Led und Spannungsbegrenzung

[lazy biker]

Hi,
ich hab wieder das Thema LED-Beleuchtung:
Hab ich das richtig verstanden: Wenn ich z.B 12 V Eingangsspannung habe, 2 LED mit 3,5V und 350mA, KSQ braucht 3V
--> Ich setze dann nur 7V/2,45W für Licht ein, 5Volt/1,75W werden verbraten, oder? Ich brauche aber mindestens 10V, um die Anlage zu betreiben.

Meine momentane Planung sieht daher so aus:
6V Batterie, sprich 5,8 bis 6,6 V,
2 LED mit 3,15V (Rebell), dafür keine Stromregelung!
bis 6,3V Batteriespannung (Normalbereich): etwas über 350mA/2,2W voll für Licht, kein Verlust
unter 6,3V: Strom reduziert sich stark, Lichtleistung bei LED ja nur gering, d.h. die Batterie hält länger bei nur mäßig dunklerem Licht.

Für Blink und Rücklicht:
SMD-LED mit 2,0 bzw 2,2V, je 3 Stück: und hier beginnt das Problem: wenn die Batterie voll ist, brauche ich einen Vorwiderstand, wenn sie etwas gelaufen ist, nicht mehr.
daher Frage 1:
Gibt es eine Schaltung, die einen Variablen Wiederstand von 20Ohm bei 6,6V bis 0 Ohm ab 6,0V generiert, ohne eigenen Spannungsabfall (der mir ja wieder für die LED fehlen würde).
Frage 2: Spannungsbegrenzung mit Z-Diode, 6,0V: saugt die mir die Batterie leer, bis die 6V erreicht sind?? Dann wäre das nichts.

Ich sehe schon die Frage kommen, warum 6V statt 12V. Ganz einfach, 2 LED für Fahrlicht + 2 für Fernlicht reichen (mir) inzwischen von der Lichtleistung.
Energiebilanz:Frontlicht 2,2W; 0,8W hinten und Positionslichter auf Dauer + ca. 2,5Watt bei Fernlicht.
Ich kann also den Stromverbrauch besser regeln, wie wenn ich bei 12V jeweils 3-4 LED oder KSQ nehmen würde, die immer gemeinsam die vollen 5W verbraten, auch wenn ich auf beleuchteten Stassen fahre.

Viele Grüße
Roland

 

[lazy biker]

AW: Led und Spannunsbegrenzung

hab irgendwie das traurige Smilie im Titel erwischt! So passt das besser. Bin gut drauf, hab nämlich Urlaub

Roland

 

[rainerh]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

ich hab wieder das Thema LED-Beleuchtung:
Hab ich das richtig verstanden: Wenn ich z.B 12 V Eingangsspannung habe, 2 LED mit 3,5V und 350mA, KSQ braucht 3V
--> Ich setze dann nur 7V/2,45W für Licht ein, 5Volt/1,75W werden verbraten, oder? Ich brauche aber mindestens 10V, um die Anlage zu betreiben.

Meine momentane Planung sieht daher so aus:
6V Batterie, sprich 5,8 bis 6,6 V,
2 LED mit 3,15V (Rebell), dafür keine Stromregelung!
bis 6,3V Batteriespannung (Normalbereich): etwas über 350mA/2,2W voll für Licht, kein Verlust
unter 6,3V: Strom reduziert sich stark, Lichtleistung bei LED ja nur gering, d.h. die Batterie hält länger bei nur mäßig dunklerem Licht.

Im Prinzip richtig, praktisch mußt Du das mit den konkret bei Dir verbauten LEDs ausprobieren (die Geldbörse dankt es diese Versuche mit einem kleinen Vorwiderstand zu beginnen), da die Vorwärtsspannungen der LEDs heftig streuen und wegen der stark nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie der Strom ganz flott zu groß wird.

 

[Andreas]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo,

Wenn ich z.B 12 V Eingangsspannung habe, 2 LED mit 3,5V und 350mA, KSQ braucht 3V
--> Ich setze dann nur 7V/2,45W für Licht ein, 5Volt/1,75W werden verbraten, oder? Ich brauche aber mindestens 10V, um die Anlage zu betreiben.

Ich bin mir nicht sicher, die Frage richtig zu verstehen.

Es gibt so genannte lineare Regler, die machen tatsächlich nichts anderes, als Energie zu verbraten, also in Wärme umzusetzen. Je größer der Spannungsunterschied, desto mehr Energie wird in Wärme gewandelt und desto wichtiger ist die Kühlung des Reglers. Linearregler "brauchen" meistens einen Spannungsunterschied von mindestens 2-3 Volt.

Und es gibt Schaltregler. Die haben einen Verlust von etwa 10-20% der zugeführten Energie. Schaltregler gibt es in der Variante "Step Down", dann ist die Ausgangsspannung geringer als die Eingangsspannung. Bei der seltenen Variante "Step Up" ist es umgekehrt. Mit ihr kann man zum Beispiel 10 LEDs in Reihe an 6 Volt betreiben.

Je größer der Spannungsunterschied, desto eher ist ein Schaltregler um Vorteil. Bei geringem Spannungsunterschied kann ein Linearregler sogar etwas besser sein.

Man kann die beiden Typen ganz gut auseinanderhalten. Schaltregler haben einiges an Elektronik und kosten nicht unter 15 EUR. Linearregler haben nur zwei oder manchmal drei Bauteile und kosten normalerweise so 5 EUR. Man kann sie aus zwei Bauteilen selbst zusammensetzen, dann kommt man mit 20-30 Cent hin (je nachdem, wieviel Strom der Regler aushalten muss). Mehr dazu unten.

Meine momentane Planung sieht daher so aus:
6V Batterie, sprich 5,8 bis 6,6 V,
2 LED mit 3,15V (Rebell), dafür keine Stromregelung!

Das ist zu riskant für die LEDs! Die Spannung von 3,15 Volt ist nur ein Durchschnittswert. Die wirkliche Spannung, die bei 350 mA anliegt, hängt von der individuellen LED und der LED-Temperatur ab. Das können auch 3 Volt sein. Dann leuchten die LEDs bei 6,6 Volt Versorgungsspannung nur ein einziges Mal, und nur ganz kurz..

Weil die wirkliche Spannung einer LED beim erlaubten Strom nicht vorhersehbar ist, muss man Vorwiderstände so wählen, dass man ganz sicher unter der Grenze ist. Man betreibt die teuren LEDs daher weit unter dem, was sie eigentlich können. Bei einem kleineren Vorwiderstand steigt das Risiko stark, dass die LED stirbt. Deswegen würde ich - wenn 2-3 Volt Spannungsunterschied zur Verfügung stehen - immer einen einfachen Linearwandler selbst bauen. Die 25 Cent Preisunterschied zum Widerstand lohnen sich wirklich.

Für Blink und Rücklicht:
SMD-LED mit 2,0 bzw 2,2V, je 3 Stück: und hier beginnt das Problem: wenn die Batterie voll ist, brauche ich einen Vorwiderstand, wenn sie etwas gelaufen ist, nicht mehr.
daher Frage 1:
Gibt es eine Schaltung, die einen Variablen Wiederstand von 20Ohm bei 6,6V bis 0 Ohm ab 6,0V generiert, ohne eigenen Spannungsabfall (der mir ja wieder für die LED fehlen würde).

Auch hier gilt: Die Spannung der LED sind ist nicht vorhersehbar. Ich empfehle Dir daher, jeweils drei einfachst-Linear-KSQ zu bauen. Hier eine Anleitung:

http://led-treiber.de/html/lineare_treiber.html#LM317

Übrigens: Die Seite ist ziemlich gut, da lohnt sich das Stöbern.

Der dazu benötige LM317 kostet bei Reichelt 23 Cent in der Variante mit TO 220-Gehäuse, die bis 1500 mA aushält (würde ich auch für kleine Ströme nehmen, weil eine Kühlfahne schon dran ist). Bis etwa 1 Watt Verlust bei Dauerbetrieb geht ohne zusätzlichen Kühlkörper. Beim Blinker dürften auch 1,5 Watt kein Problem sein. Die Sparversion des LM317 schafft maximal 100 mA (TO 92-Gehäuse) und kostet 13 Cent. Dazu brauchst Du dann noch einen Widerstand, und zwar R = 1,25 / Strom. Also 12,5 Ohm für 100 mA oder 25 Ohm für 50 mA oder 3,6 Ohm für 350 mA. Wenn es den Widerstand nicht gibt, nimm den nächstgrößeren Wert. Ich würde hier die "teuren" Metallschichtwiderstände (bei Reichelt 8 Cent) nehmen.

Gruß
Andreas

 

[lazy biker]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hi Andreas,
zuerst: die Regler, die ich meine, sind Konstantstromquellen, keine Spannungsregler. Bei LED´s regelt man den Strom, gerade weil die Ströme bei geringen Spannungsunterschieden stark steigen. Und die Konstantstromquelle (KSQ) braucht bei den Strömen mind. 3V (manche sogar 4-5V) mehr, als die LED brauchen.
mein Beispiel: 2xRebell mit 3,15V, 3Vfür den Regler: mind. 9,3V, max meistens 30V. Bei den 9,3V wird noch nichts "verbraten", aber ich habe den Spannungsabfall und damit den Verlust.

Warum ich das alles überlege: es geht nicht um die Kosten, sondern darum, möglichst wenig Akku mitzuschleppen. Wenn ich für die Stromregelung nochmals einen Spannungsabfall von 3-4V habe, brauche ich bei gleicher Kapazität eine Zelle mehr nur für die Regelung.
Die von Dir vorgeschlagenen Spannungsregler wären ein Kompromiss. Wenn ich die Spannung regle, schwankt der Strom der LED nur im Bereich der Bauteilstreuung, und die Spannungsregler haben nur einen Spannungsabfall von 1V.

Hast recht, ist ohne Regler ein gewisses Risiko. Allerdings halten die Rebell-LED 3,5V aus, sie ziehen dann halt mehr Strom, gehen aber nicht hops. Insofern ist das Risiko überschaubar. Gefährdet sind die kleinen SMD-LEDs aber die kosten "nur" 0,80€, wenn da ein Array mit 3 LED´s abfackelt, geht das noch.

Wenns einen 8V-Akku bezahlbar gäbe, wäre das meine Wahl: 6,3V für LED und 1V für den Spannungsregler.
Hab gerade als Alternative die 7,4V Lipos angeschaut, aber die gehen ja auch auf 6V runter wenn sie leer sind. Und die 11V-Teile sind dann gleich wieder über 100€ teuer (ich will mind. 3Ah, um nur einmal in der Woche laden zu müssen). Daher fahre ich im Moment noch mit Bleigel, da merkt man, was man hat

Also nochmals zur Frage zusammengefasst: gibt es eine Möglichkeit, bei einer Eingangsspannung von 6,6-5,8V die Spannung auf 6,3V zu begrenzen mit Bauteilen, die keinen Spannungsabfall erzeugen. Ich träum jetzt mal vom Spannungsgeregelten Wiederstand, der bis 0 Ohm gehen kann.


Roland

 

[Andreas]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo,

Gibt es eine Möglichkeit, bei einer Eingangsspannung von 6,6-5,8V die Spannung auf 6,3V zu begrenzen mit Bauteilen, die keinen Spannungsabfall erzeugen?

Nein. von 6,6 bis 5,8 auf 6,3 Volt ist immer ein Spannungsabfall.

Gruß
Andreas

 

[mwa]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo Roland,

Also nochmals zur Frage zusammengefasst: gibt es eine Möglichkeit, bei einer Eingangsspannung von 6,6-5,8V die Spannung auf 6,3V zu begrenzen mit Bauteilen, die keinen Spannungsabfall erzeugen. Ich träum jetzt mal vom Spannungsgeregelten Wiederstand, der bis 0 Ohm gehen kann.


Roland

ohne Spannungsabfall geht es natürlich nicht.
Aber Jürgen Heidbreder hat schon vor Jahren diese Schaltung veröffentlicht:
http://www.mtb-biking.de/lampen/led/pics/schalt.gif

Das ist ein Linearregler, aber ein äußerst geschickter LowDrop-Regler.
Eine KSQ mit 3-4 Volt Drop ist nun wirklich nicht mehr Stand der Technik, so was würde ich nicht verwenden.

Jürgens Schaltung kommt mit 0,2 Volt Drop aus, niedriger habe ich das noch nirgends gefunden. Das bringt die Kombination aus MOS-FET T1 und den geschickt gewählten Widerstandsverhältnissen der Regelung hin.
Günther Schwarz hat die mal gegen einen Buck Puck Schaltregler vermessen, und da sah der Buck-Puck ziemlich schlecht aus...

Grüße

Michael

 

[lazy biker]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hi,
danke für eure Tipps. Mal schaun, ob ich heut gelernt habe:
1. Ein Schaltregler verbrät die heruntergeregelte Spannung wirklich nicht. Wenn ich z.B. am Ausgang 3,4V, 350mA und am Eingang 12V habe, dann zieht der Wandler nicht 350mA, sondern entsprechend weniger, bei 100% Wirkungsgrad wären es 100mA.
Spricht also nichts dagegen, 12V auf die Spannung runterzuregeln, die die KSQ/LED-Kombination braucht.
2. die LED Treiber, die Conrad, LED-Tech usw anbieten, sind nicht gut . Also wieder mal selberbauen (und lernen)
3. Ich sollte mich mehr mit MOSFET, Optokoppler und so weiter beschäftigen. Bisher war beim normalen Transistor schluss,

Und weiter gehts mit dem Lernen: Da ich noch nicht so firm bin, bräuchte ich einen fertigen Schaltplan für meine Anwendung. Die Werte auf der led-treiber Seite sind immer für die Luxeon-LED mit 3,4V Ausgelegt. Kann ich die direkt für meine Rebells mit 3,15V übernehmen? Zum Beispiel diese:
http://led-treiber.de/html/ldo-treiber.html#OpAmp

Grüße
Roland

 

[Andreas]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo Roland,

1. Ein Schaltregler verbrät die heruntergeregelte Spannung wirklich nicht. Wenn ich z.B. am Ausgang 3,4V, 350mA und am Eingang 12V habe, dann zieht der Wandler nicht 350mA, sondern entsprechend weniger, bei 100% Wirkungsgrad wären es 100mA.

Ja. (Ohne dass ich nachgerechnet hätte, aber so ungefähr kommt es sicherlich hin)

Spricht also nichts dagegen, 12V auf die Spannung runterzuregeln, die die KSQ/LED-Kombination braucht.

Genau. Wobei ich beim Blinker auf einen Linearregler zurückgreifen würde. Der Mehrverbrauch dürfte insgesamt so gering sein, dass sich der Preis/Aufwand für einen Schaltregler nicht lohnt.

2. die LED Treiber, die Conrad, LED-Tech usw anbieten, sind nicht gut . Also wieder mal selberbauen (und lernen)

Conrad ist eine Apotheke und bei LED-Tech finde ich nur Linearregler, jedenfalls auf dieser Seite: http://www.led-tech.de/de/LED-Controlling/Konstantstromquellen-c_118_119.html
(Abgesehen von den 230V-Teilen).

3. Ich sollte mich mehr mit MOSFET, Optokoppler und so weiter beschäftigen.

Das halte ich für Übertrieben. Schau doch mal hier:
http://www.ak-modul-bus.de/stat/led_treiber_pr4401,pd610!0,,PR4401.html
http://www.a1w.de/html/hko_.html
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.3256
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.7882
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.7425
http://theledguy.chainreactionweb.com/index.php?cPath=48_49_61
http://cctools.hs-control.de/ext_index.php?artikel=1421
http://www.taskled.com/
http://www.kaidomain.com/WEBUI/ProductDetail.aspx?TranID=2982

Da ich noch nicht so firm bin, bräuchte ich einen fertigen Schaltplan für meine Anwendung. Die Werte auf der led-treiber Seite sind immer für die Luxeon-LED mit 3,4V Ausgelegt. Kann ich die direkt für meine Rebells mit 3,15V übernehmen? Zum Beispiel diese:
http://led-treiber.de/html/ldo-treiber.html#OpAmp

Ja. die Elektronik rgelt die Spannung immer so, dass ein bestimmter Strom fließt.

Gruß
Andreas

 

[mwa]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo Roland,

Hi,
danke für eure Tipps. Mal schaun, ob ich heut gelernt habe:
1. Ein Schaltregler verbrät die heruntergeregelte Spannung wirklich nicht. Wenn ich z.B. am Ausgang 3,4V, 350mA und am Eingang 12V habe, dann zieht der Wandler nicht 350mA, sondern entsprechend weniger, bei 100% Wirkungsgrad wären es 100mA.
Spricht also nichts dagegen, 12V auf die Spannung runterzuregeln, die die KSQ/LED-Kombination braucht.
Grüße
Roland

Prinzipiell stimmt das.
Allerdings daraus den Schluß abzuleiten,"Linearregler sind schlecht, Schaltregler sind gut" ist unzulässig vereinfacht.
Allenfalls sind Linearregler mit einem hohen Spannungs-Drop schlecht.
Es sind schon Schaltregler mit einem Wirkungsgrad unter 70% gesichtet worden, da ist dann sogar ein Ohmscher Widerstand als Linearregler besser.
Günther Schwarz hatte wie gesagt Jürgens Linearregler gegen einen Buck Puck Schaltregler vermessen, die Wirkungsgrade des Linearreglers waren besser.
Es kommt darauf an, wie wenig Drop der Linearregler hat und wieviel Spannung bei voller Batteriespannung mindestens verbraten werden muß. Paßt die Batterie gut zur LED-Spannung, kann sogar ein Vorwiderstand die beste Lösung sein.

Grüße

Michael

 

[lazy biker]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hi,
Andreas: danke für die Links, werd mal stöbern gehn

Michael:

Paßt die Batterie gut zur LED-Spannung, kann sogar ein Vorwiderstand die beste Lösung sein

fehlt nur noch die Batterie mit geringem Spannungsabfall zwischen voll und leer. Da ist im Moment mein Problem. Bleigel 6V hat 0,6V Unterschied, ein LiPo mit 7,4V bis zu 1,5V. Da bräucht ich einen Ausgleich.

Ich überlege gerade, ob ich mit einem LiPo-Akku und Schaltregler die Spannung für das Bordnetz auf 7V eiche, und dann die LED`s mit entsprechenden Vorwiederständen ausstatte. Dann brauche ich nicht für jeden Strahler eine KSQ. 7V für 2x Cree-LED, die läuft dann am effektivsten.
Gesammtverbrauch wäre unter 10W, hab nur bei den fertigen Wandlern nur 5 oder 9V als Ausgangsspannung gefunden.
Was mein Ihr, was wäre in dem Fall besser:
3,7V/10Ah mit Step-Up oder 11,1V/3,3Ah mit Step-Down?
Oder kann ich einen 7,4V-Akku (voll 7,4V;leer 6V) auf 7V regeln??

Roland
der so froh ist, das er hier fragen kann,Danke

 

[Andreas]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo,

Ich überlege gerade, ob ich mit einem LiPo-Akku und Schaltregler die Spannung für das Bordnetz auf 7V eiche, und dann die LED`s mit entsprechenden Vorwiderständen ausstatte.

Würde ich nicht machen, die von mir bereits beschriebene LED-Problematik bleibt.

Lieber einen Schaltregler für die Cree-LEDs und den Rest mit selbst gebauten Linearreglern. Du hast nicht geschrieben, wieviel mA die Rücklicht-LEDs wollen, aber SMD-LEDs ziehen kaum mehr als 50 mA. Wenn Du für die drei Rücklicht-LEDs jeweils einen eigenen Linearregler nimmst, liegt der Verlust bei etwa 0,6 Watt (4 Volt Spannungsunterschied und 50 mA). Bei einem 6V-Akku mit 4000 mAh reduziert sich die Laufzeit durch die Verluste um vielleicht 30 Minuten. Mit zwei Reglern (einer für zwei Rücklicht-LEDs und der andere für die dritte Rücklicht-LED) reduziert sich die Laufzeit durch den Verlust um geschätzte 20 Minuten. Mit einer eigenen KSQ für das Rücklicht um vielleicht 10 Minuten. Überlege Dir, ob Dir das den Aufwand wert ist.

Gruß
Andreas

 

[lazy biker]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hi Andreas,
Es gibt einfach zu viele Variablen in diesem Spiel. Da ich immer alles perfekt machen will, sitze ich hier und versuche alle möglichen Wege gegeneinander aufzuwiegen und das absolute Optimum rauszuholen. Dabei bleibt manches Mal die Durchführung des Ganzen im Hintertreffen.
Wie lange dauert den das, bis so ein Teil von DealExtreme mit dem Schiff hier ist (und warum verkauft bei uns niemand so was??).

Grüße
Roland

 

[Andreas]

AW: Led und Spannungsbegrenzung

Hallo Roland,

das kenne ich. Ich will solche Sachen auch perfekt haben. Aber am Ende gewinnt man gegenüber einer guten Lösung (siehe mein Vorschlag) nur wenig. Dafür verschlingt die Planung viele Stunden, die man besser auf dem Rad verbracht hätte.

Hier greift das Pareto-Prinzip. Mit wenig Aufwand erreicht man ein gutes Resultat. Ein noch besseres Ergebnis bedeutet erheblich mehr Aufwand. Aus Wikipedia: [Das Pareto-Prinzip] besagt, dass sich viele Aufgaben mit einem Mitteleinsatz von ca. 20 % so erledigen lassen, dass 80 % aller Probleme gelöst werden.

Die Lieferzeiten von Deal Extreme verrät Dir wahrscheinlich die Suchfunktion der Gebirgsfahrer, die auch sehr gerne an der Elektrik basteln und dort bestellen. http://www.mtb-news.de/forum/forumdisplay.php?f=92

Gruß
Andreas