Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED-Strahler mit Konstromquelle


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von Boris F. (skyperhh)


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Hallo,

mein 50W Außenscheinwerfer von V-TAC (über 2 Jahre alt) hat leider 
seinen Dienst eingestellt.

Meine erste Vermutung, dass das Schaltnetzteil (Konstantsromquelle 1,2A 
bei 30V-40V) gestorben sein könnte war falsch - es liefert eine 
Leerlaufspannung von knapp 50V (Lasttest steht noch aus, da ich keine 
passenden Widerstände / Glühlampe zum verheizen gerade zur Hand habe).

Also das Board mit den LEDs genauer angeschaut und mal etwas gerechnet. 
Es sind vier LEDs in Reihe und diese Serie aus vier dann 18 mal parallel 
geschaltet. Ergibt ~66mA pro LED Strang und eine Spannung von 7,5V bis 
10V pro LED.

Mit 9V und 60mA Strombegrenzung vom Labornetzteil zum testen leuchten 
dann auch einige LEDs einer Reihe, aber pro Reihe es sind schon einige 
defekt und eine Reihe ist komplett ausgefallen... dadurch der 
Totalausfall der Lampe.


Die Ursache für die defekten LEDs dürfte daran liegen, das sich der 
Strom in den Strängen vermutlich nicht gleich verteilt hat, die erste 
LED ist dann den Hitze-Tod gestorben (hat sich auf Grund der Wärme 
"immer mehr Strom" gegönnt) und dann mussten die anderen Stränge den 
Strom mit übernehmen, was zum nächsten Ausfall geführt haben dürfte...

Lange Rede kurzer Sinn, einfach die kompletten LEDs gegen neue 
auszutauschen finde ich sinnlos, da dieses Problem über kurz oder lang 
wohl wieder auftritt.

Deshalb die Überlegung eine neue Leiterplatte fertigen zu lassen (hab 
noch zwei weitere baugleiche Lampen) und dort jedem Strang einen 
Widerstand zu spendieren. Dort werden dann bei 2V und 60mA am 
Widertstand 120mW verheizt bzw. bei 20 Strängen (zwei mehr, damit die 
LEDs nicht mehr mit 66mA beaufschlagt werden) schon 2,4W die man 
eigentlich unnötig verheizt... bei Reduzierung auf 1V immer noch 1,2W 
...


Mein Frage, hat jemand vielleicht eine bessere Idee?

Die Lampen komplett tauschen wollte ich eigentlich nicht, das Gehäuse 
ist solide und ich bin sonst eigentlich zu frieden mit den Lampen. Neues 
Netzteil löst das Parallelschalten der Stränge auch nicht, nur wenn man 
auf eine höhere Spannung gehen würde, aber da hab ich leider auch nichts 
passenden entdeckt...

von batman (Gast)


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Wenn die Dinger so 2 Jahre halten, würde ich einfach die NT-Leistung 
bzw. Strom einen Tacken runterfahren und für gute Kühlung sorgen, um aus 
dem Grenzbereich rauszukommen.

von Falk B. (falk)


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@Boris F. (skyperhh)

>Also das Board mit den LEDs genauer angeschaut und mal etwas gerechnet.
>Es sind vier LEDs in Reihe und diese Serie aus vier dann 18 mal parallel
>geschaltet. Ergibt ~66mA pro LED Strang und eine Spannung von 7,5V bis
>10V pro LED.

???
Ich sehe 8 Stück in Reihe, das Ganze 4x parallel und dann diesen Block 
nochmal in Reihe also

2x 4x8

effektiv 8 Stränge mit 8 LEDs in Reihe. Macht aber bei 1200mA 
Gesamtstrom 150mA/Strang. Und weiße LEDs mit ca. 3,3V macht in bei 8 in 
Reihe ca. ~27V

>LED ist dann den Hitze-Tod gestorben (hat sich auf Grund der Wärme
>"immer mehr Strom" gegönnt) und dann mussten die anderen Stränge den
>Strom mit übernehmen, was zum nächsten Ausfall geführt haben dürfte...

Wahrscheinlich.

>Lange Rede kurzer Sinn, einfach die kompletten LEDs gegen neue
>auszutauschen finde ich sinnlos, da dieses Problem über kurz oder lang
>wohl wieder auftritt.

Wieso? Das ist doch am einfachsten. Dann noch jedem Strang wenigstens 
einen Vorwiderstand, ideal eine Konstantstromquelle spendieren. Das 
packt man auf die Rückseite der Platte, fertig.

>Deshalb die Überlegung eine neue Leiterplatte fertigen zu lassen (hab
>noch zwei weitere baugleiche Lampen)

Was für ein Aufwand!!!

> und dort jedem Strang einen
>Widerstand zu spendieren.

Den kann man auch bei den vorhandenen Board nachrüsten, das ist deutlich 
einfacher und billiger.

>Dort werden dann bei 2V und 60mA am
>Widertstand 120mW verheizt bzw. bei 20 Strängen (zwei mehr, damit die
>LEDs nicht mehr mit 66mA beaufschlagt werden) schon 2,4W die man
>eigentlich unnötig verheizt... bei Reduzierung auf 1V immer noch 1,2W
>...

Ist halt so, umsonst gibt es die Symmetrierung nicht. Und je mehr 
Spannung über dem Vorwiderstand abfällt, umso besser wirkt er. Eine 
echte Konstantstromquelle kann das noch besser mit weniger 
Spannungsabfall. TLV431 ist dein Freund, die hat auch nur 1,25V 
Referenzspannung.

von Boris F. (skyperhh)


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Falk B. schrieb:
> Ich sehe 8 Stück in Reihe, das Ganze 4x parallel und dann diesen Block
> nochmal in Reihe also
>
> 2x 4x8
>
> effektiv 8 Stränge mit 8 LEDs in Reihe. Macht aber bei 1200mA
> Gesamtstrom 150mA/Strang. Und weiße LEDs mit ca. 3,3V macht in bei 8 in
> Reihe ca. ~27V

Ok, ich hab gerade beim genauen hinschauen auch festgestellt, das ich 
auch nicht ganz so richtig lag mit meiner Beschreibung.
Es sind auf der Leiterplatte pro Block 9 LEDs jeweils parallel 
geschaltet und das vier mal in Reihe, wobei dabei wieder alle parallel 
sind und das ganze zweimal ... also ingesammt 72 LEDs.

Symmetrierung dürfte damit nicht so einfach sein, schöner wäre es 
gewesen, wenn es alles einzelne Stränge wären...

@Falk
Das mit dem TLV431 hört sich garnicht schlecht als Alternative zum 
Widerstand.... und dann lohnt sich langsam auch eine neue Leiterplatte 
;-).

von Boris F. (skyperhh)


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batman schrieb:
> Wenn die Dinger so 2 Jahre halten, würde ich einfach die NT-Leistung
> bzw. Strom einen Tacken runterfahren und für gute Kühlung sorgen, um aus
> dem Grenzbereich rauszukommen.

Leichter gesagt als getan, das Netzteil ist komplett vergossen... da 
geht leider nichts... ob das jetzt von der Lebensdauer so gut zu 
bewerten ist, ist die nächste Frage!

von Boris F. (skyperhh)


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Boris F. schrieb:
> @Falk
> Das mit dem TLV431 hört sich garnicht schlecht als Alternative zum
> Widerstand.... und dann lohnt sich langsam auch eine neue Leiterplatte
> ;-).


Ok, eher der TL431 ... die TLV "Low-Voltage" Variante kann max. 20mA ... 
die TL Variante 100...150mA

von Falk B. (falk)


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@Boris F. (skyperhh)

>    LED-Strahler_Details.jpg

Ahhh, jetzt sehe ich es! Die senkrechten Wellenlinien sind KEINE 
Leitungen sondern Lücken! Die Platte ist nahezu vollständig mit Kupfer 
bedeckt und damit als Kühlkörper der LEDs im Einsatz.

>Symmetrierung dürfte damit nicht so einfach sein,

Wieso?

>schöner wäre es gewesen, wenn es alles einzelne Stränge wären...

Sind es doch, nur halt 18 parallele Stränge a 4 LEDs! Du mußt die 
Endkontakte unterbrechen, das geht einfach an den dünnen Stellen mit dem 
Teppichmesser oder Dremel. Dann hast du die Enden der Stränge. Dort 
kannst du dann die Widerstände bzs. KSQs einschleifen.

>Das mit dem TLV431 hört sich garnicht schlecht als Alternative zum
>Widerstand....

Der braucht aber noch 2 Widerstände und einen NPN-Transistor.

> und dann lohnt sich langsam auch eine neue Leiterplatte
>;-).

Nö, bestenfalls ein dünner Streifen mit den KSQs, den man dann unter die 
Platine nagelt. Kriegt man aber auch auf Lochraster hin.

von Falk B. (falk)


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@ Boris F. (skyperhh)

>Ok, eher der TL431 ... die TLV "Low-Voltage" Variante kann max. 20mA ...
>die TL Variante 100...150mA

Nö, man braucht so oder so einen zusätzlichen Transistor, der muss den 
Strom und die Verlustleistung verbraten, der TLV431 regelt nur dessen 
Emitterstrom.

http://www.ti.com/lit/gpn/tlv431

http://www.ti.com/lit/gpn/tl431

Seite 28, Figure 38 oder Figure 39. Ist zwar das TL431 Datenblatt, die 
Schaltung geht aber natürlich auch mit dem TLV431, wenn man die 
Referenzspannung von 1,25V beachtet.

Man kann auch einen TLC5940 & Co nehmen, der hat schon 16 KSQs 
eingebaut. Nachteil, der muss nach dem Einschalten einmalig mit Daten 
gefüttert werden, da muss ein kleiner uC her. Der Vorteil ist halt, 
weniger Bauteile, höhere Integration.

von Falk B. (falk)


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@ Boris F. (skyperhh)

>Widerstand.... und dann lohnt sich langsam auch eine neue Leiterplatte

Schau dir mal die Leiterplatte mal genau an. Das ist ein Aluminiumkern 
mit Kupferbeschichtung. Sowas kann man zwar auch als Bastler 
mittlerweile im Netz bestellen, ist aber auch nicht so billig.

von Boris (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Schau dir mal die Leiterplatte mal genau an. Das ist ein Aluminiumkern
> mit Kupferbeschichtung. Sowas kann man zwar auch als Bastler
> mittlerweile im Netz bestellen, ist aber auch nicht so billig.

Hab ich, wird z.B. von AllPcb angeboten... und wie gesagt, ich denke, 
ich werde noch zwei weitere brauchen... die anderen beiden Lampen werden 
sich bestimmt auch bald melden....

von Boris (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Seite 28, Figure 38 oder Figure 39. Ist zwar das TL431 Datenblatt, die
> Schaltung geht aber natürlich auch mit dem TLV431, wenn man die
> Referenzspannung von 1,25V beachtet.

Wird wohl auf die Schaltung von Bild 38 hinauslaufen....

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