Hallo, An unserer Hochschule haben wir einen Prüfstand, bei dem der Strom von Partikeln im Wasser mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet wird. Damit die Bilder der Aufnahme möglichst wenig verschwommen sind, werden die Bilder impulsartig belichtet. Dafür werden aktuell zwei Fotoblitze verwendet. Um nun auch in der Lage zu sein, „Videos“ und nicht nur zwei Bilder hintereinander aufnehmen zu können, wollen wir (bzw. ich) eine Art LED-Serienblitzer bauen. Der Blitzer soll folgende Eckdaten haben: -Pulslänge ca. 100µS -Periodendauer bzw. Wiederholrate 1000µS bis 1000µS (entspricht 100 Hz … 1kHz) -El. Leistung (während des Pulses) 300 W … 1kW bei etwa 40V Vorwärtsspannung der LEDs Als LEDs haben wir aktuell solche (oder ähnliche) COB LEDs eingeplant: https://www.leds.de/nichia-nfdlj130b-v1-cob-led-6700lm-2700k-cri-80-65078-10.html Nun habe ich folgende Fragen: Eine andere HS hat schon mal ein ähnliches Projekt gemäß Prinzipschaltbild 1 umgesetzt (jedoch mit weniger Leistung als von uns geplant). Dieser Schaltungsaufbau hat natürlich den Haken, dass je nach Vorwärtsspannung der LED (die driftet ja mit der Temperatur) der Strom leicht anders ausfällt. Daher ist mir als Idee gekommen, statt einem Widerstand eine einstellbare, lineare Konstantstromquelle zu verwenden (Prinzipschaltbild 2). Stellt sich nur die Frage, wie schwierig so was angesichts der kurzen Pulslänge (100 µS ) zu bauen ist (Überschwinger etc.) Wird sowas schnell zu einem eigenständigen Projekt oder ist das noch gut machbar? Eine weitere Frage wäre zum Thema EMV: Das ganze dürfte ja wegen den Strömen, der Frequenz sowie den recht steilen Schaltflanken das Potential zu einem EMV-Störsender haben. Wie hält man die Abstrahlung möglichst gering? Mir sind jetzt bisher folgende Maßnahmen in den Sinn gekommen: -Leitungen zwischen LEDs und Mosfet möglichst kurz halten -Vor- und Rückleitung möglichst nahe beieinander, evtl. verdrillen -Mosfet etwas „sanfter“ schalten lassen, damit die Flanken nicht so steil werden -Klappferrite auf den Leitungen Was gibt es sonst noch für sinnvolle Möglichkeiten für die Abschirmung? Schon mal vielen Dank im Voraus für eure Antworten!
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Alex F. schrieb: > -Mosfet etwas „sanfter“ schalten lassen, damit die Flanken nicht so > steil werden Das klingt sinnvoll, aber es könnte bei der Leistung schwierig werden, weil der MOSFET dann heiß wird.
Ist die Schaltung mit der Stromquelle nicht zu aufwendig? Ist sichergestellt, dass die Stromquelle rasch genug den Strom aufbaut? Wären LEDs mit Vorwiderstand R an dem mit einem Thyristor ein Kondensator C entladen wird nicht viel leichter beherrschbar?
R ist die Parallelschaltung aller Vorwiderstände. Ein zweiter Thyristor mit einem zweiten Kondensator konne den raschen Folgeblitz erzeugen (1000µS).
Gerald K. schrieb: > Ist die Schaltung mit der Stromquelle nicht zu aufwendig? Ich sehe da kein Problem. Dazu braucht man nicht viel mehr als einen Operationsverstärker und einen Transistor, der reichlich Wärme verheizen kann. Ist bei den Frequenzen durchaus machbar, ohne größere Klimmzüge.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Ist bei den Frequenzen durchaus machbar, ohne größere Klimmzüge. 100µS sind für Elektronik keine große Zeit. Wo hängt die Konstantstromquelle wenn der FET offen ist. Vermutlich an ihrer Aussteuerungsgrenze. Wir rasch kann diese auf den hohen Strom geschaltet werden und wie rasch kann der Strom wieder abgebaut werden. Vielleicht kommt der To bei seine Versuche drauf, dass 100µS viel zu lang sind. Wie leicht ist das Konzept z.B. auf 1µS zu ändern.
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Die gewünschte LED darf 2,7A, dabei werden ca. 40-45V daran abfallen. Das sind 120W. Für 1kW sind mindestens 10 Stück notwendig. Für die schnellste Blitzfolge verbraucht jede davon 12W, davon ca. 8W als Abwärme. Als Netzteil eine gut erhältliche Spannung sind z.B. 48V. Dabei bleiben 3-8V übrig zum schalten und regeln. Ich würde das pro LED mit so einer Schaltung versuchen, also 10x aufbauen. Davor einen Mosfet-Treiber oder anderen Impulsverstärker. Stromführung verdrillt ist notwendig für geringe Induktion. Trotzdem Kondensator und/oder Diode vorsehen gegen Transienten. Klappferrit oder gleich Ringkern und die Leitungen nah am Transistor paar Windungen bifilar drauf hilft gegen ungewollten Senderbau.
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Alex F. schrieb: > Hallo, > > > Um nun auch in der Lage zu sein, „Videos“ und nicht nur zwei Bilder > hintereinander aufnehmen zu können, wollen wir (bzw. ich) eine Art > LED-Serienblitzer bauen. > Der Blitzer soll folgende Eckdaten haben: > > -Pulslänge ca. 100µS > > -Periodendauer bzw. Wiederholrate 1000µS bis 1000µS (entspricht 100 Hz … > 1kHz) > > -El. Leistung (während des Pulses) 300 W … 1kW bei etwa 40V > Vorwärtsspannung der LEDs > > Als LEDs haben wir aktuell solche (oder ähnliche) COB LEDs eingeplant: > > https://www.leds.de/nichia-nfdlj130b-v1-cob-led-6700lm-2700k-cri-80-65078-10.html > > > Was gibt es sonst noch für sinnvolle Möglichkeiten für die Abschirmung? Blechgehäuse und verdrillte Leistungskabel damit die Flächen klein bleiben... aber mach Dir keine Sorgen, die Spannungen sind nicht hoch und da die Kabellängen nicht groß sein werden und ihr die hoffentlich eh verdrillt wird schon nicht viel passieren. > > Schon mal vielen Dank im Voraus für eure Antworten! Schaltplan anbei aus einem (frei zugänglichen) Archiv, ist aus den X-chapters Art of Electroics III. Der Trick der Stromquelle besteht darin das in dem Fall die Spannung am Shunt (R1) gegen die Versorgungsspannung von U2 arbeitet - damit kann dann der Strom durch die LED eingestellt werden. IIRC gehts da allerdings um deutlich kürzere Pulse als 100us. Allerdings solltest Du mit den weißen LEDs Nachleuchtests machen, denn was hilft die schnellste Lichtquelle wenn dann der Leuchtstoff dann etliche ms nachleuchtet und dadurch die Bilder verschmieren. Wenn es die Partikel im Wasser hergeben ggfs mit mehrfarbingen LEDs (RGB) arbeiten die keine Leuchtschichten haben und so deutlich schneller wieder dunkel sind. Wenn ihr mit 50A oder mehr pro Puls herumwerkt - denk drann das jedes Stückchen Draht eine Induktivität darstellt und am schaltenden Transistor als auch an den LEDs daher relativ leicht Überspannungen auftreten können und es daher auch belastbare Freilaufdioden braucht, die diese 200A auch aushalten Viel Erfolg!
MiWi schrieb: > 50A oder mehr pro Puls Die gewählte LED hält max. 2,7A gepulst aus. Es braucht also wenigstens 10 gleiche Elemente aus LED und Regler, um die gewünschte Leistung zu erreichen.
Als erfahrener EMVler möchte ich dir sagen, es entstehen hier maximal im Langwellen Bereich geringe Störungen die du mit kleinen C´s (100nF) an der Spannungsversorgung der Schaltung eliminieren kannst. Es ist nicht nennenswert und das wird ja keine Großserie. Bau die Schaltung auf und messe die steilste Flanke die du finden kannst. Dann kannst du auch die Störfrequenz ableiten die sich später im Störspektrum abzeichnet. Problematischer wäre eine getaktete Stromregelung, die hagelt dir dann dann das DAB Band zu. Die Längsregelung ist im Grunde immer die EMV freundlichste aber nicht die effizienteste Lösung.
Alex F. schrieb: > ... Hochschule ... > -Pulslänge ca. 100µS > > -Periodendauer bzw. Wiederholrate 1000µS bis 1000µS ... Da fehlen deutlich ein paar Grundlagen. Soetwas sollte eigentlich mit Erwereb der Hochschulzugangsberechtigung geklärt sein. https://de.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem#SI-Basiseinheiten
Helge schrieb: > MiWi schrieb: >> 50A oder mehr pro Puls > > Die gewählte LED hält max. 2,7A gepulst aus. Es braucht also wenigstens > 10 gleiche Elemente aus LED und Regler, um die gewünschte Leistung zu > erreichen. Wenn der TO von bis zu 1kW Pulsleistung spricht dann sind das 25A@40V... mein nächtliche Kopfrechnen nach dem langen WE während dem Suchen nach dem Bild im Netz hat halt leider einen soliden Rechenfehler verursacht.... Anyway... ja, das die ausgewählte LED nicht das richtige für Stroboskopartige Beleuchtung ist sollte eigentlich aus dem Funktionsprinzip der LED ersichtlcih sein... er wird es merken wenn er die vorgeschlagenen Versuche bzgl Nachleuchtdauer macht.
Vielleicht OT, aber hat schon mal jemand abgeklärt, ob LEDs die Photoblitze in dem Szenario überhaupt ersetzen können? Wäre nicht das erste Mal, dass sich da jemand bezüglich Lichtstrom und Flankensteilheit der Emission bei weißen LEDs und derlei verschätzt hätte – die lumineszierende Schicht, die letztlich das weiße Licht erzeugt, ist recht träge.
Jack V. schrieb: > aber hat schon mal jemand abgeklärt Oder noch besser - den Spiess umdrehen und die Kamera auf Shutter umstellen und so filmen. Shutterbetrieb kann eine gute Kamera schon seit langem.
Alex F. schrieb: > -El. Leistung (während des Pulses) 300 W … 1kW bei etwa 40V > Vorwärtsspannung der LEDs Das sind 25A. Not bad. > Daher ist mir als Idee gekommen, statt einem Widerstand eine > einstellbare, lineare Konstantstromquelle zu verwenden > (Prinzipschaltbild 2). Stellt sich nur die Frage, wie schwierig so was > angesichts der kurzen Pulslänge (100 µS ) zu bauen ist (Überschwinger > etc.) Wird sowas schnell zu einem eigenständigen Projekt oder ist das > noch gut machbar? Das ist schon noch gut machbar. Die Stromquelle muss ja nicht ultrapräzise sein, wenn die auf 5% genau ist, sollte das reichen. Ein paar Bipolartransistoren mit Emitterwiderstand reichen. > Eine weitere Frage wäre zum Thema EMV: Das ganze dürfte ja wegen den > Strömen, der Frequenz sowie den recht steilen Schaltflanken das > Potential zu einem EMV-Störsender haben. Naja. > -Leitungen zwischen LEDs und Mosfet möglichst kurz halten > -Vor- und Rückleitung möglichst nahe beieinander, evtl. verdrillen Schon mal gut. Allgemein sollte die Stromschleife mit dem geschalteten Strom eine minimale Fläche aufweisen. > -Mosfet etwas „sanfter“ schalten lassen, damit die Flanken nicht so > steil werden Jain. Für deinen 100us Blitz reichen 0,5-1us Schaltzeit locker aus. Das ist schon ziemlich langsam. > -Klappferrite auf den Leitungen Nicht wirklich. Klappferrite sind nur der erste und schnelle Rettungsring, wenn man EMV-Probleme hat. Außerdem muss man genau schauen, wo und wie man die anbringt.
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Vor längerer Zeit hatte ich mal Schaltungen für 1 A Impulse aufgebaut. Klassische Stromquelle mit VNP10 (interne Schutzschaltungen) und Ansteuerung mit AD8531 (Vs 5 V, 250 mA Ausgang). Die Flankensteilheit war kein Problem. Für höhere Ströme würde ich separate Stränge aufbauen; die Nachleuchtdauer ist im Versuch abzuklären und ggf. durch geschalteten Lastwiderstand zu verkürzen. Das Bild zeigt Steuerimpuls und Spannungsverlauf am Shunt-Widerstand bei 0,5 A. Das nur als grobe Einschätzung.
Jack V. schrieb: > die lumineszierende Schicht, die letztlich das weiße Licht erzeugt, ist > recht träge. FUD. 200ns sind hier völlig irrelevant https://www.mikrocontroller.net/attachment/354428/ledtau.pdf
Jack V. schrieb: > Ausprobieren, dann schreiben. Spackel, was meinst du, wie das verlinkte Diagramm zu Stande kam ?
MaWin schrieb: > Spackel, was meinst du, wie das verlinkte Diagramm zu Stande kam ? Plenkel, was meinst, wieviele Arten LEDs es gibt, und wie sich die deutlich höhere Masse der verwendeten lumineszierenden Substanz auf dem im Eingangsbeitrag verlinkten LED-Array in CoB-Form auswirken könnte?
Jack V. schrieb: > Plenkel, was meinst, wieviele Arten LEDs es gibt, und wie sich die > deutlich höhere Masse der verwendeten lumineszierenden Substanz auf dem > im Eingangsbeitrag verlinkten LED-Array in CoB-Form auswirken könnte? Vermutlich wenig bis gar nichts, denn die höhere "Masse" an Leuchtstoff wird auch durch deutlich mehr LEDs bestrahlt. Dort packt ja niemand Unmengen davon ein, nur weil man das Zeug loswerden will. Weiterhin ist zu vermuten, daß die Leuchststoffe ähnlich sind. Und drittens sollte DIESE Leuchtstoffe nicht mit ihren WIRKLICH langsamen Verwandten vergleichen, welche Phosphoreszenz erzeugen, die leuchten WIRKLICH lange nach ;-) https://de.wikipedia.org/wiki/Lumineszenz
Falk B. schrieb: > Vermutlich wenig bis gar nichts … deswegen schrieb ich ja: probier’s aus. Ich hatte die glorreiche Idee, solche großflächigen LED-Verbünde als Photoblitz-Ersatz nehmen zu wollen. Long story short: is nich. Die (Ur)Sache ist: die verwendete lumineszierende Schicht phosphoresziert sehr wohl im geringen Maße. Je mehr davon da ist, desto deutlicher.
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Hallo, schon mal vielen Dank für das ganze Feedback. Wenn ich das richtig verstanden habe, scheint das Ganze ja EMV-Technisch nicht so kritisch zu sein (habe im Bereich EMV einfach kaum Erfahrung, wie "heftig" sowas straht). Auch schon mal danke für die ganzen Anregungen bezüglich einer schaltbaren KSQ für das Ganze. MiWi schrieb: > Allerdings solltest Du mit den weißen LEDs Nachleuchtests machen, denn > was hilft die schnellste Lichtquelle wenn dann der Leuchtstoff dann > etliche ms nachleuchtet und dadurch die Bilder verschmieren. Danke für hier mehrfach genannten Input bezüglich Nachleichtzeit. Ich bin bisher (ohne große Recherche) davon ausgegangen, dass die Nachleuchtzeit eher vernachlässigbar klein ist. Ich werde die Nachleuchtzeit messen und hier Bericht erstatten. > Wenn es die Partikel im Wasser hergeben ggfs mit mehrfarbingen LEDs > (RGB) arbeiten die keine Leuchtschichten haben und so deutlich schneller > wieder dunkel sind. Die Partikel können mit qusi jeder belibigen Farbe angestrahlt werden. Ursprünglich war sogar Grün (wegen Wirkungsgrad und der hohen Empfindlichkeit der Kamera bei dieser Wellenlänge) geplant. Das Problem ist nur, dass ich grüne LEDS nicht als COB bzw. anderer großer Verbund (mal abgesehen von diesen China 100W-LEDs ohne Datenblatt) zu halbwegs vernünftigen Preisen gefunden habe. Matthias S. schrieb: > Shutterbetrieb kann eine gute Kamera schon seit langem. Diese Kamera hat leider keinen eingebauten Shutter. Außerdem würde man für Dauerlicht +Shutter eine sehr hohe Leistung benötigen. Ich werde mich noch mal melden, wenn ich die Nachleuchtzeit gemessen habe.
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Wie schon erwähnt wurde, tendieren die Leuchtstoffe bei weißen LEDs zum Nachleuchten und bei der von dir ausgesuchten (warum?) warmweißen um so mehr. Da warmweiße LEDs prinzipbedingt mehr Leuchtstoff haben oder genauer gesagt mehr des blauen Pumplichtes absorbieren und dann umwandeln. Andererseits ist die gewünschte kleinste Frequenz von 100µs jetzt auch nicht so kurz, sodass es noch funktionieren könnte. Dann würde ich aber andere LEDs empfehlen, sowas wie ProLight Opto: https://www.tme.eu/de/details/pacl-115fwl-bcgn/led-leistungsdioden-weiss-cob/prolight-opto/ Wenn es mit dem Nachleuchten tatsächlich zu schlimm ist, dann doch gleich monochromatische wie blaue Cree XP-G3: https://www.led-tech.de/de/CREE-XP-G3-Royal-Blau-auf-Mini-Star Die schafft dauerhaft 2A für zig kh Betriebsdauer, die Taschenlampenfreaks betreiben diese aber auch auf 5A und mehr. Gepulst dürfte diese es also locker verkraften. Du kannst mir gerne eine Mail schreiben, ich könnte solche Strahler nach Vorgaben aufbauen. Natürlich mit Rechnung usw. Wichtig ist da halt zu wissen, welche Strahlungsintensitäten in W/m² nötig sind und die dazugehörige Fläche, also wie viel Licht insgesamt. Dazu die mechanischen Abmessungen. Die Ansteuerung müsstest du aber selber umsetzen.
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Alex F. schrieb: > Die Partikel können mit qusi jeder belibigen Farbe angestrahlt werden. > Ursprünglich war sogar Grün (wegen Wirkungsgrad und der hohen > Empfindlichkeit der Kamera bei dieser Wellenlänge) geplant. Grün ist gut für das menschliche Auge, die Kamera sollte eher auf Rot ansprechen. (Ggf. IR-Filter entfernen.) J. S. schrieb: > gleich monochromatische wie blaue Cree XP-G3: Ein ekliges Blau? Davon bekommt man Augenkrebs.
m.n. schrieb: > J. S. schrieb: >> gleich monochromatische wie blaue Cree XP-G3: > > Ein ekliges Blau? Davon bekommt man Augenkrebs. Blau ist weder ekelig, noch geht es hier darum für die Augen das passende Licht zu liefern. Diese LEDs sind richtig effizient und dazu noch stark. Genau das Richtige, wenn die Kamera bei der Wellenlänge noch empfindlich ist.
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J. S. schrieb: > (warum?) warmweißen LEDs Das hat zwei Gründe: 1. Warmweiß hat einen hohen Grünanteil --> Eine Kamera mit Bayer-Matrix hat doppelt so viele Pixel die auf Grün reagieren wie auf andere Farben. 2. Der Blauanteil in LEDs ist ab einer gewissen Leistung gefährlich für das Auge (siehe hier: https://cree-led.com/media/documents/XLamp_EyeSafety.pdf ) Da der Aufbau auch für Praktikumsversuche im Studium eingesetzt werden soll, muss das Ganze daher halbwegs augensicher sein) VG
Gut, dann würdest du aber besser mit monochromatisch grünen LEDs fahren. Da hast du erstens kein Blau da, zweitens keine Wandlungsverluste bzw. Wandlung in unerwünscht hohe Wellenlängen. Selbst mit der geringeren Effizienz der grünen LEDs wärst du da im Vorteil. Ansonsten kenne ich aus dem Logistikbereich vollautomatische Scanner von Barcodes auf Kartons. Die arbeiten mit blauen LEDs, die kurz aufblitzen.
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J. S. schrieb: > Gut, dann würdest du aber besser mit monochromatisch grünen LEDs fahren. > Da hast du erstens kein Blau da, zweitens keine Wandlungsverluste bzw. > Wandlung in unerwünscht hohe Wellenlängen. Selbst mit der geringeren > Effizienz der grünen LEDs wärst du da im Vorteil. > > Ansonsten kenne ich aus dem Logistikbereich vollautomatische Scanner von > Barcodes auf Kartons. Die arbeiten mit blauen LEDs, die kurz aufblitzen. Cool... genau das will der TO doch: periodisch kurz blitzende LEDs
J. S. schrieb: > Ansonsten kenne ich aus dem Logistikbereich vollautomatische Scanner von > Barcodes auf Kartons. Die arbeiten mit blauen LEDs, die kurz aufblitzen. Von Schuhkartons hat der TO aber nichts geschrieben. Ich würde die Lösung der Aufgabe anpassen und nicht umgekehrt ;-)
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