PowerLED mit AKKU

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

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grosser13
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Mi, 18.08.10, 18:26

Hallo Leute,

ich bin recht neu hier und beschäftige mich gerade mit der Versorgung und Regelung von High Power LEDs.

Prinzipiell gibt es da ja viele Möglichkeiten. Wenn man die Versorgung mit Akkus plant, dann gibt es neben der korrekten Funktion ja auch noch das Problem mit dem Wirkungsgrad. Man möchte die gespeicherte Energie idR ja in Form von Licht nach aussen transportieren und nicht als Verlustleistung in der Steuerung wortwörtlich verheizen. Imho steigt die Verlustleistung mit der Differenz zwischen Versorgungsspannung und der an der LED anliegenden Spannung. Ja ich weiß die LEDs sollen stromgesteuert werden und nicht spannungsgesteuert. Aber dem gewünschten Strom steht ja auch eine passende Spannung gegenüber. Und somit ist die Verlustleistung zumindest verknüpft mit obiger Spannungsdifferenz. Wenn ich mir jetzt die Datenblätter von HP LEDs anschaue, als Beispiel mal eine NICHIA (mit selbiger experimentiere ich gerade)
350 mA : 3,2 V
700 mA : 3,4 V
800 mA : 3,55 V
so ist der Spannungsbereich der LED im Betrieb zwischen 350 und 800 mA ja gerade mal 0,35V.
So und da leitet sich meine erste Frage an die Gemeinde ab:
Ich lese zig Seiten, wo die Akkuspannung zuerst auf 6 oder gar 12 Volt mittels z.B. Step Up Wandler hochgestellt wird, um den Strom dann mittels KSQ so zu begrenzen, damit die LED nicht durchbrennt. Warum arbeitet man hier nicht mit Akkukombinationen wo die Versorgungsspannung eben knapp über den 3,55 V liegt. Also z.B. 3 x 1,2V = 3,6V. Damit müsste sich doch eigentlich der beste Wirkungsgrad erreichen lassen. Ist das ein komplett verkehrter Denkansatz, oder nicht?

Und nun zur zweiten Frage.

Das Dimmen mittels PWM ist ja wohl viel effizienter als wie über die Strombegrenzung.
Also optimal wäre doch die exakte Versorgungsspannung für die jeweilige LED herstellen (wie auch immer) und dann mittels PWM dimmen und der Wirkungsgrad sollte nahe an 100% liegen, Gut 98% wäre ja auch noch ok :lol:

Das mal prinzipiell zum Verständnis für mich. Und da ich Schwabe bin, und somit von Hause aus sparsam, liegt mir sehr am Herzen aus den Akkus die Energie nicht zum Heizen der Umgebung sondern zur Beleuchtung zu verwenden.

Gruß grosser13
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Beatbuzzer
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Mi, 18.08.10, 18:41

Problem:
Diese exakte Versorgungsspannung gibt es nicht. Sie ist in erster Linie abhängig von der Temperatur, die Toleranzen der Fertigung lasse ich mal weg, denn man könnte die LED ja ausmessen.
Weiterhin ist es nicht weniger aufwendig, eine konstante Spannung herzustellen. Da kann man auch gleich einen konstanten Strom generieren und gut.
Die einfachste und effizienteste Lösung dazu wären 3 spannungsstabile Akkus wie Eneloop in Reihe und danach eine Low-Drop KSQ vom Typ Eigenbau.
Viel besser wird man mit aufwendigen Schaltreglern bei den geringen Spannungsdifferenzen nicht kommen.
grosser13
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Mi, 18.08.10, 18:52

Hallo Beatbuzzer,

das wäre ja genau das was ich als Optimum präferiere. Oder sehe ich das falsch. Aber kannst du mir erklären, warum so viele erst die Spannung hochstellen und dann mehr Verlust in Kauf nehmen bei der KSQ? Das ist doch unsinnig??? Oder gibt es gar keine vernünftigen Schaltungen, die das möglich macht?

Ich würde dann gerne eine Schaltung finden, oder wenn notwendig selber entwickeln, wo das Dimmen(PWM) und die KSQ in einem integriert sind und wirklich nur eine Versorgungsspannung von 3,6V brauchen.
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Mi, 18.08.10, 19:01

grosser13 hat geschrieben:Aber kannst du mir erklären, warum so viele erst die Spannung hochstellen und dann mehr Verlust in Kauf nehmen bei der KSQ?
Wenn man eine gute getaktete KSQ verwendet, macht das Sinn. Damit wird nämlich die höhere Spannung bei geringem Strombedarf in eine niedrige Spannung mit hohem Strom umgewandelt.
Die Batterien / Akkus werden also mit einem geringeren Strom belastet und man kann ihnen dadurch mehr Kapazität entnehmen. Denn mit hohen Strömen sinkt der Wirkungsgrad eines Akkus.
Weiterhin erhöht man so die Brenndauer der Lampe, denn man hat ja mehr Batterien / Akkus drin.
jkunz
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Mi, 18.08.10, 21:43

Wenn ich das recht verstehe hast du folgendes gesehen:
Die geringe Spannung des Akkus wird mittels Aufwärtsschaltregler auf eine höhere Spannung gebracht. Mit dieser Spannung wird dann nochmals eine KSQ gespeist. Das ist ineffizient, wie du schon bemerkt hast. Das ist wohl nur eine Notlösung, da KSQ-Schaltregler in Konfiguration als Aufwärtsschaltregler fast nicht zu bekommen sind. Bei den üblichen KSQs muss die Eingangsspannung nämlich größer als die Ausgangsspannung sein. Falls du nicht genug Akku-Zellen einbauen kannst um eine ausreichend hohe Akku-Spannung zu bekommen und du keine Aufwärtsschaltregler-KSQ krigst bleibt eben nur die Notlösung mit Aufwärtsschaltregler und danach nochmal eine KSQ.

Wenn du es einrichten kannst, dass die Akku-Spannung garantiert immer über der LED-Flusspannung liegt, diese Differenz aber gering ist, kannst du durchaus eine lineare KSQ benutzen. Bei einer Schaltregler-KSQ kann die Differenz problemmlos deutlich höher sein ohne den Wirkungsgrad rapide zu verschlechtern.

PWM Dimmen ist nicht zwangsweise effizienter als den Strom zu verringern. PWM ist nur oft einfacher schaltungstechnisch umzusetzen. Es gibt noch Feinheiten wie Wandern des Farbortes mit dem LED-Strom und Abhängigkeit des Wirkungsgrads vom Strom, aber das lassen wir jetzt mal außen vor.
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Tipp: nimm einen LeFePo4-Akku und lade ihn immer nur zu 90% --- dann einfach einen Widerstand, fertig. Der Akku liegt über fast die ganze Entladedauer bei ca. 3,35 Volt. Gibt's von YUNTONG bei Reichelt oder in besserer Qualität von A123Systems in diversen Modellbau-Onlineshops. Preis jeweils ca. 12..14€.

Datenblatt 2300 mAh-Zelle von A123Systems (Wenn man Autohersteller ist und große Mengen benötigt, gibt's die auch noch eine Nummer größer, noch belastbarer und noch günstiger oder auch als 20Ah-Flachzelle. Außerdem ein Fertigmodul passend für alle Toyota Prius Bj. 2004 bis 2009)
China-LiFePo4-Akku bei Reichelt kaufen
Datenblatt YUNTONG China-Akku
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