High Power Led Taschenlampe

alex2388 · Di, 14.12.10, 15:30

High Power Led Taschenlampe

Ich habe ein paar Fragen die sich für mich nicht klären ließen in dem Forum.

Mein Anliegen ist folgendes, ich möchte eine Lampe haben, die aus 3x der Cree XP-E R2 weiß Led besteht. Mir stellt sich die Frage wie schalte ich diese?!

Es sollte möglichst keine Helligkeit verloren gehen. (Parallel besser als in Reihe?)

Parallel oder in Reihe, reicht ein KSQ oder benötige ich für jede Led einen.
Oder tun es auch Widerstände, die vor den Led`s geschaltet sind?

Die Led hat drei Angaben von lm Größen, mir genügt die mittlere von 148lm bei 3,3V und 500mA.

Ein Akku hat 1,2 V und 1800mAh, wie schalte ich diese und wie viele benötige ich, sie sollten mindestens 2 ½ h halten besser wäre 6h.

Kann einer mir dort weiter helfen??

Sailor · Di, 14.12.10, 15:50

alex2388 hat geschrieben:Es sollte möglichst keine Helligkeit verloren gehen. (Parallel besser als in Reihe?)

Das ist egal. Beide Schaltungen haben bei den richtigen Voraussetzungen die gleiche Helligkeit.

Ob die LED´s in Reihen- oder Parallelschaltung betrieben werden, wird von der vorhandenen Spannung beimmt.

Wenn Du mit 3 der Akkus arbeiten willst, ist die Parallelschaltung der LED´s vorgegeben. Die 3 Akkus müssen jedoch in Reihe geschaltet sein.

Allerdings wirst Du mit 3 Akkus die gewünschte Leuchtdauer nicht erreichen:

1.800 mAh / (3 x 500 mA) = 1,2 Stunden mit 2 der 3er-Packs parallel kommst Du dicht an die gewünschte Zeit, insbesondere wenn Du Eneloop-Akkus verwendest.

Den Strom kannst Du über einer Widerstand oder besser über eine Low-Drop-KSQ steuern, wie sie hier im Forum schon zum Selbstbau vorgestellt wurde. Dazu ist etwas Bastelerfahrung nötig. Wäre das was?

Herzlich Willkommen im Forum!

Borax · Di, 14.12.10, 16:30

Am besten 9 dieser Akkus verwenden, dann können alle LEDs in Serie betrieben werden und der Drop an der KSQ tritt auch nur ein mal auf. Bei 500mA Strom würden 1.800 mAh Akkus (nimm lieber bessere, sprich eneloop o.ä.) immerhin schon 3 Stunden halten.
Wegen schalten...
Bei meiner (prinzipiell ähnlich aufgebauten) Taschenlampe schalte ich nur die KSQ mit einem sehr kleinen Steuerstrom:
viewtopic.php?f=31&t=7384&p=103367

alex2388 · Di, 14.12.10, 17:32

Danke euch schon mal für die Antworten!

Also der Akku sieht aus wie eine Batterie und ist ein Spezial Nimh Akku von der Firma Emmerich, da ich maximal eine Akkugröße von d= 18mm h= 43mm haben darf, von dem müsste ich eh mehrere nehmen um an die Spannung von 9,9 Volt zu kommen oder nicht?!

Die Stromstärke von 1800mA bei dem Akku in Reihe bleibt doch gleich oder kann ich diese erhöhen?

Jetzt schreibt ihr auch von der KSQ mit einem Widerstand ist da nichts zu machen?

Also Akkus in Reihe wie viele ? (Bei drei LED`s)

strenter · Di, 14.12.10, 20:03

alex2388 hat geschrieben:Die Stromstärke von 1800mA bei dem Akku in Reihe bleibt doch gleich oder kann ich diese erhöhen?

Dieser Wert ist 1800mAh (MiliAmpereStunden) und bezeichnet die Kapazität des Akku. Er hat NICHTS mit der Höhe des entnehmbaren Stromes zu tun.

Sailor · Di, 14.12.10, 22:11

alex2388 hat geschrieben:Jetzt schreibt ihr auch von der KSQ mit einem Widerstand ist da nichts zu machen?

Doch, das habe ich oben schon geschrieben.

Wenn Du 9 von den Akkus in Reihe in die Lampe packen kannst, reicht ein Widerstand. Kannst Du nur 3 der Akkus in die Lampe packen, müssen drei Widerstände verwendet werden.

Der Nachteil dieser Lösung: das Licht wird über die Entladeperiode langsam immer weniger.

Mit einer einfachen KSQ, die nur aus einigen Bauteilen besteht, bleibt das Licht fast die gesamte Entladedauer der Akkus konstant. Erst wenn die Akkus fast leer sind, wird es schnell dunkel.

Hier findest Du 2 Links zu Konstantstromquellen, wie sie gemeint sind, damit Du Dir ein Bild davon machen kannst.

alex2388 · Mi, 15.12.10, 00:35

Ah okay. Dann nehme ich ein KSQ, wie muss dieser dimensioniert und geschaltet sein?

Wenn ich 9 Akkus in Reihe schalte. Somit habe ich 10,8 V bei einer Stromstärke von 1800mA.
Wenn ich dann die LED`s auch in Reihe schalte, benötige ich 9,9 V verbrauchen die LED`s dann 500 mA oder 1500 mA ?

Habe ich bei diesem Aufbau einen Helligkeitsverlust ?

Vielen Dank für die Antworten, habe mich lange nicht mehr mit der Elektrik beschäftigt deswegen die Fragen.

strenter · Mi, 15.12.10, 05:54

Nochmal, die 1800 haben die Einheit mAh und bezeichnen die Kapazität des Akkus, nicht den Strom.

Da sich die LED in Reihenschaltung befinden teilt sich die Spannung an ihnen auf; der Strom fließt durch jede hindurch. Also brauchst Du 500mA. Du kannst Dir das wie eine Wasserleitung vorstellen in dem der Wasserdruck die Spannung und das fließende Wasser - je nach Geschwindigkeit und Menge - den Strom darstellt. Die Kapazität (bei Deinen Akkus 1800mAh) kannst Du dir als Wasserbecken vorstellen. Wenn das leerer wird, dann nimmt der Druck (vergleiche -> Spannung) ab, und wenn es leer ist...

Auf jede Fall aber brauchst Du eine Low-Drop-KSQ, da 0,9V zum Betrieb einer Standard-KSQ nicht ausreichen. (Um beim Wasservergleich zu bleiben... Die KSQ hält sozusagen die Strömungsgeschwindigkeit konstant.)

Sailor · Mi, 15.12.10, 08:03

alex2388 hat geschrieben:Wenn ich 9 Akkus in Reihe schalte. Somit habe ich 10,8 V bei einer Stromstärke von 1800mA.
Wenn ich dann die LED`s auch in Reihe schalte, benötige ich 9,9 V verbrauchen die LED`s dann 500 mA oder 1500 mA ?

Habe ich bei diesem Aufbau einen Helligkeitsverlust ?

Wenn Du die Akkus in Reihe schaltest, hast Du typ. 10,8 Volt, die tatsächliche Spannung der Akkus wird über einen großen Entladezeitraum der Akkus zwischen 10,8 Volt und 11,7 Volt liegen (da sieht man schon, dass das Licht im Verlauf der Entladezeit dunkler wird wenn mit einem Vorwiderstand gearbeitet wird).

Die Kapazität der Akkus ist 1.800 mAh (mA mal Stunden). Im Gegesatz zum Strom, der in mA angegeben wäre, ist bei der Kapazität noch ein h angehängt, das für "Stunden" steht. Die Akkus haben also eine Kapazität von 1.800 Milliamperstunden.

Nach der Kapazität kann ausgerechnet werden, wie lange die angeschlossene Schaltung läuft.

Bei den von Dir eingestellten 500 mA:

1.800 mAh / 500 mA = 3,6 h

Da h für Stunden steht also 3,6 Stunden.

Der Strom von 500 mA fließt durch alle 3 LED´s, da sie in Reihe geschaltet sind. Jede LED leuchtet daher genau in der Helligkeit, die für diese 500 mA vorgegeben ist. Es gibt keinen Helligkeitsverlust gegenüber einer anderen Schaltung, die ebenfalls 500 mA durch die LED fließen lässt.

Was Du zum Aufbau einer 2-Transistor-KSQ benötigst, ist hier beschrieben.

Wie Du dort siehst, kannst Du durch Auswahl verschiedener Messwiderstände den Strom durch die LED´s mschalten. So ist je nach Bedarf die Wahl zwischen längerer Leuchtdauer bei weniger Licht und kürzerer Leuchtdauer bei viel Licht möglich.

tommi · Mi, 15.12.10, 15:10

Wie sieht es eigentlich mit dem Wirkungsgrad von so einer KSQ aus? Bei Taschenlampen doch ein recht wichtiger Punkt...

Sailor · Mi, 15.12.10, 15:16

Kannst Du Dir doch ausrechnen (und musst es für jeden Anwendungsfall erneut):

(Akkuspannung - LED-Spannung) x LED-Strom ist die Verlustleistung der KSQ.

Je dichter die Akkuspannung an der LED-Spannung liegt, desto besser ist der Wirkungsgrad dieser KSQ.

tommi · Mi, 15.12.10, 15:19

OOK, ist es wirklich so einfach

Also kann ich mir die KSQ als variablen Widerstand vorstellen...der sich so regelt damit halt immer ein Strom fließt oder?

Sailor · Mi, 15.12.10, 15:25

Die lineare KSQ wirkt in der Tat wie ein variabler Widerstand.

Erst bei größerem Abstand von LED-Spannung zu Versorgungsspannung wird eine getaktete KSQ effizienter.

tommi · Mi, 15.12.10, 15:31

So ich muss jetzt noch bisschen nachbohren

wollte ich jetzt den Strom mit noch weniger Verlust regeln müsste ich eine PWM nützen? Dann könnte ich mich ja sehr nahe ans Strom Limit herantasten über einen entsprechend kleinen Widerstand und den Rest nur mehr über die Pulse machen? Im Mittel hätte man ja dann geringeren Strom oder?

Borax · Mi, 15.12.10, 15:44

Das ist das Grundprinzip von Schaltreglern (bzw. getakteten KSQs). Aber ganz so einfach ist das nicht.
1. Du brauchst einen Widerstand (Shunt) um den aktuell fließenden Strom zu bestimmen. Der kann auch hier nicht beliebig klein werden.
2. Die PWM alleine reicht nicht. Auch wenn eine LED nur tausendstel Sekunden mit zu viel Spannung versorgt wird (und keine sonstigen Widerstände den Strom begrenzen) dann zieht die LED so viel Strom bis sie hin ist. Man braucht daher ein Speicherelement was dafür sorgt dass die Spannung nur so weit ansteigt, dass eben der erwünschte LED Strom fließt. Jedes Speicherelement (egal ob Spule oder Kondensator) hat aber wieder eigene Verluste...

[EDIT]
Ich glaube ich habe Dich falsch verstanden. Du willst mit dem Widerstand den Strom schon auf den 'erlaubten' Wert für die LED begrenzen und nur die Lichtstärke über die PWM regeln? Das geht natürlich schon.

tommi · Mi, 15.12.10, 15:52

Ich glaube langsam hab ich zumindest Theoretisch das ganze verstanden

Aber wenn ich diese Richtung einschlage kann ich noch mal deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen als mit KSQ oder? Was ist denn da ca.der Stand der Technik - also mit was könnt man maximal rechnen?

[auch edit:]
Ja sows in die Richtung hätte ich gemeint. Dass man den Widerstand so klein macht damit die LED gerade nicht durch brennt und das noch weiter runter regeln würde man dann über die PWM machen. So hätte ich mir das gedacht.

Borax · Mi, 15.12.10, 17:55

Eine KSQ als solche (bzw. ein einfachsten Fall ein Widerstand) ist ja nicht unbedingt zum Regeln gedacht (drum ja der Name KonstantStromQuelle).
Wenn man jetzt aber schon eine KSQ hat (oder baut), dann kann man die natürlich auch so aufbauen, dass man den Strom regeln kann. Bei einer linearen KSQ wird dann natürlich mehr Strom verheizt, wenn man den Strom reduziert (und damit mehr Spannung an der linearen KSQ hängen bleibt). Ob die Stromersparnis bei 'ausgereiztem' Strom + PWM Steuerung den zusätzlichen Schaltungsaufwand rechtfertigt hängt stark vom Einzelfall ab. Auch die PWM-Schaltung hat Verluste, diese sind aber meist recht klein.

Aber wenn ich diese Richtung einschlage kann ich noch mal deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen als mit KSQ oder? Was ist denn da ca.der Stand der Technik - also mit was könnt man maximal rechnen?

Das Problem dabei ist die Eingangsspannung. Wenn die exakt zur Flussspannung der LED passt, würde man ja theoretisch keine Strombegrenzung brauchen und hätte daher auch keine Verluste. In der Praxis gibt es aber (mindestens) zwei Probleme dabei:
1. Die Eingangsspannung ist nicht konstant (gilt isb. für Akkus/Batterien)
2. Die Flussspannung der LEDs ist nicht konstant ('warme' LEDs brauchen weniger Spannung bei gleichem Strom als kalte)
Also muss man fast immer eine gewisse Menge 'Luft' mit einkalkulieren. Das begrenzt den maximal möglichen Wirkungsgrad bei den gegebenen Rahmenbedingungen.

alex2388 · Do, 16.12.10, 00:04

strenter hat geschrieben: Auf jede Fall aber brauchst Du eine Low-Drop-KSQ, da 0,9V zum Betrieb einer Standard-KSQ nicht ausreichen. (Um beim Wasservergleich zu bleiben... Die KSQ hält sozusagen die Strömungsgeschwindigkeit konstant.)

Reicht die KSQ mit folgendem Link für mein vorhaben aus? Link entfernt, Gruß Sailor

strenter · Do, 16.12.10, 07:40

Da solltest Du mal in dem Forum des Anbieters nachfragen ob dies eine Low-Drop-KSQ ist. Ich denke mal nicht, denn sonst würde dies sicher beworben.

Sailor · Do, 16.12.10, 07:54

An der Start-Up-Spannung kannst Du schon erkennen, dass es keine Low-Drop-KSQ ist.

Wenn Du eine getaktete KSQ ins Auge fasst, muss die Eingangsspannung je nach Aufbau etwa 1,8 bis 3 Volt über der Summe der LED-Spannungen liegen oder Du suchst eine Buck-Boost-KSQ, die sowohl nach unten wie auch nach oben regeln kann. Aber dann geht der Wirkungsgrad in dn Keller.

Für deine Anwendung ist eine getaktete KSQ zu aufwändig und damit (auch) zu teuer, sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb.

Die effizienteste Lösung erreichst Du mit einer von diesen beiden Schaltungen.

alex2388 · Fr, 17.12.10, 00:47

Puh bei den ganzen KSQ verstehe ich nur noch Bahnhof trotz eurer netten hilfe für die ich echt dankbar bin.

Ich habe nicht vor mir eine selbst zu bauen, deswegen steht einem kauf einer geeigneten KSQ nichts im wege.

Sailor · Fr, 17.12.10, 08:00

Wenn Du nicht selbst bauen willst und keine KSQ mit einem Drop von weniger als einem Volt findest, dann nimm Dir eine beliebige KSQ und 2 Akku-Zellen mehr.

Oder Du baust bei 9 Zellen und 3 LED´s in Reihe doch mit einem Widerstand von 5,6 bis 6,8 Ohm ein.

Den Link oben habe ich entfernt. Konstantstromquellen dieser Art gehen nicht und es gibt mittlerweile bessere (mit höherem Wirkungsgrad). Wenn Du weiter suchen willst: Im Datenblatt der KSQ muss eine Dropspannung von weniger als einem Volt angegeben sein.

alex2388 · Fr, 17.12.10, 14:17

Könntest du mir eine passende KSQ herraus suchen?

alex2388 · Mi, 22.12.10, 00:43

Sailor hat geschrieben:Wenn Du nicht selbst bauen willst und keine KSQ mit einem Drop von weniger als einem Volt findest, dann nimm Dir eine beliebige KSQ und 2 Akku-Zellen mehr.

Gehen wir mal von drei anderen Led's aus: Datenblatt
Strom 700 mA
Spannung 3,20V
Leistung 5,4 W

Diese schalte ich in Reihe, ergibt eine benötigte Spannung von 9,6V und einen Strom von 700 mA.

Jetzt zur KSQ, eine lineare Low Drop KSQ mit: Dropspannung 1V
Input 30V DC (max.)
Output 700 mA
Die Frage ist klappt dies mit dieser KSQ und 10x 1,2V Akkus?

Sailor · Mi, 22.12.10, 07:47

Ja, das klappt. Auch wenn die LED-Spannung etwas höher sein sollte.

Die KSQ sollte allerdings gekühlt werden, es werden je nach Ladezustand des Akkupacks und der tatsächlichen Spannung der LED´s im Arbeitspunkt etwa 2,5 bis 4 Watt in Wärme umgesetzt (Anfangs kurze Zeit etwas mehr).

Ein Akku weniger würde es auch tun. Die Verlustleistung der KSQ wäre geringer, etwa 1 Watt.

Außerdem wird die Gefahr der Tiefentladung geringer, sie bleibt jedoch bestehen.