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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Luxeon K2 an spannungsregler betreiben


Autor: Johannes Fischer (jofi)
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Hallo,

mein Vorhaben: 3 Luxeon K2 an 4 Akkus!
Also:
ich habs mir wie folgt gedacht:
ich regle die Spannung Konstant auf 5 V mit nem Spannungsregler und dann 
noch mit Vorwiderständen runter auf ca 4,5V. Die sollte die Lux ja 
überleben.
Und desweiteren an jeder Akkuzelle ne diode, dass sie sich net 
gegenseitig laden und noch ne z diode dass sie nicht tief entladen werde 
(hochohmig unter ner gewissen spannung).

Würde das so funktionieren ?

Und noch ne Frage: warum regelt man für gewöhnlich den Strom ? stellt 
sich dieser nicht auch automatisch dabei ein wenn ich die korrekte 
Spannung anlege ?


Schon mal herzlichen Dank für die Antworten!

 mfG Johannes

Autor: DEtlef (Gast)
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Da habe ich doch etwas Bauchschmerzen. Nein ich gehe sogar davon aus, 
dass dir die LEDs thermisch streben werden.
Wie du richtige bemerkt hast, wird bei LEDs (Hochstrom LEDs) der Strom 
geregelt. Die Spannung stellt sich dann entsprechend ein.
Bei dir soll sich der Strom einstellen. Das funktioniert prinzipiell. 
Leider ist in den Datenblättern aber nen riesiger Spannungsbereich für 
Vf von 3V-4,9V da einen geeigneten Vorwiderstand zu berechnen ist schon 
hart. Außerdem ändert sich die ganze Geschichte, wenn die LED wärmer 
wird.

P.S: Auf die Wärme musst du ohnehin besonders achten.

mfg
DEtlef

Autor: Arno H. (arno_h)
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Hallo,
LED speist man mit möglichst konstantem Strom, weil die Vorwärtsspannung 
starken Exemplarstreuungen unterliegt und eine starke 
Temperaturabhängigkeit aufweist. Durch die Diodenkennlinie ergibt sich 
ein sehr kleiner differentieller Widerstand (bei Leistungs-LED <<2 Ohm), 
der bei kleinen Spannungsänderungen eine große Variation des Stromes 
verursacht.

Es gibt ICs, die aus deiner Akkuspannung betrieben werden und die 3LED 
in Reihenschaltung versorgen können. Das ist die effektivste Methode.
National Semiconductor, TI, Linear und ST haben davon etliche im 
Programm.

Welche Dioden hast du (Nennstrom)?
Welche Akkus benutzt du?

Arno

Autor: JensG (Gast)
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Vergiß die Spannungregelung ( der R in Serie, um nur 0,5V zu verbraten, 
entschärft die Sache zwar ein wenig, aber nicht zuverläßig). Erstens 
haste dann nach dem R bzw. an der LED wieder eine unstabile Spannung, 
und zweitens wird ja ohnehin die überschüssige Energie in Wärme 
umgewandelt, was man auch gleich komplett ohne Spannungsregler und nur 
mit einem Serien-R hinbekommt.

Spannungregelung ist deswegen ungeeignet, weil eine glitzekleine 
Änderung in der Flußspannung der LED oder der Spannungreglerspannung 
(z.B. wegen Temperaturänderung) auf grund der LED-Kennlinie eine extrem 
große Änderung des Stroms bewirkt, was sich praktisch nicht beherrschen 
läßt. Deswegen Stromregelung, weil sich die Verhältnisse dabei umkehren.

Übrigens verhindern Dioden an den Einzelzellen des Akkus sicherlich 
nicht die Tiefentladung, sondern nur eine stärkere Umpolung der 
schwächsten Zelle, wenn diese zuerst entladen ist, und ihre Spannung 
nicht mehr halten kann.

Autor: Johannes Fischer (jofi)
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hmmm danke für die rasche antwort!
aber gibts denn nen stromregler der auch mit nem akku, sprich niedriger 
spannungsdifferenz funktioniert ?

Autor: dmg (Gast)
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LED's sind stromgesteuerte Bauteile die Kennlinie läuft nicht linear wie 
beim Ohmschen Widerstand, also betreibt man die am besten mit 
Konstantstrom besonders bei Leistungs-LED.
Bei geringen Spannungsuntewrschieden wie bei Dir kommst Du mit einem 
LM317 als Konstantsromquelle recht gut hin. Die Schaltung dazu steht im 
Datenblatt des LM317.
LED kann man nicht einfach parallel (in Reihe schon) schalten, die 
Stromregelung braucht man für jede LED. Die LM's kosten ja kaum was im 
verhältnis zu den Luxeon-LED Preisen, man kann aber auch für jeden 
LED-Zweig eine Widerstand vorsehen und mit einem Regler regeln.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Vorschlag: Artikel zu Konstantstromquellen durchlesen, vor allem den 
Teil über
"Konstantstromquelle mit Schaltregler"
dann kannst du die LEDs in Reihe schalten, und der Schaltregler erzeugt 
dir die nötigen ~15Volt, notfalls auch aus weniger Akkus.
Und nen besseren Wirkungsgrad (Batterielaufzeit!) als mit dem 
Heizwiderstand gibts auch.

Autor: Johannes Fischer (jofi)
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ich bin vom Forum begeistert! So viele schnelle und gute Beiträge!

 Herzlichen Dank! Ich werde mich für den Step up wandler entscheiden

Autor: DEtlef (Gast)
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Gute Entscheidung. Lies dir aber unbedingt das Datenblatt deines Step-Up 
Wandlers durch. Die Auswahl der Bauelemente (Spule und Elkos) ist 
entscheidend. Außerdem funktioniert die Sache mit einem 
freidraht-Versuchsaufbau nicht. Es muss schon ein ordentlich geroutetet 
PCB sein. Auch wenn es in der Theorie einfach erscheinen mag, diese 
Dinger schalten mit einigen hundert khz (bis MHz) und ein bissel Strom 
fließt auch.

Gruß DEtlef und frohes Schaffen!

Autor: Johannes Fischer (jofi)
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So mal das Datenblatt hergenommen!
Scheint doch net ganz so einfach zu dimensionieren sein!

Kleine Schützenhilfe?

A) weiß ich net wieviel ein ripple so ein Luxeon verträgt!
B) wie hoch die schaltfreq. min sein muss
etc. pp.

is sicherlich ein bischen mit kanonen auf spatzen geschossen, da ich 
davon ausgehe das so ein luxeon chip recht genügsam ist was die qualität 
der stromquelle betrifft.

Und desweiteren: hält das gute Stück denn überhaupt die 1000mA aus oder 
sollte ich damit nen Transistor regeln?

Autor: DEtlef (Gast)
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Habe leider nicht die Zeit, mich mit dem Datenblatt zu beschäftigen. Nur 
ein paar Tipps als Denkanstoß:
-Spannungsripple bedeutet erhöhten Stromfluss, dies bedeutet mehr Wärme,
(wenn eine LED kaputt geht sind sie zu 100% thermisch gestorben, du 
kannst über LED strom jagen wie du willst, musst aber immer dafür sorgen 
das die Wärme abgeleitet wird)
-Spannungsripple zu verkleiner bedeutet teuere Bauelemente und mehr LP 
Platz hier liegt der Kompromiss
-zur Schaltfrequenz möchte ich ohne genauers Studium des Datenblattes 
keine genaue Aussage zum besten geben, nur soviel hohe Schaltfrequenzen 
stören andere Schaltungen, zu niedrige Schaltfrequenz bricht die 
Spannung/Strom evt. zusammen (nur so ein Gedankengang von mir)

P.S möchtest du die LED wirklich mit 1A betreiben? Dann musst du aber 
unbedingt für geeignete Wärmeabfuhr sorgen. 1A*4,9V sind fast 5W an 
einer LED! Also hier unbedingt thermische Berechnungen anstellen, um die 
Größe des benötigten Kühlkörpers zu ermitteln.

Schönen Tag noch
DEtlef

Autor: Johannes Fischer (jofi)
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Hallo nochmals!

Hmmm ... also ripple möglichst klein halten, und schaltfrequenz net grad 
in nem bereich wo andere geräte gestört werden könnten! vllt. 300khz ?

noch die  frage welche noch so im raum steht: hält der kleine kerl (step 
up wandler) überhaupt 1A aus? das gehäuse scheint ja auch nicht dafür 
konzipiert zu sein um nen kühlkörper dran zu befestigen!

Und jetzt noch zur wärme an der LED: bei 80% wirkungsgrad (sollte ja 
eigenltich mehr haben) solltens ja dann auch "nur" 1 Watt sein welches 
in Wärme verbraten wird. Kühlkörper kann ich ja dementsprechend 
dimensionieren. (mal 3 net vergessen werden ja 3 LEDS)

Danke für die Hilfe!

 mfG Johannes

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Du willst den MC34065 nehmen?
Der darin verbaute Transistor geht bis 1.5Ampere, IIRC.
(Wieviel Strom daraus dann sekundär wird musst du ausrechnen)

=> http://cctools.hs-control.de/download/mc/mc34063.html

Kann schonmal ungefähre Anhaltspunkte ausspucken.

Schaltfrequenz würd ich so 75kHz nehmen, viel mehr kann der eh nicht.
Ausserdem tuns dann auch billige Drosseln, und die Schaltung 
funktioniert auch auf dem Steckbrett noch.

Ripple von einigen 10mA ist egal, die LEDs sind wahrscheinlich sogar für 
einen um Faktor 10 höheren Impulsstrom spezifiziert.

Autor: DEtlef (Gast)
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Ohne dir jetzt den Spass an der Sache zu nehmen, dass mit den 80% 
Wirkungsgrad kannst du so nicht machen. Ich glaube es entstehen in 
deinem Fall so um die 15W Wärmeleistung.
Ich habe folgendes Dokument zur Berechnung des Kühlkörpers gefunden:
http://www.led-tech.de/produkt-pdf/luxeon/luxeon_t...

Gruß
Detlef

Autor: Johannes Fischer (jofi)
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Hallo
also bisher habt ihr mich ja nur darauf aufmerksam gemacht was ich nohc 
beachten sollte, und sooooo uferlos ist das projekt ja auch nicht!

Hmmm das mit der Abwärme muss ich nochmal näher durchdenken / rechnen.

Hmmmm ... und nochmal zwecks Strom: der wird 7,2 A peak switch current! 
und übersteigt die 1,5 die "erlaubt" sind! Wie muss ich das nun werten ? 
Wie lange is das peak? überlebt er es dennoch?

mfG Johannes

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Was solls eigentlich werden? Sollen die LEDs immer gleichzeitig an sein? 
oder einzeln?

Ich würd statt dem MC34063 nen kleinen AVR nehmen (Tiny25 in der 
Richtung) und den über ADC die Strommessung machen lassen, über PWM die 
Ansteuerung für den Step-Up. Schönen Logic-Level FET dahinter, der auch 
bei 7Amp Peak-Strom nicht ins schwitzen kommt.

Ist vom Wirkungsgrad vermutlich besser als die Lösung mit dem MC34063, 
da ich nen viel kleineren Shunt nehmen kann. Regelgeschwindigkeit spielt 
keine Rolle, so schnell ändert sich die Akkuspannung nicht.

Und als Bonus kann man noch Zusatzspielereien einbauen, wie Dimmer, 
Blinker, Soft-Start/Stop, Tiefentladeschutz etc...

Autor: Johannes Fischer (jofi)
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Hallo Ernst,
das mitm AVR is zwar ne idee, find ich aber mit kanonen auf spatzen 
geschossen. Die 3 LEDs sollen als Front licht fürs Fahrrad dienen. Von 
daher bräuchte ich diese weiteren Gimmicks net. Und dazu extra noch nen 
µC programmieren wenns schon für die Anwendung ic's gibt.... is mir 
eigentlich zu viel. Aber dennoch danke für die Anregung!

 mfG Johannes

Autor: DEtlef (Gast)
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Jaja, so ist das nun mal mit der Technik! Ganz so trivial wie gedacht 
ist es nur selten. Entweder ist es sehr viel schwerer oder total 
einfach. Kommt immer darauf an wer sich die Gedanken macht. Aber die 
Messlatte hast du selbst gelegt. Drei POWER-LEDs mit jeweils 1A zu 
betreiben ist halt kein Pappenstiel!

Aber zurück zum Thema, falls es deine Akkus hergeben könntest du den 
LM317 als Konstantstromquelle hernehmen. Beachte den Spannungsabfall 
über den Regler und den Widerstand. Ich schätze du bräuchtest etwa 9V am 
Eingang. Das ganze jeweils drei mal, für jede LED einen eigene 
Versorgung.
In dem Artikel zu Konstantstromquellen steht, dass die Sache beim 
Einschalten zum Überschwingen neigt. Dies müsste noch näher untersucht 
werden. Da fehlt mir aber die Erfahrung, so dass ich nichts zu sagen 
kann.

Leider ist damit das Problem der Wärme aber nicht vom Tisch. Es hat sich 
noch verschlimmert, da jetzt auch die Spannungsverluste über Widerstand 
und Regler dazukommen. Um das ganze etwas erträglicher zu gestalten, 
würde ich vorschlagen den Strom pro LED auf 350mA zu reduzieren. In dem 
Bereich sind die LEDs eh am effektivsten.

Gruß DEtlef

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