Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltungsentwicklung Power-LED


von Max C. (max_der_bastler)


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Hallo alle Miteinander,

ich hänge momentan bei der Planung einer Leistungselektronik für 
Power-LEDs und hoffe, dass ihr mir helfen könnt, meinen gedanklichen 
Knoten zu lösen ;)

Also erstmal was ich vor habe:
Lch möchte eine Tauchlampe auf LEDs umbauen.
Die Lampe hat eine 14,4V Versorgung und wurde bisher mit einer 50W HLX 
(1500lm) benutzt, welche von einem Controller per Soft-PWM (200Hz) so 
gedimmt wird, dass der Effektivwert an der Lampe immer 12V beträgt.
Jetzt möchte ich die 50W HLX durch LEDs austauschen, um die Brenndauer 
zu erhöhen bzw. bei voller Leistung der LEDs die maximale Helligkeit.
Es kommen zwei verschiedene Module in Frage, entweder dreimal dieses 
hier

http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Cree-High-Power-LEDs/Triple-Cree-XP-G-warmweiss-1060lm.html

oder einmal

http://www.led-tech.de/de/High-Power-LEDs-Cree/CREE-Module/7-x-CREE-XP-G-R2-auf-Rund-Platine-LT-1768_120_117.html

Ich habe also entweder neun LEDs oder sieben LEDs anzusteuern.
Die Frage ist nun, wie genau ich die LEDs verschalte.

Schalte ich alle LEDs parallel und kann diese dann über den bereits 
vorhandenen PWM ansteuern? Dann müsste ich doch einen Vorwiderstand für 
jede LED verwenden, der für den Betrieb an 14,4V ausgelegt ist, oder? 
(-> hohe Verluste am Widerstand) Oder kann ich auch hinter dem PWM eine 
Induktivität als Stromglättung verwenden und so kleinere bis keine 
Vorwiderstände benutzen?

Wenn ich alle LEDs in Reihe schalte, dann müsste ich einen Step-Up 
verwenden, da ich maximale Betriebsspannungen der LEDs von 32,4V (neun 
LEDs) bzw. 25,2V (sieben LEDs) habe. Am liebsten würde ich diesen 
Step-Up dann als Stromquelle verwenden, also als Feedback den Strom 
durch die LEDs (max. 1,5A) und nicht die Ausgangsspannung verwenden. 
Frage ist dann aber, wie ich den Strom erfasse. Ein Shunt erscheint mir 
unsinnig, da z.B. ein MC34063A eine Referenzspannung von 1,25V besitzt 
(1,25V*1,5A=1,875W Verlust am Shunt).

Am liebsten wäre mir die erste Variante, allerdings ohne große 
Vorwiderstände.
Was meint ihr dazu?

Danke schonmal für eure Anregungen ;)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wie wäre es damit:
Du schaltest jeweils 3 LED in Reihe, damit liegst du bei knapp über 9 V 
für die LED und musst dann nur noch einen Vorwiderstand bereitstellen, 
der die Differenz von 14,4 - 9 Volt bei dem gewünschten Strom 
vernichtet. Die Varinate mit 9 LED wäre dafür also günstiger, jeweils 3 
in Reihe und die drei Reihen dann parallel.
So geht also sehr viel weniger Leistung im Vorwiderstand verloren und du 
musst nur zusehen, wie du die 3er Module unterbringst.

: Bearbeitet durch User
von Julian B. (julinho)


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Max C. schrieb:
> Induktivität als Stromglättung verwenden und so kleinere bis keine
> Vorwiderstände benutzen?

Spendier noch eine Diode dann hast du einen DC-DC-Wandler.

Max C. schrieb:
> Ein Shunt erscheint mir
> unsinnig, da z.B. ein MC34063A eine Referenzspannung von 1,25V besitzt
> (1,25V*1,5A=1,875W Verlust am Shunt).

Es gibt LED-Treiber mit wesentlich kleineren Referenzspannungen, einfach 
mal googlen.

von Max C. (max_der_bastler)


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Julian Baugatz schrieb:
> Spendier noch eine Diode dann hast du einen DC-DC-Wandler.

Die Diode hatte ich jetzt vergessen zu erwähnen, hab sie einfach 
vorausgesetzt ;) Frage ist dann aber, ob das bei einem 200Hz PWM als 
Stromglättung reicht.

Julian Baugatz schrieb:
> Es gibt LED-Treiber mit wesentlich kleineren Referenzspannungen, einfach
> mal googlen.

Danke, guter Tip. Bin schon auf der Suche.

Matthias Sch. schrieb:
> So geht also sehr viel weniger Leistung im Vorwiderstand verloren

Den Vorwiderstand muss ich doch so berechnen, dass bei maximaler 
Spannung (Akkus voll geladen) der maximale Strom der LEDs fließt. Dann 
müsste ich bei einem 14,4V NiMh Akku mit einer maximalen Spannung von 
18V (1,5V pro Zelle Ladeschlussspannung) rechnen. Oder muss man den 
nominellen Wert des Akkus nehmen?

von Max C. (max_der_bastler)


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Julian Baugatz schrieb:
> Es gibt LED-Treiber mit wesentlich kleineren Referenzspannungen, einfach
> mal googlen.

Danke nochmal für den Tip ;)

Ich habe inzwischen einen meiner Meinung nach geeigneten Treiber 
gefunden:
http://www.reichelt.de/ICs-TLC-TSA-/TS-19371-CS/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=115919&GROUPID=5480&artnr=TS+19371+CS

Der Treiber besitzt eine Schaltfrequenz von 1,2MHz (laut Datenblatt). Da 
ich insgesamt neun Power-LEDs habe, müsste ich natürlich die 
Leistungselektronik auslagern.
Als Drossel wollte ich
http://www.reichelt.de/Power-Induktivitaeten-SMD/L-PISR-33-/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=73067&GROUPID=3709&artnr=L-PISR+33%C2%B5
verwenden, Mosfet soll
http://www.reichelt.de/IRC-IRF-Transistoren/IRF-7413Z/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=129786&GROUPID=2891&artnr=IRF+7413Z
werden.
Frage ist noch, welche Diode bei einem Spitzenstrom von knapp 5A (so 
über den Daumen gepeilt) die Schaltfrequenz des Wandlers mitmacht...? 
Hat da jemand eine Idee? Alternativ kann ich noch einen zweiten Mosfet 
komplementär zum ersten Mosfet ansteuern und als Diode missbrauchen.

Sind die rausgesuchten Bauteile verwendbar oder habe ich was übersehen? 
Ist der Mosfet schnell genug?

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