Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik High-Power LED mit Konstantspannung und Widerständen dimmen


von Marcel D. (triton)


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Moin, Moin,
Nach langem Einlesen und Recherchieren in das Thema LEDs und deren 
Betrieb, bleiben für mich leider doch noch ein paar Fragen offen, was 
nicht zuletzt auch an den vielen widersprüchlichen Aussagen und 
Meinungen liegt.

 Zu meinem Anliegen:
Ich bin gerade dabei eine LED-Gelenkarmleuchte für meinen recht großen 
Arbeitstisch zu bauen. An diesem wird vorwiegend gezeichnet,aber auch 
feinmechanisch gearbeitet und gebastelt, etc.

Die Arbeitsleuchte soll deshalb in ihrer Helligkeit sowie auch 
Lichtverteilung (auf Fläche bezogen) veränderbar sein. Mein 
Grundgedanke: Die Leuchte soll mit insgesamt 12 LEDs (Osram OSLON SSL 
warmweiss) gebaut werden. Die LEDs sollen in jeweils zuschaltbaren 
3er-Blöcken aufgeteilt werden und diese Blöcke noch in Grenzen in ihrer 
Helligkeit veränderbar sein.

Da die Leuchte, wie gesagt, zum Zeichnen und für filigrane Arbeiten 
bestimmt ist, soll diese auf gar keinen Fall im gedimmten Zustand 
flackern oder anfangen zu "summen" ( ich reagiere auf so etwas äußerst 
empfindlich).
Im Netz musste ich aber lesen, daß viele (billige?) Konstantstromquellen 
gerne dazu neigen.

Nun dachte ich mir, ich nehme eine Konstantspannungsquelle (12V; die vom 
Lichtschalter aus geschaltet wird) Am Leuchtenkörper selbst kann ich 
dann die 3er-Blöcke (zu je 3 LEDs in Reihe) nach belieben zuschalten.
Diese "Blöcke" wollte ich mit je mit zwei in Wechsel schaltbaren 
Vorwiderständen versehen, sprich: ein Widerstand um bspw. einen Strom 
von 200mA und den zweiten Widerstand um einen Strom von 350mA zu 
erwirken.
Nach meiner Idee würden sich also die jeweils 3 LEDs in Reihe in zwei 
Helligkeitsstufen schalten lassen.

Geht das prinzipiell? - Mal davon abgesehen, daß die Meinunungen über 
das Betreiben von High-Power LEDs mit Vorwiderstand ebenso stark 
auseinander gehen.
Von eventueller Ineffizienz einmal abgesehen, sind mir 
"flackerfreies"Licht und Lebensdauer eher wichtiger.

Ich hoffe ich konnte mich einigermaßen verständlich über mein Vorhaben 
ausdrücken?

Danke schon mal im voraus für die Hilfe!

Freundlich grüsst
Marcel

: Bearbeitet durch User
von Peter II (Gast)


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Marcel D. schrieb:
> "flackerfreies"Licht und Lebensdauer eher wichtiger

LED-Treiber arbeiten teilweise mit 1Mhz Schaltfrequenz. Dann ist dort 
auch noch eine Spule und ein Kondensator vorhanden. Damit liefern sie 
schon eine sehr guten Gleichspannung (oder Strom). Das kannst du nicht 
mit einer einfachen PWM-Lösung vergleichen. Da sieht man kein flackern.

von 6A66 (Gast)


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Marcel D. schrieb:
> Geht das prinzipiell? - Mal davon abgesehen, daß die Meinunungen über
> das Betreiben von High-Power LEDs mit Vorwiderstand ebenso stark
> auseinander gehen.

Hallo Marcel,

ja, das geht, hat aber ein paar Randbedingungen zur Folge.
a) die Vorwärtsspannung der LEDs schwankt sehr stark von 2,75V bis 3,5V. 
3x3,5V sind schon 10,5V. Bleibt Dir nur 1,5V um den Strom einzustellen, 
nicht viel aber könnte schon gehen. Besser etwas höher (evtl. 15V), dann 
aber Punkt c) nochmals genau beachten!
b) Aufgrund der starken Toleranzen der Vorwärtsspannungen wird es nötig 
sein, die Vorwiderstände eines jeden Zweiges individuell zu berechnen 
und abzugleichen. Das machst Du am besten durch Parallelschalten 
entsprechnder Widerstände im Experiment (Strom messen, Vorwärtsspannung 
messen, Widerstand abschätzen/berechnen, neu erproben). Das machst Du 
für 200mA und 350mA und ermittelst dafür die Widerstände.
c) Beachte die Leistung der Widerstände (max 4V * 350mA = 1,4W)
d) Die LEDs wollen ordentlich gekühlt sein
e) Wenn Du nur 3 Leds betreibst und die verteilst gibt es drei 
Schlagschatten auf deinem Schreibtsich, denke daher an die Anordung der 
Lichtquellen.
f) Wenn Dir das zuviel Aufwand ist spendier für jeden 3-er Pafd eine 
Konstantstromquelle die evtl. umschaltbar ist (sofern erhältlich).

rgds

von Marcel D. (triton)


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Moin,
das hört sich ja alles im allem schon mal gut an!



> 6A66 schrieb:
> ja, das geht, hat aber ein paar Randbedingungen zur Folge.
> a) die Vorwärtsspannung der LEDs schwankt sehr stark von 2,75V bis 3,5V.
> 3x3,5V sind schon 10,5V. Bleibt Dir nur 1,5V um den Strom einzustellen,
> nicht viel aber könnte schon gehen. Besser etwas höher (evtl. 15V), dann
> aber Punkt c) nochmals genau beachten!

Das ist kein Problem, da das Netzteil eh noch besorgt werden müsste.



> b) Aufgrund der starken Toleranzen der Vorwärtsspannungen wird es nötig
> sein, die Vorwiderstände eines jeden Zweiges individuell zu berechnen
> und abzugleichen. Das machst Du am besten durch Parallelschalten
> entsprechnder Widerstände im Experiment (Strom messen, Vorwärtsspannung
> messen, Widerstand abschätzen/berechnen, neu erproben). Das machst Du
> für 200mA und 350mA und ermittelst dafür die Widerstände.

Mit so was hatte ich gerechnet und nehme es gerne in Kauf.



> c) Beachte die Leistung der Widerstände (max 4V * 350mA = 1,4W)
> d) Die LEDs wollen ordentlich gekühlt sein

Die Lampe besteht komplett aus Aluminium mit Kühlrippen: Für Kühlung ist 
ausreichend gesorgt. Letztendlich dürfen auch die Widerstände warm 
werden, was nicht heißen soll, unnötig zu "verheizen".



> e) Wenn Du nur 3 Leds betreibst und die verteilst gibt es drei
> Schlagschatten auf deinem Schreibtsich, denke daher an die Anordung der
> Lichtquellen.

Danke für den Hinweis. Habe diesbezüglich schon eine eventuelle 
Streuscheibe aus EndLighten  Acrylglas in betracht gezogen. Werde ich 
aber dann sehen...


> f) Wenn Dir das zuviel Aufwand ist spendier für jeden 3-er Pafd eine
> Konstantstromquelle die evtl. umschaltbar ist (sofern erhältlich).

Habe ich leider noch nicht gefunden....darum die Idee mit den 
Widerständen, was nicht zuletzt auch Platz und Gewicht im Leuchtenkörper 
spart.

Gruss
Marcel

: Bearbeitet durch User
von Markus M. (Firma: EleLa - www.elela.de) (mmvisual)


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Mache doch eine einfache Stromregelung mittels MOSFET und Strommessung 
und einem NPN Transi.

von Anderas W. (andreas_w56)


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Ich würde eher einen Mosfet oder einen NPN Transistor als steuerbare 
Stromquelle einsetzen. Das ist einfacher als man denkt.

Problem dabei ist, dass eine gesteuerte Transistorstromquelle die 
gesamte "überflüssige" Spannung intern verheizt, es ist also der 
Transistor der bei dieser Schaltung warm wird. Deshalb nimmst du einen 
mit TO220 Gehäuse und schraubst ihn auf deinen großen Kühlkörper, am 
besten mit Wärmeleitpaste.

Als Steuerung für den Transistor nimmst du einen OP; z.B. im Gehäuse vom 
LMC 6484 sind gleich vier davon; dann kannst du mit einem dieser 
Bausteine alle deine Zweige steuern.
Allerdings, bevor du 90% herunterdimmst und die ganze Spannung im 
Transistor verbrätst, ist das Abschalten einzelner Zweige am Ende 
trotzdem klüger. :)

Die Steuerspannung am OP kannst du über ein Poti verstellen. Nimm eins 
mit 100k oder 50k, dann fließt im Steuerzweig nicht so viel Strom.

Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass dir die genauen Kenndaten der 
LEDs völlig egal sein können (außer natürlich der maximale 
Vorwärtsstrom).

Ist dir ungefähr klar wie ich das meine?

von Marcel D. (triton)


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Anderas W. schrieb:
>

> Ist dir ungefähr klar wie ich das meine?


Moin,
ja, nachdem ich mir, als mehr oder weniger elektronischer Laie, eben mal 
so angeschaut habe was ein LMC 6484 ist, und Anhand von einigen bereits 
im Netz verfügbaren Schaltplänen damit, kann ich das zumindest 
nachvollziehen.
Sieht für mich technisch umsetzbar aus.

Werde das noch mal gründlich überdenken.

Wie gesagt, ich lege gar nicht so den Wert auf stufenloses Dimmen von 
0-100%.
Mir sind ein paar feste wiederholbare Einstellung, also 
Helligkeitsstufen bald lieber.

Gruss
Marcel

: Bearbeitet durch User
von Michaela (Gast)


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In deinem Fall würde ich zwar auch zu nem getakteten Treiber greifen, 
aber ich will dir den Namen CAT4101 nicht vorenthalten.

von Cyblord -. (cyblord)


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Schon mal den pt4115 angeguckt? LED KSQ und dimmbar. Sowohl per PWM als 
auch per Poti/Widerstand.

von Anderas W. (andreas_w56)


Angehängte Dateien:

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Hier, extra für dich.

Ich habe die Spannungsquelle weggelassen. In dem Draht oben soll deine 
Versorgungsspannung sein.

Der Widerstand unten rechts ist so ziemlich das einzige was du auslegen 
musst. Je größer der ist, desto weniger leuchten die Dioden.
Mit dem Poti links stellst du die Helligkeit ein.

Einzige Bedingung für die Schaltung: Es muss genügend Spannung übrig 
sein, dass der Transistor durchschalten kann plus ungefähr 0,5 bis 1V 
für den Steuerwiderstand unten rechts. Sprich, du müsstest einen Mosfet 
oder PNP aussuchen der mit dem kleinen bisschen Spannung klar kommt, den 
deine LEDs übrig lassen.

von Markus M. (Firma: EleLa - www.elela.de) (mmvisual)


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Ein IC braucht es nicht. 1 Mosfet und 1 Transi reichen, noch ein paar 
Widerstände ran.
Den Shunt-Widerstand einfach umschalten und schon hast Du Deine 
Helligkeitsregelung.
Der Transi, wenn der leitend wird, nimmt er dem Mosfet die Gatespannung 
weg, somit regelt sich das von alleine.
Ja, der Mosfet verheizt den Rest. Aber man kann 3-4 LED's in Reihe 
schalten, je nach Spannungseingang. Dafür ist der Strom immer konstant, 
auch wenn sich die Druchflusspannung der LED's bei Erwärmung ändert.

von Marcel D. (triton)


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Moin,

Danke euch allen schon mal für die prompte und konstruktive Hilfe!

Das mit den Schaltbild ist ja wirklich simpler als gedacht.

letztendlich muss ich aber darauf achten, daß die Mosfets und 
Transistoren eine Kühlfahne besitzen und die wiederrum mit ans Gehäuse 
der Leuchte schrauben?

Gruss
Marcel

von Anderas W. (andreas_w56)


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Und aufpassen, dass entweder der Transistor den du aussuchst keine 
leitende Verbindung zur Kühlfahne hat (das ist eher selten)

oder die Kühlfahne elektrisch isoliert auf deinen Kühlkörper schrauben 
(was dann natürlich ein bisschen Schwierigkeiten bei der Kühlung 
verursacht)

Oder du folgst der digitalen Idee von den anderen anstelle meiner 
analogen Idee und baust einen geswitchten LED Treiber vom Profi ein. :-)

von Anderas (Gast)


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