HowToBau: Stromquelle für Power-LEDs

[Mirfaelltkeinerein]

Hallo allerseits,

ich möchte euch in diesem Tutorial zeigen, wie man eine Stromquelle für eine LED bauen kann.

Oh man, denkt jetzt sicherlich der ein oder andere, wieder jemand, der ´nen Widerstand an ´ne Leuchtdiode lötet.

Na ja, sowas wird´s nicht, versprochen.

Begonnen hat meine Suche damit, dass ich eine Mikroskopbeleuchtung umbauen will/muss und dafür Luxeon K2 einsetzen möchte. zur Verfügung habe ich eine Spannungsversorgung mit ca. 14V. Das eigentliche Problem ist jetzt, dass ich zwar mehrere LEDs einsetzen will (Beleuchtung aus verschiedenen Richtungen), die aber alle einzeln schaltbar oder besser noch regelbar sein sollen. Bei einem Strom von bis zu 1,5A und einer um ca. 10V zu hohen Spannung schied ein Vorwiederstand sofort aus. Ich brauchte also eine bessere Lösung und habe mich auf die Suche gemacht. Dieses Tutorial zeigt, dass ich etwas gefunden habe.
Und zwar habe ich von Linear Technology den IC LT1510 entdeckt. Das ist ein Akku-Lade-IC, mit dem man recht einfach Ladegeräte für die verschiedensten Akkutypen bauen kann.
Akku-Lade-IC?
Was soll ich mit einem IC für Ladegeräte anfangen? Ich will eine LED leuchten lassen!
Dem ein oder anderen dämmert vielleicht schon was. Einige Akku müssen nämlich mit einem konstanten Strom geladen werden und genau das kann der IC liefern, einen konstanten Strom. (Der kann auch noch andere Sachen, aber das ist hier nicht wichtig.) Und das tolle an dem Teil ist, dass die Leistung bei einer zu hohen Versorgungsspannung nicht einfach in Wärme verbraten wird, sondern dass man mit dem IC einen Schaltwandler baut, einen sogenannten Buck-converter, der einen recht hohen Wirkungsgrad hat.
Und wenn man den richtig beschaltet, kann man den Strom zwischen fast Null und 1500mA (mehr kann der nicht) mit einem Poti einstellen.

So, was braucht man dazu?

1x LT1510CS, wenn der ein SMD-Gehäuse (16-Pin SO-Gehäuse) hat, so wie meiner, noch
1x Trägerplatine 16-Pin-SO-Gehäuse -> 16-Pin-DIL (oder man fädelt Drähtchen)
1x IC-Sockel, 16-polig
1x SMD-IC-Kühlkörper
1x 1N5819 (1,5A-Schottkydiode)
1x 1N5822 (3A-Schottkydiode)
1x 1N4148 (Silizium-Schaltdiode)
1x Spule 47µH, min. 1,7A (!!!!!, besser noch höhere Strombelastbarkeit)
1x Elko 10µF (Low-ESR, d.h. niedriger Innenwiderstand)
1x Elko 22µF (Low-ESR)
1x Kondensator 1µF (Folie)
1x Kondensator 0,22µF (Folie)
1x Kondensator 0,1µF (Folie)
1x 300 Ohm
1x 1 kOhm
1x 3,3 kOhm (das ist der R-Prog,min)
1x Poti 500 kOhm
1x Punktrasterplatine

Draht
Litze
Schrumpfschlauch
Lötzinn
Wärmeleitkleber (um den Kühlkörper zu befestigen)


Hier ist der Schaltplan:

(der ist gedreht, damit er etwas größer werden kann)
(Edit 2007-01-12: Der 10µF-Kondensator hat das falsche Symbol, das ist natürlich ein Elko, wie in der Stückliste angegeben)


In der kleinen Tabelle habe ich noch ein paar Werte für R-Prog,min für den maximalen LED-Strom ausgerechnet. Für die Formel müsst ihr mal ins Datenblatt des LT1510 und die Application Note Nr. 68 von Linear Technologies sehen:

Datenblatt: http://www.linear.com/pc/downloadDocume ... 1032,D1463
Application Note: http://www.linear.com/pc/downloadDocume ... avId=D4157

Da steht auch drin, wie man ausrechnet, welche Spule man braucht.


In diesem Bild sind die einzelnen Komponenten zurechtgelegt:

Als erstes habe ich den IC auf die Trägerplatine gelötet und zur Seite gelegt:

Dann habe ich mit der Bestückung der Platine angefangen. Zuerst mit dem IC-Sockel, dann die restlichen Bauteile drum herum:

Auf der Rückseite habe ich dabei auch gleich die nötigen Verbindungen hergestellt:

Nächste Ausbaustufe...

... von der Rückseite ...

... fast fertig ...

... und auch noch mal von hinten ...

... noch den IC reinstecken ...

... und den Kühlkörper draufkleben:

So, das wäre es schon fast. Jetzt muss man das Teil natürlich testen. Also an den LED-Ausgang ein Strommessgerät in der 10A-Stellung und eine entsprechend kräftige Dummy-LED. Ich habe mir eine aus einem BD441-Transistor und einer grünen LED gebaut:

Schaltpläne zu sowas findet ihr hier:
http://www.led-treiber.de/index.html

Übrigens findet man Datenblätter (auch zum BD441 mit Pinbelegung) hier: http://www.alldatasheet.com/


Zurück zur Stromquelle. Wenn der Test mit der Dummy-LED funktioniert hat, kann man jetzt eine wertvolle Power-LED anschließen, in meinem Fall eine Luxeon K2 (die, mit der ich auch schon den Vergleichstest mit der Cree-LED gemacht habe: http://www.lumitronixforum.de/viewtopic.php?t=1321.

So sieht das dann bei 60mA aus:

... und bei gut 1,5A:

Der kleine Kühlkörper wird bei 1,5A LED-Strom recht heiß und die Spule relativ warm, man kann aber beides immer noch mindestens einige Sekunden anfassen, die Spule eigentlich dauerhaft. Bei 1A kann man beides dauerhaft anfassen.

So, ich hoffe, der ein oder andere ringt sich dazu durch, die Schaltung mal nachzubauen.
Über Kommentare würde ich mich natürlich sehr freuen...

[Andy]

Na, wenn das dann auch auf Dauer funktioniert, wäre das doch mal ne echte Alternative zum Leistungswiderstand.

[Neo]

sehr gut erst Mal 150 credits für dich

aber ich habe noch mal ein paar fragen zu Schaltung

also der erste Kondensator 10µF ist doch nur zu Verhinderung von einer eigenschwingung kann also auch beliebig größer sein

die Diode am eingang ist doch auch nicht wirklich notwendig oder ?

[Andy]

Das ist eine Zenerdiode, die nur eine gewisse Spannung durchlässt...falls es zu hohe Schwankungen geben würde...so sehe ich die Diode zumindest.

[alexStyles]

Oh
Ein wunderbares How² !!!
Wird mir vielleicht auch echt noch was nützen

MfG Alex

[Sailor]

Danke für den Beitrag, gleich auch eine Antwort auf eine Dimmerschaltung für Power-LED´s.

Schön aufbereitet und beschrieben!

Eine Frage bleibt mir noch (Dollars in den Augen*): Was kosten die Teile etwa?

* so langsam muss ich meine Finanzministerin um Nachschlag bitten, der Monat ist doch erst halb um

[Fasti]

Hi!

Nein, die Diode ist eine Schottky und keine Zener, sie wäre ausserdem falsch beschaltet, weil erstens in Serie und zweitens in Durchlassrichtung. Die Zener würde die Spannung nur begrenzen wenn sie gegen die Durchlassrichtung und parallalgeschaltet ist. Dann bräuchte sie aber noch einen Serienwiderstand, weil sie sonst bei zu hoher Eingangsspannung abrauchen würde.
Die Schottky hier dient als Verpolungsschutz, damit man den Chip nich himmelt und einem der Kondensator nicht um die Ohren fliegt.

ciao

Fasti

[jm2_de]

Wie hoch sind denn die Gesamtkosten ?
Wenn man das komplett aus SMD Teilen baut und frei verlötet und vergiesst,
wäre es vieleicht sogar Taschenlampentauglich

[Mirfaelltkeinerein]

Guten morgen erstmal

Der 10µF-Kondensator am Eingang ist als Puffer da, um die Rückwirkung der Schaltvorgänge auf die Spannungsversorgung zu mindern. Da kann man auch größere Elkos einsetzen, aber da muss man sich dann auch Gedanken machen, wie hoch der Ladestrom ist, wenn man die Spannung anklemmt. Der Ladestrom geht ja auch durch die Schottky-Diode am Eingang, die hier, richtig, als Verpolungsschutz dient. In einem Ladegerät würde sie außerdem noch verhindern, dass bei Ladeschluss der Akku wieder rückwärts über das Netzgerät entladen wird.

Die Gesamtkosten kann ich gar nicht genau angeben. Aber der IC kostet bei RS-Components 6,80€ (Best.-Nr.: 545-6830), das Poti 1,95€ (Best.-Nr.: 240-2313), 10er-Pack Spulen 11,70€ (die eingesetzte geht bis 2,5A, Best.-Nr.: 432-4394), 5er-Pack 1N5819 1,00€ (Best.-Nr.: 544-4994), 10er-Pack 1N5822 3,03€ (Best.-Nr.: 447-1333), Kühlkörper z.B. Kühlkörper ICK 14/16 B 0,33€ (Best.-Nr.: 189-9003), jeweils plus Märchensteuer, ansonsten Bastelkiste. Insgesamt müsste man mit weniger als 15€ pro Stück hinkommen (wenn man 10 Stück baut, die reinste Massenproduktion ) und RS ist nicht gerade der günstigste Laden.
(Wenn die Angaben hier zu genau sind, kann ich sie auch wieder rauslöschen, oder ein Moderator löscht das was nicht gefällt aber ich glaube nicht, dass bei den Teilen eine Konkurrenz zu Lumitronix besteht)
Bürklin hat nur die achtpolige Variant, die vieleicht auch geht. Ich bin mir aber beim Maximalstrom nicht sicher, nochmal in's Datenblatt gucken...

Bei den Elkos sollte man wirklich darauf achten, welche mit niedrigem Innenwiderstand zu nehmen (Low-ESR). Wenn das nicht angegeben wird, kann man sich etwas an der Größe orientieren: meistens (leider nicht immer) haben Elkos mit größerem Gehäuse bei GLEICHER Kapazität einen niedrigeren Innenwiderstand. Da ich das bei meinen auch nicht wusste, habe ich die größten rausgesucht, die ich hatte.

[Mirfaelltkeinerein]

Ach so, das ganze frei fliegend aufzubauen halte ich schon für anspruchsvoll. Aber dabei kann man sicherlich noch eine Menge Platz sparen. Wichtig ist aber, dass nach dem Vergießen der Kühlkörper noch frei ist. Außerdem geschieht ein wesentlicher Anteil der Wärmeabfuhr auch noch über die äußeren Beinchen, an denen sollte also auch genug Metall dran sein.

[Mirfaelltkeinerein]

Mir ist übrigens noch ein kleiner Fehler im Schaltplan aufgefallen:
Der 10µF-Kondensator hat das falsche Symbol, das ist natürlich ein Elko, wie in der Stückliste angegeben. Ich hab' das auch noch mal unter den Schaltplan druntergeschrieben.

[DnM]

nettes how to haste gut gemacht. die schaltung ist interessatn die idee muss manerstmal haben. ichdenke ichwerde die aufjeden fall nachbauen spätesten wenn ich mir meine zimmerbeleuchtung umbaue

[_nabla]

wie weit kann denn die Spannung variieren?

Denn normale Steckernetzteile haben ja max. 12V oder weniger....

[Mirfaelltkeinerein]

12V sind kein Problem. Bei ca. 10V Versorgungsspannung braucht die Schaltung dann ca. 1A Eingangsstrom (mehr kann das Netzgerät gerade nicht), mit dem Wirkungsgrad ist es wohl bei meinem Aufbau nicht so weit her. Besser als ein Widerstand ist es aber in jedem Fall. Und auch noch dimmbar. Bei besserem Aufbau mit besseren Komponenten kommt man vieleicht sogar an die 85% Effizienz dran, die im Datenblatt für 1,5A Ausgangsstrom versprochen werden. Bei Ausgangsströmen zwischen 0,5A und 0,9A Soll die Effizienz bei 90% liegen (jeweils für eine Eingangsspannung von 15V und eine Ausgangsspannung von 8,4V (entspr. 7 Akkuzellen)).

[Mauz]

Sehe ich das jetzt falsch oder ist das eine regelbare KSQ für bis 1,5A ??
Wenn ja, wie hoch ist denn der Spannungsdrop?

[Mirfaelltkeinerein]

Hmmm, den minimalen Drop kann ich gar nicht sagen. Das schöne ist aber an so einem Schaltwandler, dass die Spannung, die zuviel ist, bei gewünschtem Strom nicht einfach in Wärme verbraten wird.
Bei 6V Versorgungsspannung (dafür habe ich ein Netzgerät, was höhere Ströme kann) tut sich noch gar nichts. Ich muss mir mal ein anderes Netzgerät besorgen, dann kann ich Dir die Frage vieleicht beantworten.

[Sh@rk]

Jop also ich finde das auch ein sehr schönes How² auch schön sauber gearbeitet, mach weiter so, finde ich klasse.

Mit Freundlichen Grüßen Sh@rk

[Mirfaelltkeinerein]

So, ich hab's mal ausprobiert. So ca. 8V braucht man mindestens, damit die 1,54 Ampere erreicht werden (bei niedrigeren Strömen geringfügig weniger). Die Stromaufnahme liegt bei 1,2A. Damit ist der Wirkungsgrad bei 8V Versorgungsspannung 70,6% (meine K2 braucht für 1,5A 4,4V).
Bei 12V Versorgungsspannung und 1,54A Ausgangsstrom ist die Stromaufnahme 0,75A. Der Wirkungsgrad ist dann 75,3%.

[Mirfaelltkeinerein]

Ich habe übrigens gerade mal wieder in das Datenblatt von dem IC geguckt. Der braucht mindestens 8V Versorgungsspannung. Vieleicht kann man ab da aber die Effizienz erhöhen, indem man z.B. zwei K2 in Reihe schaltet. Müsste ich mal ausprobieren...

[maos]

*Beitragausgrab* Bin grad beim Stöbern über diesen Beitrag gestolpert.

Erst mal noch ein dickes Dankeschön an Mirfaelltkeinerein, 5* von mir.

Hab mal noch drei Fragen zu der Schaltung.
1. Sehe ich das richtig dass man bei 30V Versorgungsspannung ca. 6 HP LED in Reihe versorgen könnte?
2. Wäre diese Schaltung auch was fürs Auto? (starke Spannungsschwankungen)
3. Was müßte an der Schaltung geändert werden, wenn man statt dem 500k Poti einen 470k nimmt? (Der ist nämlich leichter zu besorgen und den gibt es auch mit Schalter.)

Ich hab den Schaltplan mal noch kurz aufgearbeitet

regelbare KSQ

RKSQ.png (5.93 KiB) 38340 mal betrachtet

@Mirfaelltkeinerein: so richtig?

Wenn sich noch jemanden für das Datenblatt des LT1510 interessiert, hier der LINK:
http://docs-europe.electrocomponents.co ... 025999.pdf

Ach ja und noch was, woher könnte man denn diese Trägerplatine bekommen? Hab beim blauen R geschaut und beim orangenen E, aber leider Erfolglos.

[Mirfaelltkeinerein]

ad 1.) Müsste gehen. Der IC kann mit bis zu 30V versorgt werden, wobei ich mir jetzt auf die Schnelle nicht ganz sicher bin, was mit dem Boost-Pin eigentlich passiert. Müsste man noch abklären, oder sich herantasten.

ad 2.) Ich wüsste nicht, was dagegen spricht, außer, dass man den IC bei 1,5A kühlen muss (siehe Kühlkörper oben drauf, der ist notwendig). Bei z.B. 700mA (für Cree XLamps) bleibt der aber ziemlich kalt. Vielleicht sollte man noch einen Eingangsfilter vorsehen, um zu hohe Spannungsspitzen abzublocken (LC-Tiefpass oder Suppressordioden).

ad 3.) Nix. Das Poti bestimmt, wie weit man die LEDs dimmen kann und die fehlenden 30kOhm machen nichts mehr aus. Gerade im dunklen Bereich ist das Poti ziemlich unempfindlich und im hellen Bereich bringt ein Poti mit geringerem Wert ein bisschen mehr Feinfühligkeit. Ist also eher etwas besser, als ein 500kOhm-Poti (diese 'runden' Werte sind bei Potis aber auch recht üblich).

Der Schaltplan müsste so stimmen (sieht schön aus, zeigt aber naturgemäß nicht, dass es mehrere Vcc und GND-Anschlüsse gibt, die alle beschaltet werden müssen; für's nachbauen ist so eine IC-Pin-Darstellung einfacher ). Halt nur auf ausreichende Spannungsfestigkeit der Kondensatoren achten. Nur für C4 würde ich schon einen Elko nehmen, denn 22µF als Folienkondensator...

Die kleine Adapterplatine habe ich mal irgendwo abgestaubt. Die könnte es bei RS Components geben, bin mir aber nicht sicher.
Notfalls selber machen oder eine SMD-Experimentierplatine mit 1,27mm Kontaktpitch kaufen und da drauf löten.

[maos]

Danke für die Antwort, hilft mir weiter!!
In dem Programm war eine andere Darstellung des ICs leider nicht möglich. Aber ja, das IC hat natürlich noch mehr Pins, wenn ich mich recht entsinne, dann gibt es das sogar in zwei verschiedenen Gehäusen..

Noch ein Hinweis zur Kühlung, die Pins an den "Ecken" bzw. die GND-Pins führen Wärme ab, d.h. sollten unbedingt alle mit verlötet werden, am besten auf eine etwas breitere Leiterbahn... s. Datenblatt o.

[Mirfaelltkeinerein]

Ja, die äußeren Pins dienen der Wärmeabfuhr. Außerdem würde ich den IC im größeren Gehäuse empfehlen, weil der höhere Ströme verträgt. Im kleineren Gehäuse darf der Strom nur ...ähm... ich glaube zwei Drittel oder sogar nur die Hälfte dessen betragen, was mit dem größeren möglich ist.
Weil ich mit diesem Adapterplatinchen etwas eingeschränkt war, was die Kupferflächen angeht, habe ich halt einen Kühlkörper oben drauf geklebt.

[cyverboy2]

Hi,

eine Frage, funktioniert die Schaltung auch bei 6V Eingang und 3,3V/350mA Ausgang? Mehr als 6 V kann ich leider nicht zur Verfügung stellen!

[Mirfaelltkeinerein]

Laut Datenblatt beträgt die minimale Eingangsspannung typischerweise 7V. Wenn man Glück hat, reichen bis zu 6,2V, wenn man Pech hat, braucht man 7,8V.
Ich glaube, meine Schaltung hat auch erst ab ca. 8V angefangen zu funktionieren...