen und das ist für so einen 
einfachen Step-Up Wandler schon eine besondere Herausforderung. Ich 
vermute, ganz so einfach wird es nicht gehen.

Du brauchst einen Schaltregler, der sich im Bereich geringer Ströme ganz 
besonders fein einstellen lässt.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

Du könntest mit 44V acht Abwärtswandler antreiben, deren Strombegrenzung 
Puls um Puls einstellbar ist.

Ob es die Chinamodule so fertig gibt, ist wieder eine andere Frage.

MfG

von Alex G. (dragongamer)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stefan U. schrieb:
> Was willst du denn beleuchten? Ein ganzes Fußballstadion oder hast du
> vor, Mensch und Tier zu blenden.
>
> 640 Watt LED Licht entspricht etwa 5000 Watt Halogenlampe. Ist Dir das
> bewusst?
Das ist nicht ungewöhnlich viel für Studiolicht...

von Andi1985 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

schoneinmal Vielen Dank für die zahlreichen und informativen Antworten!

Die Lichtleistung ist mir bewusst ;) und wird auch in etwa für die 
Aufnahmen benötigt. So habe ich auch noch etwas Leistung auf Reserve.

Wenn ich eure ganzen Beiträge lese, scheint eine Lösung mit PWM 
Steuerung einfacher und simpler aufzubauen und da ich leider nicht so 
viel Zeit dafür habe, klingt die Variante PWM mit Shunt und zwei in 
Serie geschalteten Akkus passend. Ich recherchiere mal etwas in diese 
Richtung.

Der Hinweis in Bezug auf die logarithmische Lichtwahrnehmung ist auch 
sehr hilfreich!

Grüße

von Armin X. (werweiswas)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Matthias S. schrieb:
> Und warum sollte ein Stepup gnädiger zu den LED sein? Da gibt es erstmal
> keine Grund. Im Gegenteil - für einen in der Materie noch nicht so
> angekommenen reduiert sich die Anzahl der Baustellen auf eine
> vernünfitge PWM mit Strombegrenzung.
Unter PWM verstehe ich in diesm Fall stumpf die LED an die 
Spannungsquelle anzuschließen.

> Und ja, es ist z.B. üblich, bei LED im Multiplexverfahren deutlich mehr
> als den Nennstrom zu fahren.
Das macht man meines Wissens nicht bei PowerLEDs. Im Übrigen wird der 
Strom in der LED bei 2 vollen LiPos(~50V) durch das nichtlineare 
Verhalten der LED unkontrolliert groß ehe eine Strombegrenzung 
eingreift. Aber das muss ich dir glaub ich nicht erzählen.
Also wenn PWM dann bitte Stepdown und geregelt.

von Harald W. (wilhelms)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Armin X. schrieb:

> Unter PWM verstehe ich in diesm Fall stumpf die LED an die
> Spannungsquelle anzuschließen.

...und warum willst Du die LEDs unbedingt zerstören?

von Armin X. (werweiswas)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Warum soll eine LED mit einem stromeinstellbaren Stepup(wie vom TE 
gezeigt) oder Stepdown zerstört werden?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Armin X. schrieb:
> auf eine
>> vernünfitge PWM mit Strombegrenzung.
> Unter PWM verstehe ich in diesm Fall stumpf die LED an die
> Spannungsquelle anzuschließen.

Du vielleicht, aber das ist kein Verständnis, sondern ein Vorurteil. 
Deswegen sprechen wir anderen alle von Strombegrenzung.
Ein Stepup fügt eine unnötige Komplexität ein und löst ja auch nicht das 
Strombegrenzungsproblem. Eine LED auch der 80W Klasse lässt sich 
natürlich pulsen und verträgt dabei so viel, wie ihr thermischer 
Haushalt zulässt, für nähere Auskünfte gibts das Datenblatt.
Viel interessanter ist die nötige PWM Frequenz - die mir bekannten LED 
Filmleuchten arbeiten mit etwa 4-10kHz. Das stellt nur bei Super-Slo-Mo 
ein Problem dar.
Dieses Paper experimentiert mit gepulsten Hochleistungs LED und 
überschreitet z.B. den max. Dauerstrom um Faktor 20 bzw. 5 für sehr 
kurze Pulse und die Jungs stellen keine Schäden an den LED fest:
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.474.6388&rep=rep1&type=pdf

von Teo D. (teoderix)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Matthias S. schrieb:
> Dieses Paper experimentiert mit gepulsten Hochleistungs LED und
> überschreitet z.B. den max. Dauerstrom um Faktor 20 bzw. 5 für sehr
> kurze Pulse und die Jungs stellen keine Schäden an den LED fest:
> 
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.474.6388&rep=rep1&type=pdf

Das is normal, verträgt jede LED, ist nur selten in den Dablas zu 
finden.
Der max Pulsstom wird meist mit 4-6x Max. ungepulst (natürlich in mA 
angegeben), Pulsdauer meist 100µs, bei 1/10 Duty Cycle.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.