Hallo zusammen
Ich bin über ein selbstgewähltes Projekt, eine LED Taschenlampe auf dieses Forum aufmerksam geworden. Nun suche ich echte Fachleute, die sich im Thema Schaltregler auskennen. Jetzt fragen sich vielleicht einige, warum eine Taschenlampe bauen wenn man zahlreiche Tschenlampen kaufen kann, deswegen kurz meine Vorstellungen.
Die Taschenlampe soll eine Seoul P4 mit 200 lm betreiben (das bedeutet 3,3 W für die LED). Gleichzeitig soll die Taschenlampe kleiner als ein Schweizer Taschenmesser sein. Meine Vorstellung liegen bei 16 mm Durchmesser und 85 mm Länge.
Zur Energieversorgung dachte ich an eine 14500er Li Ionen Zelle (Durchmesser 14mm, Länge 49 mm, 3,7 V, 0,8 Ah). Diese Zelle ist zwar nicht so leicht erhältlich wie die Bauform CR123A hat dafür aber einen kleineren Durchmesser. Die Realisierbarkeit ist hiermit definitiv gegeben. Ich habe eine kleine Fenix LOD mit 50 lm, d.h., obwohl die Eigenkonstruktion kaum größer wäre könnte diese 4 mal so hell leuchten.
Knackpunkt für mich ist aktuell der Schaltregler LTC3533 von Linear Technology, der einen Wirkungsgrad von über 90% verspricht.
http://www.linear.com/pc/downloadDocume ... 355,D24888
Im pdf-Datenblatt ist auf Seite 14 ein Schaltplan für eine 1A Stromregelung angegeben, den ich auf eine Regelung 50 - 900 mA umändern möchte. Hat einer eine Ahnung wie ich den umdimensioniert kriege? Ich schätze die Frage als echt ziemlich kniffelig ein und freue mich deshalb umso mehr, wenn sich hier einer findet, der sich auskennt.
Gruß Jörg
Eigenbau einer ultrahellen kleinen LED Taschenlampe
Moderator: T.Hoffmann
Da steht eine Formel weiter untern um die Wiederstände für "Vout" zu berechnen.
Vout = 1.22 * ((R1 + R2) :2)
Der Pin 13 (FB) ist für das "Feedback", dort sind R1 und R2 angeschlossen:
Der obere Wiederstand mit 340k ist R1, der untere mit 200k der R2.
Wenn Du anstelle von R1 und R2 ein ca 500k Poti einbaust könntest Du den Strom auch einstellen.
(naja, ist nicht die feine Lösung, aber es geht wenn Du es blos nicht zu weit in eine Richtung drehst)
Wo bekommst Du den Regler her ?
Hätte auch Interesse an einzelnen Exemplaren.
mfg, jm
PS:
Der link geht auf das Datenblatt des LTC3533, nicht dess LTC3421 - habe eben erst gemerkt.
Mit dem LTC3533 währst Du eh besser dran, ist billiger und die Werte passen viel besser.
Wie willst Du das Gehäuse machen, wie soll die Wärme abgeleitet werden ?
Wenn ich mir das alles ansehe kannst Du auch gleich die L2D von Fenix kaufen
Vout = 1.22 * ((R1 + R2) :2)
Der Pin 13 (FB) ist für das "Feedback", dort sind R1 und R2 angeschlossen:
Der obere Wiederstand mit 340k ist R1, der untere mit 200k der R2.
Wenn Du anstelle von R1 und R2 ein ca 500k Poti einbaust könntest Du den Strom auch einstellen.
(naja, ist nicht die feine Lösung, aber es geht wenn Du es blos nicht zu weit in eine Richtung drehst)
Wo bekommst Du den Regler her ?
Hätte auch Interesse an einzelnen Exemplaren.
mfg, jm
PS:
Der link geht auf das Datenblatt des LTC3533, nicht dess LTC3421 - habe eben erst gemerkt.
Mit dem LTC3533 währst Du eh besser dran, ist billiger und die Werte passen viel besser.
Wie willst Du das Gehäuse machen, wie soll die Wärme abgeleitet werden ?
Wenn ich mir das alles ansehe kannst Du auch gleich die L2D von Fenix kaufen
Eine Spannungsregelung für eine LED geht ziemlich sicher in die Hose. Ich brauche eine echte Stromregelung, wie auf Seite 14 oben beschrieben.
Danke für den Hinweis auf den falschen IC Namen, ich habe den Fehler gleich korrigiert. Ich möchte tatsächlich den LTC3533 verwenden. Da ich in der Elektronikentwicklung arbeite kann ich meine Kontakte dort nutzen.
Für das Gehäuse habe ich heute Messingrohre bestellt. Die Wärmeableitung habe ich noch nicht durchgerechnet. Hier ist sicher ein Knackpunkt, da die Lampe so klein wird und hiermit wenig Oberfläche bietet. Vielleicht baue ich noch eine Temperaturüberwachung ein.
Die Fenix L2D hat das dreifache Volumen bei einer um 1/3 geringeren Helligkeit, deswegen will ich ja eine Taschenlampe selbst bauen.
Gruß Jörg
Danke für den Hinweis auf den falschen IC Namen, ich habe den Fehler gleich korrigiert. Ich möchte tatsächlich den LTC3533 verwenden. Da ich in der Elektronikentwicklung arbeite kann ich meine Kontakte dort nutzen.
Für das Gehäuse habe ich heute Messingrohre bestellt. Die Wärmeableitung habe ich noch nicht durchgerechnet. Hier ist sicher ein Knackpunkt, da die Lampe so klein wird und hiermit wenig Oberfläche bietet. Vielleicht baue ich noch eine Temperaturüberwachung ein.
Die Fenix L2D hat das dreifache Volumen bei einer um 1/3 geringeren Helligkeit, deswegen will ich ja eine Taschenlampe selbst bauen.
Gruß Jörg
DER LTC3533 ist kein LED treiber.
Er kann als solcher verwendet werden, hat aber keinen Seperaten Comperator zur Messung und
Regelung des Stroms, sondern nur eine Feedbackschleife ("FB") zur Reglung.
Damit kann man zwar in gewisser Weise den Strom regulieren, aber eigentlich Regelt er auch
nur die Spannung.
Es ist eben ein DC-DC Wandler, kein LED Treiber oder eine KSQ.
Würdest Du bei dem LTC3533 die Schaltung für eine LED mit z.B. 4,2V max Spannung auslegen
und dann eine mit max 3,8V anlegen würde diese kaputt gehen.
Lastunabhängig den Strom Regeln kann man mit dem LTC3533 anscheinend nicht.
Das Ding ist also nichts weiter als ein Schaltregler mit Step/up/down Modus.
Eine KSQ müsste den Strom an einem Wiederstand messen der in Reihe zum Stromkreis angeschlossen ist,
bei dem sieht man deutlich das der Spannungsteiler für das Feedback parralel angeschlossen ist.
Das Thema "LEDs immer nur mit Vorwiederstand" gibts hier schon irgendwo im Forum.
Behalte das mal im Auge, den LTC3533 auch
Er kann als solcher verwendet werden, hat aber keinen Seperaten Comperator zur Messung und
Regelung des Stroms, sondern nur eine Feedbackschleife ("FB") zur Reglung.
Damit kann man zwar in gewisser Weise den Strom regulieren, aber eigentlich Regelt er auch
nur die Spannung.
Es ist eben ein DC-DC Wandler, kein LED Treiber oder eine KSQ.
Würdest Du bei dem LTC3533 die Schaltung für eine LED mit z.B. 4,2V max Spannung auslegen
und dann eine mit max 3,8V anlegen würde diese kaputt gehen.
Lastunabhängig den Strom Regeln kann man mit dem LTC3533 anscheinend nicht.
Das Ding ist also nichts weiter als ein Schaltregler mit Step/up/down Modus.
Eine KSQ müsste den Strom an einem Wiederstand messen der in Reihe zum Stromkreis angeschlossen ist,
bei dem sieht man deutlich das der Spannungsteiler für das Feedback parralel angeschlossen ist.
Das Thema "LEDs immer nur mit Vorwiederstand" gibts hier schon irgendwo im Forum.
Behalte das mal im Auge, den LTC3533 auch
Seufz, jetzt kommst Du meinen Problem auf die Spur.
Der IC misst den Ausgangsstrom intern ohne einen externen Widerstand als Shunt zu benötigen!!!
Über die Beschaltung des Burst Eingangs kann man normalerweise festlegen, ab welchen Ausgangsstrom der IC vom Burstmodus in den Festfrequenzbetrieb schaltet. Irgendwie haben die Applikationsingenieure diesen Eingang auf Seite 14 nun so verschaltet, daß der Strom geregelt wird.
Ich habe mir vorhin noch den kleinen Bruder dieses IC's angesehen.
http://www.linear.com/pc/downloadDocume ... 252,D17498
Auf Seite 14 findest Du eine fast identische Schaltung und eine unverständliche Gleichung für die Stromregelung (darunter dazu den Wirkungsgrad). Auf Seite 6 ist weiterhin die Strommessung schematisch dargestellt, die zum Bursteingang führt. Aber obwohl ich nicht unerfahren bin raff ich's momentan nicht.
Gruß Jörg
Der IC misst den Ausgangsstrom intern ohne einen externen Widerstand als Shunt zu benötigen!!!
Über die Beschaltung des Burst Eingangs kann man normalerweise festlegen, ab welchen Ausgangsstrom der IC vom Burstmodus in den Festfrequenzbetrieb schaltet. Irgendwie haben die Applikationsingenieure diesen Eingang auf Seite 14 nun so verschaltet, daß der Strom geregelt wird.
Ich habe mir vorhin noch den kleinen Bruder dieses IC's angesehen.
http://www.linear.com/pc/downloadDocume ... 252,D17498
Auf Seite 14 findest Du eine fast identische Schaltung und eine unverständliche Gleichung für die Stromregelung (darunter dazu den Wirkungsgrad). Auf Seite 6 ist weiterhin die Strommessung schematisch dargestellt, die zum Bursteingang führt. Aber obwohl ich nicht unerfahren bin raff ich's momentan nicht.
Gruß Jörg
der chip gefällt mir auch, wenn ich das richtig interpretiere, hast du 2 möglichkeiten, den strom zu regeln, erstens den eingangsstrom, dürfte nicht wirklich interessant sein, für diese anwendung. zweite möglichkeit, über den burst mode, um das von dir gewünschte zu erreichen, würde ich folgenden weg vorschlagen, als erstes solltest du die max Vout, wie schon vorgeschlagen über den fb-pin einstellen, anschliessend mit dem widerstand vom burst nach masse den maximalstrom einstellen, da mir das ganze irgendwie wie eine brückenschaltung vorkommt,
wirst du ein wenig probieren müssen, ziel muss es erst einmal sein, beideschaltschwellen auf den max. ausgangsstrom zu trimmen, da nie beide schwellen genau gleich sind, kannst du das nur mit einer zusätzlichen variation der last genau definieren. bevor du mit dem abgleich beginnst, solltest du schon das von dir gewünschte poti (1Mohm - 5Mohm parallel zu dem spannungsbegrenzendem widerstand von fb nach masse parallelschalten, für eine gute regelbarkeit, sollten etwa 3/4 des gesamtwertes durch einen festwiderstand gebildet werden. (blöd ausgedrückt,ich hoffe, du verstehst es trotzdem). der sinn, den ich damit anstrebe, ist folgender, es wird nur der maximalstrom über burst festgelegt, die einstellung von min zu max der helligkeit erfolgt aber durch eine spannungseinstellung über den fb pin, da dieser besser zu beherrschen ist. da ich das jetzt ja so nicht prüfen kann, verstehe das bitte nur als vorschlag, ohne gewährleistung! da die leds recht empfindlich sind, würde ich
dir empfehlen, die led durch eine reihenschaltung von ein paar 1n400x(zum feinabgleich bei dem von dir angestrebten strom,könntest du noch verschiedene schottkydioden verwenden, um die kennlinie der led bestmöglich nachzubilden) zu simulieren, damit du trotzdem etwas siehst, könntest du dazu parallel eine led mit dioden und widerstand in reihe zur anzeige nutzen, bei richtiger auswahl der kombination, müsste sich an dieser led ein ähnliches verhalten, wie später für die power led simulieren lassen. bin mal gespannt, ob du das hinbekommst, da es doch, zumindest im ersten ansatz, viel messerei und abgleicharbeit bedeutet. das ist definitiv nichts für anfänger, also an die anderen: wartet erst mal auf das ergebnis, bevor ihr anfangt leds zu zerschiessen.^^
hab mir den kleinen bruder mal angesehen, da sieht man besser, was da gemacht wird, zur auswertung wird der dynamische on-widerstand des fets genutzt, ist mir fast schleierhaft, wie man die ganzen strom und spannungsverhältnisse + temperaturgang bei verschiedenen lasten, erfassen und regeln kann! da steckt unglaubliche entwicklungsarbeit drin, das dann noch als buck-boost regler mit der leistung, bei so geringen spannungen, zu kombinieren, ist echt absolut spitze.
wirst du ein wenig probieren müssen, ziel muss es erst einmal sein, beideschaltschwellen auf den max. ausgangsstrom zu trimmen, da nie beide schwellen genau gleich sind, kannst du das nur mit einer zusätzlichen variation der last genau definieren. bevor du mit dem abgleich beginnst, solltest du schon das von dir gewünschte poti (1Mohm - 5Mohm parallel zu dem spannungsbegrenzendem widerstand von fb nach masse parallelschalten, für eine gute regelbarkeit, sollten etwa 3/4 des gesamtwertes durch einen festwiderstand gebildet werden. (blöd ausgedrückt,ich hoffe, du verstehst es trotzdem). der sinn, den ich damit anstrebe, ist folgender, es wird nur der maximalstrom über burst festgelegt, die einstellung von min zu max der helligkeit erfolgt aber durch eine spannungseinstellung über den fb pin, da dieser besser zu beherrschen ist. da ich das jetzt ja so nicht prüfen kann, verstehe das bitte nur als vorschlag, ohne gewährleistung! da die leds recht empfindlich sind, würde ich
dir empfehlen, die led durch eine reihenschaltung von ein paar 1n400x(zum feinabgleich bei dem von dir angestrebten strom,könntest du noch verschiedene schottkydioden verwenden, um die kennlinie der led bestmöglich nachzubilden) zu simulieren, damit du trotzdem etwas siehst, könntest du dazu parallel eine led mit dioden und widerstand in reihe zur anzeige nutzen, bei richtiger auswahl der kombination, müsste sich an dieser led ein ähnliches verhalten, wie später für die power led simulieren lassen. bin mal gespannt, ob du das hinbekommst, da es doch, zumindest im ersten ansatz, viel messerei und abgleicharbeit bedeutet. das ist definitiv nichts für anfänger, also an die anderen: wartet erst mal auf das ergebnis, bevor ihr anfangt leds zu zerschiessen.^^
hab mir den kleinen bruder mal angesehen, da sieht man besser, was da gemacht wird, zur auswertung wird der dynamische on-widerstand des fets genutzt, ist mir fast schleierhaft, wie man die ganzen strom und spannungsverhältnisse + temperaturgang bei verschiedenen lasten, erfassen und regeln kann! da steckt unglaubliche entwicklungsarbeit drin, das dann noch als buck-boost regler mit der leistung, bei so geringen spannungen, zu kombinieren, ist echt absolut spitze.
Ich sag gleich Ehrlich dazu das ich nicht experte für das Thema bin.
@luckkylu
Hab mir das eben nochmal angesehen.
Burst ist anscheinend nur die interne Schaltfrequenz, die je nach Vout so eingestellt wird das
der Regler möglichst effizient arbeitet, bzw bei niedrigen Spannungen wird der Burst Mode abgeschaltet
und der Regler läuft mit einer niedrigen, festen, Frequenz damit er überhaupt noch arbeiten kann.
Zumindestens sieht es nach den Datenblättern so aus.
Da ist auch nur von einem Burst Threshold die rede, was nix anderes sein dürfte eine als Schalthystherese,
also wann Burst ON oder OFF ist, es scheint so als kann man den Burst mode nur dahin beeinflussen wann
er Ein/Aus ist, aber nicht mit welcher Frequenz er arbeiten soll.
Eine Feedbackschleife über den Burst Pin dürfte daher nicht Möglich sein.
Siehe auch Seite 6 im Schaltdiagramm, der Burst Pin (unten links) hat keine Verbinung zu einem comparator,
sondern geht nur über "automatic burst mode control" an die "PWM logic" über die "sleep" Leitung,
was kein Regelkreis ist sondern nur die automatische frequenzwahl aktiviert/deaktiviert (1/0).
Man kann die Frequenz über RT einstellen, das wäre aber Sinnlos, denn die wäre dann FEST,
auch das wäre keine Lastabhängige Regelung und der Wirkungsgrad des Reglers würde stark sinken.
In dem Diagram oben seht Ihr den comparator von "reverse amp", ähnlich müsste man den comparator von
"FB" (feedback) in die Schaltung integrieren.
Nur da ja der comparator "Error Amp" eine feste Referenzspannung hat, müsste man eben nur "R1" so
auslegen das die max Betriebsspannung der LED nicht übrschritten wird und dann einen zweiten
Wiederstand "Rx" in Reihe zur LED schalten.
Der Rx dient dann als shunt.
So sehe ich das zumindestens
@luckkylu
Hab mir das eben nochmal angesehen.
Burst ist anscheinend nur die interne Schaltfrequenz, die je nach Vout so eingestellt wird das
der Regler möglichst effizient arbeitet, bzw bei niedrigen Spannungen wird der Burst Mode abgeschaltet
und der Regler läuft mit einer niedrigen, festen, Frequenz damit er überhaupt noch arbeiten kann.
Zumindestens sieht es nach den Datenblättern so aus.
Da ist auch nur von einem Burst Threshold die rede, was nix anderes sein dürfte eine als Schalthystherese,
also wann Burst ON oder OFF ist, es scheint so als kann man den Burst mode nur dahin beeinflussen wann
er Ein/Aus ist, aber nicht mit welcher Frequenz er arbeiten soll.
Eine Feedbackschleife über den Burst Pin dürfte daher nicht Möglich sein.
Siehe auch Seite 6 im Schaltdiagramm, der Burst Pin (unten links) hat keine Verbinung zu einem comparator,
sondern geht nur über "automatic burst mode control" an die "PWM logic" über die "sleep" Leitung,
was kein Regelkreis ist sondern nur die automatische frequenzwahl aktiviert/deaktiviert (1/0).
Man kann die Frequenz über RT einstellen, das wäre aber Sinnlos, denn die wäre dann FEST,
auch das wäre keine Lastabhängige Regelung und der Wirkungsgrad des Reglers würde stark sinken.
In dem Diagram oben seht Ihr den comparator von "reverse amp", ähnlich müsste man den comparator von
"FB" (feedback) in die Schaltung integrieren.
Nur da ja der comparator "Error Amp" eine feste Referenzspannung hat, müsste man eben nur "R1" so
auslegen das die max Betriebsspannung der LED nicht übrschritten wird und dann einen zweiten
Wiederstand "Rx" in Reihe zur LED schalten.
Der Rx dient dann als shunt.
So sehe ich das zumindestens
nach meinem verständnis, regelt die festfrequenz, gesteuert über fb die grundlast. der burst wird wie ein 2 punktregler ein oder ausgeschaltet und erhöht die leistung im bedarfsfall, die integration, über die zeit, dürfte durch die hohe schaltfrequenz recht gut sein.
Noch ein andres Problem: Du bekommstbei 16mm Durchmesser keine gescheite Optik, die ganzen linsen haben rund 20mm durchmesser, und nur ein Reflektor ist auch nicht das wahre...
Das mit dem Burst I/0 über den 2 Punktregler sehe ich auch so.luckylu1 hat geschrieben:nach meinem verständnis, regelt die festfrequenz, gesteuert über fb die grundlast. der burst wird wie ein 2 punktregler ein oder ausgeschaltet und erhöht die leistung im bedarfsfall, die integration, über die zeit, dürfte durch die hohe schaltfrequenz recht gut sein.
Nur sieht es für mich so aus das der Burst Mode nur die Effektivität des Reglers möglichst hoch halten soll.
Wenn ich Deinen Text lese scheint es so als denkst Du in eine andere Richtung, bzw was verstehst Du in dem
Fall unter "Grundlast" ?
@cyberhofi
Bei den Optiken ist der Bereich in der Mitte am wichtigsten, der äusser Rand spielt kaum noch eine Rolle
und ist oft nur in der Breite vorhanden damit man die Linse einfacher in ein Gehäuse einbauen kann.
Ist die Linse genauso breit wie die Star Platine muss das Gehäuse braucht man vorne nur einen kleinen Rand
der verhindert das sie aus dem Gehäuse rutscht.
Man müsste also den grössten Teil der Linse entfernen können, bzw man kann auch gleich eine Glasoptik
aus Quarzglaslinsen bauen, mach auch keinen Unterschied mehr.
Stimmt schon aber ich denke das wird trotzdem einiges an Licht nehmen, die 2° Linsen haben ja sogar rund 50mm Durchmesser, wahrscheinlich geht eine so starke Fokussierung mit den normalen Sammellinsen nicht...
du hast recht, grundlast ist nicht der richtige begriff, besser wäre grundleistung oder anders ausgedrückt, wird durch den burst-modus, nur noch eine stromerhöhung durchgeführt. das ist meine momentane interpretation, das schliesst nicht aus, das ich mich nicht noch korrigiere, wenn mir das prinzip besser verständlich wird, da es so,
doch recht neu für mich ist.
doch recht neu für mich ist.
Seh Dir mal auf Seite 1 unten Rechts die "Efficiency" Tabell an.luckylu1 hat geschrieben:du hast recht, grundlast ist nicht der richtige begriff, besser wäre grundleistung oder anders ausgedrückt, wird durch den burst-modus, nur noch eine stromerhöhung durchgeführt. das ist meine momentane interpretation, das schliesst nicht aus, das ich mich nicht noch korrigiere, wenn mir das prinzip besser verständlich wird, da es so,
doch recht neu für mich ist.
Da siehst Du die Effizienz der Reglers bei verschiedenen Eingagnspannungen im Verhältnis zum Strom,
die drei Kurven sind OHNE aktivierten Burst Mode.
Dann ist da noch die gestrichelte Linie die den aktivieren Burst Mode darstellt,
da steigt die Effzienz bei geringen Lasten deutlich an, eben auf Grund der optimierten Schaltfrequenz.
Hab auch noch was rausgefunden.
Am Vout sind im Datenblatt Spannung und Strom angegeben, z.B. "Vout 3,3V / 500mA".
Das bedeutet nicht das diese Schaltung auf beide Werte ausgelegt ist und auf den Grundwert von 3,3V regelt
(vieleicht meinst Du das mit Grundlast?) und diesen nur noch oben/unten regelt um die "500mA" einzuhalten.
Je nach Strom der später fliessen soll wird nur eine optimale Auslegung der Bauteile empfohlen,
die für die jeweiligen Werte optimal ist.
Wenn 3,3V / 500mA da stehen heisst das das nur das die Feedbackschleifen zwar für 3,3V ausgelegt ist,
die Schaltung aber nicht auf 500mA regelt, bzw dort ist ganz einfach keine Stromregelung drin,
nur die Bauteilauslegung ist für diesen Strom optimiert.
Die LTC35xx sind also reine DC-DC Konverter ohne direkte Stromregelung.
Was egal ist, nur über die Spannung zu regeln funktioniert bei HighPower LEDs wunderbar,
selbst der Hersteller macht es bei dem einen Beispiel eines LED-Treibers auf LTC3533 basis.
Hallo!
Man kann im übrigen jeden Spannungsregler auch als Stromregler schalten. In vielen Fällen ist dafür nicht einmal ein OPV notwendig. Aber ansonsten einen Shunt und einen OPV so auslegen, dass die Spannung des OPV bei erreichen des gewünschten Stromes an den Feedback-Pin des Schaltreglers den notwendigen Wert erreicht.
Zu deiner Behauptung mit dem Spannung tuts auch hier noch mal mein Beitrag aus dem gesperrten Post:
Ich habe jetzt mal ein paar Tests gemacht um die "Behauptungen" die ich mache auch zu beweisen. Anscheindend reichen jm2_de die normalen und überall nachzulesenden Begründungen und Berechnungen nicht.
Ich habe eine P4 LED auf einem runden Kupferblock mit 19mm Durchmesser und 10mm Höhe mit Articsilver 2 Wärmeleitpaste befestigt. Temperatur der LED zu diesem Zeitpunkt 21°C. Dann habe ich ein Labornetzteil, ein Multimeter zur Temperaturmessung am Kühlkörper und noch ein Multimeter zur genaueren Spannungsmessung genommen. Die Strommessung erfolgte mit den Anzeigen des Labornetzteiles. Um dem gleich Vorzubeugen, ich weiß wie ungenau solche Anzeigen sein können allerdings für diesen Zweck den Trend zu erkennen und eine Aussage über die ungefähe Stromstärke zu machen reichen sie.
Test 1:
Spannung am Netzteil solange erhöht, bis sich ~350mA einstellten. Stopuhr gestartet. Spannung 3,21V konstant. Gewartet, nach 5 Minuten pendelte sich die Temperatur des Kühlkörpers auf 35°C ein aber hola, das Amperemeter zeigte schon 450mA an. Einziger unterschied zu vorher, die LED hatte sich aufgrund des Betriebsstromes erwärmt und zwar um nur rund 24°C (Wärmewiderstand von LED und WP eingerechnet).
Danach etwa 50 Minuten Pause, damit sich die LED wieder abkühlen konnte.
Test 2:
Spannung am Netzteil von 0 solange erhöht, bis sich 1 A einstellte. Stoppuhr gestartet. und jetzt ging es sehr schnell, nach 30 Sekunden schon 1,1A aua, wie lange macht das die LED mit, nach 2 Minuten 1,25A hier hab ich den Test abgebrochen obwohl die Temperatur bei gerade mal 40°C am Kühlkörper war und sich noch lange nicht auf einen stabilen Wert eingependelt hatte. Spannung des Netzteils während dem Test: 3,84V
Umgebungstemperatur für alle Tests war 20°C.
Man kann sehr deutlich erkennen, dass die Aussage einfach falsch ist, dass wenn die Spannung passt auch der Strom passt, dies gilt höchstens für den bereits eingeschwungenen Zustand. Aber wie jeder weiß ist die Temperatur der LEDs nicht konstant. Auch die Netzteile schwanken stark. So Schaltnetzteilwandwarzen haben schnell mal 200mV Rippel und mehr. Auch die LED-Daten schwanken durch die Herstellung.
Schon ein Vorwiderstand ist alles andere als ideal.
Die Werte sind sicher für alle High Power LEDs ähnlich. Für 5mm LEDs gilt das ganze zwar auch aber Aufgrund des geringen Stromes mit denen diese normalerweise betrieben werden erwärmen sich diese nicht so stark, weshalb die Drift nicht so ausgeprägt ausfallen sollte.
Jeder ist herzlich eingeladen den Test selbst durchzuführen um selbst zu sehen, dass das kein Quark ist.
Es gibt einige Fotos von dem Test, die ich gerne jedem schicke, der sie haben will.
Aufgrund der Größenbeschränkung hier im Forum macht es keinen Sinn diese hier reinzustellen, da man darauf die Anzeigen nicht gut bzw. gar nicht erkennen kann.
Grüße
Christian
Man kann im übrigen jeden Spannungsregler auch als Stromregler schalten. In vielen Fällen ist dafür nicht einmal ein OPV notwendig. Aber ansonsten einen Shunt und einen OPV so auslegen, dass die Spannung des OPV bei erreichen des gewünschten Stromes an den Feedback-Pin des Schaltreglers den notwendigen Wert erreicht.
Zu deiner Behauptung mit dem Spannung tuts auch hier noch mal mein Beitrag aus dem gesperrten Post:
Ich habe jetzt mal ein paar Tests gemacht um die "Behauptungen" die ich mache auch zu beweisen. Anscheindend reichen jm2_de die normalen und überall nachzulesenden Begründungen und Berechnungen nicht.
Ich habe eine P4 LED auf einem runden Kupferblock mit 19mm Durchmesser und 10mm Höhe mit Articsilver 2 Wärmeleitpaste befestigt. Temperatur der LED zu diesem Zeitpunkt 21°C. Dann habe ich ein Labornetzteil, ein Multimeter zur Temperaturmessung am Kühlkörper und noch ein Multimeter zur genaueren Spannungsmessung genommen. Die Strommessung erfolgte mit den Anzeigen des Labornetzteiles. Um dem gleich Vorzubeugen, ich weiß wie ungenau solche Anzeigen sein können allerdings für diesen Zweck den Trend zu erkennen und eine Aussage über die ungefähe Stromstärke zu machen reichen sie.
Test 1:
Spannung am Netzteil solange erhöht, bis sich ~350mA einstellten. Stopuhr gestartet. Spannung 3,21V konstant. Gewartet, nach 5 Minuten pendelte sich die Temperatur des Kühlkörpers auf 35°C ein aber hola, das Amperemeter zeigte schon 450mA an. Einziger unterschied zu vorher, die LED hatte sich aufgrund des Betriebsstromes erwärmt und zwar um nur rund 24°C (Wärmewiderstand von LED und WP eingerechnet).
Danach etwa 50 Minuten Pause, damit sich die LED wieder abkühlen konnte.
Test 2:
Spannung am Netzteil von 0 solange erhöht, bis sich 1 A einstellte. Stoppuhr gestartet. und jetzt ging es sehr schnell, nach 30 Sekunden schon 1,1A aua, wie lange macht das die LED mit, nach 2 Minuten 1,25A hier hab ich den Test abgebrochen obwohl die Temperatur bei gerade mal 40°C am Kühlkörper war und sich noch lange nicht auf einen stabilen Wert eingependelt hatte. Spannung des Netzteils während dem Test: 3,84V
Umgebungstemperatur für alle Tests war 20°C.
Man kann sehr deutlich erkennen, dass die Aussage einfach falsch ist, dass wenn die Spannung passt auch der Strom passt, dies gilt höchstens für den bereits eingeschwungenen Zustand. Aber wie jeder weiß ist die Temperatur der LEDs nicht konstant. Auch die Netzteile schwanken stark. So Schaltnetzteilwandwarzen haben schnell mal 200mV Rippel und mehr. Auch die LED-Daten schwanken durch die Herstellung.
Schon ein Vorwiderstand ist alles andere als ideal.
Die Werte sind sicher für alle High Power LEDs ähnlich. Für 5mm LEDs gilt das ganze zwar auch aber Aufgrund des geringen Stromes mit denen diese normalerweise betrieben werden erwärmen sich diese nicht so stark, weshalb die Drift nicht so ausgeprägt ausfallen sollte.
Jeder ist herzlich eingeladen den Test selbst durchzuführen um selbst zu sehen, dass das kein Quark ist.
Es gibt einige Fotos von dem Test, die ich gerne jedem schicke, der sie haben will.
Aufgrund der Größenbeschränkung hier im Forum macht es keinen Sinn diese hier reinzustellen, da man darauf die Anzeigen nicht gut bzw. gar nicht erkennen kann.
Grüße
Christian
Beim blauen C gibt es eine Linse (in einem Chromgehäuse), die hat 16mm Durchmesser und einen sehr engen Öffnungswinkel. Sie paßt auf die P4.Cyberhofi hat geschrieben:Noch ein andres Problem: Du bekommstbei 16mm Durchmesser keine gescheite Optik, die ganzen linsen haben rund 20mm durchmesser, und nur ein Reflektor ist auch nicht das wahre...
Wie gut die ist, kann ich aber nicht sagen. Kurzen Tests zufolge eher durchschnittlich.
Das ist nur eine Sammellinse, dürfte wirklich nicht der renner sein.Romiman hat geschrieben: Beim blauen C gibt es eine Linse (in einem Chromgehäuse), die hat 16mm Durchmesser und einen sehr engen Öffnungswinkel. Sie paßt auf die P4.
[/img]
Ausserdem ist die auch nicht selbst gemacht
Hmm.. Man müsste eine konkavkonvexe Linse um die P4 rum haben. Und zwar so dermaßen stark gekrümmt, dass sie gar nicht erhältlich sein dürfte! Denn die P4 verteilt ja das gesamte zur Verfügung stehende Licht auf mehr als 180 Grad!
Leider ist sie auch nicht kompatibel zu den K2 Optiken, das Licht wird weniger gebündeltSynthy82 hat geschrieben:Hmm.. Man müsste eine konkavkonvexe Linse um die P4 rum haben. Und zwar so dermaßen stark gekrümmt, dass sie gar nicht erhältlich sein dürfte! Denn die P4 verteilt ja das gesamte zur Verfügung stehende Licht auf mehr als 180 Grad!
(nur 10° bei einer 3° Optik) und es geht zu viel verloren.
Was ist eigentlich aus unserem joerg.b geworden ?
Der hat sich ja garnicht mehr zu dem Thema gemeldet
Das hätte ich nicht gedacht. Ich war das Wochenende auf Achse und habe in der Zeit etliche Kommentare, und noch mehr neue Fragen erhalten. Danke für die Infos für mich als "Newbie", ich beginne einfach mal die Beiträge von hinten aufzuarbeiten.
@jm2_de, @Synthy82
Der Öffnungswinkel bei welcher die Intensität auf die Hälfte abfällt liegt bei der Seoul W42180 bei 132°. Ich denke auch, dass nur eine Linse nicht effektiv ist, da diese nur einen Ausschnitt aus dem gesamten Lichtkegel bündelt. Hiermit erscheint mir ein Reflektor oder eine Linsen-Reflektorkombination die beste Lösung zu sein. Wer Vorschläge für einen Reflektor oder eine Linsen-Reflektorkombination mit nur 14-15 mm Durchmesser hat, nur her damit. Mechanisch anpassen kann ich das Ding dann unter Umständen selber.
@Romiman
Beim blauen C kann ich die Linse mit der Schnellsuche nicht finden, könntest Du mir vielleicht die Bestellnr. nennen.
@Fasti
Danke für die realen Messdaten. Ohne praktische Erfahrung mit dem Temperaturkoeffizienten von LED's habe ich mal in verschiedenen Datenblättern gestöbert. Hier findet man ein Abfallen der Flußspannung um ca. 3 mV pro Grad. Falls die LED Halbleitertemperatur im Bereich 0 - 100°C schwankt bedeutet dies eine Änderung der Flußspannung um 300 mV. Im Datenblatt ändert sich der Strom dann um mehr als 50%!!! Hiermit dürfte klar sein, daß ein Betrieb mit Konstantspannung ohne Vorwiderstand nicht in Frage kommt.
@Cyberhofi
Wie ganz oben angeführt erschein mir ein Reflektor sinnvoll, um den weiten Öffnungskegel optimal zu nutzen. Nur zur Info: Linsen, die rechnerisch extrem dick würden werden in der Praxis oft als Fresnellinsen realisiert.
http://de.wikipedia.org/wiki/Fresnel-Linse
@jm2_de
Das Bild auf Seite 1 zeigt eine “normale“ Spannungsregelung ohne irgendwelche Tricks. Diese kann nicht verwendet werden (Begründung s.o.), um eine LED direkt anzuschließen.
Um eine LED zu treiben hat der Hersteller die Schaltung auf Seite 14 entworfen. Diese regelt den Strom (wenn ich auch noch immer nicht weiß wie).
@Luckylu1, @jm2_de
Eure Kommentare oder Fragen haben mir wirklich schon etwas weiter geholfen.
Der IC arbeitet bei hohen Leistungen mit fester Frequenz. Die Regelung der Spannung erfolgt normalerweise über die Veränderung der Pulsweite, mit welcher die MosFet’s angesteuert werden.
Anstatt bei kleiner geforderter Leistung nun mit der hoher Taktfrequenz und kleiner Pulsweite zu arbeiten besteht die Möglichkeit, wenn der Strom unter einen gewählten Wert fällt den Burstmode zu verwenden (Um dies zu realisieren misst der IC den Ausgangsstrom und stellt den Burstpin zur Verfügung). Bei entsprechender Beschaltung lässt der IC bei geringer Last dann einfach Zyklen mit der hohen Taktfrequenz aus. Dies senkt den Eigenverbrauch des IC’s und erhöht den Wirkungsgrad. Und so (so vermute ich) muß auch die Stromregelung arbeiten.
Gruß an alle, Jörg
@jm2_de, @Synthy82
Der Öffnungswinkel bei welcher die Intensität auf die Hälfte abfällt liegt bei der Seoul W42180 bei 132°. Ich denke auch, dass nur eine Linse nicht effektiv ist, da diese nur einen Ausschnitt aus dem gesamten Lichtkegel bündelt. Hiermit erscheint mir ein Reflektor oder eine Linsen-Reflektorkombination die beste Lösung zu sein. Wer Vorschläge für einen Reflektor oder eine Linsen-Reflektorkombination mit nur 14-15 mm Durchmesser hat, nur her damit. Mechanisch anpassen kann ich das Ding dann unter Umständen selber.
@Romiman
Beim blauen C kann ich die Linse mit der Schnellsuche nicht finden, könntest Du mir vielleicht die Bestellnr. nennen.
@Fasti
Danke für die realen Messdaten. Ohne praktische Erfahrung mit dem Temperaturkoeffizienten von LED's habe ich mal in verschiedenen Datenblättern gestöbert. Hier findet man ein Abfallen der Flußspannung um ca. 3 mV pro Grad. Falls die LED Halbleitertemperatur im Bereich 0 - 100°C schwankt bedeutet dies eine Änderung der Flußspannung um 300 mV. Im Datenblatt ändert sich der Strom dann um mehr als 50%!!! Hiermit dürfte klar sein, daß ein Betrieb mit Konstantspannung ohne Vorwiderstand nicht in Frage kommt.
@Cyberhofi
Wie ganz oben angeführt erschein mir ein Reflektor sinnvoll, um den weiten Öffnungskegel optimal zu nutzen. Nur zur Info: Linsen, die rechnerisch extrem dick würden werden in der Praxis oft als Fresnellinsen realisiert.
http://de.wikipedia.org/wiki/Fresnel-Linse
@jm2_de
Das Bild auf Seite 1 zeigt eine “normale“ Spannungsregelung ohne irgendwelche Tricks. Diese kann nicht verwendet werden (Begründung s.o.), um eine LED direkt anzuschließen.
Um eine LED zu treiben hat der Hersteller die Schaltung auf Seite 14 entworfen. Diese regelt den Strom (wenn ich auch noch immer nicht weiß wie).
@Luckylu1, @jm2_de
Eure Kommentare oder Fragen haben mir wirklich schon etwas weiter geholfen.
Der IC arbeitet bei hohen Leistungen mit fester Frequenz. Die Regelung der Spannung erfolgt normalerweise über die Veränderung der Pulsweite, mit welcher die MosFet’s angesteuert werden.
Anstatt bei kleiner geforderter Leistung nun mit der hoher Taktfrequenz und kleiner Pulsweite zu arbeiten besteht die Möglichkeit, wenn der Strom unter einen gewählten Wert fällt den Burstmode zu verwenden (Um dies zu realisieren misst der IC den Ausgangsstrom und stellt den Burstpin zur Verfügung). Bei entsprechender Beschaltung lässt der IC bei geringer Last dann einfach Zyklen mit der hohen Taktfrequenz aus. Dies senkt den Eigenverbrauch des IC’s und erhöht den Wirkungsgrad. Und so (so vermute ich) muß auch die Stromregelung arbeiten.
Gruß an alle, Jörg
Die meisten Linsen für LEDs sind ja sowieso Fresnel Linsen...
Aber 16mm sind doch arg wenig um was gescheites zusammenzubauen, käufliche (und effektive) Linsen sind zu groß und selber was (effektives) bauen is reichlich schwer bei der größe, nur einfach drehen is da ja auch nicht...
Aber 16mm sind doch arg wenig um was gescheites zusammenzubauen, käufliche (und effektive) Linsen sind zu groß und selber was (effektives) bauen is reichlich schwer bei der größe, nur einfach drehen is da ja auch nicht...
genauso hatte ich das gemeint, ob das wirklich praktikabel ist, muss man durch versuch ermitteln, allerdings,
ist eine schaltung dieser art nur schwer zu dimensionieren, weswegen sie mir nicht wirklich gefällt, andererseits,
ist der hohe wirkungsgrad nicht zu verachten.
vor etwa 20 jahren, habe ich mal einen schaltregler gebaut, ein versuch in jüngster zeit, mit n-fets, liess die
fets reihenweise platzen Lol, mit solchen transistoren, wie dem fmmt617, sollte aber eine sinnvolle auslegung möglich sein, ev. starte ich das projekt noch einmal.
zu der rein spannungsgeregelten schaltung ist zu sagen, bei 3mV-4mV drift pro grad, machen solche anwendungen nur unter bestimmten bedingungen sinn, sind aber nicht vollständig zu verwerfen, da ein höherer gesamtwirkungsgrad sonst kaum zu erzielen ist. interessant wäre in diesem zusammenhang auch die verwendung eines weichen schaltnetzteils oder allgemein, wandlers.
ist eine schaltung dieser art nur schwer zu dimensionieren, weswegen sie mir nicht wirklich gefällt, andererseits,
ist der hohe wirkungsgrad nicht zu verachten.
vor etwa 20 jahren, habe ich mal einen schaltregler gebaut, ein versuch in jüngster zeit, mit n-fets, liess die
fets reihenweise platzen Lol, mit solchen transistoren, wie dem fmmt617, sollte aber eine sinnvolle auslegung möglich sein, ev. starte ich das projekt noch einmal.
zu der rein spannungsgeregelten schaltung ist zu sagen, bei 3mV-4mV drift pro grad, machen solche anwendungen nur unter bestimmten bedingungen sinn, sind aber nicht vollständig zu verwerfen, da ein höherer gesamtwirkungsgrad sonst kaum zu erzielen ist. interessant wäre in diesem zusammenhang auch die verwendung eines weichen schaltnetzteils oder allgemein, wandlers.
Hab da heute (bzw ist ja schon gestern) eine Messung zu dem Thema gemacht.luckylu1 hat geschrieben: zu der rein spannungsgeregelten schaltung ist zu sagen, bei 3mV-4mV drift pro grad, machen solche anwendungen nur unter bestimmten bedingungen sinn, sind aber nicht vollständig zu verwerfen, da ein höherer gesamtwirkungsgrad sonst kaum zu erzielen ist. interessant wäre in diesem zusammenhang auch die verwendung eines weichen schaltnetzteils oder allgemein, wandlers.
Nur über Spannung regeln geht schon, nur im oberen Grenzbereich wird es ein wenig schwierig.
Wenn das Problem genau bekannt ist dürfte man das ja mit einrechnen und ausgleichen können.
Hätte die Lampe nur 700mA wäre das alles kein Problem, in dem Bereich geht es noch recht sicher.
Nur mit 1000mA betriebt man eine P4 sowieso schon nahe am tödlichen Bereich.
Die Frage ist, ob 1000mA zwingend nötig sind, reichen denn 700mA oder 800mA nicht schon aus ?
(die Spürbare erhöhung von 700mA auf 1000mA ist steht in keinem Verhältnis zum höheren Stromverbrauch,
bzw dem Nutzen, hab das selbe ja bei meiner Fahrradlampe)
da bei mir keine P4 über 500mA (600mA als absoluter grenzwert) betrieben wird, ist eine reine spannungsregelung auch kein problem. voraussetzung ist allerdings in diesem fall eine sehr gute kühlung, bei 350mA entspricht das etwa 1,15W und 120 lumen, bei 1000mA und 3,8V , sind das bereits 3,8W und 240 lm. das wirkungsgradverhältnis liegt bei 100 lm/W zu 63 lm/W, temperaturänderungen sind dabei noch nicht einmal eingerechnet! ohne jetzt zu genau sein zu wollen, setzen wir mal eine umgebungstemperatur von 30°C an und vermuten wir ideale kühlung, dann ergibt sich
für 1,15W eine sperrschichttemperatur von 38,6°C, die P4 wird mit etwas über 100lm/W leuchten ~120 lm
für 3,80W ergibt sich eine sperrschichttemperatur von 62,68°C, dieser wert müsste jetzt laut datenblatt mit etwa 0,95 multipliziert werden, damit ergibt sich 59,85 lm/W, 227,43 lumen . jetzt nehmen wir mal einen strangkühlkörper mit einem
übergangswiderstand von real 1 K/W (das ist schon recht reichlich), die mit 1,15W betriebene led liegt mit 39,75°C
immer noch bei 100% der lichtausbeute, von 120 lm ! für die mit 3,8W betriebene P4 ergibt sich jetzt schon wieder ein weiterer helligkeitsverlust von ca.2%, 220 lm. als letztes noch eine recht einfache kühlung mit einem 8cm x 8cm grossem 2mm starkem al blech. der thermische widerstand liegt etwa bei 10 K/W. für 1,15W ergibt sich eine temperatur von 48,6°C und ein helligkeitsfaktor von etwa 0,98 also 117,6 lumen. die mit 3,8W betriebene P4 erreicht dabei schon eine sperrschichttemperatur von 92,68°C (das führt schon zu einer merklichen lebensdauerverkürzung) die helligkeit liegt jetzt bei 208,8 lm und entspricht damit etwa 55 lm/W !
betrachtet man nun die temperaturerhöhung bei reiner spannungsregelung, ergibt sich für die mit 1,15W betriebene P4 eine verringerung der flussspannung (bezogen auf nennbetriebsspannung) von etwa 8,6 x 4mV =34,4 mV, in diesem bereich der kennlinie ergibt sich für die steilheit ein wert von etwa 200mA/0,5V daraus lässt sich leicht eine stromerhöhung von etwa 14mA ableiten, durch überschlag erhält man im genannten bereich
3,3V x 0,014mA = 46,2mW , ich denke hier müssen wir nicht wirklich weiterrechnen, diese geringe leistung und somit temperaturerhöhung, kann selbst über längere zeit keinen schaden anrichten, die ausreichende kühlung, würde ein thermisches "durchgehen" verhindern.
betrachten wir nun die 2. variante. die temperaturüberhöhung bezogen auf die 40°C ergibt 52,68 K, 52,68 x 4mV
= 210,72 mV, die steilheit beträgt im relevanten bereich etwa 200mA/300mV, hier müssen wir nun etwas genauer sein! von der nominalen betriebsspannung von 3,8V müssen wir nun 211 mV abziehen, das ergibt eine leistung von
3,589W, dazu müssen wir nun den wert der leistung addieren, der sich durch die stromerhöhung ergibt. die stromerhöhung ermitteln wir aus der steilheit zu etwa 141mA, diesen wert multipliezieren wir mit der feststehenden spannung von 3,8V oder einfacher, 3,8V x 1,141A = 4,336W, das sieht schon ohne weitere rechnung recht bedrohlich für unsere led aus! aber nun, wollen wir es etwas genauer wissen, da wir noch weitere rechnungen machen wollen, vereinfachen wir hier, durch die addition aller thermischen widerstände! das sind im einzelnen 8,5K/W (innerer th.widerstand der P4) + 0,1K/W (th. übergangswiderstand zwischen led gehäuse und kühlkörper) + 10K/W (th. widerstand des kühlkörpers) = 18,6K/W thermischer gesamtwiderstand. die temperaturerhöhung bestimmt sich zu 18,6K/W x 4,336W = ~80,65K, die sperrschichttemperatur erhalten wir durch addition mit der (von uns am anfang festgelegten) max. umgebungstemperatur von 30°C zu 110,65°C. der unterschied zur nominaltemperatur von 40°C beträgt 70,65K; durch multiplikation mit dem temperaturkoeffizienten, erhalten wir den neuen spannungsabfall von 70,65 x 4mV = 282,6mV, durch die steilheit, können wir jetzt widerum die stromerhöhung bestimmen. sie beträgt 188,4mA, damit ergibt sich die leistung in dieser 2. näherung zu 3,8V x 1,1884 = ~4,516W. die weiteren schritte erfolgen ohne weitere erläuterung
3.näherung temperaturerhöhung 84 K, spannungsabfall 298,6mV, stromerhöhung 199,07mA, leistung 4,556W
4.näherung temperaturerhöhung 84,75K, spannungsabfall 299mV spätestens hier wird klar, dass der endpunkt fast erreicht ist, die endleistung liegt bei ca. 4,6W ! daraus ergibt sich eine sperrschichttemperatur von ca. 115°C
was zu einer entscheidend verringerten lebensdauer führt, die leistungserhöhung führt, durch die gleichzeitige
temperaturerhöhung, zu keiner sichtbaren helligkeitssteigerung mehr.
schlussbetrachtung: die hier durchgeführten berechnungen zeigen deutlich, das ein betrieb an einer konstantspannungsquelle durchaus im bereich des sinnvoll machbaren liegt, wenn der arbeitspunkt und die kühlkörpergrösse den bedingungen entsprechend angepasst sind! das hier gezeigte gilt so allerdings nur für eine reine gleichspannung ohne rippel! für jede form von schaltreglern gilt, das die berechnungen um den relevanten teil, den rippel betreffend erweitert werden müssen! pauschal kann eingeschätzt werden, das bei rippel unter
100mV und gleichzeitiger halbierung des äusseren thermischen widerstands, max. 40°C umgebungstemperatur und festlegung der spannung bis 3,3V ein betrieb an einer geschalteten konstantspannung ohne weiteres möglich sein dürften. zur genauen festlegung des spannungswertes, empfiehlt sich eine messung bei 350mA nominalstrom und
einer umgebungstemperatur von 30°C - 35°C. weiterhin sollte der temperaturgang des konstantspannungsreglers
überprüft werden!
der vergleich hat auch gezeigt, das ein betrieb bei höheren temperaturen, zu kleinem kühlkörper und einem betrieb an der maximalgrenze der leistung, eine stetige verschlechterung des wirkungsgrades mit sich bringt.
für 1,15W eine sperrschichttemperatur von 38,6°C, die P4 wird mit etwas über 100lm/W leuchten ~120 lm
für 3,80W ergibt sich eine sperrschichttemperatur von 62,68°C, dieser wert müsste jetzt laut datenblatt mit etwa 0,95 multipliziert werden, damit ergibt sich 59,85 lm/W, 227,43 lumen . jetzt nehmen wir mal einen strangkühlkörper mit einem
übergangswiderstand von real 1 K/W (das ist schon recht reichlich), die mit 1,15W betriebene led liegt mit 39,75°C
immer noch bei 100% der lichtausbeute, von 120 lm ! für die mit 3,8W betriebene P4 ergibt sich jetzt schon wieder ein weiterer helligkeitsverlust von ca.2%, 220 lm. als letztes noch eine recht einfache kühlung mit einem 8cm x 8cm grossem 2mm starkem al blech. der thermische widerstand liegt etwa bei 10 K/W. für 1,15W ergibt sich eine temperatur von 48,6°C und ein helligkeitsfaktor von etwa 0,98 also 117,6 lumen. die mit 3,8W betriebene P4 erreicht dabei schon eine sperrschichttemperatur von 92,68°C (das führt schon zu einer merklichen lebensdauerverkürzung) die helligkeit liegt jetzt bei 208,8 lm und entspricht damit etwa 55 lm/W !
betrachtet man nun die temperaturerhöhung bei reiner spannungsregelung, ergibt sich für die mit 1,15W betriebene P4 eine verringerung der flussspannung (bezogen auf nennbetriebsspannung) von etwa 8,6 x 4mV =34,4 mV, in diesem bereich der kennlinie ergibt sich für die steilheit ein wert von etwa 200mA/0,5V daraus lässt sich leicht eine stromerhöhung von etwa 14mA ableiten, durch überschlag erhält man im genannten bereich
3,3V x 0,014mA = 46,2mW , ich denke hier müssen wir nicht wirklich weiterrechnen, diese geringe leistung und somit temperaturerhöhung, kann selbst über längere zeit keinen schaden anrichten, die ausreichende kühlung, würde ein thermisches "durchgehen" verhindern.
betrachten wir nun die 2. variante. die temperaturüberhöhung bezogen auf die 40°C ergibt 52,68 K, 52,68 x 4mV
= 210,72 mV, die steilheit beträgt im relevanten bereich etwa 200mA/300mV, hier müssen wir nun etwas genauer sein! von der nominalen betriebsspannung von 3,8V müssen wir nun 211 mV abziehen, das ergibt eine leistung von
3,589W, dazu müssen wir nun den wert der leistung addieren, der sich durch die stromerhöhung ergibt. die stromerhöhung ermitteln wir aus der steilheit zu etwa 141mA, diesen wert multipliezieren wir mit der feststehenden spannung von 3,8V oder einfacher, 3,8V x 1,141A = 4,336W, das sieht schon ohne weitere rechnung recht bedrohlich für unsere led aus! aber nun, wollen wir es etwas genauer wissen, da wir noch weitere rechnungen machen wollen, vereinfachen wir hier, durch die addition aller thermischen widerstände! das sind im einzelnen 8,5K/W (innerer th.widerstand der P4) + 0,1K/W (th. übergangswiderstand zwischen led gehäuse und kühlkörper) + 10K/W (th. widerstand des kühlkörpers) = 18,6K/W thermischer gesamtwiderstand. die temperaturerhöhung bestimmt sich zu 18,6K/W x 4,336W = ~80,65K, die sperrschichttemperatur erhalten wir durch addition mit der (von uns am anfang festgelegten) max. umgebungstemperatur von 30°C zu 110,65°C. der unterschied zur nominaltemperatur von 40°C beträgt 70,65K; durch multiplikation mit dem temperaturkoeffizienten, erhalten wir den neuen spannungsabfall von 70,65 x 4mV = 282,6mV, durch die steilheit, können wir jetzt widerum die stromerhöhung bestimmen. sie beträgt 188,4mA, damit ergibt sich die leistung in dieser 2. näherung zu 3,8V x 1,1884 = ~4,516W. die weiteren schritte erfolgen ohne weitere erläuterung
3.näherung temperaturerhöhung 84 K, spannungsabfall 298,6mV, stromerhöhung 199,07mA, leistung 4,556W
4.näherung temperaturerhöhung 84,75K, spannungsabfall 299mV spätestens hier wird klar, dass der endpunkt fast erreicht ist, die endleistung liegt bei ca. 4,6W ! daraus ergibt sich eine sperrschichttemperatur von ca. 115°C
was zu einer entscheidend verringerten lebensdauer führt, die leistungserhöhung führt, durch die gleichzeitige
temperaturerhöhung, zu keiner sichtbaren helligkeitssteigerung mehr.
schlussbetrachtung: die hier durchgeführten berechnungen zeigen deutlich, das ein betrieb an einer konstantspannungsquelle durchaus im bereich des sinnvoll machbaren liegt, wenn der arbeitspunkt und die kühlkörpergrösse den bedingungen entsprechend angepasst sind! das hier gezeigte gilt so allerdings nur für eine reine gleichspannung ohne rippel! für jede form von schaltreglern gilt, das die berechnungen um den relevanten teil, den rippel betreffend erweitert werden müssen! pauschal kann eingeschätzt werden, das bei rippel unter
100mV und gleichzeitiger halbierung des äusseren thermischen widerstands, max. 40°C umgebungstemperatur und festlegung der spannung bis 3,3V ein betrieb an einer geschalteten konstantspannung ohne weiteres möglich sein dürften. zur genauen festlegung des spannungswertes, empfiehlt sich eine messung bei 350mA nominalstrom und
einer umgebungstemperatur von 30°C - 35°C. weiterhin sollte der temperaturgang des konstantspannungsreglers
überprüft werden!
der vergleich hat auch gezeigt, das ein betrieb bei höheren temperaturen, zu kleinem kühlkörper und einem betrieb an der maximalgrenze der leistung, eine stetige verschlechterung des wirkungsgrades mit sich bringt.
Okay, nach dieser langen nachvollziehbaren Rechnung revidiere ich meine Meinung. Wenn man die LED nicht an ihrer Leistungsgrenze betreibt kann die LED mit einer Konstantspannung betrieben werden. Weiterhin könnte man auch die Versorgungsspannung der LED mit deren Temperatur absenken und so den LED Strom in etwa konstant halten.
Ein Abgleich bei der Inbetriebnahme ist dann aber unumgänglich. Schließlich schwankt die Durchlaßspannung der LED laut Datenblatt von vorne herein um bis zu 0,9V. Und so richtig gefallen tut mir so eine Schaltung (womöglich noch mit Trimmer) nicht. Abgleichpunkte können sich durch Alterung der Bauteile verschieben.
Weiterhin sollte man auch einkalkulieren, daß die Umgebungstemperatur ziemlich extrem schwanken kann. Im Handschuhfach meines Autos wird problemlos der Bereich -10°C bis +60°C durchlaufen.
Deswegen möchte ich, wenn eben möglich eine Sromregelung verwenden. So bekomme ich am ehesten konstante Bedingungen und eine abschätzbare Batterielaufzeit.
Aber die Optik ist noch ein weiterer kritischer Punkt. Ist ein kleinerer Reflektor wirklich schlechter als ein großer? Angenommen zwischen kleinen und großen Reflektor wird der gleiche Öffnungswinkel der LED nach vorne gebündelt, müßte dann nicht der gleiche Lichtstrom nach vorne austreten?
Oder ist ein Reflektor bezüglich seiner Reflektionseigenschaften bei hoher Intensität schlechter als bei niedriger Intensität? Weiß hier einer Bescheid?
Ein Abgleich bei der Inbetriebnahme ist dann aber unumgänglich. Schließlich schwankt die Durchlaßspannung der LED laut Datenblatt von vorne herein um bis zu 0,9V. Und so richtig gefallen tut mir so eine Schaltung (womöglich noch mit Trimmer) nicht. Abgleichpunkte können sich durch Alterung der Bauteile verschieben.
Weiterhin sollte man auch einkalkulieren, daß die Umgebungstemperatur ziemlich extrem schwanken kann. Im Handschuhfach meines Autos wird problemlos der Bereich -10°C bis +60°C durchlaufen.
Deswegen möchte ich, wenn eben möglich eine Sromregelung verwenden. So bekomme ich am ehesten konstante Bedingungen und eine abschätzbare Batterielaufzeit.
Aber die Optik ist noch ein weiterer kritischer Punkt. Ist ein kleinerer Reflektor wirklich schlechter als ein großer? Angenommen zwischen kleinen und großen Reflektor wird der gleiche Öffnungswinkel der LED nach vorne gebündelt, müßte dann nicht der gleiche Lichtstrom nach vorne austreten?
Oder ist ein Reflektor bezüglich seiner Reflektionseigenschaften bei hoher Intensität schlechter als bei niedriger Intensität? Weiß hier einer Bescheid?