Noch ein Deckenfluter

[Akim]

Hallo zusammen.
Ich habe mich in diesem Forum angemeldet weil ich vor habe einen
Deckenfluter mit Led's auszurüsten und ich hoffe das man mir bei
diesem Profekt helfen kann.
Es gibt hier ja schon zahlreiche Anregungen was den Umbau von
Deckenflutern angeht aber ich habe halt nichts gefunden was ich 1:1
übernehmen würde.
Mein Deckenfluter sollte Dimmbar sein, er soll in etwa die gleiche
Farbwiedergabe wie ein 300W Halogenstrahler haben und annähernd an
die gleiche Helligkeit herankommen.

Ich bin firm im Löten und elektrotechnisch brauche ich sicherlich mal
den ein oder anderen Tritt.

Meine Idee war mit vier dieser High Power Leds Samsung HV DC 11W LED
anzufangen weiß oder warm weiß.
Da steh ich nun und weiß nicht recht weiter und hoffe auf eure Unterstüzung.

Gruß
Akim

[Borax]

Hallo Akim,
welcome on board!

Fangen wir mal damit an:

Mein Deckenfluter sollte Dimmbar sein

Wie/womit? Standard-Wand-Dimmer oder Fernbedienung oder einfaches Poti (z.B. ein PWM-Dimmer)?

er soll in etwa die gleiche Farbwiedergabe wie ein 300W Halogenstrahler haben und annähernd an die gleiche Helligkeit herankommen.

Dafür reichen die vier Samsung HV DC 11W LEDs nicht. Weder von der Farbwiedergabe noch Helligkeit.

Hast Du schon geplant wie die LEDs gekühlt werden sollen?

[Akim]

Oh!
So schnell hätte ich ja mit einer Antwort garnicht gerechnet.
Zur Kühlung würde ich Alu blech nehmen oder Kühlkörper und wenn das nicht reicht
noch nen Lüfter. In wie weit das alles dann in den Deckenfluter passt muss man sehen.
Als Dimmer würde mir ein Poti reichen.
Bei der Farbwiedergabe der Led's gehört wohl auch Erfahrung dazu.
Ich hatte gelesen das ein 300W Halogenstrahler so um die 6000Lumen wiedergibt.
Wenn man dann 4 Led's a 1300 Lumen nimmt ist man ja schon fast bei 6000 .

[Akim]

Wieviele und welche Leds muss man denn eurer Meinung nach nehmen
um in etwa an die 300W heran zu kommen?

[Achim H]

Die Frage nach der Anzahl Leds und welche Led genau ist nicht ganz so einfach zu beantworten.

Problem Nr. 1 bei der Sache ist, dass die Led irgendwie angesteuert werden müssen.
Die Auswahl an Konstantstromquellen endet hier im Shop bereits bei 1750mA. Wenn also eine Led 3000 Lumen produzieren kann, dafür aber einen Strom von 3000mA benötigt, dann muss man sich andernort nach geeigneten Konstantstromquellen umschauen oder aber man verwendet andere Leds.

Problem Nr. 2 ist der Ausgangsspannungsbereich dieser Konstantstomquellen.
Wenn eine KSQ beispielsweise 1400mA liefern kann, aber der Ausgangspannungsbereich noch nicht einmal die Vorwärtsspannung der Led abdeckt, dann kann diese KSQ nicht verwendet werden. Und wenn der Ausgangsspannungsbereich etwas höher ist, reicht es möglicherweise nur für 1 oder 2 Leds, aber selten für mehr Leds. Die Folge: für 6 Leds müssten 3 Konstantstromquellen eingekauft werden (nur als Beispiel).

Problem Nr. 3 wäre dann, wieviele Leds nebst Kühlkörper passen in die Lampe.
Problem Nr. 4 wäre wohin man die Elektronik montieren kann.
usw.

In diesem Bild kann man den benötigten Lichtstrom von Led-Beleuchtungen ablesen. Leider endet die Tabelle schon bei 200 Watt. Man müsste entsprechend hochrechnen.

Und so liest man die Werte aus:
Eine 100 Watt Halogenglühlampe erzeugt laut Tabelle einen Lichtstrom von 1326 Lumen. Um dieses Licht mit Leds nachbilden zu können, müssten 1521 Lumen eingesetzt werden. Also fast 200 Lumen mehr.
Eine 200 Watt Halogenglühlampe erzeugt laut Tabelle einen Lichtstrom von 3009 Lumen. Um dieses Licht mit Leds nachbilden zu können, müssten 3452 Lumen eingesetzt werden. Also fast 450 Lumen mehr.
Eine 300 Watt Halogenlampe, die einen Lichtstrom um 6000 Lumen erzeugt, könnte (Pi mal Daumen Rechnung) durch ein Led-Licht mit 6700 ersetzt werden.

Aus vielen Anforderungen muss man nun den günstigsten Kompromiss finden. Und das ist nicht immer einfach. Und noch etwas (manchmal auch viel) komplizierter wird es, wenn die Lampe auch noch gedimmt werden soll.


Ein Kompromiss Deinerseits könnte sein: brauchst Du wirklich 6600 Lumen oder reichen möglicherweise auch weniger.
Wieviel Platz ist in der Schüssel des Deckenfluter?

[Akim]

Klasse mit der Tabelle und deinen Anmerkungen komme ich doch wieder ein bisschen weiter.
Mein Deckenfluter ist so ein Standartteil die Schüssel oben ist nicht übermäßig groß. Ich werde
mal ein Foto von dem Ding machen. Aber ich denke für 5 der von mir genannten Led's inklusive
Kühlkörper und evtl Lüfter sollte der Platz doch reichen. Die oder das Netzteil muss ja nicht auch
da oben sitzen. Dann wäre ich bei 6500 Lumen.
Wenn ich das jetzt richtig verstehe muss ich am besten eine KSQ finden die 620mA macht und
5 mal 18V Led's treiben kann. Also 620mA und 90V? Die 620mA und die 18V stehen bei der weißen
Led im Kurzdatenblatt.

[Achim H]

Wenn ich das jetzt richtig verstehe muss ich am besten eine KSQ finden die 620mA macht und
5 mal 18V Led's treiben kann.

Solche krummen Werte haben Konstantstromquellen nicht. Typisch sind 350mA und ein Vielfaches davon, also 700mA, 1050mA, 1400mA, usw. Von einigen wenigen Herstellern gibt es auch mal einen Zwischenwerte (zum Beispiel: 450mA). Genau 620mA ist schon sehr spezifisch. Bis zum absoluten Maximum sollte man die Led auch nicht reizen. Die Lebenserwartung sinkt rapide. Und 90V oder etwas mehr können diese auch nicht liefern (Ausnahme: die Konstantstromquellen von XPpower, aber die kosten um 120 EUR pro Gerät).

Das nächst kleinere Maß wären 600mA mit OnBoard-Konstantstromquellen. Davon würdest Du aber ein paar brauchen, weil 90V oder etwas da drüber kann keine liefern. Angetrieben werden diese KSQs von einem Festspannungsnetzteil (zum Beispiel: 24V).

Meanwell LDD-L-600 (600mA konstant)
Eingangsspannungsbereich 9 -36V
Ausgangsspannungsbereich: 2 - 32V
Kostenpunkt: ca. 3,80 EUR/Stück zzgl. Versand
Datenblatt

Zum Dimmen benötigst Du einen PWM-Dimmer.

Jetzt brauchst Du noch jemanden, der dir eine Platine macht, wo die Konstantstromquellen und ein paar Printanschlussklemmen drauf kommen.

Die Leds brauchen um 18V, dafür wäre obige Konstantstromquelle (5 Leds = 5 KSQs) geeignet, die von einem 24V Netzteil angetrieben werden. Kostenpunkt für alles (Stromsteuerung + Netzteil, Wert geschätzt) ca. 70 EUR.

[Akim]

Irgendwie hakt es bei mir jetzt. Die KSQ erzeugt aus der 24V Netzteilspannung
einen konstanten Strom von 600mA. Die Spannung wird durch das Bauteil am Ausgang
der KSQ bestimmt. Im FAll der LED ca. 18V laut Datenblatt.

Also könntest du mir mal ein Netzteil nennen was man da nehmen kann?
Als Beispiel: Netzteil 24V 1,5A ist ja wohl zu klein dimensioniert.

Kann man nicht auch ein Notebook Netzteil nehmen 18V 3,5A und die LED's parallel
anschließen? Was ist der Vorteil bei der KSQ?

Könntest du mir vielleicht auch noch was zu den LED's und der Lichtfarbe sagen?
Soll ich von den oben genannten LED's lieber alle in weiß oder in warm weiß nehmen
oder mischen um in etwa die Farbe des 300W Strahlers zu bekommen?
Eignen sich die LED's überhaupt für mein Projekt oder sollte ich andere LED's wählen?

[Achim H]

Auch wenn das Netzteil 18V liefern kann, damit kann man keine Konstantstromquelle und an dieser eine Led anschließen die selber schon 18V benötigt. Die Konstantstromquelle benötigt auch etwas Spannung. Die Spannung am Eingang muss um diese sogenannte Dropspannung höher sein (je nach Typ Konstantstromquelle: ungefähr 2 - 5V). Bei 18V am Ausgang können 20 bis 23V erforderlich werden. Wenn ein 24V Netzteil angeschlossen wird, ist die Strombelastung der Konstantstromquelle (im Eingang) möglicherweise etwas geringer als was am Ausgang heraus kommt. (abhängig vom Wirkungsgrad).

Höhere Spannung + kleinerer Strom --> KSQ --> kleinere Spannung + höherer Strom.

Vorteil einer Konstantstromquelle:
Eine Konstantstromquelle liefert immer einen konstanten Strom. Also genau das, was die Led benötigt. Leds sind stromabhängige Bauteile (nicht spannungsabhängig). Im laufenden Betrieb sinkt die Vorwärtsspannung etwas. Würde man die Led mit einer konstanten Spannung (nicht konstanter Strom) betreiben, würde der Strom durch die Led drastisch ansteigen. Eine Led holt sich den Strom, den sie bekommen kann. Auch wenn das mehr als das ist, was eigentlich gut für sie wäre.

Eine kleiner Änderung der Spannung bewirkt eine große Änderung des Strom.
Man läuft Gefahr, dass die Led mit Betriebswärme überbestromt wird. Insbsondere, wenn die Led hart an seiner Grenze betrieben werden soll.

Um dem entgegen zu wirken, wird die Led über den Strom betrieben.
Eine kleine Änderung des Strom bewirkt eine noch kleinere Änderung der Spannung.

Die Farbtemperatur (das Licht eines 300 Watt Halogenstrahler) wird wahrscheinlich aufgrund seiner Leistung etwas verschoben sein und nicht genau 2700 Kelvin betragen. Ähnlich wie bei Leds. Dort verschiebt sich die Farbe auch aufgrund der Höhe der Bestromung. Ich denke, dass eine Mischung aus 4 warmweißen und 1 weißen Led ein sehr ähnliches Licht liefern wird.

4 Leds a 1100 Lumen (gemittelter Farbort: x=0,458; y=0,41 --> 2700 Klevin)
1 Led mit 1300 Lumen (gemittelter Farbort: x=0,345; y=0,335 --> 5000 Kelvin)
Mischlicht: 5700 Lumen (neuer Farbort: x=0,428; y=0,3901 --> entspricht ca. 3057 Kelvin)

Eignen sich die LED's überhaupt für mein Projekt oder sollte ich andere LED's wählen?

Tja, diese Frage kann ich Dir beim besten Willen nicht beantworten. Ich habe mit den besagten Leds noch nichts gemacht. Von der Leistung her sind sie schon brauchbar, wahrscheinlich auch was die Farbe angeht. Die Ansteuerung ist (insbesondere wenn ein hoher Ausgangsspannungsbereich benötigt wird) immer ein Problem. Mit anderen Leds stehts Du wahrscheinlich vor den gleichen Problemen.

[Akim]

Hallo Achim,
erstmal vielen Dank für deine umfangreichen Erklärungen. Finde ich echt super
das Du dir die Zeit nimmst.
Kannst du mir noch sagen wo ich die von dir benannte KSQ kaufen kann und auch den
genauen Typ des Netzteils 24V ?A. Auf der Seite von der das Datenblatt zur KSQ kommt
finde ich sie nicht.

Zu deiner Antwort mit dem 18V Netzteil habe ich aber noch eine Frage.
Wenn ich die LED's mit einem Vorwiederstand an den 18V parallel anschließe muss
das ganze doch auch funktionieren. Als Beispiel 17.8V an der LED 0.2V am Widerstand.
Die KSQ brauche ich doch dann garnicht.Der Strom
wird durch den Widerstand begrenzt.
Das ganze ist dann zwar nicht ganz so elegant gelöst aber selbst das dimmen müsste
doch auch über ein Poti zu realisieren sein?
Ich hoffe dich nicht zu nerven aber durch diese Beschaltung würde ich ne ganze Menge
Geld sparen.

[Achim H]

Kannst du mir noch sagen wo ich die von dir benannte KSQ kaufen kann und auch den
genauen Typ des Netzteils 24V ?A. Auf der Seite von der das Datenblatt zur KSQ kommt
finde ich sie nicht.

Du brauchst doch nur im Shop deren Suche verwenden: LDD-600L
derzeitiger Lagerbestand: 4 Stück
Alle Preise sind Netto. Da kommen noch die Mehrwertsteuer (19%) drauf.

Ich warte auch auf die 600mA-Typen, allerdings 600H (etwas weiter oben).
derzeitiger Lagerbestand: 3 Stück
Ich will aber 20 Stück haben (ist dann noch etwas günstiger)

Wenn ich die LED's mit einem Vorwiederstand an den 18V parallel anschließe muss
das ganze doch auch funktionieren. Als Beispiel 17.8V an der LED 0.2V am Widerstand.
Die KSQ brauche ich doch dann garnicht.Der Strom
wird durch den Widerstand begrenzt.

Nur am Anfang (kalter Zustand) hat die Led 18V. Wenn sie warm wird, dann sinkt deren Vorwärtsspannung um 0,3 bis 0,5V (ungefähr). Bei gleichem Widerstand werden damit unterschiedliche hohe Ströme erzeugt.

U / R = I

Nehmen wir einfach mal die 17,8V von Dir:

im kalten Zustand (keine Unterscheidung zwischen warm- und kaltweiß, diese Arbeit spare ich mir):
18V - 17,8V = 0,2V
0,2V / 0,6A = 0,33 Ohm

Der Vorwiderstand ist somit fest eingebaut und kann nicht geändert werden.

im warmen Zustand:
(Verringerung der Vorwärtsspannung um 0,3V)
18V - 17,5V = 0,5V
0,5V / 0,33 Ohm = 1,515A

(Verringerung der Vorwärtsspannung um 0,5V)
18V - 17,3V = 0,7V
0,7V / 0,33 Ohm = 2,12A

Was meinst Du, wie lange die Leds bei solchen Strömen noch leben werden?

Um alle Eventualitäten zu berücksichtigen, müsste man vom maximalen Spannungsabfall ausgehen:
Bei 0,7V Spannungsabfall und 0,6A durch die Led müsste der Vorwiderstand
0,7V / 0,6A = 1,16 --> nächst höhere erreichbare Wert = 1,2 Ohm
betragen.

Im kalten Zustand beträgt der Strom durch die Led nur
0,2V / 1,2 Ohm = 0,166A = 166mA

Keine Ahnung, wie lange die Led braucht, um genügend Betriebswärme zu erzeugen und somit die volle Helligkeit zu erreichen.


Jetzt habe ich doch glatt Frage 1 vergessen.

bei 5 Stück Konstantstromquellen a 600mA parallel sind das 3000mA. Das 24V Netzteil sollte immer mindestens 10%, besser 20% mehr liefern können als gebraucht werden.

3000mA x 110% = 3300mA
3000mA x 120% = 3600mA

Ein geeignetes 24V Netzteil wäre zum Beispiel dieser Kasten:
Einbau-Netzgerät 4A, 24V

[tvetter]

@Achim
Du vergisst aber, dass bei einem Strom von 2.1 A deine LED wiederum eine höhere Vorwärtspannung hätte.

[Loong]

Ein geeignetes 24V Netzteil wäre zum Beispiel dieser Kasten:
Einbau-Netzgerät 4A, 24V

Ein Meanwell PSAIGP 24V 3,2A für rund 30 Euro reicht dicke und besitzt sogar noch rund 35 % Reserve.

Dreimal darfst Du raten, warum ...

[Achim H]

Dreimal darfst Du raten, warum

Ich denke, einmal raten reicht.
Weil die Konstantstromquelle bei einer höheren Eingangsspannung weniger Strom benötigt.
Das könnte man zum Beispiel sehr gut über die Leistung rechnen.

@Achim
Du vergisst aber, dass bei einem Strom von 2.1 A deine LED wiederum eine höhere Vorwärtspannung hätte.

Hast recht, aber ungefähr 1A ist trotzdem zu viel für eine Led, die nur max. 620mA verträgt. Von daher ist die tatsächliche Höhe des Strom uninteressant. Die Led lebt mit einem so hohen Strom nicht lange genug.

[Akim]

Gut!
Die Sache mit High Power LED's und dem Strom habe ich verstanden!
Wenn ihr mir jetzt noch einen geigneten Dimmer nennt oder ne Anleitung für den
selbst Bau habe ich alle Infos zusammen und kann die Teile, die ich noch benötige
bestellen.
Zum dimmen brauche ich ja wohl nur ein Modul oder?
@Achim:
Gibt es eine Formel wie man die Lichtfarbe berechnet?
Gemittelter Farbort?

[Achim H]

Gibt es eine Formel wie man die Lichtfarbe berechnet?
Gemittelter Farbort?

Ja, und diese findest Du in diesem PDF (von Cree) auf Seite 12.
Bei Wikipedia habe ich eine Formel gefunden, wie man die x- und y-Koordinaten dieses Mischlichtes in eine Farbtemperatur umrechnen kann.

Das Ganze habe ich mir als ein OpenOffice Calc Tabellenblatt (müsste auch in Excel funktionieren) fertig gemacht.
Guckstu hier

Im Anschluss habe ich damit die x- und y- Koodinaten. mit den dort dargestellten Farbtemperaturen dieser Wikipedia-Seite nachgerechnet, also meine zusammengewürfelten Formeln überprüft. Die Abweichungen betragen weniger als 1% vom Original.

[Homeworld]

Hallo,

wenn Du das Ding baust kannst Du das dokumentieren? Ich habe auch Interesse an einem dimmbaren Deckfluter dieser Art.

Danke,

Magnus

[Akim]

Man bist du schnell.
Sagst du mir auch noch welchen Dimmer und reicht ein dimmer für alle LED's?

Gruß und vielen Dank für die ganzen Infos

[Achim H]

Dafür (für alle Konstantstromquellen gleichzeitig) kannst Du den PWM-Dimmer hier aus dem Shop nehmen.

Und so könnte eine Platine mit den 5 Konstantstromquellen aussehen:

meanwell5ksq.png

[Akim]

ist ja klasse! Aus welchem Ärmel hast du denn die Platine gezaubert?

Also. Um mal kurz einen Status abzugeben. Die benötigten Teile sind bestellt.
Mit ein bisschen Glück habe ich die ende nächster Woche. Als erstes werde
ich dann mal eine LED auf nen Kühlkörper befestigen um zu sehen wie warm
die wird. Über Tipps von euch wäre ich natürlich sehr dankbar.

Wenn ich das Datenblatt der warmweißen Led richtig verstehe sollte die Temperatur
doch eigentlich nicht höher als 40C° werden oder?
Gibt es da auch ne Formel wieviel Kühlkörper man braucht um 11W bei 40C° zu halten?

[Achim H]

Aus welchem Ärmel hast du denn die Platine gezaubert?

Die habe ich selber gemalt. Das Platinen-Layout Programm, mit dem das möglich ist, nennt sich Eagle Light (Freeware).

Die 40°C wirst Du nicht halten können. Die Anfangstemperatur (Lampe im kalten Zustand) ist die Raumtemperatur. Wenn diese schon 25°C warm ist, dürfte sich der Kühlkörper nur noch um 15°C erwärmen. Die Led hat laut Datenblatt einen Wärmewiderstand von 2,24K/W. Bei 11 Watt sind das knapp 25°C Temperaturanstieg. Mindestens 50°C wird der Kühlkörper schon heiß werden.

Ich persönlich rechne mit einer max. Kühlkörpertemperatur von 70°C. Heißer sollte dieser nicht werden, ansonsten verbrennt man sich die Finger dran. Die Led ist da bereits etwas heißer (der Led-Chip darf max. 150°C werden, siehe Datenblatt).

Formel:
(max. Kühlkörpertemperatur - Umgebungstemperatur) / Leistung = Gesamtwärmewiderstand
Gesamtwärmewiderstand - Wärmewiderstand der Led (siehe Datenblatt) = max. Wärmewiderstand des Kühlkörper

Rechnung:
70°C - 25°C = 45°C
45°C / 11 Watt = 4,09°C/W --> ist gleichbedeutend mit 4,09K/W
4,09K/W - 2,24K/W = max. 1,85K/W

[Akim]

@Achim
Kannst Du mir sagen welche Bauteilbibliotheken man benötigt?
z.B. um die Platine die Du gemacht hast zu Layouten.
Gruß

[Achim H]

Die normalen Bibliotheken reichen dafür, Du brauchst also nichts extra herunter laden. Dort sind allerdings die Meanwell Konstantstromquellen nicht enthalten.
Diese habe ich als eine Bibliothek erstellt (eine LBR-Datei darf man hier nicht hochladen, das ZIP enthält beide Typen: LDD-L und LDD-H):

Nach dem Entpacken des ZIP muss die Datei meanwell_dcdc.lbr im Ordner lbr vom Programm Eagle eingefügt werden. Nach dem Starten von Eagle bitte im Control Panel unter Bibliotheken nachschauen, ob diese Datei mit einem grünen Punkt (aktiv) dargestellt wird. Falls dort noch ein grauer Punkt erscheint (inaktiv), muss diese mit Klick auf den Punkt aktiviert werden.

Ich habe die Bibliothek meanwell_dcdc.lbr bei Cadsoft hochgeladen, damit die Nachwelt auch was davon hat. Bis diese dort öffentlich downloadbar ist, kann es Montag oder Dienstag werden (je nach dem, wie schnell die Leutchen von Cadsoft arbeiten.).

Nachtrag/Korrektur:
Die von mir bei Cadsoft hochgeladene Bibliothek meanwell_dcdc.lbr enthält 2 Fehler im LDD-L package. Zum Einen habe ich die Polaritäten von Vin + Vout vertauscht, zum Anderen befindet sich der PWM Pin am falschen Ort (um 2.54mm versetzt), Die richtige Daten wird demnächst bei Cadsoft zum Download bereit stehen. Bitte achtet beim Downlad darauf, ob diese mit Corrections versehen ist. Falls nicht, dann ist es noch die fehlerhafte Datei.
Sorry, ich bin auch nur ein Mensch.

[Akim]

Nicht das ihr denkt ich würde mich jetzt nicht mehr melden.
Aber leider ist meine Bestellung dei den LED's noch nicht versandbereit.
Als ich bestellt hatte war das Poti verfügbar und jetzt angeblich
nicht vor dem 09.03 lieferbar.

[Akim]

Hurra !Wider Erwarten sind die LEDs und der Dimmer nun doch schon angekommen.
Die Platine mit den LDD-600L und den Schraubklemmen habe ich schon fertig.
Also habe ich heute eine der warmweißen LEDs auf einen CPU Kühler geschraubt
(natürlich mit Wärmeleitpaste).
Die LED funktioniert und läßt sich dimmen. Ich muss jetzt noch den richtigen
Kühlkörper haben.
Von dem CPU-Kühler weiß ich natürlich nicht den Wärmewiederstand.
Wie muss ich denn die Rechnung ändern um den Kühlkörper für alle fünf
LEDs zu ermitteln? Wenn ich einfach mit 55Watt rechne kommt ein
negativer Wärmewiederstand heraus .