Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schaltet

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Moderator: T.Hoffmann

Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schaltet

Beitrag am Do, 20.03.14, 14:54 (9 Bewertungen, 75 Sterne)

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Der Thread ist eine Antwort auf diesen Beitrag: viewtopic.php?p=183302#p183302
Ich wollte aber den Thread nicht torpedieren ;) Außerdem ist das Thema ja wichtig genug um einen eigenen Thread zu bekommen.

Kurzfassung:
Eine KSQ (Konstantstromquelle) die nicht belastet ist, regelt sich immer auf ihre maximal mögliche Spannung hoch. Wenn man also den Stromkreis aus KSQ-Ausgang und angeschlossenen LEDs mit einem Schalter unterbricht, ist das genau diese Situation. => Die LED(s) bekommen auf jeden Fall diese maximale Spannung ab, wenn man wieder einschaltet, oder zuerst die KSQ mit Strom versorgt und dann die LEDs anschließt. Ob sie daran 'sterben' hängt aber von verschiedenen Faktoren ab.
1. Wenn die LED(s) diese maximale Spannung (wenigstens kurz) 'vertragen' gibt es ggf. einen hellen 'Blitz', aber mehr passiert nicht.
2. Wenn die maximale Spannung nur sehr kurz (mit kurz sind hier Zeiten im Mikrosekundenbereich oder darunter gemeint) anliegt, reicht die dann in die LED fließende Energie ggf. auch noch nicht um sie zu zerstören (außerdem spielen hier auch Kapazitäten und Induktivitäten der LED-Anschlusskabel eine Rolle).

Im Zweifelsfall gilt immer: LEDs grundsätzlich nicht hinter einer KSQ schalten und auch nicht (z.B. testweise) an eine KSQ anschließen, die schon mit Strom versorgt ist.

Speziell dieser Fall: LEDs werden (testweise) mit der KSQ verbunden NACHDEM diese schon mit Strom versorgt ist hat schon unzählige LEDs das Leben gekostet (egal ob es sich um eine 230V KSQ oder eine Niederspannungs-KSQ handelt). Fast jeder Anfänger scheint diesen Fehler (mindestens) ein Mal zu machen.

Langfassung:
Die meisten käuflichen KSQs sind Schaltwandler und haben Ausgangskondensatoren die in erster Linie dafür da sind, die Ausgangsspannung zu glätten. Die in diesen Kondensatoren gespeicherte Energie ist eigentlich immer groß genug um LEDs zu zerstören, so dass Punkt 2 der Kurzfassung oben entfällt. Bliebe also höchstens Punkt 1 aber der ist gerade bei Schaltwandlern auch eher zu vernachlässigen, weil deren maximal mögliche Spannung meist wesentlich über der typischen Betriebsspannung für die LEDs liegt. Wie sich der Strom bei einer solchen Konstellation (Ausgangskondensator) verhält ist unabhängig vom Aufbau der KSQ, also gilt auch hier der Verlauf wie im Bild 3 gezeigt. Ohne Ausgangskondensator können die Zeiten mit Maximaler Spannung aber auch extrem kurz sein, und dann gelten andere Bedingungen. Ich habe ja schon mal testweise eine normale 3.3V-20mA LED mit sehr kurzen Pulsen bei 700mA und mehr als 6V 'betrieben'. Sie hat zwar messbar gelitten, aber kaputt war sie nicht.
(Siehe hier: viewtopic.php?p=96852#p96852 )

In der Simulation der folgenden Schaltungen wird zuerst einige Zeit lang die KSQ unter 'Normalbedingungen' laufen gelassen, dann einige Zeit abgeschaltet und dann wieder eingeschaltet. Der Schalter ist mit einem Kontaktwiderstand von 0.1Ohm und einem Isolationswiderstand von 100MOhm simuliert. Die Zeiten habe ich an die 'Gegebenheiten' angepasst (Reaktionsgeschwindigkeit der Regelung).
Bild1: Standard-2-Tansistor-KSQ mit 20mA LED:
KSQ_Schalten1.png
KSQ_Schalten1.png (3.97 KIB) 16925-mal betrachtet

Auch hier steigt der Strom nach dem 'Wieder-Einschalten' massiv an (über 1A!) Aber der Puls dauert nur Nanosekunden. Dabei wird fast keine Energie in die LED übertragen, so dass ich mir hier 100% sicher bin, dass der LED nichts passiert.
Wenn man jetzt ein Stück Kabel (mehr als 10cm) an der LED hinzufügt (etwa 0.1µH Induktivität) dann verschwindet der Peak fast vollständig (Bild2):
KSQ_Schalten2.png
KSQ_Schalten2.png (6.35 KIB) 16925-mal betrachtet

Bild3: Mit einem Ausgangskondensator (wie bei Schaltreglern üblich) sieht es wieder so ähnlich wie im Bild 1 aus:
KSQ_Schalten3.png
KSQ_Schalten3.png (5.45 KIB) 16925-mal betrachtet

Aber hier dauert der 1A Puls immerhin schon eine Millisekunde. Das dürfte in der Regel zum sofortigen LED-Tod führen. Wenn die Kapazität oder die Eingangsspannung größer werden wird das natürlich noch viel schlimmer (höherer und längerer Peak).

Wen man jetzt nicht die Standard-2-Tansistor-KSQ sondern diejenige mit Leistungsmosfet und High-Power LED betrachtet (hier wäre jetzt der Standard-Strom bei rund 0.8A) dann sieht es wieder anders aus. Weil hier die Gate Kapazität des Mosfets die Hauptrolle spielt. Diese läd sich bei Unterbrechung durch den Schalter voll auf, nach dem 'Wieder-Einschalten' muss der Bipolartransistor diese Ladung erst mal abbauen. Das dauert ein wenig und in dieser Zeit kann ein recht großer Strom fließen. Der Bipolartransistor baut dabei die Ladung recht weit ab, so dass nach dem Peak erst mal nahezu null Ausgangsstrom da ist, der baut sich dann ein paar µS später langsam wieder bis zur 'erwünschten' Stromstärke auf.
Bild4: 2-Tansistor-KSQ mit Mosfet - typ. Strom etwa 0.8A
KSQ_Schalten4.png
KSQ_Schalten4.png (5.73 KIB) 16925-mal betrachtet

Der Peak dauert etwa 0.2µS. Das mag in Einzelfällen schon zur Zerstörung einer LED reichen, in der Regel dürfte sie das überleben (insbesondere wenn man die LEDs nicht 'am Anschlag' betreibt und die Differenz zwischen Eingangsspannung und LED-Flussspannung eher klein ist).
Zuletzt geändert von Borax am Mi, 17.09.14, 14:25, insgesamt 3-mal geändert.
Borax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 20.03.14, 15:55 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Hallo Borax.

Klasse! Mein LTSpice-Guru.
Maximale Anzahl von Sternen von mir, weil Du Dich hier wieder richtig toll und fundiert eingebracht hast.
Damit kann man richtig was anfangen.
Ich nutze als Transistor KSQ immer einen MOSFET. Und hier hat es schon mal ein paar LEDs geschrotet, weil ich zu bräsig war und eine Leitung nicht sauber - sprich so richtig gepfuscht! - angeschlossen hatte. Eingestellt war die KSQ auf 70mA. Danach waren drei von drei LEDs im Nirvana.

Gruß
Strumboe
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 20.03.14, 19:35 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Verständlich geschrieben. 5 Sternchen.

Eine Frage dazu.

Bei netzbetriebenen Konstantstromquellen sind sehr häufig Tonneninduktivitäten nach der Gleichrichtung eingebaut. Bislang dachte ich, dass diese zum Entstören (herausfiltern der parasitären Frequenzen) gedacht sind. Sind diese Induktivitäten möglicherweise ebenfalls dafür da, den Strom nicht über das erlaubte Maß ansteigen zu lassen?

Bild aus einem Beitrag in diesem Thread:


Die Induktivität ist das halbverdeckte schwarze Bauteil zwischen den beiden Elkos und der Printanschlussklemme.
Bild

Solche Induktivitäten findet man auch auf Festspannungsnetzgeräten (OpenFrame Schaltnetzteile), zum Beispiel von Meanwell Serie NFM-05.
Bild
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 20.03.14, 19:56 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Borax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 20.03.14, 20:12 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Gemeint war die Tonneninduktivität, nicht das Netzfilter.

Vereinfachte Darstellung ab Sekundärwicklung des Ferrit-Transformators:
induktor_ausgang.png
In den Blockdiagrammen in den Datenblättern steht Rectifier + Filter. Ich könnte mir aber vorstellen, dass die Induktivität eine 2. Funktion hat. Ähnlich der Induktivität in Deiner 2-Transistor KSQ.

Allzuviele parasitäre Frequenzen dürften nicht vorhanden sein. Elektromagnetismus ist etwas träge.
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mo, 02.02.15, 10:14 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ich habe eine Anwendung bei der ich aus vielen LED-Modulen in einer Reihenschaltung einen Kreislauf bilde. Dabei hanlt es sich um bis zu 15 (100mA 1,7 V IR-LEDs). (--> maximal ca 30V)
Ich möchte dabei eine Konstansstromquelle wie diese beiden verwenden.

http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... 100mA.html

https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q= ... 7526,d.ZWU

Nun kann ich nicht ausschließen, dass jemand den Stromkreislauf (Lastseite) wärdend des Betriebes aussteckt oder vieder verbindet. Únd sei es auch nur wegen eines Wackelkontaktes.

Ich habe den Thread hier so verstanden, dass in der Regel eine Induktivität im LED- Kreislauf die Stromspitzen verhindern kann und dass alles kapazitive eher schlecht ist.

Ich weiß jedoch nicht wie die KSQs die ich dort oben zur Auswahl hab, die Stromstärke regeln oder ob das hier auch zutrifft.

Kannst mir eventuell jemand sagen ob das hier auch zielführend ist?
Ich hätte eine 10mH Induktivität eingesetzt um den Stromanstieg von 0 auf 100mA bei 30V um 3ms zu verlangsamen. Ich hab aber keine Ahnung ob dieses Dimmensionierung gut ist.

Der Platinenhersteller hat mir dazu keine konkreten Infos gegeben und nur gemeint er denkt, dass eine zu große Induktivität am Lastausgang auch beim TRENNEN ein Problem darstellen kann, da beim Stromabriss sehr große Spannungsspitzen auftreten können. Kannst dazu er was sagen ?
Ich hätte eher gedacht, dass wenn der Stromkreislauf nicht mehr geschlossen ist, und keine Kapazitäten verbaut sind, dass dann auch hohe induzierte Spannungen der Spule egal sind, weil dabei ja kein Strom fließen kann.

Ich wäre sehr dankbar, wenn mir jemand mit Erfahrung weiterhelfen kann, weil ich schon lange nach wem Suche, der das Problem kennt und sich damit befasst hat!

Danke schon jetzt
Climbmax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mo, 02.02.15, 11:27 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Borax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Di, 03.02.15, 14:20 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Di, 03.02.15, 16:41 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Di, 03.02.15, 19:56 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Di, 03.02.15, 20:11 (5 Bewertungen, -5 Sterne)

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ustoni
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Di, 03.02.15, 22:48 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Di, 03.02.15, 23:30 (3 Bewertungen, 20 Sterne)

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Gerd12
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 00:13 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Ein guter Schutz gegen versehentliches Schalten / Unterbrechen des Ausgangskreises ist das Anpassen von KSQ und Anzahl der LEDs.
Geht natürlich nur, wenn es das Konzept erlaubt und die Anzahl der LEDs nicht fest vorgegeben ist. Könnte manchem Geschädigten helfen.

Beispiel:
Man nehme eine KSQ
(die 95043 ist gemeint) welche für eine max. Ausgangsspannung von 36V geeignet ist.

Angeschlossen werden 11 LEDs
XM-L2 U2 mit der Summe Vf 2,85V x 11 = 31,35V und damit im zulässigen Bereich der Ausgangsspannung 15 - 36V DC.

Tritt jetzt eine Unterbrechung im Ausgangskreis auf, geht die Ausgangsspannung der KSQ auf 36V (An diesem Punkt bin ich mir nicht sicher)
Diese 36V werden nach dem Ende der Unterbrechung als Impuls an die 11 LEDs geschickt. Der Impuls bestromt die 11 LEDs mit rd. 3A
was bequem im erlaubten Bereich der LED liegt. Einige µs später ist der Strom wieder auf 700mA eingependelt.

Gruß
Bernd
BMK
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 00:26 (1 Bewertungen, 3 Sterne)

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ustoni
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 09:17 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Danke für die vielen Antworten!

Und ja ich weiß wie eine Kondensator funktionniert!

@Borax: Vielen Dank fürs simulieren ... genau das wollte ich wissen... nach dem Datenblatt der LED könnten sie einen Puls von bis zu 200mA mit abnehmender Stromstärke für ne 10tel Sekunde abhaben.

Unbenannt2.JPG
Unbenannt2.JPG (66.77 KIB) 16003-mal betrachtet


Ich werde einfach mal die beiden oben gezeigten KSQs kaufen, versuchen zu messen, welche die kleinere Kappazität hat und welche schneller schaltet und mich dann mit ein paar kleineren Induktivitäten rantasten.
Zudem werde ich empfehen immer mehrere LEDs zu verwenden und nicht nur eine!

Nun sind mir noch Ideen gekommen:
-Ist es evetuell sinnvoll eine kleinere Kapazität in die KSQ zu löten, als die Originale? Dabei habe ich evtl mehr Welligkeit aber dafür sinkt die Gefahr!
Climbmax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 14:23 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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KSQ_Schalten7.png (2.67 KIB) 15967-mal betrachtet
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Borax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 14:42 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Könnte man nicht einfach mit einem Tiefpass Filter arbeiten? Der Puls sollte ja ne recht hohe Frequenz haben.
tommi
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 16:52 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Also erstmal 1000 Dank dir Borax fürs simulieren! :D :D :D :D

Ich habe gerade ne Nachricht vom Hersteller der einen KSQ erhalten. Dabei sind ein paar ganz gute Infos:

Die KSQ von Anvilex:
Hochleistungs- Konstantstromquelle
CCS2-100-HV36 (100 mA Version)
P011.36-100-HV36:
- Ausgangskapazität von nur 4,7µF !!!
- Frequenz der Regelung je nach Arbeitspunk bei circa 500 kHz

Diese Kapazizät ist ja zum Glück schonmal um ne gute Ecke kleiner als bei deinem Beispiel mit verkleinerter Induktivität!

Was sagst du zu dem markierten Induktivität in der Tabelle oder der eines Drunter? (von Fastron)

Wenn ich das richtig verstehe hat die.
1,8mH, kann bis zu 0,21 A Stromabhaben und hat nur 3,3 Ohm Widerstand
Wenn man jetzt nicht weit über einen Gesamtwiderstand von 10 Ohm kommen will um nicht mehr als 1 V Spannungsabfall zu haben, dann könnte mann
1-3 dieser Induktivitäten in Reihe schalten.
Induktivität.JPG


Merci!
Climbmax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Mi, 04.02.15, 23:05 (1 Bewertungen, 10 Sterne)

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Naja... In der Simulation (4,7µF Kapazität, 2,7mH, 4,6 Ohm Induktivität) sieht es nicht soo gut aus. Der Peak dauert zwar nur 400µS, hat aber in der Spitze immer noch knapp 1A. Ist aber halt auch nur Theorie. In der Praxis kann das eine LED ggf. durchaus 'aushalten'. Ich würde es trotzdem eher mit einer nachgeschalteten 2-Transistor-KSQ versuchen. In der Simulation sieht das sehr sauber aus. Der Strom steigt zu keinem Zeitpunkt über 130mA (und das auch nur für einige ns), der 'Verlust' ist auch sehr gering (unter 1V). Weil ein 4.7µF Kondensator nicht so besonders viel Energie speichert, reicht hier wohl auch schon ein BC337 (o.ä.) Transistor aus. Wirklich sinnvoll testen kann man das aber nur bei einer realen Schaltung mit Oszi... Simulation ist immer nur Simulation.
Borax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 05.02.15, 10:03 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Danke Borax für die Mühe!
Wenn du das mit nachgeschalteter 2-Transistor-KSQ simuliert hast, könntest du mir dann evtl noch ein Bild von der simulierten Schaltung schicken?
Wäre voll genial!

Danke schon jetzt!
Climbmax
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 05.02.15, 10:25 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Moinsen.

Also, ich würde hier nicht mit einer weiteren Induktivität arbeiten.
Bei den Boost-Treibern gehört immer eine OCP (open circuit protection ) dazu. Dies wird hier meistens mit einer Z-Diode und einem Widerstand im Strommespfad realisiert.
Die Z-Diode liegt ca.2V über der Summe der Flussspannungen der LEDs und sorgt dafür, dass der FB-Eingang diese 2V registriert und den Ausgang solange abschaltet, wie diese 2V anliegen. Es muss hier dann nocht nicht einmal eine Power Z-Diode eingesetzt werden, weil es hier auf die erhöhte Spannung ankommt und nicht auf den Strom.
Das einzige Problem ist der Mehraufwand an Bauteilen und ggf. Berechung und die eigentliche Schaltung. Ind den LED-Treibern ist diese Schaltung ja realisiert.
In den anderen müsste man dies noch einarbeiten.
OpenCicuitProtection.jpg
OpenCicuitProtection.jpg (24.81 KIB) 15863-mal betrachtet


Doch ich bin zuversichtlich, dass unser LTSpice Guru Borax dies hinbekommt.

Gruß
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 05.02.15, 11:08 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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LEDoverMHL
 
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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 05.02.15, 11:27 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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Re: Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schal

Beitrag am Do, 05.02.15, 11:30 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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