LED mit Akku und integriertem Lademodul

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

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Pax
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Do, 29.04.21, 11:40

Guten Tag,


für eine kleine mobile Leuchte bastel ich gerade ein bisschen.
Leider bin ich noch ziemlicher Anfänger auf dem Gebiet. Der Grundaufbau ist mir allerdings klar.

LED, betrieben mit einer passenden KSQ.
Angeschlossen an einen passenden Akku. Idealerweise ist ein Lademodul (zb. über USB-C) integriert.

Es gibt da so Entwicklerboards (ich weiß nicht ob ich fremdlinks posten darf), z.B. DEBO 4IN1 3.7LI.
Das unterstützt einen angeschlossen Verbraucher beim Laden. Das muss nicht sein, wäre aber ganz nett.

Ich stelle mir den Aufbau nun wie folgt vor:

Zum Beispiel dieses Board, daran angeschlossen ein Akku an BAT +/-. An die Kontake OUT 5V und GND schließe ich die KSQ und dahinter die LED.

An GND und DC des Boards kann ich einen USB-C Stecker löten und damit das ganze Laden und Betreiben. An welcher Stelle müsste ich einen Schalter integrieren? Worauf muss ich bei der Kombination LED und KSQ achten? An der KSQ gibt es ja einen Spannungsabfall. Wie hoch ist der? Wenn ich am Akku 3,7V habe, wie viel kommen dann ca an der LED an? Ich habe noch nicht so ganz den Überblick, was es für 3,7V Akkukapazitäten gibt. Aber was wäre eine typische Laufzeit? Wie viel mA kann ich aus einem typischen Akku so rausziehen?


Habt ihr Empfehlungen zu Akkus, LEDs+KSQs, Lademodule?

Das ganze soll natürlich relativ leicht und klein werden, hier muss natürlich ein Kompromiss gefunden werden.

Viele Fragen, vielleicht gibt es ja auch ein paar Antworten.

Besten Gruß,
Pax
Borax
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Do, 29.04.21, 18:04

Hallo Pax, welcome on board!
Wie klein soll es denn werden? Und wie hell soll es werden?
Idealweise eine Angabe in lumen, ansonsten Glühlampenäquivalent wie z.B. so hell wie ein 20W Halogenspot...
Soll es eher gebündelt oder breit strahlen?
Pax
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Do, 29.04.21, 22:48

Moin,

Die Fragen kann ich teils beantworten.
Es geht erstmal ums experimentieren. Mir schwebt eher kein gebündelter strahl vor, sondern breit. Das wird durch die LED und den Reflektor beeinflusst, nehme ich mal an. Da kann ich ja ein wenig ausprobieren.
Die Größe ist erstmal zweitrangig. es geht mir dabei eher darum abzuschätzen wie viel platzbedarf ich in meiner leuchte ungefähr einplanen muss. Super wäre sowas zwischen Filmdose und Niveadose, um mal bekannte Größenformate zu nennen. Aber ob das mit Akku, Platinen, vielleicht sogar einem Kühlkörper überhaupt möglich ist? Aber es gibt ja auch Taschenlampen, die ein paar Stunden leuchten und auch klein und kompakt sind.

Bei der Helligkeit geht es mir darum einen Kompromiss zwischen der Helligkeit und der Leuchtdauer zu finden (mit der Baugröße des Akkus als Konstante).
Borax
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Fr, 30.04.21, 19:07

Was ich selbst schon gebaut habe (als breit strahlende Leuchte auf dem Segelboot - daher komplett wasserdicht ausgelegt, was den Aufbau natürlich etwas größer macht) besteht aus 2 Li 18650 Zellen, einer Anvilex KSQ und 10 kleinen LEDs. Die meisten KSQs brauchen eine Mindestspannung von mehr als 3-4V (die Anvilex braucht mind. 6V). Es geht natürlich auch anders, aber dieser Aufbau ist sehr effizient. Leuchtdauer liegt bei etwa 7-8 Stunden und die Helligkeit ist etwa wie eine 20W Halogenbirne. Die Größe liegt eher bei der Niveadose (rund 70% des Volumens haben die 2 Li-Zellen)
Pax
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Fr, 30.04.21, 20:50

Klingt spannend. Wie lädst du die Li 18650? Nimmst du die heraus?
7-8 Stunden klingt fantastisch. Mindestspannung von KSQ. Gut zu wissen. Ich möchte die Leuchte über ein USB-Anschluss (Typ-C) am PC oder per USB-Netzteil laden können. Bei USB-C sind da ja 5V bei 3A. Was sind empfehlenswerte KSQ für diese Spannung?

Nur um nichts falsch zusammen zu bauen. Der Schalter kommt immer zwischen Lademodul und KSQ? Oder gibt es Gründe es anders aufzubauen? Nochmal eine Frage bezüglich des DEBO 4IN1 3.7LI, den es bei reichelt zu kaufen gibt. Ich will keinen Link posten.
Dort kann ein sogenannter "Key" angeschlossen werden. Das ist doch quasi ein Schalter, oder?
Borax
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Fr, 30.04.21, 22:13

Wie lädst du die Li 18650?
Die bleiben drin. Werden einfach gemeinsam geladen. Auf dem Schiff einfach mit einem Step-Down Regler (auf 8.2V mit max. 1.2A). Zu Hause auch mal mit einem Balancer Ladegerät. Hierzu sind (vergoldete) Bananen-Buchsen vorhanden die relativ unempfindlich sind (auch gegen Salzwasser). Das ganze Gehäuse besteht aus Aluminium und dient auch als Kühlkörper für die LEDs.
Bzgl: DEBO 4IN1 3.7LI (Du kannst gerne Links posten - nur diejenigen zu konkurrierenden LED-Shops akzeptiert die Forum Software nicht)
Ideal ist das nicht. Der fest eingestellte Step Up Wandler dieses Moduls macht genau 5V (für LEDs relativ ungeeignet). Ob man diese Spannung ändern könnte, weiß ich nicht. Dazu bräuchte man mind, einen Schaltplan. Wenn Du da wieder eine KSQ nachschaltest, wird der Strom durch zwei Wandler (die eben beide auch Verluste haben) für die LED passend transformiert. Mit 2 Zellen und nur einer Wandlung hat man auch nur ein Mal Verluste. So gesehen würde ich eher nur ein USB-Lademodul empfehlen, ohne Spannungswandler (z.B.: https://www.reichelt.de/entwicklerboard ... ol_2&nbc=1 oder https://www.reichelt.de/entwicklerboard ... ol_4&nbc=1 ). Außer der Spannungswandler ist anpassbar.
Was sind empfehlenswerte KSQ für diese Spannung?
Genau das ist das Problem. Ich kenne keine (heißt aber nicht, dass es keine gibt). Respektive ich kenne schon eine aber die ist auch recht teuer: https://www.ledtreiber.de/shop/1-Cell-% ... p162969845 (die Anvilex kostet nur 4-5€: http://www.anvilex.com/shop/index.php?r ... egory_id=6 - gibt es mit beliebigem Ausgangsstrom zwischen 50mA und 900mA)
Pax
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So, 02.05.21, 08:56

Ich bin doch noch ein ziemlicher Anfänger auf dem Gebiet, merke ich. Dein Step-Down Regler. Das ist kein dediziertes Lademodul? Braucht es das garnicht? Was ist der Unterschied oder macht so ein Lademodul im Prinzip das gleiche und heißt nur anders. Sprich die Spannung ggfls. anpassen und den Ladestrom regulieren. Aber hast du dann keine Überwachung über den Ladevorgang?


Die beiden von dir verlinkten Spannungswandler hatte ich auch gefunden. Eigentlich genau das was ich suche. Die haben ja nun eine "Ladeschlussspannung" von 4,2V. Ist das nicht zu viel für die Li 18650? Aber im Namen steht ja explizit, dass es für 3,7V Akku geeignet ist.

Das mit einer passenden KSQ bei so neidrigen Spannung scheint ja tatsächlich problematisch zu sein. Die eine verlinkte passt eigentlich ganz gut von Größe und technischen Eigenschaften. Aber Preislich natürlich nicht ohne.
Borax
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So, 02.05.21, 14:01

Nein. Der Step Down Regler ist kein spezielles Lademodul. Eher ein 'Labornetzteil' für Niederspannung. Das ist recht gut zum Laden geeignet. Hat eine Spannungs und Stromanzeige, daher kann man den Ladevorgang gut verfolgen. Man muss es aber präzise einstellen, sonst können die Akkus auch beschädigt werden: https://www.amazon.de/gp/slredirect/pic ... search_atf
Ein dediziertes Lademodul ist halt weniger flexibel (Strom und Spannung sind fixiert für einen bestimmten Akkutyp vorgegeben). Aber ansonsten tut es wie Du richtig erkannt hast auch nichts anderes als Strom und Spannung zu regeln.
Und 4.2V ist die Ladeschlussspannung von allen üblichen Li Akkus. Nur LiFePo haben weniger. Auch das DEBO 4IN1 3.7LI läd bis 4.2V.
Pax
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Do, 27.05.21, 12:04

Moin,

inzwischen bin ich deutlich weiter.

Folgende Konstruktion schwebt mir gerade vor und ich würde diese gerne von dir, @Borax, absegnen lassen. Andere sind natürlich auch herzlich eingeladen ihren Senf dazu abzugeben.


Ich arbeite nach wie vor mit 3,7 V Akkuzellen. Die Lade ich mit einem klassischen USB-Lademodul. Ist soweit klar und unproblematisch.


Da ich die LEDs dimmen möchte dachte ich an folgendes Bauteil:

https://www.ledtreiber.de/shop/%CE%BCDi ... p165050212

Den μDim bediene ich mit einem Kurzhubtaster. An das Dimmmodul wird außerdem diese 350 mA KSQ angeschlossen.
https://www.ledtreiber.de/shop/Mini-SM ... p165006291

Dahinter kommen in Reihe geschaltet 3 LEDs
https://www.leds.de/nichia-ncsle17at-sm ... 65505.html


Funktioniert das? Ich würde die LEDs gerne "Under-Ampen" um eine geringere Wärmeentwicklung zu haben.


Im Prinzip könnte ich auch direkt kleinere LEDs nehmen, wie diese hier: https://www.leds.de/nichia-nf2w757gt-f1 ... 32724.html. Bräuchte dafür aber auch wieder einen Step-Down.


Funktioniert das so? Oder mache ich da einen Fehler und ich bräuchte einen Step-Up um die LEDs in Reihe zu betreiben?


Besten Gruß,
Pax


EDIT: Und wie berechne ich den Stromverbrauch um die nötige Akku-Kapazität für die gewünschte Laufzeit zu bestimmen. Habe ich dann quasi 350mA/h? und ein Akku mit 1000 mA "hält" dann ca. 3h?
Borax
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Mo, 31.05.21, 16:53

Hi Pax, sorry für die späte Antwort.
und ich bräuchte einen Step-Up um die LEDs in Reihe zu betreiben
Genau. Der Dimmer geht. Aber der Treiber nicht. Wenn Du 3 LEDs in Reihe anschließen willst brauchen die ja etwa 9V und Du hast nur maximal 4.2V (wenn der Akku randvoll ist). Hier benötigst Du einen Step-Up oder Boost Treiber: https://www.ledtreiber.de/shop/Led-Sens ... p164952213 Der hat einen Eingang für den µDIM und kann per Lötbrücke auf 350mA gesetzt werden. Es gehen auch 100/200/300 mA. Vielleicht brauchst Du dann den Dimmer gar nicht.
Es wäre möglich den Linear-Treiber (zu nehmen https://www.ledtreiber.de/shop/Mini-SMD ... p165006291) und die LEDs dann parallel zu schalten. Die Verluste sind dann aber größer, weil wenn der Akku randvoll ist (4.2V) müssen rund 1.2V (also fast 30%) der Energie am Treiber verbraten werden. Je geringer die Spannung des Akkus wird, desto geringer fallen auch die Verluste aus. Unterhalb von 3.2V werden die LEDs aber nicht mehr die volle Leuchtkraft haben, weil der Dimmer etwa 0.2V Drop hat (minimale Differenz zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung). Die LEDs würden in diesem Fall (Akkuspannung > 3.2V) mit rund 115 mA laufen. Unterhalb von 3.2V nimmt der Strom ab. Ist aber sehr schwer abzuschätzen wie viel es z.B. bei 3V noch wäre.
Wegen der Laufzeit: Es geht um Energie (Wh) die der Akku zur Verfügung stellt (bei 3.7V und 1000mAh also 3.7Wh) und Verluste am Treiber (ich würde mal mit 10% rechnen). Die LEDs brauchen bei 350mA rund 9V also 3.15W mit 10% Verlusten rund 3.5W. Die eine Zelle kann dann die LEDs etwas über eine Stunde versorgen. Bei nur 100mA Betriebsstrom hast Du nur rund 1W die von den LEDs verbraucht werden; dann reicht die Zelle für etwa 3.5 Stunden.
Beim Lineartreiber spielt nur der Strom eine Rolle. In dem Fall wären 1000mAh auch knapp 3 Stunden bei 350mA. Ich würde aber eher nur mit 2.5 Stunden rechnen, weil wie gesagt unterhalb von 3.2V am Akku nicht mehr die volle Leuchtstärke zur Verfügung steht. Man kann das aber auch anders betrachten: Wenn der Akku leer wird, dimmt das System quasi automatisch und die reduzierte Leuchtstärke steht noch etwas länger zur Verfügung,.
Pax
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Di, 01.06.21, 13:36

Tausend Dank, Borax!!

Habe die Teile zwar inzwischen schon bestellt, aber der Hinweis mit dem Boost-Treiber ist trotzdem sehr hilfreich.

Ich wollte es jetzt der linearen KSQ (die du auch verlinkt hast) und einer Parallelschaltung der LEDs probieren. Von einem Verlust wusste ich allerdings nichts. Verluste sind natürlich, gerade bei einer kleinen Akkuzelle, extrem nervig.

Ich werde es erstmal so probieren und schauen, was ich für eine Laufzeit erreiche.
Borax
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Di, 01.06.21, 18:38

Ok. Noch eine Anmerkung zum parallel schalten von LEDs: Die LEDs dürfen sich nicht unterschiedlich erwärmen. Sie müssen also alle auf den gleichen Kühlkörper montiert werden. Unterschiedliche Erwärmung führt zu unterschiedlicher Flussspannung, was zwar bei dem doch relativ geringen Strom von 115 mA nicht so schlimm ist, aber sie leuchten dann auch unterschiedlich hell.
Pax
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Mi, 02.06.21, 13:43

Guter Hinweis.
Die LEDs, befinden sich alle auf dem gleichen Kühlkörper!
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