PWM gesteuerter Dim2Warm Lichtwecker

[JaRod]

Hallo, ich plane eine Lampe zu bauen, die ich per PWM (Microcontroller) steuern kann, sodass sie mich morgends mit Licht weckt.

Für diesen Zweck finde ich das SmartArray Dim2Warm Q3+1 3000K-2000K Modul sehr interessant und habe mal die Komponenten heraus gesucht, die ich meiner Meinung nach für diese Lampe bräuchte.
Da ich aber blutiger Anfänger bin, wollte ich mir mal die Meinung von den Profis einholen, bevor ich bestelle.

Hier der Aufbau:
2x SmartArray Dim2Warm Q3+1 3000K-2000K http://www.leds.de/LED-Leisten-Module/H ... 2000K.html
1x KSQ http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... 700mA.html
3x Passivkühler und 1x Wärmeleitkleber für die KSQ ebenfalls auf dem Shop

Die beiden LED-Module würde ich dann parallel geschaltet an die KSQ hängen.
Die 8,7 Volt würden ein 9V-Netzteil mit Vorwiderstand liefern.

Haut das alles so hin wie ich mir das denke?

Und mal generell: Das größere LED-Modul braucht 15,8 Volt. Wie erzeugt man am elegantesten eine solche Spannung aus 230 Volt?

Ich freue mich immer über Anregungen!

Vielen Dank schon im Voraus!
JaRod

[Handkalt]

Hallo JaRod,

herzlichen Glückwunsch zu dem Projekt. Allerdings gibt es einiges dazu zu sagen.

Das SmartArray ist wie eine High-Power-LED zu handhaben. Grundlagen dazu findest Du in den Artikeln Betrieb von HighPower LEDs und Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schaltet.

Beim Betrieb mit Konstantstrom machst Du keine Parallelschaltung der Module, sondern eine Reihenschaltung. Du brauchst dann keine 700 mA KSQ, sondern eine 350 mA, die Spannung verdoppelt sich dafür auf ca. zwei mal 8,7 V plus dem Drop der KSQ, den Du in Deinem Plan auch nicht berücksichtigt hattest (für die von Dir verlinkte KSQ ist ein Drop von ca. 2,5 - 3 V angegeben, d. H. die Eingangsspannung muss mindestens 3 V höher als die Ausgangsspannung sein). Für zwei Module in Reihe plus Niedervolt-KSQ würde man also gleich ein 24-V-Netzteil nehmen.

Das nächste Problem ist eine Besonderheit des Dim2Warm-Moduls. Zumindest in der Theorie funktioniert Dim2Warm nur, wenn das Dimmen durch eine Verringerung der Stromstärke gemacht wird. Beim Dimmen durch pulsweitenmodulierten Konstantstrom sollte kein Dim2Warm-Effekt entstehen.

Jetzt kommt allerdings etwas total komisches: ich habe selbst schon eine Nachttischleuchte mit dem größeren Q6+4 gebaut. Bei der Auswahl der Komponenten war mir die Problematik eigentlich klar, ich bin aber durcheinander geraten und habe versehentlich doch Komponenten gekauft, die laut Dokumentation PWM-Konstantstrom erzeugen. Seltsamerweise gibt es bei meiner Leuchte trotzdem einen Dim2Warm-Effekt, der Grund dafür ist unbekannt. Vielleicht willst Du daher auch einen Versuch mit der gleichen KSQ (Meanwell LDD) wagen.

-Handkalt

[JaRod]

Hmm..

Erstmal danke für die schnelle Antwort!

Dass die Stromstärke bei PWM-Dimmung dann auch zum Rechtecksignal wird leuchtet ein, habe ich wohl einfach überlesen.

Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schaltet

Ist das auf das PWM-Signal nach der KSQ bezogen oder inwiefern betrifft das meinen Aufbau?

Zwischenstand:
Nach der 350mA KSQ wird in Reihe geschaltet, davor hängt ein 24V Netzteil.
Dass der Widerstand völlig überflüssig war, ist mir jetzt auch klar geworden.

Mir bleibt scheinbar nichts anderes übrig, als mit dem Microcontroller über einen kleien Umweg ein Analogsignal zu erzeugen, wenn ich die Dim2Warm-Funktion ordentlich nutzen will.

Ich hoffe ich hab jetzt nicht nochetwas übersehen, ansonsten freue ich mich natürlich über weitere Verbesserungsvorschläge!

JaRod

[Handkalt]

Warum zerstört eine KSQ LEDs wenn man nach der KSQ schaltet

Ist das auf das PWM-Signal nach der KSQ bezogen oder inwiefern betrifft das meinen Aufbau?

Das war nur sicherheitshalber ein Hinweis, dass man die elektrische Verbindung zur LED nur bei abgeschalteter KSQ herstellen kann. Das darf man vor allem während dem Basteln/Experientieren nicht vergessen. Und natürlich darf man auch z. B. keinen Schalter zwischen KSQ und LEDs einbauen. Ein PWM-Signal, das die KSQ selbst ausgibt ist davon nicht betroffen, sonst könnte man die Dimmfunktion ja gar nicht nutzen.

Mir bleibt scheinbar nichts anderes übrig, als mit dem Microcontroller über einen kleien Umweg ein Analogsignal zu erzeugen, wenn ich die Dim2Warm-Funktion ordentlich nutzen will.

Naja, wie gesagt: bei mir funktioniert es mit der LDD-350LW KSQ trotzdem - warum auch immer. Von daher könntest Du versuchen, ebenfalls diese KSQ zu benutzen und den PWM-Eingang per Mikrocontroller anzusteuern, statt über den Pollin-Bausatz wie bei mir. Dass es bei Dir auch funktioniert, kann ich natürlich nicht garantieren. Eine andere KSQ mit 350 mA zu finden, die tatsächlich "analog" den Strom verstellen kann, könnte aber auch schwierig werden. Mir ist damals keine aufgefallen, allerdings habe ich auch aufgehört zu suchen, nachdem ich das fälschlicherweise von der LDD-350LW dachte.

-Handkalt

[JaRod]

Den Artikel von Borax hatte ich schon gelesen, aber trotzdem danke für den Hinweis.
Anfangs dachte ich auch ich muss genau die Spannung an die KSQ anlegen, die die LEDs benötigen + die erwähnten 2,5 - 3V.
Nach dieser Erkenntnis würde ich dann auch das größere Modul nehmen mit dieser KSQ, allerdings als Typ B mit einer Eingangsspannung von 24V, die leider nicht im Shop erhältlich ist.

Da du ja mit dem Modul schon Erfahrung hast, wollte ich mal Fragen wie das denn mit der Hitzeentwicklung auf deinem Passivkühler aussieht.
Ich will die ganze elektronik relativ verschlossen halten und muss dann wahrscheinlich über einen Lüfter nachdenken.

Die nächste Frage wäre, wie sich die Remote-ON/OFF-Funktion verhält.
Wenn ich also abends die Startzeit für den Dimmeffekt einstelle, befindet sich die Schaltung über Nacht im Standby und um die Lampe im ausgeschalteten Zustand zu halten muss dauerhaft eine Spannung von <0,2V am Dimmereingang anliegen.
Ich denke es wäre effizienter mit einem Relais vor der KSQ abzuschalten oder liege ich damit falsch?

Das Analogsignal werde ich dann mit einem SPI-Modul erzeugen.. ist also gelöst.

Man bin ich froh, dass ich nicht sofort bestellt habe!

JaRod

[Borax]

Die Meanwell LCM Serie macht anscheinend (inzwischen) aus dem PWM Signal einen passenden Strom. In den alten Datenblättern stand noch drin:

"During PWM dimming operation, the output current will change to PWM style"

In den neuen Datenblättern aber nicht. Nachteil ist allerdings die untere Dimm-Grenze von 6%.

Wenn ich also abends die Startzeit für den Dimmeffekt einstelle, befindet sich die Schaltung über Nacht im Standby und um die Lampe im ausgeschalteten Zustand zu halten muss dauerhaft eine Spannung von <0,2V am Dimmereingang anliegen.
Ich denke es wäre effizienter mit einem Rele vor der KSQ abzuschalten oder liege ich damit falsch?

Wenn es Dir darum geht, möglichst viel Strom zu sparen, dann würde ich eher an anderen Stellschrauben drehen: Netzteile mit höherer Spannung sind meist effizienter als solche mit niedrigerer Spannung (z.B. 48V statt 24V). Step-Down KSQs sind meist effizienter als Step-Up KSQs. Netzteil aus (vom Stromnetz getrennt) ist besser als nur mit der KSQ 'aus zu schalten'. Wenn Du den µC möglichst effizient betreiben willst, geht das z.B. mit einem Nokia Energiesparnetzteil (siehe: viewtopic.php?f=35&t=17478&p=177582 ). Das LED-Netzteil dann mit einem bistabilen InRush Relais vom µC aus schalten.

[Handkalt]

Willst Du von dem SmartArray Q6+4 dann auch zwei Stück einsetzen, oder nur eins? Ich frage vor allem deshalb, weil die LDH-KSQ der seltenere Fall eines "Step-Up"-Wandler ist, d. H. die Aussgangsspannung ist (mindestens 3 V) höher als die Eingangsspannung. An ein LDH-45B-350 mit 24-V-Versorgung musst Du also zwingend zwei SmartArray Q6+4 in Reihe anschließen, ein einzelnes Modul geht nicht (müsste aber gerade so an einem LDH-45A-350 mit 12 V Versorgung funktionieren).

Übringens verstehe ich das Datenblatt so, dass beim LDH immer per variabler Stromstärke am Ausgang gedimmt wird. Auch dann, wenn man den PWM-Eingang verwendet: "During PWM dimming operation, Io will change with the PWM duty" sowie das darunter abgebildete Diagramm. "During PWM dimming operation, the output current will change to PWM style." wie beim LDD steht da nicht. (Nachtrag: sehe gerade, Borax hat das auch schon angemerkt).

Von dem Kühlkörper bei mir habe ich zwar keine technischen Daten, da er aber für eine 23-W-Grafikkarte gedacht ist, hat er mit dem 5,5-W-LED-Modul leichtes Spiel. Der fühlt sich eigentlich nie heiß an, ich schätze, dass der kaum mehr als 40° hat. Ich kann auch mal versuchen, das nachzumessen - habe nur kein wirklich gut geeignetes Thermometer.

-Handkalt

[JaRod]

Heißt also ich brauche keinen SPI-Chip sondern bekomme Dim2Warm mit PWM? Das ist schonmal ne schöne Sache
Ne genaue Messung brauch ich da auch nicht.. Das war schon alles was ich hören wollte.
Der Plan war eigentlich mir offen zu halten, ob ich noch ein Zweites nachrüste. Aber das ist nicht das a und o im Zweifelsfall brauche ich dann halt eine andere KSQ..
Das mit der Dimmgrenze bei 6% stört mich eigetnlich auch nicht sonders.

Zur KSQ habe ich immernoch offene Verständnisfragen...
Ich habe jetzt schon relativ viel im Internet darüber gelesen, aber konnte mir kein eindeutiges Bild machen..
Im Moment hab ich es so verstanden, dass man den Strom regelt und sich die Spannung anpasst... was soll mir dann aber die Information sagen das die KSQ immer 3 Volt aufschlägt oder abzieht?
Also was brauche ich eigentlich für eine Eingangsspannung und wovon hängt die ab? und angenommen ich würde zwei von den SmartArrays verwenden, was für eiene Eingangsspannung wäre dann nötig?
Irritiert hat mich da eben, dass die KSQ so viel mehr Spannung am Ausgang hat als am Eingang

Update nach den letzten 2 Posts:
bei einer Step-up KSQ gibt es eine Minimalausgangsspannung zusammengesetzt aus Eingangsspannung (z.B. 24V) und Step-up-Spannung (z.B. 3V). Ergibt hier 27V die abgenommen werden müssen..
-> Logischerweise geht das für ein SmartArray nicht..außerdem weniger Energieeffizient, wie Borax sagt.

Step-down halt dann eine Maximalausgangsspannung z.B. 24V - 3V = 21V
-> passt für 1 Array aber nicht für 2

Eleganteste Lösung wäre dann nach den neuen Erkenntnissen (danke schonmal dafür) eine 48V Quelle und eine Entsprechende KSQ mit step-down und PWM die ermöglicht 1 oder 2 Arrays zu btreiben.

Hab ichs einigermaßen Verstanden?

JaRod

[Borax]

Hab ichs einigermaßen Verstanden?

Ja.

Das mit der Dimmgrenze bei 6% stört mich eigetnlich auch nicht sonders.

Vorsicht... Da sind zwei Sachen durcheinander geraten. Die Meanwell LCM Serie ist eine 230V KSQ. Die braucht also kein zusätzliches Netzteil (könntest Du also über ein Inrush Relais direkt vom µC aus schalten und dimmen). Die Ausgangsspannung reicht dabei von 6V bis 54V (LCM-25 bei 350mA: http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Stromqu ... e-25W.html ).
Die LDH Serie (Step-Up) ist eine Niederspannungsksq und braucht ein Netzteil (oder Batterie oder...) was die entsprechende DC Eingangsspannung bereit stellt. Die hat aber keine untere Dimm-Grenze von 6% (sondern eher 0.5%).
Die Step-Down Serie (LDD-XXX) macht aber wieder PWM am Ausgang. Was bei Handkalt zwar trotzdem funktioniert, aber eine 'Garantie' gibt es dafür natürlich nicht. Für eine Eingangsspannung von 48V müsstest Du die LDD-350HV http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Stromqu ... 350mA.html die LDD-LW verträgt nur maximal 36V Eingangsspannung.

[JaRod]

Danke für die Hilfe und die schöne Übersicht!

Natürlich musste es so kommen wie es fast immer kommt im Eigenbau, das perfekte Bauteil gibt es nicht
LDD fällt für mich komplett raus, wäre perfekt wenn sie analog dimmen könnte, bzw. kein PWM hinten rauskommen würde..

Ist jetzt eigentlich nur noch Geschmackssache...
Es gibt nur einen Haken bei PWM-Dimmung der LMC, der da wäre, dass mein µC max 5V PWM liefert.
Der LDH ist damit zufrieden, für LMC bräuchte ich aber nochmal eine extra Spannungsquelle mit 10V, der ich dann über einen Transistor das PWM Signal verpasse.
Lohnt sich also nicht wirklich.

Die LDH wäre deshalb meine 1. Wahl. Kann halt nur 12V Eingang, tut aber genau das was ich will und hält sogar die Option ein zweites Array dranzuhängen offen.

Was meint ihr dazu?

JaRod

[Borax]

Natürlich musste es so kommen wie es fast immer kommt im Eigenbau, das perfekte Bauteil gibt es nicht

Jain... Ist halt die Frage wie weit der Eigenbau geht. Man kann auch Treiber (KSQs) selbst bauen. Oder weiter suchen, ob es doch noch eine besser passende KSQ gibt. Für eine ideale Anpassung müsstest Du sowieso schon vorher entscheiden, ob es jetzt ein oder zwei der Module sein sollen.

LDD fällt für mich komplett raus, wäre perfekt wenn sie analog dimmen könnte, bzw. kein PWM hinten rauskommen würde

Naja... Bei Handkalt funktioniert es ja auch so.

Es gibt nur einen Haken bei PWM-Dimmung der LMC, der da wäre, dass mein µC max 5V PWM liefert.

Nein. Das ist kein wirkliches Problem. Einfach einen Transistor als Open-Kollektor an den Dimm Eingang schalten (+ Basis-Vorwiderstand mit etwa 1 KOhm an den PWM-Pin) und schon passt das. Der Dimm Eingang funktioniert mit einer PWM aus hochohmig/niederohmig genauso und braucht dann keine externe 10V (die erzeugt die KSQ auch selbst)

Die LDH wäre deshalb meine 1. Wahl. Kann halt nur 12V Eingang,

Und was stört Dich an den 12V? Für eine ideale Effizienz wäre zwar eine Step-Down KSQ und eine höhere Eingangsspannung wahrscheinlich besser, aber ansonsten sehe ich da keine Nachteile.

[JaRod]

Nein. Das ist kein wirkliches Problem.

Stimmt, hab ich irgendwie nicht drüber nachgedacht.. Dennoch ist mir die LMC einfach zu groß und zu teuer.

Also gehe ich jetzt mit der LDH, einem Array und 12V input.

Und was stört Dich an den 12V? Für eine ideale Effizienz wäre zwar eine Step-Down KSQ und eine höhere Eingangsspannung wahrscheinlich besser, aber ansonsten sehe ich da keine Nachteile.

Nichts Hatte ich nur als kleinen "Nachteil" verbucht, da ihr mir eine höhere Spannung empholen habt.

Ich denke ich kann jetzt bestellen und dann hier von dem Ergebnis berichten. (oder habt ihr das dann lieber in der Kategorie HowTos und Tutorials?)

Vielen Dank für die ausgiebige Hilfe von euch!!

JaRod

[Borax]

Ok. Dann viel Erfolg!

oder habt ihr das dann lieber in der Kategorie HowTos und Tutorials?

Kommt drauf an wie ausführlich Du das beschreiben willst. Nur ein paar Bilder eher hier. Einen vollständigen Baubericht mit allem drum und dran eher in HowTos und Tutorials

Noch eine Anmerkung zur 12V Versorgung. 2 Arrays würden bei 350mA ja rund 31V brauchen. Die 12V Versorgung braucht dann mindestens 15W (oder 1.5A). Also rund 11W für die LEDs und etwa 2 Watt Verlust und 2-3W 'Reserve' .

[JaRod]

Danke Danke

Ich werde mal sehen wie ich das dann anstelle.

[JaRod]

Kleines Update zwischendurch:

Ich habe es endlich mal geschafft die einzelnen Bauteile zusammenzulöten und zu testen und bin zu dem Ergebniss gekommen, dass sich die Lampe nicht ausschalten lässt.
Im Datenblatt ist zwar diese Grafik abgedruckt,

DIM.PNG (25.92 KiB) 8187 mal betrachtet

allerdings hat die nicht viel mit der Realität zu tun, da scheinbar weniger als 10-12% Iout garnicht möglich sind und sich die Lampe bei einem Dutycycle von 0% auch nicht abschaltet.
Wenn das mit den angegebenen 10% Toleranz entschuldigt werden soll, wäre ich echt ein wenig enttäuscht.

Ich hoffe eher, dass der Fehler bei mir liegt und ihr mir weiterhelfen könnt.

Noch kurz zum Aufbau:
an der KSQ liegen genau 12V an
die Spannung des PWM-Signals beträgt 5V (also im Rahmen, genau wie die Frequenz, die ich auch schon ohne Erfolg verändert habe)

Meiner Meinung nach kann es nur an der KSQ selber liegen, oder an der PWM-Ansteuerung, der noch z.B. ein Pullupwiderstand fehlt(davon habe ich aber keine Ahnung ).

Gruß JaRod

[Borax]

Einfach mal den Dimm Eingang kurz schließen (Pin 3 und Pin 4 verbinden - aber sonst mit nichts verbinden). Wenn die KSQ dann nicht ausschaltet stimmt was nicht. Dann hat die KSQ eine Macke - weil laut Datenblatt muss sie dann aus sein:

Power OFF : PWM DIM~DIM- <0.5VDC or short

[JaRod]

Servus,

nach fast 4 Jahren hab ich mich nochmal an das Projekt getraut.
Und siehe da, die Lösung war gar nicht so schwer (zumindest mit der heutigen Erfahrung ).

Ich hatte damals noch eine 2. Led gekauft, weil die Befürchtung war, das an der KSQ nicht genug Last hängt. Das hat immerhin dazu geführt, dass die Module bei einem Dutycycle von 0% ausgeschaltet haben. Dennoch sind sie bei 1% direkt auf der Hälfte der Dimmkurve eingestiegen.
Das war für meine Zwecke unbrauchbar, da ich einen Lichtwecker bauen wollte und dafür ist ein sanftes Andimmen wünschenswert.

Heute habe ich alles mal fix aufgebaut:

-kleines Meanwellnetzteil 12V
-Meanwell LDH-45A-350
-2x SmartArray Q6+4
-raspberry pi 2B

Das PWM-Signal habe ich über die RPi.GPIO Bibliothek generiert und prompt trat das gleiche Verhalten auf wie damals. Ein bisschen spielen mit der Frequenz führte auch nur zu Verschlimmbesserungen. Am auffälligsten war jedoch das Flackern der LEDs, auch bei konstantem Dutycycle.

Long story short, die LDH mag kein softwaregeneriertes PWM, die Lösung ist also hardwaregeneriertes PWM.

Um am raspberry hardware PWM zu bekommen, habe ich pigpio verwendet und siehe da, ich kann wunder schön andimmen und hab tasächlich auch zum ersten Mal den Dim2Warm effekt beobachten können!

PS: vielen Dank an alle die mir hier im Forum geholfen haben!! War sehr witzig das nochmal zu lesen, damals hab ich ja wirklich gar nix gechekt

LG JaRod