Regelbare Konstantstromquelle für 50W LED mit Stepup

[Hermann K. (r2d2)]

Ich versuche 50W LEDs (~30V 1.5A max) mittels einer selbstgebauten 
Konstantstromquelle zu betreiben. Der Strom sollte durch ein PWM-Signal 
vom µC veränderbar sein (0-1.4A). Dazu verwende ich derzeit ein fertiges 
XL6009-Stepup-Modul, an dessen Feedback-Pin ich ein zusätzliches Signal 
führe. Dieses Signal kommt aus einen Differenzverstärker, der die 
Spannung über einen Widerstand misst. Die virtuelle Masse dieses 
Verstärkers verschiebe ich mittels des PWM Signals. Sobald das Signal 
größer als 1.25V wird regelt der Steupup die Spannung und damit den 
Strom runter. (Schaltplan siehe Anhang).

Das ganze funktioniert soweit auch ganz gut, bis auf ein Problem: Wenn 
der µC noch nicht bereit ist oder die Verbindung zur µC-Platine 
unterbrochen ist gehen die LEDs auf maximale Helligkeit. Da ich mehrere 
LEDs an einem einzelnen Netzteil hängen habe, die zusammen bei voller 
Helligkeit das Netzteil überlasten ist dieses Verhalten sehr schlecht.

Ich suche jetzt eine Möglichkeit die Schaltung so zu modifizieren, dass 
ohne Steuersignal minimaler Strom fließt (durch die Stepups ist eine 
komplette Abschaltung nicht möglich). Anforderung dabei wäre möglichst 
wenige zusätzliche Bauteile zu brauchen, damit das ganze auf Lochraster 
(mit 0805er Teilen) aufgebaut weiterhin in den bestehenden Platz passt.

Zwei mögliche Lösungen die ich mir überlegt habe sind auch im Anhang, 
aber ich habe irgendwie das Gefühl, dass ich zu kompliziert denke.

Variante 1 nutzt die Tatsache aus, dass der Stepup die Spannung am 
FB-Pin konstant auf 1.25V hält. Laut Simulation funktioniert das auch 
ganz gut, nur beim erhöhen des Strom ausgehend von 0 schwingt das System 
zeitweise, weil die Annahme "Spannung an FB = 1.25V" verletzt ist.

Variante 2 baut mit einer Diode eine eigene Referenzspannung auf. Hier 
müsste ich noch untersuchen welchen Einfluss die Temperaturabhängigkeit 
hat. TL431 hab ich leider grad nicht da, sonst wäre das vermutlich eine 
schöne Lösung.

Gibt es eine bessere oder schönere Lösung für mein Problem. Alles was 
sich durch etwas Software korrigieren lässt (Offset, etc.) ist dabei 
egal.

[Falk B. (falk)]

@ R2 D2 (r2d2)

>XL6009-Stepup-Modul, an dessen Feedback-Pin ich ein zusätzliches Signal
>führe.

Deine Schaltplan sieht merkwürdig aus. Das kann man deutlich besser 
zeichnen.

>größer als 1.25V wird regelt der Steupup die Spannung und damit den
>Strom runter. (Schaltplan siehe Anhang).

Wozu sollen dann noch R2 und R3 gut sein? Es ist doch ein reiner 
STROMregler.

>Ich suche jetzt eine Möglichkeit die Schaltung so zu modifizieren, dass
>ohne Steuersignal minimaler Strom fließt (durch die Stepups ist eine
>komplette Abschaltung nicht möglich).

Warum nicht? Was macht der EN Pin? Warum packst du deine PWM nocht dort 
dran?

>Zwei mögliche Lösungen die ich mir überlegt habe sind auch im Anhang,
>aber ich habe irgendwie das Gefühl, dass ich zu kompliziert denke.

Wozu soll D2 gut sein?

>Gibt es eine bessere oder schönere Lösung für mein Problem.

Sicher, nutze das EN Pin für deine PWM, pack einen Pull-Down Widerstand 
dran, fertig. Ein Differenzverstärker ist hier auch Oferkill, ein 
einfacher, nicht invertierender Verstärker mit gescheiter Masseführung 
reicht.

[Hermann K. (r2d2)]

Falk Brunner schrieb:
> Wozu sollen dann noch R2 und R3 gut sein? Es ist doch ein reiner
> STROMregler.
Ein Stepup als reiner Stromregler vernichtet sich sobald mal keine Last 
angeschlossen ist. Die Spannung geht dann so weit rauf bis irgendwas 
aufgibt (Ausgangskondensator oder Regler-IC). Daher auch D2, damit die 
Spannung vom Stromregler immer nur reduziert, aber niemals erhöht werden 
kann.

>>Ich suche jetzt eine Möglichkeit die Schaltung so zu modifizieren, dass
>>ohne Steuersignal minimaler Strom fließt (durch die Stepups ist eine
>>komplette Abschaltung nicht möglich).
>
> Warum nicht? Was macht der EN Pin? Warum packst du deine PWM nocht dort
> dran?
1) Komplettes ausschalten geht nicht, da über L1, D1 immer eine 
Verbindung zum Ausgang besteht. Wie bei Stepup halt üblich.
2) Der EN-Pin schaltet den Regler ein oder aus. Ich bin sehr skeptisch, 
ob es gehen würde da zu dimmen. Zum einen puffert C2 die 
Ausgangsspannung, der Stromregler würde dann also einfach einen zu 
niedrigen Strom sehen und das Tastsverhältnis im nächsten Zyklus erhöhen 
um das auszugleichen. Außerdem hat der Regler laut Datenblatt eine 
Soft-Start-Funktion, die wohl auch ein einfaches PWM-Dimmen per EN 
unmöglich macht.


>>Gibt es eine bessere oder schönere Lösung für mein Problem.
>
> Sicher, nutze das EN Pin für deine PWM, pack einen Pull-Down Widerstand
> dran, fertig. Ein Differenzverstärker ist hier auch Oferkill, ein
> einfacher, nicht invertierender Verstärker mit gescheiter Masseführung
> reicht.

Das könnte die Schaltung wohl vereinfachen. Muss ich mal drüber 
nachdenken, wie ich dann mein Steuersignal integrieren könnte.

[Falk B. (falk)]

@ Hermann K. (r2d2)

>Ein Stepup als reiner Stromregler vernichtet sich sobald mal keine Last
>angeschlossen ist.

Dagegen hilft eine Schutzschaltung aus eine Z-Diode, an der richtigen 
Stelle platziert. Und NEIN, die verheizt dann NICHT die Nennleistung des 
Reglers!

>1) Komplettes ausschalten geht nicht, da über L1, D1 immer eine
>Verbindung zum Ausgang besteht. Wie bei Stepup halt üblich.

Ist kein Thema, da die Nennspannung der LED sinnvollerweise höher als 
die EIngangsspannung ist.

>2) Der EN-Pin schaltet den Regler ein oder aus. Ich bin sehr skeptisch,
>ob es gehen würde da zu dimmen.

So macht es fast jeder Regler!

>Zum einen puffert C2 die
>Ausgangsspannung, der Stromregler würde dann also einfach einen zu
>niedrigen Strom sehen und das Tastsverhältnis im nächsten Zyklus erhöhen
>um das auszugleichen. Außerdem hat der Regler laut Datenblatt eine
>Soft-Start-Funktion, die wohl auch ein einfaches PWM-Dimmen per EN
>unmöglich macht.

Kann sein.

[Hermann K. (r2d2)]

Falk Brunner schrieb:
> Dagegen hilft eine Schutzschaltung aus eine Z-Diode, an der richtigen
> Stelle platziert. Und NEIN, die verheizt dann NICHT die Nennleistung des
> Reglers!

Auch wenns mich bei meinem aktuellen Problem nicht wirklich 
weiterbringt: was wäre der Vorteil einer Z-Diode gegenüber dem Übergang 
in den Konstantspannungsbetrieb? Und wo wäre diese "richtige Stelle"? 
Ich kann mir das nämlich grad nicht vorstellen. Offensichtlicher 
Nachteil für mich wäre mehr Aufwand, 2 Bauteile müssen vom gekauften 
Modul entfernt und ein neues eingelötet werden.

[Daniel R. (h3po)]

Ich hab das gleiche vor, brauche allerdings nur 20-30W aus der 50W LED.
Auf der Suche nach entsprechenden step-up Modulen bin ich über dieses 
hier gestolpert: http://www.ebay.de/itm/171528807479
Das hat ebenfalls den XL6009 und kann Konstantstrom und -spannung, 
leider nur 10W. Wenn da das Strom-Einstellpoti als Spannungsteiler 
betrieben wird, müsste man doch relativ einfach ne geglättete PWM vom 
Mikrocontroller dranfummeln können, oder? Hat jemand eine Idee, was das 
zweite IC ist? Vielleicht ist das mal interessant für die kleineren 10W 
Dinger.

Frage: Ich nehm an um mehr als 10W zu bekommen braucht man größere 
Spulen? Der IC darf laut Datenblatt bis zu 4A. Mit ein bisschen 
Frickelei könnte man den ja auf einen Kühlkörper verlegen.
http://www.haoyuelectronics.com/Attachment/XL6009/XL6009-DC-DC-Converter-Datasheet.pdf

Ich suche mal weiter nach was ähnlichem für 50W, habe das Gefühl man 
muss nur lang genug graben...

[Mike J. (linuxmint_user)]

Hermann K. schrieb:
> Variante 1 nutzt die Tatsache aus, dass der Stepup die Spannung am
> FB-Pin konstant auf 1.25V hält. Laut Simulation funktioniert das auch
> ganz gut, nur beim erhöhen des Strom ausgehend von 0 schwingt das System
> zeitweise, weil die Annahme "Spannung an FB = 1.25V" verletzt ist.

Kannst du keine 1.3V+0.7V=2.0V mit einem Spannungsregler erzeugen, diese 
Spannung über eine Diode zum Feedback-Pin fließen lassen und diesen 
Spannungsregler mit Hilfe eines MosFETs durch einen I/O-Pin abschalten 
wenn der Mikrocontroller angesteckt ist?

So würden dann immer 1.30V am Feedbackpin anliegen so dass der 
Schaltregler abschaltet da er glaubt dass eine zu hohe Spannung am 
Ausgang anliegen würde.

Wenn du einen P-Kanal-MosFET nutzt um den Spannungsregler abzuschalten 
musst du das Gate und Masse mit einem 100K-Widerstand verbinden damit 
das Gate den MosFET initial aktiviert.

Damit der MosFET beim anlegen der Spannung sofort durchschaltet 
empfiehlt sich noch ein 100nF Kondensator vom Gate nach GND.