Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konstantstromquellen mit gemeinsammen Überlastschutz


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von Andy K. (marc86)


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Hallo hat jemand eine Idee für folgende Anforderung:
Ich habe ein Tuneable White COB, also 2 verschiedene Lichtfarben. Die 
beiden LEDs hängen jeweils an einer Konstantstromquelle.
Ich möchte allerdings die maximale Leistung beider LEDs aus thermischen 
Gründen begrenzen. Sprich ich will sowohl LED1 mit 100% betreiben können 
wie auch LED2 und auch LED1 und 2 jeweils 50% sollen gehen. Alles 
darüber soll aber begrenzt werden, entweder indem heruntergergelt wird 
oder der Stromkreis unterbrochen bis zum nächsten Wiederanschalten.

Versorgungsspannung ist 24V CV und PWM förmig um die Lichtleistung zu 
steuern wie bei LED Stripes. Eine seperate 24V Leitung mit Dauerspannung 
ohne PWM steht nicht zur Verfügung nur GND und 2mal 24V für die beiden 
LEDs.

Wäre vielleicht etwas mit einem Thermistor sinnvoll welcher den 
Konstantstrom dann herunterregelt sobald der Kühlkörper zu warm wird?

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


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Der Knackpunkt bei LEDs ist nicht die Leistung, sondern ihre Temperatur. 
Und diese zu messen, ist doch ganz einfach.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Andy K. schrieb:

> Konstantstromquelle.
> Ich möchte allerdings die maximale Leistung beider LEDs aus thermischen
> Gründen begrenzen.

Funktionsbedingt begrenzen KSQs von sich aus den Strom und damit die
Leistung. Als Schutzmassnahme könnte man höchstens noch die Tempe-
ratur begrenzen.

> Versorgungsspannung ist 24V CV und PWM förmig um die Lichtleistung zu
> steuern wie bei LED Stripes. Eine seperate 24V Leitung mit Dauerspannung
> ohne PWM steht nicht zur Verfügung nur GND und 2mal 24V für die beiden
> LEDs.

Das wird wahrscheinlich nicht funktionieren.

von Wolfgang (Gast)


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Andy K. schrieb:
> Die beiden LEDs hängen jeweils an einer Konstantstromquelle.
> ...
> Versorgungsspannung ist 24V CV und PWM förmig um die Lichtleistung zu
> steuern wie bei LED Stripes.

Was heißt "24V CV" und "PWM förmig". Sind es nun konstante 24V oder sind 
die 24V PWM-getaktet. Und was heißt in diesem Zusammenhang 
"Konstantstromquelle". Entweder Konstantstrom oder Konstantspannung. 
Beides geht nicht.

Bevor das nicht klar ist, ist es müßig, über Begrenzungskonzepte 
nachzudenken.

von Dieter (Gast)


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Ohne gute Skizze wird das hier ein zu großes Rätselraten.

von Andy K. (marc86)


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Ansteuerung ist 24V CV, gedimmt wird per PWM, sprich alles was unter 
100% Lichtleistung pro Kanal ist, ist PWM förmig, das ist die klassische 
Ansteuerung wie man sie auch von LED Stripes her kennt.

Die LEDs im Leuchtmittel selber sind natürlich CC. Mit Leuchtmittel was 
nur einen Kanal hat ist das auch kein Problem über einen Linearregler 
der kommt auch mit der PWM klar.

Bei Tuneable White kommt jetzt wie gesagt ein zweiter Kanal hinzu und 
die Gesamte Verlustleistung soll technisch im Leuchtmittel begrenzt 
werden.

Hintergrund ist der, der Kühler kann nicht größer ausgelegt werden, und 
der Einzelne Kanal soll auch mit über 50% der maximal möglichen 
Verlustleistung der gesamten Leuchte betrieben werden, denn ansonsten 
hätte man nicht die Möglichkeit nur eine Farbe bei voller Leistung zu 
beitreiben.

Also muss eine Elektronik her die das Leuchtmittel vor Überhitzung 
schützen soll. Natürlich könnne man sowas auch im LED PWM Controller 
machen, es soll sich allerdings hier um einen zusätzlichen Schutz 
handeln.

: Bearbeitet durch User
von Andy K. (marc86)


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Harald W. schrieb:
> Funktionsbedingt begrenzen KSQs von sich aus den Strom und damit die
> Leistung. Als Schutzmassnahme könnte man höchstens noch die Tempe-
> ratur begrenzen.

Ja das ist mir bewusst. Es sind ja 2 KSQs vorhanden weil das 
Leuchtmittel 2 Kanäle hat. Allerdings interesiert den Kühlkörper 
letztendlich ja eher die gesamte Verlustleistung beider Kanäle zusammen.

Mal angenommen meine LEDs benötigen 350mA, dann müssen beide KSQ auf 
350mA laufen, allerdings dürfen sie auch wenn sie beide laufen nicht 
über 350mA*Flusspannung an Leistung verbrauchen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Ohne gute Skizze wird das hier ein zu großes Rätselraten.
Als Antwort kam wieder viel Text.

Also ich kann mit Bildern mehr anfangen.

von Andy K. (marc86)


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Wird keine Skippe geben weil ich nicht weiß wovon, meine Frage richtet 
sich doch nach der Schaltung. Hät ich ne Skizze wüsste ich ja wie ichs 
machen muss..

von Achim S. (Gast)


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Andy K. schrieb:
> und
> der Einzelne Kanal soll auch mit über 50% der maximal möglichen
> Verlustleistung der gesamten Leuchte betrieben werden, denn ansonsten
> hätte man nicht die Möglichkeit nur eine Farbe bei voller Leistung zu
> beitreiben.

Na wenn du selbst die Ansteuerung der beiden Kanäle machst: schau, ob 
die Summe der beiden PWM-Tastgrade über 100% liegt. Falls ja, skaliere 
die beiden Werte entsprechend runter. Damit ist dein ursprüngliches Ziel 
- eine Limitierung der Gesamtleistung - erfüllt:

Andy K. schrieb:
> Sprich ich will sowohl LED1 mit 100% betreiben können
> wie auch LED2 und auch LED1 und 2 jeweils 50% sollen gehen.

Andy K. schrieb:
> Also muss eine Elektronik her die das Leuchtmittel vor Überhitzung
> schützen soll.

Das ist nun ein anderes (wenn auch verwandtes) Ziel. Dann miss die 
Temperatur und - wenn sie zu hoch wird - suche einen Parameter zum 
runterregeln.

Andy K. schrieb:
> Natürlich könnne man sowas auch im LED PWM Controller
> machen, es soll sich allerdings hier um einen zusätzlichen Schutz
> handeln.

Es soll ein zusätzlicher Schutz sein, weil es zu einfach wäre, die PWM 
entsprechend einzustellen? Oder weil du nicht sicher weißt, dass 50% PWM 
auf beiden Kanälen nicht doch schon zu viel sind? Oder weil es so in 
einer Hausaufgabe formuliert ist?

von Andy K. (marc86)


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Natürlich könnte ich es im LED Controller so einstellen, ich suche 
allerdings einen Schutz für das Leuchtmittel selbst, es kann ja auch mal 
sein dass es jemand an einem Labornetzteil hängt und beide Kanäle mit 
24V DC versorgt und sich keine Gedanken macht. Es soll halt "fail safe" 
sein.

Man soll 24V DC an beiden Kanälen anliegen können ohne dass das 
Leuchtmittel dabei abraucht. Ob es sich ausschaltet oder die 
Lichtleistung drosselt ist egal, es soll halt einfach nicht 
durchbrennen.

Die "Ansteuerung" also den LED PWM Controller mache ich nicht selbst, 
der ist extern auf der REG Schiene.

Im Leuchtmittel selber ist halt ne Schaltung die aus CV => CC macht für 
den COB. Bei einem Kanal ist das auch wie gesagt kein Problem, man kann 
den Kühlkörper entsprechend dimensionieren.

Bei 2 Kanälen könnte man nur die Schaltung von vornerein so auslegen 
dass jeder Kanal nur maximal 50% Leistung umsetzt, sagen wir mal 4W, 
weil der Kühlkörper maximal 8W kann. Damit ist dann aber keine 
Möglichkeit mehr gegeben dass wenn man nur einen Kanal benutzt dieser 
die 8W des Kühlkörpers ausnutzen kann. Sprich man würde die maximale 
Lichtleistung nur mit beiden Kanälen /Farben erreichen, was nicht 
gewünscht ist, weil dies ja auch nur bei einer Lichtfarbe dann möglich 
wäre.

PSU=>LED PWM Controller=> 24V DC => Leuchtmittelplatine => COB (CC)

Es geht aussschließlich um die Leuchtmittelplatine also dort wo auch die 
KSQ sitzen. COB und Leuchtmittelplatine samt Kühlkörper bilden eine 
Einheit mit einem 3adrigen Anschluss.

: Bearbeitet durch User
von Achim S. (Gast)


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Dann musst du dir zum einen überlegen, an welche Stelle du überhaupt 
eingreifen kannst. Kannst du den PWM-Controller mitteilen, dass er den 
Tastgrad reduzierten soll? Kannst du der KSQ beim Leuchtmittel 
mitteilen, dass weniger Strom fließen soll? Kannst du einen Transistor 
in Serie zum Leuchtmittel schalten, mit dem du die bestehende PWM des 
externen Controllers "wegschaltest"? Kannst du einen Vorwiderstand 
zuschalten/überbrücken, der den Stromfluss reduziert?

Zum zweiten solltest du dir überlegen, was du nun wirklich begrenzen 
willst.

Ursprünglich hast du den "summierten Tastgrad beider Kanäle" genannt. 
Dann miss den und reagiere, wenn er zu hoch wird. Messen kannst du auf 
vielfältige Art (mit Timer im µC, oder analog mit Tiefpässen an der PWM 
des externen Controllers).

Später hast du von der Temperatur des Leuchtmittels/des Kühlkörpers 
gesprochen. Auch das lässt sich messen und so die Kühlkörpertemperatur 
begrenzen (in der Hoffnung, dass das schnell genug ist, um ein 
Durchbrennen der COB-LEDs zu verhindern).

Andy K. schrieb:
> Eine seperate 24V Leitung mit Dauerspannung
> ohne PWM steht nicht zur Verfügung nur GND und 2mal 24V für die beiden
> LEDs.

Dann zapf dir per Einweggleichrichtung was aus den beiden PWM-Signalen 
ab und erzeug dir eine passende Versorgung.

Andy K. schrieb:
> Im Leuchtmittel selber ist halt ne Schaltung die aus CV => CC macht für
> den COB.

Ist das eine Umschreibung für "LED-Kette mit Vorwiderstand", oder hat 
dein Leuchtmittel wirlich eine aktive Schaltung integriert?

von Andy K. (marc86)


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Das Leuchtmittel hat aktuell als KSQ einen Linearregler. Mit µC würde 
ich es ungern lösen dachte schon eher es analog lösen zu können.

Das mitunter die zeitliche Verzögerung zu hoch wäre wenn man es über die 
Temperatur regeln ist gut möglich.

Es soll möglichst universell sein, ich suche keine auf einen bestimmten 
PWM Controller zugeschnittene Lösung. Es soll mit unterschiedlichen PWM 
Frequenzen funktionieren (im typischen Bereich den diese Anwendungen 
haben von etwa 200Hz bis einigen Khz).

Der PWM Controller ist sowieso extern und soll mit der her gesuchten 
Lösung nichts zu tun haben. Die Ansteuerung ist wie gesagt identisch mit 
denen von klassischen LED Stripes. Sprich 24V und Dimmung über PWM.

Das Leuchtmittel hat eine gemeinsamme Anode für beide Kanäle. Könnte ich 
hier nicht einen kleinen Widerstand zwischen COB und Ausgang schalten, 
dort die Spannung (nach einem Filter) mit einem intern erzeugten 
Referenzwert vergleichen der auf etwa 50% der maximal Leistung des COBs 
eingestellt ist und dann abschalten?

Ne neue PWM intern zu erzeugen wäre zu aufwendig, es würde mir reichen 
wenn das Leuchtmittel dann aus geht.

: Bearbeitet durch User
von Achim S. (Gast)


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Andy K. schrieb:
> es würde mir reichen
> wenn das Leuchtmittel dann aus geht.

Na denn: nimm den Mittelwert der beiden PWM-Signale und schalte ab, wenn 
er dir zu hoch wird. Wenn die 24V-PWM aus einem Push-Pull-Treiber kämen 
würde ich hier Tiefpässe reinbauen und dann deren Spannungswerte über 
Widerstände addieren. Aber wahrscheinlich wird nur der High-Pegel aktiv 
getrieben und niemand zieht das PWM-Signal auf 0V runter, oder?

Den von dir angedachten "mittleren Strom" an einem kleinen Shunt in der 
gemeinsamen Kathode kannst du auch als Kriterium nutzen. Du musst dir 
überlegen, was aus deinem Kontrollsignal wird, sobald du abschaltest 
(d.h. an welche Stelle packst du den Abschalter mit rein, bleibt die 
Anordnung dann abgeschaltet oder springt sie sofort wieder an...)

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