[LM317] Min. Spannungsabfall im Konstantstrombetrieb

[Fabian (Gast)]

Guten Tag allerseits!

Ich will mir für mein Zimmer eine LED-Leuchte basteln. Das ganze soll so 
einfach wie möglich gehalten werden. Als Konstantstromquelle (I = 700 
mA) verwende ich den LM317, welcher ja etwa so effizient ist wie ein 
Backstein. Deshalb will ich den Spannungsabfall über diesem möglichst 
gering halten, halt auf dem Minimum plus noch ein Zacken dazu. Im www 
findet man unzählige Threads zum Spannungsabfall im 
Konstantspannungsbetrieb, bei Verwendung als KSQ sind die Infos 
allerdings ziemlich spärlich gesäht. Dieser Typ hier spricht von 2 - 3.5 
Volt:

http://forum.allaboutcircuits.com/threads/lm317-constant-current-led-transistor-to-boost-amperage.30490/

Sonst bin ich nicht wirklich fündig geworden...

Nun habe ich mir die Schaltung mal auf docircuits.com zusammengesteckt 
und simuliert, Schaltung siehe Bild 1 im Anhang. Um nun herauszufinden, 
welche Spannung minimal benötigt wird, habe ich einen 1 Hz-Sinus 
generiert mit 15 V Amplitude und 15 V Offset, sprich die 
Eingangsspannung wechselt ständig zwischen 0 und 30 V. R1 ist so 
gewählt, dass der Strom etwa 700 mA beträgt.
In Bild 2 sieht man dann die Sim-Ergebnisse, der LM scheint sich erst ab 
ca. 3.4 V so richtig wohl zu fühlen.

Die Simulation ist ja leider nur so genau, wie das Modell dahinter. 
Haltet Ihr die Daten für realistisch? Hat jemand Erfahrungswerte bzgl. 
LM317 als KSQ?


Freundliche Grüsse

Marco

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Fabian schrieb:
> Im www findet man unzählige Threads zum Spannungsabfall im
> Konstantspannungsbetrieb, bei Verwendung als KSQ sind die Infos
> allerdings ziemlich spärlich gesäht.

Klar. Weil jeder mit mindestens 3 Gehirnzellen selber darauf kommt %-/

Der effektive Spannungsverlust am LM317 im Konstantstrombetrieb ist 
natürlich die Summe aus der Dropoutspannung beim gewünschten Strom und 
dem Spannungsabfall am Fühlerwiderstand. Und der letztere ist konstant, 
weil gleich der Referenzspannung des LM317 (typ. 1.24V)

[ArnoR (Gast)]

Fabian schrieb:
> verwende ich den LM317, welcher ja etwa so effizient ist wie ein
> Backstein.

Die Effizienz hängt nur vom Verhältnis Eingangsspannung/Ausgangsspanung 
ab, der LM317 kann auch 90%.

> Dieser Typ hier spricht von 2 - 3.5 Volt

Recht hat er. Im DB kann man das nachlesen.

> Hat jemand Erfahrungswerte bzgl. LM317 als KSQ?

Hunderte. Schon mal die SuFu benutzt?

http://www.mikrocontroller.net/search?query=lm317+konstantstrom&forums[]=1&forums[]=19&forums[]=9&forums[]=10&forums[]=2&forums[]=4&forums[]=3&forums[]=6&forums[]=31&forums[]=17&forums[]=11&forums[]=8&forums[]=14&forums[]=12&forums[]=7&forums[]=5&forums[]=15&forums[]=13&forums[]=18&forums[]=16&max_age=-&sort_by_date=0

[Fabian (Gast)]

Habe vielleicht meine Frage zu wenig konkret formuliert:

Wie gross ist der minimale Spannungsabfall?

Wie das Ding funktioniert, weiss ich.
Und ich habe im Datasheet auch angehängte Grafik gefunden, aber gilt die 
genauso wenn als KSQ verwendet?

[Klaus (Gast)]

Fabian schrieb:
> Und ich habe im Datasheet auch angehängte Grafik gefunden, aber gilt die
> genauso wenn als KSQ verwendet?

Du darfst ihm natürlich nicht verraten, daß dich die konstante Spannung, 
die er über dem Widerstand erzeugt gar nicht interessiert, sondern nur 
der Strom, der dazu nötig ist.

MfG Klaus

[Fabian (Gast)]

Anscheinend gibt es trotzdem noch Leute, die einem taktvoll beibringen 
können, dass man ein Bisschen weiter (oder weniger weit?) hätte 
studieren müssen ;)
Danke, war ja eig. logisch...

[Kai K. (klaas)]

>In Bild 2 sieht man dann die Sim-Ergebnisse, der LM scheint sich erst ab
>ca. 3.4 V so richtig wohl zu fühlen.

Ja, das kommt hin. Darunter funktioniert der LM317 zwar noch, aber seine 
Regeleigenschaften verschlechtern sich zunehmend.

>Als Konstantstromquelle (I = 700 mA) verwende ich den LM317, welcher ja
>etwa so effizient ist wie ein Backstein.

So super effizient ist der LM317 nun nicht gerade. Er ist schließlich 
kein LDO. Dafür macht er seinen Job sehr gut. Auch schnelle 
Laständerungen regelt er sauber und ohne Überschwingen aus, zumindest in 
meinen Anwendungen.

[Kai K. (klaas)]

>Anscheinend gibt es trotzdem noch Leute, die einem taktvoll beibringen
>können, dass man ein Bisschen weiter (oder weniger weit?) hätte
>studieren müssen ;)

Früher gab es kein Internet. Da mußte man selber draufkommen...

[MaWin (Gast)]

Fabian schrieb:
> der LM scheint sich erst ab ca. 3.4 V so richtig wohl zu

Ja, denn zu den 2-3.5V die der Regler laut Diagramm braucht kommen die 
1.2V für den stromeinstellenden Widerstand hinzu.

[Fabian (Gast)]

Das stimmt, aber wenn du oben im Schema schaust habe ich das VM direkt 
über den LM gehängt...

[Wolfgang (Gast)]

Fabian schrieb:
> Ich will mir für mein Zimmer eine LED-Leuchte basteln. Das ganze soll so
> einfach wie möglich gehalten werden. Als Konstantstromquelle (I = 700
> mA) verwende ich den LM317, welcher ja etwa so effizient ist wie ein
> Backstein.

Und warum nimmst du keinen Schaltwandler, wenn du Wert auf einen 
vernünftigen Wirkungsgrad legst. Das Umstricken eines 65ct-Wandler mit 
LM2596 (z.B. ebay 381108575403) auf KSQ-Betrieb würde ich sowohl 
finanziell als auch vom Aufwand als "einfach" bezeichnen.

[Fabian (Gast)]

Interessant, habe ich nicht gekannt.
Der gute Wirkungsgrad an sich ist mir nicht so wichtig, habe das mehr im 
Bezug auf die Abwärme gemeint. Der Wirkungsgrad wird ca. so bei 60% 
liegen, multipliziert halt noch mit dem der LED. Einfach meine ich, weil 
ich beim LM317 mit einem 4W-Poti und einem Fixwiderstand (Begrenzung 
Maximalstrom) das ganze Stufenlos dimmen kann...

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Na ja. Das Dimmen mit Drahtpoti ist eher eine Notlösung (eigentlich will 
man nicht 700mA über den Schleifer eines Potis führen, wenn man es 
vermeiden kann). Und es funktioniert natürlich genauso mit dem 
Schaltregler.

Ein Zwischending - sowohl von den technischen Daten als auch vom Aufwand 
- ist die einfache 2-Transistor Konstantstromquelle (unter Punkt 2 
"Konstantstromquelle mit bipolaren Transistoren").

Mit R1 kann man auch da den Strom einstellen. T1 verbrät die überflüs- 
sige Spannung (so wie der LM317 als Konstantstromquelle). T2 regelt T1 
ab, sobald die Spannung über R1 eine Diodenflußspannung erreicht - er 
kann irgendwas kleines sein. Der Vorteil gegenüber dem LM317 ist, daß 
über T1 und R1 zusammen gerade mal ca. 1V Spannung abfallen müssen. 
Statt der 3-4V mit dem LM317. Bei passender Dimensionierung kommt man 
also mit bis zu 1/4 der "Heizleistung" hin, verglichen mit dem LM317.

[U. B. (Gast)]

> Ja, denn zu den 2-3.5V die der Regler laut Diagramm braucht kommen die
> 1.2V für den stromeinstellenden Widerstand hinzu.

Nein, die sind darin enthalten; beim betreffenden Bild steht:
"Figure 1 : Output Current vs Input-output Differential Voltage"

Auch in den "ELECTRICAL CHARACTERISTICS"
wird auf für eine Differenz zwischen Eingangs- und Ausganngsspannung von 
3 bis 40V spezifiziert.

[Harald W. (wilhelms)]

Wolfgang schrieb:

> Und warum nimmst du keinen Schaltwandler, wenn du Wert auf einen
> vernünftigen Wirkungsgrad legst. Das Umstricken eines 65ct-Wandler mit
> LM2596 (z.B. ebay 381108575403) auf KSQ-Betrieb würde ich sowohl
> finanziell als auch vom Aufwand als "einfach" bezeichnen.

Wenn Du die Eingangsspannung frei wählen kannst, wird der LM2596
wohl kaum einen Wirkungsgradvorteil bringen, da auch er eine
"Drop-Spannung" von ca. 3V benötigt.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

U. B. schrieb:
>> Ja, denn zu den 2-3.5V die der Regler laut Diagramm braucht
> kommen die
>> 1.2V für den stromeinstellenden Widerstand hinzu.
>
> Nein, die sind darin enthalten; beim betreffenden Bild steht:
> "Figure 1 : Output Current vs Input-output Differential Voltage"

<facepalm>

Schau dir doch bitte mal an, wo die Last beim Betrieb des LM317 als 
Spannungsregler angeschlossen wird. Und wo beim Betrieb als Konstant- 
stromquelle. Und dann addiere nochmal die Spannungsabfälle.

[Basic (Gast)]

Fabian schrieb:
> Der gute Wirkungsgrad an sich ist mir nicht so wichtig, habe das mehr im
> Bezug auf die Abwärme gemeint.

Wirkungsgrad und Abwärme haben einen Zusammenhang!

[Fabian (Gast)]

Die Transistor-basierte KSQ Variante von Axel ist 1000x eleganter, die 
muss ich mir noch durch den Kopf gehen lassen. Ich bin noch über den 
Artikel zum LED-Fading gestolpert, wo es u.a. um die logarithmische 
Wahrnehmung der Helligkeit geht. Könnte ich in der KSQ ein 
logarithmisches Poti in Serie zu R1 schalten, sodass die wahrgenommene 
Helligkeit proportional zum Drehwinkel ist?

[Wolfgang (Gast)]

Harald Wilhelms schrieb:
> Wenn Du die Eingangsspannung frei wählen kannst, wird der LM2596
> wohl kaum einen Wirkungsgradvorteil bringen, da auch er eine
> "Drop-Spannung" von ca. 3V benötigt.

Das Datenblatt des LM2596 spricht bei I_Load=500mA und T=25°C von 1V 
Spannungsabfall (Abb. 4). Bei 700mA wird er nur wenig drüber liegen. Wie 
kommst du auf 3V?
Hinzu kommt natürlich der Spannungsabfall über dem Shunt, den man aber 
deutlich unter die 1.23V der Referenz bekommen kann.

[Wolfgang (Gast)]

Wolfgang schrieb:
> (Abb. 4). Bei 700mA wird er nur wenig drüber liegen.

Beim Wandler von On Semi

TI gibt in Fig. 8 bei 1A noch weniger als 1V Drop Voltage @25°C an

[M. K. (sylaina)]

Wolfgang schrieb:
> Das Datenblatt des LM2596 spricht bei I_Load=500mA und T=25°C von 1V
> Spannungsabfall (Abb. 4). Bei 700mA wird er nur wenig drüber liegen. Wie
> kommst du auf 3V?

Ich tippe mal ins Blaue, ohne nachgeschaut zu haben: Harald nahm die 
Drop-Spannung des Datenplattes und addierte sie zur minimalen 
Ausgangsspannung, die nötig ist um den entsprechenden Strom fließen zu 
lassen, des LM2596 hinzu. Zumindest könnte ich mir das als Grund 
vorstellen, warum Harald Drop-Spannung in "" geschrieben hat ;)

[U. B. (Gast)]

@Axel Schwenke  04.01.2015 14:13:

Du hasr recht. Die 1,25V fallen nur im Konstantspannungsbetrieb heraus.

[Martin (Gast)]

Harald Wilhelms schrieb:
> Wenn Du die Eingangsspannung frei wählen kannst, wird der LM2596
> wohl kaum einen Wirkungsgradvorteil bringen, da auch er eine
> "Drop-Spannung" von ca. 3V benötigt.

Die Drop-Spannung hat aber überhaupt garnichts mit dem Wirkungsgrad zu 
tun. Der 317er wändelt die überschüssige Spannung in Wärme um und der 
2596 nicht.

[M. K. (sylaina)]

Martin schrieb:
> Die Drop-Spannung hat aber überhaupt garnichts mit dem Wirkungsgrad zu
> tun. Der 317er wändelt die überschüssige Spannung in Wärme um und der
> 2596 nicht.

Auch du hast "Drop-Spannung" nicht verstanden. Hiermit war von Harald 
nicht die Drop-Spannung des ICs gemeint sondern die Spannung, die über 
dem Widerstand abfällt, mit dem man den Konstantstrom erzeugt (meine 
Vermutung). Deshalb schrieb Harald den Begriff Drop-Spannung auch in "".

[Gerald B. (gerald_b)]

So habe ich es gemacht:
Beitrag "Re: LM2577-ADJ - komisch."
1,23V werden am Widerstand verheizt. Bei einer Reihenschaltung aus 
mehreren LEDs oder einer COB-LED mit interner Reihenschaltung ist das 
verschmerzbar. Der Schaltregler wird zur korrekten Funktion auch noch 
2-3V benötigen. Es wird aber nicht so viel verheizt, wie bei einem 
Linearregler und man hat dadurch mehr Freiheiten für eine höhere Ub.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Fabian schrieb:
> Könnte ich in der KSQ ein
> logarithmisches Poti in Serie zu R1 schalten, sodass die wahrgenommene
> Helligkeit proportional zum Drehwinkel ist?

Die Steuerkennlinie ist auch mit einem linearen Poti schon nichtlinear. 
Der Strom ist ja proportional zum Kehrwehrt des (Gesamt)Widerstands. 
Wenn du einen Begrenzungswiderstand R0 und ein Poti R1 in Reihe 
verwendest, dann ist der Strom

$$I = \frac{1.23 V}{R_0 + (1-\alpha) \cdot R_1}$$

(alpha ist der Drehwinkel, skaliert auf den Bereich 0..1)

Kannst du dir ja spaßeshalber mal plotten.

[Kai K. (klaas)]

Außerdem ist ein logarithmisches Poti nur angenähert logarithmisch und 
funktioniert ganz sicher nicht über ebenso viele Dekaden wie das 
menschliche Auge.

[Harald W. (wilhelms)]

Michael Köhler schrieb:

> Ich tippe mal ins Blaue, ohne nachgeschaut zu haben: Harald nahm die
> Drop-Spannung des Datenplattes und addierte sie zur minimalen
> Ausgangsspannung, die nötig ist um den entsprechenden Strom fließen zu
> lassen, des LM2596 hinzu. Zumindest könnte ich mir das als Grund
> vorstellen, warum Harald Drop-Spannung in "" geschrieben hat ;)

Genauso isses und das entspricht ja auch der Frage des TOs. Das es
da einige Zehntel Volt Unterschied zwischen LM317 und LM2596 gibt,
habe ich für nicht so relevant gehalten.

[Fabian (Gast)]

@Axel:
Sorry, ich meinte natürlich die von Dir vorgeschlagene Lösung im 
KSQ-Artikel. (Dort ist nebenbei auch die LM317-Methode beschrieben mit 
dem Verweis, welche Spannung das Ding minimum braucht... ó.Ò)

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Fabian schrieb:
> @Axel:
> Sorry, ich meinte natürlich die von Dir vorgeschlagene Lösung im
> KSQ-Artikel.

Bezieht sich das jetzt auf meine Antwort wegen der Steuerkennlinie?
Die ist bei der 2-Transistor-Stromquelle qualitativ genauso. Nur daß die 
Spannung da nicht 1.23V ist, sondern eher 0.65V.

Die 2-Transistor-Stromquelle kann man übrigens einfachst an eine PWM 
anflanschen. Dazu einfach das obere Ende von R2 nicht an Vcc hängen, 
sondern an den Ausgang des PWM-Generators (z.B. ein 555).
Wenn der H-Pegel liefert, fließt (Konstant)Strom durch die LED, bei L 
entsprechend nicht.