Hallo zusammen!
Ich bin, wie so viele, dabei mir eine leistungsstarke Beleuchtung für mein Rennrad zu bauen. Habe mich ausgiebig mit dem Forum beschäftigt und dadurch viele Information gewinnen können, hierfür schon mal vielen Dank!
Für meine KSQ ist sowohl der Wirkungsgrad als auch der nötige Bauraum entscheidend. Da ich nicht der erfahrenste Elektroniker bin würde ich dennoch gerne auf eine fertige Kauf-Lösung zurückgreifen.
Auf meiner Suche bin ich natürlich auch auf die KSQs von Lumitronix gestoßen. Bei diesen bestehet jedoch für meine Anwendung der Nachteil, dass nicht zwischen unterschiedlichen Stromstärken hin und her geschaltet werden kann, was sich aber vermutlich realisieren ließe. Weiterhin ist bei größeren Strömen die Drop-Down Spannung recht groß und der Wirkungsgrad nicht gerade überragend.
Bei Ebay bin ich auf folgendes Produkt gestoßen:
http://cgi.ebay.de/Konstantstromquelle- ... dZViewItem
Dies entspricht von den Daten recht genau meinen Anforderungen, Dazu folgende Fragen:
- Haltet ihr den Angegebenen Wirkungsgrad von 95% für unrealistisch bzw. für maximal erreichbar?
- Die minimale Spannung von 5V, denkt ihr die reicht bereits für eine P4 mit 1000 mA
- Grundsätzliche Frage zur KSQ: Wo liegt der ideale Betriebspunkt (Ausführung wie hier im Shop erhältlich, bzw. Ebay-Link)? Soll die Eingangsspannung möglichst nahe über der Flussspannung + Drop-Down Spannung liegen? Oder anders formuliert wenn ich eine P4 mit sechs LiPo-Zellen betreiben möchte, ist es dann vom Wirkungsgrad her besser drei Zellen Paralell und das ganze zweimal in Reihe oder doch lieber gleich alle sechs in Reihe zu schalten (Habe ich nicht vor, nur als Beispiel)
Vielen Dank schon mal!
Hier noch einige Erläuterungen zu meinem Vorhaben:
Die Beleuchtungsanlage soll folgende Randbedingungen erfüllen:
- Leuchtdauer mindestens 7 h
- Frontscheinwerfer soll auch auf schnellen Abfahrten (Rennrad etwa bis 80 km/h) ausreichend Sicht gewährleisten
- Frontscheinwerfer mit mindestens zwei Helligkeitsstufen
- Rücklicht sollte deutlich heller sein als Standart-LED-Rücklichter, etwa so wie ein Motorrad-Rücklicht
- Das ganze System sollte möglichst leicht und einfach zu (de-)montieren sein
Zur Umsetzung habe ich folgenden Ansatz:
- Zentrale Stromversorgung mit LiPo-Akku unter dem Sattel
- Drei Seoul Z-LED P4 LEDs als Front-Beleuchtung in einzelnen Gehäusen mit abgestuften Abstrahlwinkeln in reihe an eine KSQ angeschlossen. Betriebsstrom vermutlich etwa 300 mA in Stufe 2 und 1000 mA in Stufe 1.
- Ca. 20 superhelle LEDs (z.B. Hyperhelle LED rot 12000mcd 20° 5mm 2.2V). Z.B. je 5 LED in Reihe an insgesamt vier kleinen KSKs.
Für Anregungen und konstruktive Kritik bin jederzeit Dankbar!
Viele Grüße
Nico
KSQ mit 95% Wirkungsgrad - Ein Märchen?
Moderator: T.Hoffmann
grundsätzlich sind wirkungsgrade von 95% durchaus erreichbar, bei step down wandlern sind allerdings diese werte
nur mit aktiver gleichrichtung, statt der üblichen ableitdiode zu erreichen.
weiterhin ist es meist günstiger, mit etwas höheren spannungen zu arbeiten anstatt den strom zu erhöhen.
ein beispiel dazu: ein fet hat einen rdson von 100mohm bei 3A, dann hat der gleiche fet auf grund geringerer erwärmung und geringerem strom bei 1A eben nur 85mohm (ist nur ein beispiel ohne bezug, dazu sollten datenblätter
benutzt werden). wenn nun die verlustleistungen verglichen werden, merkt man schnell, im 2. fall sind die verhältnisse günstiger. auf grund von verschiedenen effekten gibt es einen optimalen spannungsbereich, in dem es
meist ohne grosse probleme möglich ist auch höchste leistungen mit 90% oder mehr wirkungsgrad zu bauen. grob würde ich diesen bereich zwischen 15V und 35V angeben, darüber und darunter müssen die schaltungen und bauelemente
höheren anforderungen genügen und die besten wirkungsgrade werden schwerer erreicht.
bei einem verwendeten li-ion -akku ist eine entladeabschaltung zwingend! notwendig, diese akkus sterben mitunter schon nach der ersten tiefentladung oder nehmen dauerhaft schaden, in form von starker kapazitätsminderung.
nur mit aktiver gleichrichtung, statt der üblichen ableitdiode zu erreichen.
weiterhin ist es meist günstiger, mit etwas höheren spannungen zu arbeiten anstatt den strom zu erhöhen.
ein beispiel dazu: ein fet hat einen rdson von 100mohm bei 3A, dann hat der gleiche fet auf grund geringerer erwärmung und geringerem strom bei 1A eben nur 85mohm (ist nur ein beispiel ohne bezug, dazu sollten datenblätter
benutzt werden). wenn nun die verlustleistungen verglichen werden, merkt man schnell, im 2. fall sind die verhältnisse günstiger. auf grund von verschiedenen effekten gibt es einen optimalen spannungsbereich, in dem es
meist ohne grosse probleme möglich ist auch höchste leistungen mit 90% oder mehr wirkungsgrad zu bauen. grob würde ich diesen bereich zwischen 15V und 35V angeben, darüber und darunter müssen die schaltungen und bauelemente
höheren anforderungen genügen und die besten wirkungsgrade werden schwerer erreicht.
bei einem verwendeten li-ion -akku ist eine entladeabschaltung zwingend! notwendig, diese akkus sterben mitunter schon nach der ersten tiefentladung oder nehmen dauerhaft schaden, in form von starker kapazitätsminderung.
Na datt is ja mal n Teil! Fünf Widerstände, von denen man je nach gewünschtem Ausgangsstrom keinen einzigen braucht! Die Leute machen sich echt Gedankten beim Schaltungsdesign! :->
Die hier im Shop erhältliche KSQ lässt sich auch bezüglich ihres Ausgangsstroms beeinflussen, dazu gibt es in diesem Forum auch Threads.
Die hier im Shop erhältliche KSQ lässt sich auch bezüglich ihres Ausgangsstroms beeinflussen, dazu gibt es in diesem Forum auch Threads.
Kein Kühlkörper notwendig....
Na das bezweifel ich mal stark!!!!
Wenn das Teil dauerhaft mit 1A & zB 24V Betrieben wird, dann braucht man so lange kein Kühlkörper bis die ersten Lötstellen weggeschmolzen sind
& 17€ dafür ist auch ein bissel Überzogen, sowas kann man für die hälfte auch selber zusammenlöten.
& wenn man sowas öfter braucht, dann kriegt man das bestimmt auch noch günstiger hin & zwar mit Strömen die man selber einstellen kann
Na das bezweifel ich mal stark!!!!
Wenn das Teil dauerhaft mit 1A & zB 24V Betrieben wird, dann braucht man so lange kein Kühlkörper bis die ersten Lötstellen weggeschmolzen sind
& 17€ dafür ist auch ein bissel Überzogen, sowas kann man für die hälfte auch selber zusammenlöten.
& wenn man sowas öfter braucht, dann kriegt man das bestimmt auch noch günstiger hin & zwar mit Strömen die man selber einstellen kann
Ja wenn die KSQ wirklich um die 90% Wirkungsgrad hat dann braucht man ihn auch nicht da eben kaum Verlustleistung auftritt.Mauz hat geschrieben:Kein Kühlkörper notwendig....
Na das bezweifel ich mal stark!!!!
Wenn das Teil dauerhaft mit 1A & zB 24V Betrieben wird, dann braucht man so lange kein Kühlkörper bis die ersten Lötstellen weggeschmolzen sind
& 17€ dafür ist auch ein bissel Überzogen, sowas kann man für die hälfte auch selber zusammenlöten.
& wenn man sowas öfter braucht, dann kriegt man das bestimmt auch noch günstiger hin & zwar mit Strömen die man selber einstellen kann
Man darf so einen StepDownRegler eben nicht mit einer normalen KSQ vergleichen die nur die überschüssige Spannung verheizt.
Damit kriegt man ihn auch kaum selber mal schnell zusammengelötet wie eine KSQ mit einem LM317T.
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Ragnar Roeck
- Ultra-User
- Beiträge: 924
- Registriert: Di, 20.02.07, 19:40
- Laufzeit mindestens 7 Stunden.
Dazu muss man wissen, dass die auf den Akkus angegebene Leistung immer über einen Zeitraum angegeben wird. Man kann nicht 7 Stunden lang 1A aus einem 7Ah Akkus ziehen, auch wenn man das von den Werten so vermuten würde. Es ist, soweit ich da noch richtig liege eine Angabe C20, d.h. über 20 Stunden können die 7Ah entnommen werden, also 350mA konstant über 20 Stunden. Willst Du also 7 Stunden Deine 1A entnehmen, muss Dein Akku entsprechend höher dimensioniert werden. Andererseits liegst Du bei Deiner gewünschten 350mA-Einstellung perfekt in Deinem 7-Stunden-Rahmen. Du müsstest also vor der ersten Nachtfahrt mal ein Worst-Case-Szenario durchlaufen lassen (also 1000mA), bis die Lichter ausgehen (Akkuendspannung natürlich Überwacht!). Das ist dann die minimale "Lichtzeit".
Ok, hier der Hintergrund. Absatz 4.
Dazu muss man wissen, dass die auf den Akkus angegebene Leistung immer über einen Zeitraum angegeben wird. Man kann nicht 7 Stunden lang 1A aus einem 7Ah Akkus ziehen, auch wenn man das von den Werten so vermuten würde. Es ist, soweit ich da noch richtig liege eine Angabe C20, d.h. über 20 Stunden können die 7Ah entnommen werden, also 350mA konstant über 20 Stunden. Willst Du also 7 Stunden Deine 1A entnehmen, muss Dein Akku entsprechend höher dimensioniert werden. Andererseits liegst Du bei Deiner gewünschten 350mA-Einstellung perfekt in Deinem 7-Stunden-Rahmen. Du müsstest also vor der ersten Nachtfahrt mal ein Worst-Case-Szenario durchlaufen lassen (also 1000mA), bis die Lichter ausgehen (Akkuendspannung natürlich Überwacht!). Das ist dann die minimale "Lichtzeit".
Ok, hier der Hintergrund. Absatz 4.
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lightning cyclist
- Mini-User
- Beiträge: 8
- Registriert: Di, 22.05.07, 23:27
Für mich kommt selber bauen nicht in Frage, da ich mich da erst einarbeiten müsste und sich mit Platinen Ätzen, Bauteile suchen und Löten viele Arbeitsstunden summieren würden, womit das ganze letztendlich wesendlich teurer wäre als die 17€. Auch die Fünf SMD-Wiederstände, von denen ich vermutlich nur zwei nutzen werde sind für mich eher weniger von Bedeutung, mir geht es wie gesagt in erster Linie um einen Ordentlichen Gesamtwirkungsgrad.
Daher werde ich mir mal so eine KSQ (Ebay-Link) besorgen und dann gründlich mittels Netzgerät und Wiederständen auf Wirkungsgrad und idealen Arbeitsbereich untersuchen.
Bezüglich der Nennkapazität der LiPos habe ich etwas andere Erfahrungen gemacht als Ragnar Roeck. Diese Akkus zeichnen sich ja gerade wegen der guten Hochstromeigenschaften aus und werden daher von Medellbaueren geliebt. Die Akkus werden hier oft bis 20C (wobei in diesem zusammenhang die Stromstärke gemeint ist die dem Wert der 20 fachen Nennkapazität entspricht) belastet und bringen dabei noch annähernd die vom Hersteller angegebene Nennkapazität. Für meinen zweck müssen die Zellen nicht sonderlich Hochstromtauglich sein, weshalb ich auf die vergleichsweise günstigen LiPos von AHA mit einer Nennkapazität von 4 Ah setzen werde. Ein Test dieser Zellen in etwas kleinerer Ausführung gibt's hier:
http://www.elektromodellflug.de/akku-test/AHA.htm
Dieser Akku kann also Problemlos bis 10 C, in meinem Fall also 40 A belastet werden. Somit sollte das eine Ampere der LEDs kein Problem sein.
Die Auslegung des Akkupacks werde ich nicht unter dem Extremfall = 7 h mit 1000 mA führen, stattdessen nehme ich durchschnittliche 700 mA an. Die Erfahrungen die ich bislang mit einer Fahrrad-Lampe mit einer 3 Watt Luxeon LED (max. 65 Lumen) gemacht habe zeigt, dass bereits diese in den meisten Situationen und bei Geschwindigkeiten bis ca. 40 km/h ausreicht.
Damit ergibt sich für meine Beleuchtung eine Leistungsaufnahme von etwa 3 x 3,5V x 0,7A = 7,35W für das Front-licht + 20 x 2,2V x 0,02A = 0,88W für die Rückleuchte. Unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von 80% für die KSQs ergibt sich eine Gesamtleistungsaufnahme von etwa 10,3W. Nachdem ein LiPo mit 4Ah und einer angenommenen durchschnittlichen Spannung von 3,5V die Energie 14Wh abgeben kann benötige ich fünf dieser Zellen für den siebenstündigen Betrieb. Unter der Annahme einer Entladeschlussspannung von 2,8V/Zelle ergibt sich die minimale Spannung von 14V bei einer Reihenschaltung. Dies müsste Ausreichen um die P4s bis zum Ende mit voller Leistung betreiben zu können, sofern die KSQ nicht mehr als 3V schluckt.
Bezüglich der Elektronik zum Schutz der Akkus habe ich leider noch nichts verwertbares gefunden. ELV bietet etwas an, wobei hier erst bei einer Spannung von 2,5V abgeschaltet wird, was mir etwas zu wenig vorkommt...
http://www.elv.de/output/controller.asp ... ail2=14229
Meint ihr, dass jede Zelle einen seperaten Tiefentladeschtz benötigt, oder sollte da eine Elektronik reichen die dann bei 14V schluss macht? Beim Laden werden sie ja ohnhin durch Balancer überwacht.
Daher werde ich mir mal so eine KSQ (Ebay-Link) besorgen und dann gründlich mittels Netzgerät und Wiederständen auf Wirkungsgrad und idealen Arbeitsbereich untersuchen.
Bezüglich der Nennkapazität der LiPos habe ich etwas andere Erfahrungen gemacht als Ragnar Roeck. Diese Akkus zeichnen sich ja gerade wegen der guten Hochstromeigenschaften aus und werden daher von Medellbaueren geliebt. Die Akkus werden hier oft bis 20C (wobei in diesem zusammenhang die Stromstärke gemeint ist die dem Wert der 20 fachen Nennkapazität entspricht) belastet und bringen dabei noch annähernd die vom Hersteller angegebene Nennkapazität. Für meinen zweck müssen die Zellen nicht sonderlich Hochstromtauglich sein, weshalb ich auf die vergleichsweise günstigen LiPos von AHA mit einer Nennkapazität von 4 Ah setzen werde. Ein Test dieser Zellen in etwas kleinerer Ausführung gibt's hier:
http://www.elektromodellflug.de/akku-test/AHA.htm
Dieser Akku kann also Problemlos bis 10 C, in meinem Fall also 40 A belastet werden. Somit sollte das eine Ampere der LEDs kein Problem sein.
Die Auslegung des Akkupacks werde ich nicht unter dem Extremfall = 7 h mit 1000 mA führen, stattdessen nehme ich durchschnittliche 700 mA an. Die Erfahrungen die ich bislang mit einer Fahrrad-Lampe mit einer 3 Watt Luxeon LED (max. 65 Lumen) gemacht habe zeigt, dass bereits diese in den meisten Situationen und bei Geschwindigkeiten bis ca. 40 km/h ausreicht.
Damit ergibt sich für meine Beleuchtung eine Leistungsaufnahme von etwa 3 x 3,5V x 0,7A = 7,35W für das Front-licht + 20 x 2,2V x 0,02A = 0,88W für die Rückleuchte. Unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von 80% für die KSQs ergibt sich eine Gesamtleistungsaufnahme von etwa 10,3W. Nachdem ein LiPo mit 4Ah und einer angenommenen durchschnittlichen Spannung von 3,5V die Energie 14Wh abgeben kann benötige ich fünf dieser Zellen für den siebenstündigen Betrieb. Unter der Annahme einer Entladeschlussspannung von 2,8V/Zelle ergibt sich die minimale Spannung von 14V bei einer Reihenschaltung. Dies müsste Ausreichen um die P4s bis zum Ende mit voller Leistung betreiben zu können, sofern die KSQ nicht mehr als 3V schluckt.
Bezüglich der Elektronik zum Schutz der Akkus habe ich leider noch nichts verwertbares gefunden. ELV bietet etwas an, wobei hier erst bei einer Spannung von 2,5V abgeschaltet wird, was mir etwas zu wenig vorkommt...
http://www.elv.de/output/controller.asp ... ail2=14229
Meint ihr, dass jede Zelle einen seperaten Tiefentladeschtz benötigt, oder sollte da eine Elektronik reichen die dann bei 14V schluss macht? Beim Laden werden sie ja ohnhin durch Balancer überwacht.
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Sailor
- Moderator
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- Registriert: Di, 28.11.06, 22:16
- Wohnort: Saarland, Deutschland und die Welt
In Serienschaltungen reicht ein Tiefentladeschutz, der alle Zellen absichert.
Wenn eine Zelle anfängt zu schwächeln, sinkt die Gesamtspannung der Reihe und der Tiefentladeschutz schaltet ab, bevor die gesunden Zellen in Mitleidenschaft gezogen werden. Das schlimmste, was passieren kann ist, dass die kranke Zelle etwas schneller stirbt.
Tiefentladeschutzschaltungen für Bleiakkus (z.B. Kühlschrank im Auto/Wohnmobil/Boot sichern auch den gesamten Akku (typisch mit 11,5 Volt) ab und nicht die einzelne Zelle.
Wichtig ist dann nur, dass alle Zellen gleichzeitig geladen werden, also nicht halbleere im Pack mit vollen gemischt werden.
Wenn eine Zelle anfängt zu schwächeln, sinkt die Gesamtspannung der Reihe und der Tiefentladeschutz schaltet ab, bevor die gesunden Zellen in Mitleidenschaft gezogen werden. Das schlimmste, was passieren kann ist, dass die kranke Zelle etwas schneller stirbt.
Tiefentladeschutzschaltungen für Bleiakkus (z.B. Kühlschrank im Auto/Wohnmobil/Boot sichern auch den gesamten Akku (typisch mit 11,5 Volt) ab und nicht die einzelne Zelle.
Wichtig ist dann nur, dass alle Zellen gleichzeitig geladen werden, also nicht halbleere im Pack mit vollen gemischt werden.
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lightning cyclist
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Ok, so hatte ich das auch verstanden. Jetzt muss ich noch eine Schaltung finden, die den Akkupack bei Unterspannung, also in diesem Fall etwa 15V, von den Verbrauchern kennt. Leider können ganzen Produkte ("LiPo-Safer") aus dem Modellbaubereich lediglich eine Warnung über blinkende oder leuchtende LEDs ausgeben, ohne denn Akku ab zu trennen...
na,wenn schon ne led leuchtet, hast du schon gewonnen^^,damit kannst du prima nen fet über optokoppler zumachen, der sonst ständig geöffnet ist. wenn der im "ein" zustand mit seinen 10 milliohm in reihe zum verbraucher liegt, bemerkst du das an der leistung nicht, etwas komfortabler geht es mit einem trigger oder komparator (lm393 oder äquivalent), nur die hysterese darfst du nicht zu klein wählen, da sonst ein blinkeffekt entsteht, da sich der akku ohne belastung ja leicht erholt.
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lightning cyclist
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Ja, da hast du schon recht, nur leider haben die Lipo-Safer die Angewohnheit bereits bei ca. 3.3V zu blinken und dann ab 3,0V zu leuchten was für meinen Anwendungsfall doch sehr störend ist
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lightning cyclist
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So, mittlerweile habe ich die Ebay-KSQ erhalten und getestet. Da ich momentan keine LEDs zur Verfügung habe wurden ersatzweise Wiederstände so gruppiert, dass sich eine Flusspannung ergibt, die, zumindest so ganz grob, im Bereich der P4 liegt. Da es mir hier in erster Linie um den Wirkungsgrad der KSQ, sowie den idealen Betriebspunkt ging, lässt sich das wohl vertreten. Es ist mir jeoch bekannt, dass der Strom bei LEDs nicht linear zur Spannung wächst. Weiterhin wurde für die Messungen kein professionelles Equipment verwendet, stattdessen kamen einfache Multimeter, diverse Wiederstände im Wasserbad sowie ein Regelbares Netzgerät zum Einsatz. Also bitte nicht gleich auf mich einhacken 
Ich habe insgesamt vier Messreihen mit einem Eingangsspannungsbereich von etwa 5V bis 30V gefahren. Drei mit der 1000 mA Einstellung mit Wiederstäden, die ein, zwei und drei P4s in Reihe simulieren sollten. Zudem eine Messreihe mit der 350 mA Einstellung und einer simmulierten P4.
Auszüge der Messergebnisse in den folgenden Diagrammen (leider konnte ich sie nur als .jpg hochladen, .tif gab nur pixel salat)
In der Messreihe mit 1000 mA ist gut zu erkennen, dass der Wirkungsgrad mit zunehmender Flussspannung zunimmt. Also lieber mehrere LEDs an einer KSQ in Reihe betreiben als für jede LED eine eingene KSQ zu verwenden. Weiterhin ist zu sehen, dass der Wirkungsgrad mit zunehmender Spannungsdifferenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung tendenziell abnimmt. Somit sollte die Eingangsspannung bei 1000 mA etwa ein bis zwei Volt über der Addition der Flusspannungen liegen. Wobei ich ein Volt als "Drop-Spannung" durchaus bemerkenswert finde. Bei meiner Messung erreichte die Schaltung bei einer Eingangsspannung von 10V und einem Eingangsstrom von 0,9A noch eine Ausgangsspannung von 9,12V und immerhin 0,91A was einem Wirkungsgrad von 92,2% entspricht.
Um die KSQ mit 350 mA zu betreiben muss lediglich eine Lötbrücke geschlossen werden, eignet sich also hervorragend um über einen einfachen Schalter mehrer Helligkeitsstufen zu realisieren. Leider konnte ich in dieser Konfiguration lediglich die Variante mit einer Simulierten LED testen, da ich keine weiteren, leistungsfähigen, Wiederstände in der erforderlichen Größe verfügbar hatte. Die Messung mit 10 Ohm zeigt jedoch einen geringfügig besseren Wirkungsgrad als die Vergleichbare Messung bei 1000 mA. Somit gehe ich davon aus, dass sich mit drei P4s in Reihe mit 350 mA ähnlich Wirkungsgrade realisieren lassen wie bei 1000 mA, also maximal etwa 92%.
Zusammendfassend bin ich mit den Messergebnissen weitestgehend zufrieden. Die angepriesenen 95% wurden zwar nicht erreicht, bei sinnvoller Auslegung und drei P4s sollten Werte um 90% jedoch realitisch sein. Man muss jedoch auch sagen, dass der Wirkungsgrad unter Verwenung von lediglich ein oder zwei P4s ziemlich mieß ist. Hier werden teilweise nichtmal 70% erreicht...
Folglich werde ich sinnvoller weise lediglich vier und nicht wie zuvor berechnet fünf Lipos mit höherer Kapazität einsetzten. Damit ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von etwa 12V bis 15V womit der Wirkungsgrad der KSQ zwischen 88 und 91% liegt. Damit müsste der untere Spannungsbereich recht gut ausgenutzt sein, da die Spannung dreier P4s bei 1000 mA ja bei knapp 11V liegt.
Um dies zu überprüfen habe ich nun P4s bestellt und werde damit demnächst weiter Messungen durchführen.
Hoffe ich habe niemanden verwirrt mit diesen Ausführung. Für Anregungen und Kritik bin ich wie immer Dankbar.
Falls jemand die vollständigen Messergebnisse (.xls) haben möchte, einfach melden.
Gruß Nico
Ich habe insgesamt vier Messreihen mit einem Eingangsspannungsbereich von etwa 5V bis 30V gefahren. Drei mit der 1000 mA Einstellung mit Wiederstäden, die ein, zwei und drei P4s in Reihe simulieren sollten. Zudem eine Messreihe mit der 350 mA Einstellung und einer simmulierten P4.
Auszüge der Messergebnisse in den folgenden Diagrammen (leider konnte ich sie nur als .jpg hochladen, .tif gab nur pixel salat)
Um die KSQ mit 350 mA zu betreiben muss lediglich eine Lötbrücke geschlossen werden, eignet sich also hervorragend um über einen einfachen Schalter mehrer Helligkeitsstufen zu realisieren. Leider konnte ich in dieser Konfiguration lediglich die Variante mit einer Simulierten LED testen, da ich keine weiteren, leistungsfähigen, Wiederstände in der erforderlichen Größe verfügbar hatte. Die Messung mit 10 Ohm zeigt jedoch einen geringfügig besseren Wirkungsgrad als die Vergleichbare Messung bei 1000 mA. Somit gehe ich davon aus, dass sich mit drei P4s in Reihe mit 350 mA ähnlich Wirkungsgrade realisieren lassen wie bei 1000 mA, also maximal etwa 92%.
Zusammendfassend bin ich mit den Messergebnissen weitestgehend zufrieden. Die angepriesenen 95% wurden zwar nicht erreicht, bei sinnvoller Auslegung und drei P4s sollten Werte um 90% jedoch realitisch sein. Man muss jedoch auch sagen, dass der Wirkungsgrad unter Verwenung von lediglich ein oder zwei P4s ziemlich mieß ist. Hier werden teilweise nichtmal 70% erreicht...
Folglich werde ich sinnvoller weise lediglich vier und nicht wie zuvor berechnet fünf Lipos mit höherer Kapazität einsetzten. Damit ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von etwa 12V bis 15V womit der Wirkungsgrad der KSQ zwischen 88 und 91% liegt. Damit müsste der untere Spannungsbereich recht gut ausgenutzt sein, da die Spannung dreier P4s bei 1000 mA ja bei knapp 11V liegt.
Um dies zu überprüfen habe ich nun P4s bestellt und werde damit demnächst weiter Messungen durchführen.
Hoffe ich habe niemanden verwirrt mit diesen Ausführung. Für Anregungen und Kritik bin ich wie immer Dankbar.
Falls jemand die vollständigen Messergebnisse (.xls) haben möchte, einfach melden.
Gruß Nico
prima, du hast dir viel arbeit gemacht und schöne diagramme gezeichnet!
nun könnte jemand auf die idee kommen, du hättest schlampig gearbeitet, dem ist aber mit ziemlicher sicherheit nicht so! den einzigen fehler, den du mit sicherheit infolge fehlender kenntnisse über die zusammenhänge gemacht hast erkläre ich am ende.
schön ist, das du die messwerte alle einzeln angegeben hast und nicht voreilig die kurven begradigtest.
hier nun eine ev. auch nicht ganz komplette interpretation.
das es unterschiedliche wirkungsgrade gibt erklärt sich aus folgenden tatsachen:
1. im bereich kleiner eingangsspannungen kommt als hauptverursacher der verluste der schalttransistor zum tragen,
es wird sicher ein power mos n-fet sein, dessen einschaltwiderstand Rson durch die relativ geringe betriebsspannung, also der zu geringen gatespannung resultiert.
2. in diesem leistungsbereich kommt die notwendige leistung der steuer und regeleinrichtung prozentual mehr zum tragen, sprich, die leistung des steuerchips + der verlust im messwiderstand für den strom sind prozentual grösser, je kleiner die verbraucherleistung ist. als hinweis, bei 0 verbrauch würde der ic trotzdem einen kleinen strom brauchen.
3. weiterhin kommt im bereich kleiner bis mittlerer leistungen, die schottky diode,im ausgangskreis, nicht in den bereich einer merklichen erwärmung, wodurch der verlust in dieser relativ hoch ist.
4. einen weiteren einfluss hat der lastwiederstand, der sich mit zunehmender belastung mehr erwärmt und einen grösseren widerstand aufweist als im kalten zustand. hier meine erste vermutung für eine fehlmessung oder berechnung, der widerstandswert des belastungswiderstands wurde als konstant angenommen!?
folgende, teilweise antagonistischen, effekte treten nun insgesamt auf:
-bei kleiner eingangsspannung nicht optimale ansteuerung des transistors, dadurch höhere durchlassverluste, die mit zunehmender eingangsspannung prozentual kleiner werden, dadurch erstmal eine verringerung der erwärmung des transistors, das wirkt also in richtung besserer wirkungsgrad. dieser effekt wird allerdings mit steigender ausgangsleistung, meistens mehr als ausgeglichen, dadurch verschlechtert sich dann der wirkungsgrad wieder.
-für den steuerchip gilt im grunde genommen das gegenteil, allerdings verringert sich auch hier der prozentuale anteil, diesmal jedoch mit steigender ausgangsleistung.
-in der notwendigerweise vorhandenen drossel erhöht sich der widerstand des drahtes infolge erwärmung, das verringert den wirkungsgrad mit zunehmender ausgangsleistung.
-der hauptverlustfaktor in schaltreglern dieser spannungsebene allgemein wird durch die verwendete diode verursacht, der prozentuale verlust, ergibt sich aus der flussspannung im verhältnis zur ausgangsspannung und ist im niederen spannungsbereich relativ grösser. die verringerung der prozentualen verluste durch diese wird aber gleich durch 2 effekte verringert, einer ist das verhältnis der flussspannung zur ausgangsspannung, der zweite resultiert aus der verringerung dieser bei steigender erwärmung infolge grösserer belastung.
-die oben bereits angesprochene erwärmung, führt bei gleichem konstantstrom zu einer spannungserhöhung am widerstand und so komisch es klingt zu einer höheren ausgangsleistung! wenn das in der messreihe nicht berücksichtigt wird, führt das infolge des quadratischen zusammenhangs(U²: R = P) zu einem nicht unerheblichen messfehler in richtung schlechterem wirkungsgrad!
all diese zusammenhänge, führen aber schlimmstenfalls zu leichten wellen in den diagrammen, im bereich des übergangs der einzelnen effekte, erklären aber keinesfalls die häufigen, teilweise abrupten änderungen!
diese änderungen, lassen sich nur erklären, wenn die in verschiedenen arbeitspunktbereichen der anordnung gemachten messungen nicht kontinuierlich erfolgten und durch verschieden lange abkühlungsphasen unterbrochen wurden. meines erachtens nach, würden sich die kurven stark glätten, wenn für jede spannungs- oder schaltungs-
änderung eine erwärmungszeit von mindestens 5 min abgewartet wird, auch sollte die jeweilige ausgangsspannung mit in die diagramme übertragen werden.
ob meine theoretischen überlegungen zutreffen und ev. eine neue messreihe lohnt, kann nur der tester entscheiden.
gruss lu
nun könnte jemand auf die idee kommen, du hättest schlampig gearbeitet, dem ist aber mit ziemlicher sicherheit nicht so! den einzigen fehler, den du mit sicherheit infolge fehlender kenntnisse über die zusammenhänge gemacht hast erkläre ich am ende.
schön ist, das du die messwerte alle einzeln angegeben hast und nicht voreilig die kurven begradigtest.
hier nun eine ev. auch nicht ganz komplette interpretation.
das es unterschiedliche wirkungsgrade gibt erklärt sich aus folgenden tatsachen:
1. im bereich kleiner eingangsspannungen kommt als hauptverursacher der verluste der schalttransistor zum tragen,
es wird sicher ein power mos n-fet sein, dessen einschaltwiderstand Rson durch die relativ geringe betriebsspannung, also der zu geringen gatespannung resultiert.
2. in diesem leistungsbereich kommt die notwendige leistung der steuer und regeleinrichtung prozentual mehr zum tragen, sprich, die leistung des steuerchips + der verlust im messwiderstand für den strom sind prozentual grösser, je kleiner die verbraucherleistung ist. als hinweis, bei 0 verbrauch würde der ic trotzdem einen kleinen strom brauchen.
3. weiterhin kommt im bereich kleiner bis mittlerer leistungen, die schottky diode,im ausgangskreis, nicht in den bereich einer merklichen erwärmung, wodurch der verlust in dieser relativ hoch ist.
4. einen weiteren einfluss hat der lastwiederstand, der sich mit zunehmender belastung mehr erwärmt und einen grösseren widerstand aufweist als im kalten zustand. hier meine erste vermutung für eine fehlmessung oder berechnung, der widerstandswert des belastungswiderstands wurde als konstant angenommen!?
folgende, teilweise antagonistischen, effekte treten nun insgesamt auf:
-bei kleiner eingangsspannung nicht optimale ansteuerung des transistors, dadurch höhere durchlassverluste, die mit zunehmender eingangsspannung prozentual kleiner werden, dadurch erstmal eine verringerung der erwärmung des transistors, das wirkt also in richtung besserer wirkungsgrad. dieser effekt wird allerdings mit steigender ausgangsleistung, meistens mehr als ausgeglichen, dadurch verschlechtert sich dann der wirkungsgrad wieder.
-für den steuerchip gilt im grunde genommen das gegenteil, allerdings verringert sich auch hier der prozentuale anteil, diesmal jedoch mit steigender ausgangsleistung.
-in der notwendigerweise vorhandenen drossel erhöht sich der widerstand des drahtes infolge erwärmung, das verringert den wirkungsgrad mit zunehmender ausgangsleistung.
-der hauptverlustfaktor in schaltreglern dieser spannungsebene allgemein wird durch die verwendete diode verursacht, der prozentuale verlust, ergibt sich aus der flussspannung im verhältnis zur ausgangsspannung und ist im niederen spannungsbereich relativ grösser. die verringerung der prozentualen verluste durch diese wird aber gleich durch 2 effekte verringert, einer ist das verhältnis der flussspannung zur ausgangsspannung, der zweite resultiert aus der verringerung dieser bei steigender erwärmung infolge grösserer belastung.
-die oben bereits angesprochene erwärmung, führt bei gleichem konstantstrom zu einer spannungserhöhung am widerstand und so komisch es klingt zu einer höheren ausgangsleistung! wenn das in der messreihe nicht berücksichtigt wird, führt das infolge des quadratischen zusammenhangs(U²: R = P) zu einem nicht unerheblichen messfehler in richtung schlechterem wirkungsgrad!
all diese zusammenhänge, führen aber schlimmstenfalls zu leichten wellen in den diagrammen, im bereich des übergangs der einzelnen effekte, erklären aber keinesfalls die häufigen, teilweise abrupten änderungen!
diese änderungen, lassen sich nur erklären, wenn die in verschiedenen arbeitspunktbereichen der anordnung gemachten messungen nicht kontinuierlich erfolgten und durch verschieden lange abkühlungsphasen unterbrochen wurden. meines erachtens nach, würden sich die kurven stark glätten, wenn für jede spannungs- oder schaltungs-
änderung eine erwärmungszeit von mindestens 5 min abgewartet wird, auch sollte die jeweilige ausgangsspannung mit in die diagramme übertragen werden.
ob meine theoretischen überlegungen zutreffen und ev. eine neue messreihe lohnt, kann nur der tester entscheiden.
gruss lu
-
Sailor
- Moderator
- Beiträge: 9427
- Registriert: Di, 28.11.06, 22:16
- Wohnort: Saarland, Deutschland und die Welt
Danke für die ausführliche Messreihe!
Im Grundsatz bestätigt sie meine hier im Forum an verschiedenen Stellen gemachte Aussage, dass die gewählte Eingangsspannung nicht zu weit über der erforderlichen Flussspannung der LED´s liegen sollte, auch wenn ich diese Aussage bisher nur aus meinem theoretischen Verständnis (oder Bauchgefühl) gemacht habe.
Ich bin überzeugt, dass sich die Messlinien zum Wirkungsgrad nicht entscheidend ändern, wenn statt der Widerstände LED´s eingesetzt werden. Gleichwohl dürften sie etwas flacher werden.
Von daher bin ich gespannt auf die Messreihen mit den LED´s!
Den Hinweis von Lucky zur Wartezeit bei den Messungen finde ich sehr wichtig.
Nochmal vielen Dank für diese ausführliche Arbeit!
Im Grundsatz bestätigt sie meine hier im Forum an verschiedenen Stellen gemachte Aussage, dass die gewählte Eingangsspannung nicht zu weit über der erforderlichen Flussspannung der LED´s liegen sollte, auch wenn ich diese Aussage bisher nur aus meinem theoretischen Verständnis (oder Bauchgefühl) gemacht habe.
Ich bin überzeugt, dass sich die Messlinien zum Wirkungsgrad nicht entscheidend ändern, wenn statt der Widerstände LED´s eingesetzt werden. Gleichwohl dürften sie etwas flacher werden.
Von daher bin ich gespannt auf die Messreihen mit den LED´s!
Den Hinweis von Lucky zur Wartezeit bei den Messungen finde ich sehr wichtig.
Nochmal vielen Dank für diese ausführliche Arbeit!
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lightning cyclist
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Danke für eure Interpretation! Die Punkte 1 - 3 von luckylu1 leuchten mir ein und Erklären die Beobachtetetn Effekte wie ich finde gut.
Zu Punkt 4, den Wiederständen, noch Folgendes: Ich habe Leistungswiederstände mit Keramikummantelung verwendet, die Leistung lag, wenn ich's recht im Kopf habe, zwische 1 und 3 Watt. Diese habe ich dann in ein Bad mit kaltem Wasser gelegt um für eine Halbwegs konstante Temperatur zu sorgen. Ich habe neben dem Ausgangsstrom auch die Ausgangsspannung für jeden Messpunkt gemessen, diese der Übersichtlichkeit halber aber nicht in den Diagrammen dargestellt. Die aus Ausgangsspannung und Ausgangsstrom berechneten Wiederstandswerte sind über die Einzelnen Messreihen relativ konstant (z.B. min.= 9,96 Ohm max 10,16 Ohm) wobei sich keinerlei Tendenz über die Betriebsdauer erkennen Lässt. Weiterhin habe ich nach aufnahme aller relevanten Messwerte nochmals einzelne Eingangsspannungen eingestellt und überprüft, ob die Messwerte mit den zuvor aufgezeichneten übereinstimmen, was stets der Fall war.
Eine bedeutende Fehlerquelle sind jedoch vermutlich die Multimeter. Diese haben leider nur einen 200 mA und einen 10 A messbereich. Dies hat zur Folge, dass die meisten Ströme im 10 A bereich gemessen werden mussten, dieser Löst jedoch lediglich zwei Stellen hinter dem komma auf. Was bei strömen knapp über 200 mA doch einen enormen Fehler erzeugt...
Zu Punkt 4, den Wiederständen, noch Folgendes: Ich habe Leistungswiederstände mit Keramikummantelung verwendet, die Leistung lag, wenn ich's recht im Kopf habe, zwische 1 und 3 Watt. Diese habe ich dann in ein Bad mit kaltem Wasser gelegt um für eine Halbwegs konstante Temperatur zu sorgen. Ich habe neben dem Ausgangsstrom auch die Ausgangsspannung für jeden Messpunkt gemessen, diese der Übersichtlichkeit halber aber nicht in den Diagrammen dargestellt. Die aus Ausgangsspannung und Ausgangsstrom berechneten Wiederstandswerte sind über die Einzelnen Messreihen relativ konstant (z.B. min.= 9,96 Ohm max 10,16 Ohm) wobei sich keinerlei Tendenz über die Betriebsdauer erkennen Lässt. Weiterhin habe ich nach aufnahme aller relevanten Messwerte nochmals einzelne Eingangsspannungen eingestellt und überprüft, ob die Messwerte mit den zuvor aufgezeichneten übereinstimmen, was stets der Fall war.
Eine bedeutende Fehlerquelle sind jedoch vermutlich die Multimeter. Diese haben leider nur einen 200 mA und einen 10 A messbereich. Dies hat zur Folge, dass die meisten Ströme im 10 A bereich gemessen werden mussten, dieser Löst jedoch lediglich zwei Stellen hinter dem komma auf. Was bei strömen knapp über 200 mA doch einen enormen Fehler erzeugt...
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alexStyles
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Das ärgert mich auch bei diesen Multimetern ...Ich weiss nicht ob das "nur" bei den billigeren so istlightning cyclist hat geschrieben:Eine bedeutende Fehlerquelle sind jedoch vermutlich die Multimeter. Diese haben leider nur einen 200 mA und einen 10 A messbereich. Dies hat zur Folge, dass die meisten Ströme im 10 A bereich gemessen werden mussten, dieser Löst jedoch lediglich zwei Stellen hinter dem komma auf. Was bei strömen knapp über 200 mA doch einen enormen Fehler erzeugt...
Ein Messbereich mit 2000mA wäre ganz gut
MfG Alex
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lightning cyclist
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So, mittlerweile habe ich eine Lieferung mit P4s, Optiken und Zubehör erhalten und die Messungen mit drei P4s in Reihe durchgeführt. Dabei wurden wiederum die Stufen mit 350 mA und 1000 mA untersucht.
Die Ergebnisse sind in den folgenden Diagrammen dargestellt. Dabei ist wieder die mangelhafte Auflösung der verwendeten Messinstrumente und der damit verbundene, teils sprunghafte, Kurvenverlauf zu erkennen. Der Eingangsspanunngsbereich von 12 bis 14,5 V ist grün hinterlegt, da es sich hierbei in etwa um den Betriebsbereich bei Verwendung von vier Lipos in Reihenschaltung handelt. Witerhin habe ich die Ausgangsspannung dargestellt, wobei diese, der Anschaulichkeit halber, mit dem Faktor 10 zu multiplitieren ist.
Das Ergebnis entspricht meinen Erwartungen. Der Wirkungsgrad innerhalb des Einsatzbereichs liegt zwischen 88 und 92%. Die Leitungsaufnahme der gesamten Anordnung liegt damit durchschnittlich bei etwa 10,5 W.
Hier liegt der Gesamtwirkungsgrad etwas niedriger als erhofft, aber noch im Rahmen. Innerhalb des Einsatzbereichs liegt er zwischen 85 und 88%. Die Leistungsaufnahme der gesamten Anordung in der Abblendestufe liegt bei 3,25 W.
Ich werde die KSQ also in dieser Anordnung mit vier Lipos verbauen. Zuvor muss ich mich nun allerdings noch an die Auswahl der entsprechenden Optiken machen...
Viele Grüße, Nico
Die Ergebnisse sind in den folgenden Diagrammen dargestellt. Dabei ist wieder die mangelhafte Auflösung der verwendeten Messinstrumente und der damit verbundene, teils sprunghafte, Kurvenverlauf zu erkennen. Der Eingangsspanunngsbereich von 12 bis 14,5 V ist grün hinterlegt, da es sich hierbei in etwa um den Betriebsbereich bei Verwendung von vier Lipos in Reihenschaltung handelt. Witerhin habe ich die Ausgangsspannung dargestellt, wobei diese, der Anschaulichkeit halber, mit dem Faktor 10 zu multiplitieren ist.
Ich werde die KSQ also in dieser Anordnung mit vier Lipos verbauen. Zuvor muss ich mich nun allerdings noch an die Auswahl der entsprechenden Optiken machen...
Viele Grüße, Nico
Hallo Nico,
ist zwar schon länger her, aber trotzdem vielen Dank für deine umfassenden und aussagekräftigen Wirkungsgradmessungen! Sowas wünscht man sich von den Verkäufern...
Leider existiert dein angegebener Link http://cgi.ebay.de/Konstantstromquelle- ... dZViewItem zum geprüften Artikel nicht mehr.
Kann es sein dass es sich um diesen Artikel http://www.ebay.de/itm/Luxeon-CREE-OSRA ... 0574758516 bzw den Anbieter www_luxleds_de handelt?
Mit http://www.luxleds.de kommt man zu http://shops.channeladvisor.de/epages/1 ... s/101568_2 bzw gleich der Link zu den KSQs http://shops.channeladvisor.de/epages/1 ... gung%22/CC .
Danke.
JFYI: Die Schaltung des PWM-Dimmers http://www.ebay.de/itm/LED-PWM-Steuerun ... 0642839387 ist von Pollin http://www.pollin.de/shop/dt/OTk4OTgxOT ... rator.html .
lg
Horst
PS: Da die Zeit bei mir drängt und ich nicht weiß ob der Threadersteller (8Posts) noch aktiv ist, erlaube ich mir eine ähnliche, allgemeinere Frage hier zu stellen: viewtopic.php?f=35&t=12894&start=0 , danke für euer Verständnis.
ist zwar schon länger her, aber trotzdem vielen Dank für deine umfassenden und aussagekräftigen Wirkungsgradmessungen! Sowas wünscht man sich von den Verkäufern...
Leider existiert dein angegebener Link http://cgi.ebay.de/Konstantstromquelle- ... dZViewItem zum geprüften Artikel nicht mehr.
Kann es sein dass es sich um diesen Artikel http://www.ebay.de/itm/Luxeon-CREE-OSRA ... 0574758516 bzw den Anbieter www_luxleds_de handelt?
Mit http://www.luxleds.de kommt man zu http://shops.channeladvisor.de/epages/1 ... s/101568_2 bzw gleich der Link zu den KSQs http://shops.channeladvisor.de/epages/1 ... gung%22/CC .
Danke.
JFYI: Die Schaltung des PWM-Dimmers http://www.ebay.de/itm/LED-PWM-Steuerun ... 0642839387 ist von Pollin http://www.pollin.de/shop/dt/OTk4OTgxOT ... rator.html .
lg
Horst
PS: Da die Zeit bei mir drängt und ich nicht weiß ob der Threadersteller (8Posts) noch aktiv ist, erlaube ich mir eine ähnliche, allgemeinere Frage hier zu stellen: viewtopic.php?f=35&t=12894&start=0 , danke für euer Verständnis.