DIY LED-Treiber (2,6A) für Maxspect R420r

[Andreas J. (ajbln)]

Hallo Zusammen,

ich wollte Euch mal das Ergebnis meines kleinen Projektes präsentieren:

Ziel war es, einen 2,6A LED-Treiber für ein fertiges LED-Modul von 
Maxspect zu entwickeln.
Das LED-Modul wird als Beleuchtung für ein Meerwasser-Aquarium verwendet 
und besitzt zwei Kanäle, die beide mit 2,6 A bestromt werden müssen.
Das elektrische Design dieser LED-Moduls ist alles andere als ideal, da 
die Hochleistungs-LEDs pro Kanal gleichzeitig parallel und seriell 
geschaltet und mit Widerständen angeglichen sind.
Das liegt aber einfach daran, dass hier unterschiedliche LED-Typen 
miteinander vermischt sind, um ein möglichst breites und ideales 
Spektrum für Korallen zu bieten.
Diese LEDs werden jedenfalls sehr erfolgreich von einem Marktführer in 
diesem Segment eingesetzt.

Ein nicht unerheblicher Grund für die Wahl dieser LED-Module war für 
mich aber auch die leichte Verfügbarkeit dieser Module als Ersatzteile 
in verschiedenen Shops.
Und der doch recht günstige Preis von unter 30,- € pro Modul.
Mein Ziel ist es also, eine eigene LED-Lampe zu bauen.
Nicht um Geld zu sparen, das mal vorweg, ist bei DIY fast eh nie der 
Fall.
Sondern a) um meinen eigenen Controller einzusetzen, b) meine eigenen 
Designwünsche umzusetzen und c) weil mir DIY einfach Spaß macht ;).

So ziemlich alle kommerziellen Lampen sind aus Kostengründen sehr 
einfach aufgebaut.
Außen schick - keine Frage - innen werden aber viele Kompromisse 
bezüglich des Preises gemacht:
- keine effizienten stromsparenden LED-Treiber
- meistens schlechte Kühlung über ein simples Blech mit einem lauten 
Dauerlüfter
- und für mich als Informatiker auch keine Möglichkeit, die Software zu 
ändern

Hier geht es aber wie gesagt erst mal nur um den LED-Treiber. Dieser 
sollte möglichst effizient also stromsparend sein, einen PWM-Eingang 
haben und eben 2,6 A liefern.
Und so begann ich hier, einen Thread zu starten:
Beitrag "Suche Schaltplan für KSQ 2600mA 48V mit PWM"

Ich hab jedenfalls einiges gelernt (auch wie man es nicht machen sollte 
;)) und mich dann aber letztlich über meine Internetrecherchen für den 
A6211 entschieden.
Denn dieser LED-Treiber ist effizient, günstig, hat einen integrierten 
Mosfet, braucht nur kleine Spulen und es gibt fertige 
Referenzschaltungen dafür.
Das PCB-Design war für mich eine kleine Herausforderung. Denn das erste 
mal überhaupt setze ich komplett auf SMD.
Eigentlich nur deswegen, weil der A6211 auf der Rückseite ein Coolpad 
hat und bei 2,6 A auch zwingend gekühlt werden muss.
Da ich die Platine direkt auf den Kühlkörper montieren wollte, durften 
da keine Beinchen sein ;).
Die Hitze des A6211 auf die andere Seite zu kriegen, war auch nicht ganz 
trivial, aber mit 24 Vias an den richtigen Stellen habe ich es dann 
hinbekommen.

Bei den Bildern oben seht ihr das Ergebnis (2x2 gepanelt).

[Andreas J. (ajbln)]

Die Platinen habe ich günstig bei meinem China-PCB-Hersteller bestellt, 
dieses Mal und für mich zum ersten Mal mit Stencil.
Das Stencil wurde mit zwei kleinen passenden Brettchen 
transport-geschützt.
Und die habe ich gleichmal ein wenig umgebaut: mit Hilfe alter Platinen 
habe ich meine Platine rutschsicher eingebaut und die SMD-Schablone 
ebenfalls mit Klebeband fixiert.
Das Aufpringen der Lötpaste war dann sehr einfach. Die Magnete da 
drücken die Schablone fester auf die Platine, damit nicht zuviel Paste 
aufgetragen wird.

Oben also die Ergebnisse.

[Andreas J. (ajbln)]

Jetzt aber der für mich spannendste Teil: das "Löten" der Platine.
Ich besitze zwar einen guten Lötkolben, und habe auch mal versucht, das 
Kühlpad des A6211 durch die VIAs hindurch zu verlöten, was auch 
einigermaßen gut gelang.
Nur schön sah das nicht aus und ob das im Dauereinsatz auch gut 
funktiniert hätte, bezweifelte ich auch.

Danach habe mir verschiedene Verfahren angeschaut und mich eigentlich 
fast für einen günstigen Reflowofen von der Bucht entschieden, den man 
aber noch umbauen müsste.
Bin dann aber auf ein noch "vermeintlich" einfacheres und zudem auch 
schonenderes Verfahren gestossen:

Das Dampfphasenlöten! Dabei wird eine ungifte und extrem 
reaktionsschwache Flüssigkeit mit einem ganz bestimmten Siedepunkt 
verwendet.
Ich habe das übliche "Galden 230" gewählt, da man dieses noch recht 
günstig in kleinen Mengen bekommen kann.
Dann nimmt man einen billigen Magnetrührer mit starker(!) Heizfunktion 
(250 °C sollte der mindestens können) aus der Bucht (ca. 100 €), ein 3L 
Glasbecher (Boro 3.3) für knapp 12 € und ein billiges 
Zweifach-Temperaturmessgerät für unter 10 €.

Im Bild kann man die Konstruktion glaube ich ganz gut erkennen.
Ich habe mir aus einem Alu-Lochstreifenband von OBI ein Gestell gebaut.
In dieses Gestell dann die beiden Temperatursensoren integriert. Einmal 
hängt der Sensor direkt im Galden und der andere ist auf Höhe der 
Platine montiert.
Den Deckel habe ich einfach aus Alufolie gebastelt, mit einer Mulde und 
so eingedrückt dass das kondensierende Wasser und Galden seitlich an der 
Platine vorbei abtropfen würde.

Ich brauchte zwei Versuche. Beim ersten Mal habe ich nur 100g Galden 
verwendet und das Gestell war mit 5cm zu hoch.
Irgendwo stand, dass sich das Galden in Dampfform bis zum 25-fachen 
seiner Größe ausdehnt.
Deswegen 100g und ein 3 Literbecher (100 * 25 = 2,5 L).
Ist aber nicht nötig. Tatsächlich verdampft nur ein kleiner Teil des 
Galden. Galden ist schwerer als Luft und man kann beim "Kochen" sehr gut 
erkennen, wo ungefähr die Dampfphase endet.
In dem Becher waren es ca. 5 cm. Mein erstes Gestell war anfangs in 
dieser Höhe. Daher kam das Galden nur schlecht ran. Und das Ergebnis 
war, dass die Lötstellen alle stumpf waren.

Also verkürzte ich das Gestell auf nun knapp 3 cm und erhöhte die 
Galdenmenge auf 150g.
Dann ging's los:
Ich stellte die Heizung auf max und wartete bis das Galden die 230°C 
erreicht hat, was so ca. 5 min dauerte.
Danach stellte ich die Temperatur etwas herunter (50%). Die Luft in dem 
Glas erhitzt sich natürlich durch das Galden, auch wenn das Galden 
gerade erst anfängt zu verdampfen, was übrigens recht langsam passiert.
Die erhitze Luft wärmt jedenfall erst mal vorsichtig die Platine auf und 
lässt das Wasser aus den Bauteilen entweichen.
Nachdem sich die Platine so ca. 5 min von 100°C auf 170°C aufgeheizt 
wurde, stellte ich die Heizung wieder auf max.
Das Sieden wird jetzt stärker und der Galden-Dampf erreicht die Platine.
Wichtig ist, dass man die Lötstellen genau beobachtet. Man will die 
Platine ja nicht zu lange bei 230 °C kochen.
Der A6211 war recht schnell fertig und sah schon perfekt aus.
Nervig war die Spule und meine WAGO-Stecker, die brauchten am längsten, 
vermutlich wegen der großen Lötpads.
Aber dann war es soweit, die Lötpaste zog an den Bauteilen hoch und 
wurde glänzend.
Dann schaltete ich die Heizung ab und stellte den Becher (mit 
Handschuhen für den Herd!) auf eine Holzunterlage. Und schaltete einen 
Lüfter ein, der einfach nur auf das Glas bläst.
Ich wollte die Temperatur einfach ein bisschen schneller runterbringen, 
das Galden speichert die Temperatur eh sehr gut und braucht lange zum 
Abkühlen.
Man sollte auch das Galden komplett auskondensieren lassen, das Zeug ist 
teuer genug.
Mein Verlust betrug jedenfalls 3g pro Kochvorgang (ich notiere mir die 
Mengen).

[Andreas J. (ajbln)]

Und hier das Ergebnis.
Mit der Lupe (und auf dem Bild) sieht man, dass die Lötstellen etwas rau 
sind. Aber ansonsten perfekt.
Ich vermute, dass es an der Lötpaste liegt, ich werde daher noch andere 
ausprobieren.
Länger kochen ist glaube ich nicht sinnvoll. Und die Abkühlphase kann 
ich glaube ich nicht ohne Aufwand oder Risiko weiter beschleunigen.

Falls ihr da auch Erfahrungen gemacht habt: ich bin für jeden Tipp 
dankbar.

So long,
Andy