OP-Amp LED Treiber

[Marcus W. (marcusaw)]

Hallo,

Ich grübel gerade über einem LED-Treiber für 50W (China-) Power-LEDs. 
Sicherlich gibt es fertige Module, die genau das tun, allerdings hätte 
ich gerne die Möglichkeit, den maximalen Strom mit einem ATTiny oder PIC 
per PWM einzustellen.

Ich verwende momentan einen "Standard" OP-Amp Current-Sink, der über 
einen 1.5Ohm Widerstand und einen N-Channel MosFET den Strom einstellt. 
Das klappt sowohl in der Simulation als auch auf dem Breadboard gut. 
Allerdings ist diese Schaltung nur effizient, wenn die Eingangsspannung 
knapp über der Serienspannung der LED liegt. 1V Plus bedeutet hier 
wesentlich mehr Arbeit für die Widerstände bzw. den Mosfet. 1V Minus 
bedeutet signifikant weniger Leistung. Da ich u.A auch z.B. 10x 
10x3.2V@150mA in serie betreiben will, hätte bei dieser Konfiguration 
ein Ausfall von nur einer LED einen signifikanten Einfluss auf die 
Effizienz der Schaltung.

Der Mosfet muss dann wesentlich mehr Leistung verbraten und der 
Widerstand macht mir dan bald auch Probleme. Momentan teile ich die 
Verlustleistung einfach auf 20(!!!) 0.25W 1206 30Ohm Widerstände auf. 
Ich könnte auch einen 5W Leistungs-Widerstand verwenden - der ist 
allerdings wesentlich größer, nicht per SMD bestückbar und im 
allgemeinen teurer als 20x 1% 1206...

Ich überlege gerade, ob ich vielleicht einen weiteren Op-Amp mit einer 
1:10 oder 1:50 Verstärkung in den Feedback-Pfad des Op-amps einbauen 
sollte oder lieber direkt die Spannung - ähnlich eines MPPT-Reglers je 
nach Durchflussspannung absenken sollte - wobei ich dann einen 
kompletten Buck-Circuit aufbauen müsste, was wieder uninteressant wird.

Als Op-Amp will ich einen Brot-und-Butter-OpAmp allá LM324 oder LM358 
nehmen - simpel zu beschalten und dank rail-to-rail ohne negative 
Versorgungsspannung betreibbar.

Das ganze Projekt steht und fällt am Preis. Ziel soll sein 10 LEDs mit 
zehn Schaltkreisen zu steuern. Wenn die einzelnen Teile wesentlich mehr 
als 15€ kosten, ist es schlicht billiger den LM2596ADJ fertig montiert 
auf nem Chinaboard zu kaufen und sich eine "Hauptplatine" zu bauen, die 
die Steuerung übernimmt.

Vielleicht setz ich ja auch auf das komplett falsche Pferd und eine 
Boost-Schaltung mit CC-Ausgang würde es wesentlich einfacher lösen - da 
fehlt mir allerdings ehrlichgesagt noch die Erfahrung, um etwas 
derartiges "aus dem Ärmel zu schütteln" :)

Ich hab mal ein Bild der derzeitigen Schaltung angehängt. Unter
http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+3+5.000000000000001e-7+6.450009306485578+33+5+50%0Aw+16+184+88+184+0%0Aw+16+184+16+160+0%0Aw+88+184+88+152+0%0Aw+-24+144+16+144+0%0Ar+88+152+152+152+0+10000%0Ar+152+152+152+224+0+10000%0Aw+184+152+152+152+0%0Af+256+160+312+160+0+1.6+1%0Aw+312+176+312+208+0%0Ag+312+264+312+320+0%0Aw+184+168+184+208+0%0Aw+184+208+312+208+0%0AR+312+-24+312+-72+0+0+40+35+0+0+0.5%0Aw+312+128+312+144+0%0A162+312+48+312+128+1+32+1+1+1+3%0AR+-120+144+-240+144+1+2+62500+2.5+2.5+0+0.5%0Ar+-120+144+-72+144+0+1000%0Ac+-72+144+-72+216+0+4.7000000000000005e-7+2.490618949497626%0Ag+-72+216+-72+240+0%0Aw+-72+144+-24+144+2%0Ar+312+208+312+264+0+30%0Aw+312+264+328+264+0%0Aw+328+264+344+264+0%0Aw+344+264+360+264+0%0Aw+360+264+376+264+0%0Aw+376+264+392+264+0%0Aw+392+264+408+264+0%0Aw+408+264+424+264+0%0Aw+424+264+440+264+0%0Aw+440+264+456+264+0%0Aw+456+264+496+264+0%0Aw+456+208+440+208+0%0Aw+440+208+424+208+0%0Aw+424+208+408+208+0%0Aw+408+208+392+208+0%0Aw+392+208+376+208+0%0Aw+376+208+360+208+0%0Aw+360+208+344+208+0%0Aw+344+208+328+208+0%0Aw+328+208+312+208+0%0Ar+328+208+328+264+0+30%0Ar+344+208+344+264+0+30%0Ar+360+208+360+264+0+30%0Ar+376+208+376+264+0+30%0Ar+392+208+392+264+0+30%0Ar+408+208+408+264+0+30%0Ar+424+208+424+264+0+30%0Ar+440+208+440+264+0+30%0Ar+456+208+456+264+0+30%0Ar+640+208+640+264+0+30%0Ar+624+208+624+264+0+30%0Ar+608+208+608+264+0+30%0Ar+592+208+592+264+0+30%0Ar+576+208+576+264+0+30%0Ar+560+208+560+264+0+30%0Ar+544+208+544+264+0+30%0Ar+528+208+528+264+0+30%0Ar+512+208+512+264+0+30%0Aw+512+208+496+208+0%0Aw+528+208+512+208+0%0Aw+544+208+528+208+0%0Aw+560+208+544+208+0%0Aw+576+208+560+208+0%0Aw+592+208+576+208+0%0Aw+608+208+592+208+0%0Aw+624+208+608+208+0%0Aw+640+208+624+208+0%0Aw+624+264+640+264+0%0Aw+608+264+624+264+0%0Aw+592+264+608+264+0%0Aw+576+264+592+264+0%0Aw+560+264+576+264+0%0Aw+544+264+560+264+0%0Aw+528+264+544+264+0%0Aw+512+264+528+264+0%0Aw+496+264+512+264+0%0Aw+496+208+456+208+0%0Ar+496+208+496+264+0+30%0Aa+184+160+256+160+3+35+0+1000000+1.2452556837983315+1.245297021778596%0Aa+16+152+88+152+3+35+0+1000000+2.4905940435571905+2.490618949497626%0Ag+384+-24+432+-24+0%0Aw+312+-24+312+48+0%0A209+312+-24+384+-24+2+0.00009999999999999999+35+1%0Ag+152+224+152+240+0%0Ao+14+16+0+4097+40+1.6+0+2+14+3%0Ao+15+64+0+4099+5+0.00625+1+2+15+3%0Ao+7+64+1+4099+0.3125+3.2+2+1+2.5%0Ao+14+64+1+4099+40+12.8+3+1+40%0Ao+20+64+1+4099+5+1.6+4+1+0.15625%0A
kann man sich die Simulation ankucken. Mit einem Doppelklick auf das 
Clocksignal lässt sich der Duty-cycle einstellen.

EDIT:
Ich halte mich wirklich nicht an meinem Design fest. Falls jemand eine 
"einfache" und vorallem "billige" Lösung hat, mit der ich 3.2 - 32V mit 
0.1 bis 1.5A Constant Current mit bis zu 35V über PWM ansteuern kann, 
schmeiß ich meinen Entwurf gerne über Board. Momentan lese ich mich über 
MPPT-Regler ein, allerdings bin ich noch nicht ganz sicher, ob das das 
richtige Konzept für meine Anwendung ist. Mein absoluter Traum wäre ein 
12V oder 24V Boost-Converter mit 1.5-3A CC/CV Regler mit über PWM 
einstellbarem Strom und Spannung ohne lineare Verluste für unter 15€. 
Aber alles, was ich bisher gefunden habe, zeigt mir brutal, wie wenig 
Ahnung ich von Schaltnetzteilen habe :)


Gruß und Kuss
Marcus

[Harald W. (wilhelms)]

Marcus W. schrieb:


> Falls jemand eine
> "einfache" und vorallem "billige" Lösung hat, mit der ich 3.2 - 32V mit
> 0.1 bis 1.5A Constant Current mit bis zu 35V über PWM ansteuern kann,
> Aber alles, was ich bisher gefunden habe, zeigt mir brutal, wie wenig
> Ahnung ich von Schaltnetzteilen habe :)

Dann solltest Du ein fertiges, (schaltendes) LED-Netzteil
mit PWM-Eingang nehmen. Zum Glück ist das Angebot an solchen
Netzteilen im INet da recht gross.

[MaWin (Gast)]

Marcus W. schrieb:
> Ausfall von nur einer LED einen signifikanten Einfluss auf die Effizienz
> der Schaltung.

Richtig, dann sind nämlich die anderen 9 LEDs in Reihe auch aus.

Vergiss die Überlegung, was ist, wenn ein Bauteil kaputt ist. Kaputt ist 
kaputt, geht der MOSFET oder OpAmo kaputt, brennen alle LEDs durch, oder 
bleiben aus.

[Tilo R. (joey5337)]

PWM heißt schnell ein und ausschalten. Ein heißt dabei mit der maximalen 
Leistung.

Du hast also 2 Probleme:
1. du musst dir überlegen, wie du deine LED verlustarm mit der maximalen 
Leistung betreibst.

2. du musst dir überlegen, wie du die ganze Sache schnell ein- und 
ausschalten kannst. Da ist dein Ansatz mit dem Mosfet gar nicht 
schlecht.


Für den ersten Punkt brauchst du eine Lösung.
Wenn du 35V Versorgungsspannung hast, aber nur eine LED-Spannung in 
Serie, dann musst du zwangsläufig den Löwenanzteil der Leistung in 
Widerständen verbraten.
Oder du lässt dir was clevereres einfallen, z.B. ein 
Konstantstrom-Schaltregler oder so.