Bridgelux BXRA 9000c --> Kühlkörper / DC-DC Wandler?

Hier werden Fragen zu LED-Grundlagen beantwortet...

Moderator: T.Hoffmann

rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Mo, 23.07.12, 21:09

Hallo liebe Community,

nach längerer Abwesenheit melde ich mich auch wiedermal:

Mehr oder weniger als "Gag" (Joke/Scherz) möchten wir eine Stirnlampe mit dem 9000 Lumen Modell bauen. Gleich vorweg, mir ist klar, dass es ein unhandliches Produkt mit ein paar Kilos sein wird, das spielt aber keine Rolle.

Ich habe ein paar grundsätzliche Fragen:

*) Besteht die Möglichkeit einen Kühler in der Größe zu dimensionieren, dass man ihn irgendwie an einen Helm bekommt? darf auch gerne aktiv gekühlt sein (z.B. 2 x 40mm Lüfter)
*) Als Versorgung dient eine Batterie - welche Type? LiIon oder eine Autobatterie?

LiIon ist sicher besser, aber vermutlich teurer und nicht so einfach zu laden. Ca. Eine Stunde soll die Lampe halten, das Bedeutet bei ca. 1/3 Entladung braucht man 240Wh (== 20Ah bei 12V, wäre im Rucksack tragbar). Autobatterie wär also kein Problem. Aber ein DC-DC Konverter 100W 9-18V --> 30V kostet ein Vermögen. Gibt es da bessere Lösungen?

Die LED ist ja schon relativ teuer, Batterie ist vorhanden. Das Projekt sollte allerdings unter 200 Euro bleiben.

Ich danke euch schonmal für eure Inputs und halte euch natürlich up to Date. Bin gespannt, was es mit dem 28° Reflektor für eine Lichtausbeute gibt :-).



lG Florian

PS: Falls es der falsche Bereich ist, einfach verschieben.
Benutzeravatar
ben_c
Ultra-User
Ultra-User
Beiträge: 746
Registriert: Mo, 29.08.11, 19:07
Wohnort: Hechingen-Stein

Di, 24.07.12, 11:31

Also der Kopf wird dir damit sicherlicht nicht kalt 8) :wink:
Benutzeravatar
Achim H
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 13067
Registriert: Mi, 14.11.07, 02:14
Wohnort: Herdecke (NRW)
Kontaktdaten:

Di, 24.07.12, 14:25

*) Besteht die Möglichkeit einen Kühler in der Größe zu dimensionieren, dass man ihn irgendwie an einen Helm bekommt? darf auch gerne aktiv gekühlt sein (z.B. 2 x 40mm Lüfter)
Um eine Aktivkühlung wirst Du wohl nicht drumrum kommen. Bei max. 36V und max. 3750mA hat eine C9000 folglich max. 125 Watt (rund 10.700 Lumen). Ein MiniaturLüfteraggregat (50x50mm, 100mm lang, Fischerelektronik) hat einen Wärmewiderstand von 0,4k/W (bei Verwendung eines 24V Papstlüfter mit 20m³/h). Ausgehend von einer Umgebungstemp. von 20°C wärst Du damit bei rund 70°C (20°C + 125W x 0,4k/W).

Ich würde das Lüfteraggregat hochkant montieren (Warmluft nach Oben rausblasen). Damit siehst Du zwar aus wie eine Lokomotive, aber die ca. 70°C warme Luft stört keinen.

Die Lärmentwicklung wird sich wahrscheinlich im Rahmen halten. Ein Papstlüfter hat 30dB/A. Dadurch, dass es an einem Kühlkörper-Tunnel montiert ist, dürfte es allerdings etwas lauter werden. Ähnliche 50mm Lüfter (bis ca. 28m³/h) können bis ca. 40dB/A laut werden.
*) Als Versorgung dient eine Batterie - welche Type? LiIon oder eine Autobatterie?
Da wäre ein LiPo-Akkupack doch genau das richtige (3x 3S1P (nominal 11,1V, voll geladen 12,3V) in Reihe = 33,3V (max. 36,9V)). Für 1 Stunde Laufzeit brauchst Du nur ein Pack mit einer Kapazität von 3,75Ah oder mehr. Statt einer Konstanststromquelle gibt es einen simplen Led-Vorwiderstand. Die Spannung für den Lüfter (max. 50mA) kann man nach 2S (nom. 22,2V, max. 24,6V) abgreifen.

Nachtrag:
Ein Zippy Flightmax (25C - 3S1P - 5000mAh) kostet bei Hobbyking (DE-Warenhaus) nur 33,92 USD (umgerechnet ca. 28 EUR). Du brauchst 3 Stück.
Direktlink
Benutzeravatar
Sebi41
Super-User
Super-User
Beiträge: 63
Registriert: Do, 24.02.11, 17:20

Di, 24.07.12, 23:14

Lipos sind aber komplizierter zum Laden und Gefährlicher :evil:
Da brauch man schon ein geeignets Ladegerät.
solche zellen währen halt cool, auf der Seite gibts aber auch fertige Packs :)
http://www.batteryspace.com/LiFePO4-Pri ... 64-wh.aspx

Für die Kühlung währe ein Cpu-Kühler mit Heatpipes vielleicht geeignet.
Borax
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 12243
Registriert: Mo, 10.09.07, 16:28

Mi, 25.07.12, 07:40

Ich würde auch LiFePo empfehlen. 10 Stück von denen:
http://shop.lipopower.de/A123-Systems-A ... re-2300mAh
kosten nur rund 60€ (einschließlich Versand). Dann noch eine lineare 2-Transistor-KSQ und fertig.
Zum Aufladen reicht ein 36V Netzteil und ein (halbwegs leistungsfähiger) Widerstand.
Benutzeravatar
CRI 93+ / Ra 93+
Auserwählter
Auserwählter
Beiträge: 2801
Registriert: So, 19.10.08, 23:56
Wohnort: Hannover

Mi, 25.07.12, 08:18

LiFePO4 sind aber schon wieder doppelt so groß und schwer wie LiPo-Akkus. Dafür aber ungefährlicher, zumindest gibt's keinen thermal runaway, aber die Ströme, die sie abgeben können sind immens. Ist bei Bleiakkus aber ähnlich. Die sind aber noch schwerer.

Ich würde aber auch LiFePO4 empfehlen. Oder LiPo als fertiges Pack mit Schutzelektronik + stabilen mechanischens Schutz + passendes Ladegerät wenn man mutiger ist und es leichter sein soll.
Benutzeravatar
Handkalt
Hyper-User
Hyper-User
Beiträge: 1732
Registriert: Do, 17.12.09, 11:40

Mi, 25.07.12, 09:03

Mal eine andere Frage: soll diese Stirnlampe wirklich als solche benutzt werden, oder nur in der Vitrine stehen? Einer Stirnlampe trägt man in etwa auf Augenhöhe und wenn man während der Nutzung jemand anderes ansieht, leuchtet man ihm direkt ins Gesicht bzw. die Augen, und das ggf. aus kurzer Entfernung.

Die resultierende Blendung ist schon bei vielen handelsüblichen LED-Stirnlampen ein Problem, aber bei dieser hier könnte es echt gefährlich werden...
Benutzeravatar
Achim H
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 13067
Registriert: Mi, 14.11.07, 02:14
Wohnort: Herdecke (NRW)
Kontaktdaten:

Mi, 25.07.12, 13:12

Borax hat geschrieben:Ich würde auch LiFePo empfehlen. 10 Stück von denen:
http://shop.lipopower.de/A123-Systems-A ... re-2300mAh
kosten nur rund 60€ (einschließlich Versand).
Für 1 Stunde brauchst Du mindestens 2800mAh (bei typ. Bestromung), die BXRA-C9000 darf aber bis 3750mA (ca. 125% des typ. Output) bestomt werden. Und das reicht mit den von Dir vorgeschlagenen Akkus nur für bestenfalls 37 bis 49 Minuten.

@Sebi41 und einige andere:
was die Panikmache mit den explodierenden Akkus angeht.
Bei der Unmenge Handys (weltweit ca. 8 Milliarden) ist es schon echt verwunderlich, dass man von explodierenden Akkus nicht täglich liest. Die Wahrscheinlichkeit dürfte ähnlich hoch liegen, wie vom Blitz getoffen zu werden. Explodiert sind (soweit ich weiß) immer nur Li-Ionen Akkus, weil deren Kurzschluss-Schutz versagt hat (falls einer eingebaut war).

Und ja, man braucht für jeden Akku-Typ auch das richtige Ladegerät.
Borax
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 12243
Registriert: Mo, 10.09.07, 16:28

Mi, 25.07.12, 13:29

Schon klar. Aber es ging ja auch um ca. eine Stunde. Und für die LiFePo braucht man nicht unbedingt eine spezielles Ladegerät. Ich habe auch LiPo Akkus zu Hause. Für sooo gefährlich halte ich die auch nicht.
Benutzeravatar
Sebi41
Super-User
Super-User
Beiträge: 63
Registriert: Do, 24.02.11, 17:20

Mi, 25.07.12, 23:00

Man darf die Akkus hald nicht unterschätzen!
Lipos mit einem Netzteil zu Laden ist wirklich gefährlich und es sollte immer mit Balancer geladen werden!
Wenn man kein geeignetes Ladegerät hat sollte man lieber zu LiIon oder LiFePo greifen die verzeihen den ein oder anderen Fehler :)
Trotzdem sollten manchmal die einzelnen Zellen durchgemessen werden um eventuell eine Fehlerhafte Zelle zu entdecken.
rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Sa, 04.08.12, 16:18

Hallo,

erst einmal vielen Dank für die Zahlreichen Antworten, das hat mir schon viel weitergeholfen.
Da wäre ein LiPo-Akkupack doch genau das richtige (3x 3S1P (nominal 11,1V, voll geladen 12,3V) in Reihe = 33,3V (max. 36,9V)). Für 1 Stunde Laufzeit brauchst Du nur ein Pack mit einer Kapazität von 3,75Ah oder mehr. Statt einer Konstanststromquelle gibt es einen simplen Led-Vorwiderstand. Die Spannung für den Lüfter (max. 50mA) kann man nach 2S (nom. 22,2V, max. 24,6V) abgreifen.
Klingt gut, werde ich auch so machen. Nur wie sieht so ein simpler LED Vorwiderstand aus? Der muss dann ja doch einiges an Leistung können? zumindest ein paar Watt? Nach welchen Faktoren richtet sich in diesem Fall die Parametrierung, wenn die Akkus schon die Nennspannung der LED haben?

Beim Kühlköper werden wir einen Konstruieren, der sich formmäßig mehr an einen Helm anschmiegt (trotzdem natürlich mit aktiven Lüftern). Sobald es dazu erste Pläne gibt, sag ich euch Bescheid :-)
Mal eine andere Frage: soll diese Stirnlampe wirklich als solche benutzt werden, oder nur in der Vitrine stehen? Einer Stirnlampe trägt man in etwa auf Augenhöhe und wenn man während der Nutzung jemand anderes ansieht, leuchtet man ihm direkt ins Gesicht bzw. die Augen, und das ggf. aus kurzer Entfernung.

Die resultierende Blendung ist schon bei vielen handelsüblichen LED-Stirnlampen ein Problem, aber bei dieser hier könnte es echt gefährlich werden...
Nein, das ganze ist eigentlich nur ein einmaliger "Gag" für einen Winterabend, wo immer alle Rodelkumpanen mit den Stirnlampen wettrüsten. Die wird kurz aufgesetzt, angeschaltet und dann vlt. vom ersten Rodler getragen beim Runterfahren. . Natürlich wird peinlichst genau darauf geachtet, dass keiner zu Schaden kommt. Es geht hier eher um den Spaß und um die prinzipielle Machbarkeit :-)
Man darf die Akkus hald nicht unterschätzen!
Lipos mit einem Netzteil zu Laden ist wirklich gefährlich und es sollte immer mit Balancer geladen werden!
Wenn man kein geeignetes Ladegerät hat sollte man lieber zu LiIon oder LiFePo greifen die verzeihen den ein oder anderen Fehler :)
Trotzdem sollten manchmal die einzelnen Zellen durchgemessen werden um eventuell eine Fehlerhafte Zelle zu entdecken.
Was wäre da geeignet? Kannst du etwas (kostengünstiges) empfehlen? Ich glaube aber ev. in der Arbeit noch das eine oder andere Ladegerät herumliegen zu haben...

lG u. vielen Dank,
Florian
Benutzeravatar
Sebi41
Super-User
Super-User
Beiträge: 63
Registriert: Do, 24.02.11, 17:20

So, 05.08.12, 16:41

Also kostengünstig wären solche
shop.pss-battery.de/Zellen/Rundzellen/2 ... i-Ion.html
Aber die Qualität ist fraglich :roll:
Ich würde es mit einer KSQ machen mit 9S2P Akku und Tiefentladeschutz dann kannst du die zwei schlechtesten Akkus aussortieren ;)
Ich habe bei meiner Lampe alte Akkus von Laptops verwendet.
Benutzeravatar
Achim H
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 13067
Registriert: Mi, 14.11.07, 02:14
Wohnort: Herdecke (NRW)
Kontaktdaten:

So, 05.08.12, 19:22

Aber die Qualität ist fraglich
Für den Preis (2 EUR/Stück) darf man nicht allzuviel erwarten.

Nachteil sehe ich allerdings, wenn man sich daraus einen Akkupack basteln möchte. Da wäre der Pack schon gut 20cm lang, 2x3 Rohre nebeneinander. Um alle Akkus wieder zu laden sind 9 Ladegeräte (a 2 Schächte) + 2 Steckdosenleisten (6fach) nötig.
Benutzeravatar
Sebi41
Super-User
Super-User
Beiträge: 63
Registriert: Do, 24.02.11, 17:20

So, 05.08.12, 20:14

Oder einfach ein gutes Ladegerät ;)
rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Do, 06.09.12, 22:54

Hallo LED Freunde,

sorry, dass ich euch so spärlich mit Informationen versorgt habe - aber es geht natürlich weiter ;-). Der Kühlkörper und das drumherum ist designt und grob durchsimuliert, schaut gut aus, bei einem DM70 Lüfter mit 44m³/h, vier Heatpipes und einem Aluminium Kühlblock komme ich auf ca. 60°C an der LED. Ich denke das ist vertretbar.

Anbei zwei Bilder, über Anregungen und Verbesserungsvorschläge freue ich mich natürlich. Gleich vorweg: Vermutlich gibt es dann noch eine Konstruktion, die den Reflektor vorne besser schützt... Im Großen und Ganzen denke ich aber dass die Lösung halbwegs kompakt ist (DM75*150mm incl Reflektor).
stirnlampe_cut_web.jpg
thermo1_1.jpg
thermo1_2.jpg
Nächster Schritt ist die Fertigung des Gehäuses und die Beschaffung der ganzen Einzelteile (Heatpipes, Lüfter, Akku).

LG Florian

PS: Die LED nimmt bei mir signifikant mehr Leistung als beschrieben auf, ca. 150W (30,4V - 4,9A).
Loong

Fr, 07.09.12, 08:42

Sehr nett, aber...
rifl hat geschrieben:PS: Die LED nimmt bei mir signifikant mehr Leistung als beschrieben auf, ca. 150W (30,4V - 4,9A).
Wenn Du sie mit deutlich mehr Strom versorgst, als im Datenblatt angegeben, ist das auch kein Wunder. Auch die Bridgelux-Arrays brauchen eine Konstantstrom-, keine Konstantspannungsquelle.
Benutzeravatar
Sebi41
Super-User
Super-User
Beiträge: 63
Registriert: Do, 24.02.11, 17:20

Fr, 07.09.12, 10:30

Wow, sieht sehr gelungen aus :wink:
Welches Programm verwendest du? 8)
rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Fr, 07.09.12, 10:41

Wenn Du sie mit deutlich mehr Strom versorgst, als im Datenblatt angegeben, ist das auch kein Wunder. Auch die Bridgelux-Arrays brauchen eine Konstantstrom-, keine Konstantspannungsquelle.
Okay, da muss ich mich noch umsehen, wie ich das lösen - oder gibts dazu praktikable Ansätze, die auch mobil umgesetzt werden können (wie gesagt, soll ja eine Stirnlampe werden ;-) ) - ich selbst hab mich ehrlichgesagt noch nicht damit beschäftigt.
Wow, sieht sehr gelungen aus :wink:
Welches Programm verwendest du? 8)
Merci, konstruiert wurde mit SolidWorks, die Temperatursimulation kommt von FlowSim. Das Aufwändigste war, die Heatpipes auf den begrenzten Raum unter einhaltung der zulässigen Biegeradien unterzubringen.

lG Florian
Benutzeravatar
stoske
Hyper-User
Hyper-User
Beiträge: 1024
Registriert: Mi, 02.03.11, 16:38
Wohnort: Wuppertal

Fr, 07.09.12, 11:01

Das dürfte der aufwändigste und professionell weitreichendste simulierte Gag sein,
den ich in den letzten Jahren gesehen habe. Von mir ein Kopfschütteln für die
Diskrepanz und ein ehrliches Lob für den Aufwand.
rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Mi, 12.09.12, 20:33

Hallo,

hab mich mal nach Akkus umgesehen, was ist von diesen zu halten (10 stk in Serie)?
http://shop.lipopower.de/LiNANOZ-9-Ah-3 ... nderposten

3kg sind natürlich nicht wenig, aber wird vermutlich nicht viel leichter möglich sein...

--- oder diese hier:
http://shop.lipopower.de/LiNANOZ-32600E-3500-mAh-SL-FMC

3,5 Ah sollten ja reichen, und 1,1kg für 10 Akkus wäre natürlich genial :-).





Kann mich mal wer aufklären, was beim Laden zu beachten ist? Ich habe mit dieser Art Akkus leider keine Erfahrung. Für den Betrieb der LED reicht ein Vorwiderstand?

lG Florian
Borax
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 12243
Registriert: Mo, 10.09.07, 16:28

Mi, 12.09.12, 21:58

Da es LiFePo4 Akkus sind, ist das Laden eher unkritisch. Eine strombegrenzte Spannungsquelle die auf genau 3.6V pro Zelle geregelt ist reicht.
Für den Betrieb der LED reicht ein Vorwiderstand?
Prinzipiell ja. Mir wäre eine einfache 2-Transistor-KSQ aber lieber.
rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Mi, 12.09.12, 22:12

Borax,

du erschlägst mich vielleicht jetzt (zumindest virtuell) wenn ich unverfroren Frage, wie du das meinst bzw. realisieren würdest. Wie sieht so etwas aus? Hast du einen Link zu einer Beschreibung die ein eher mäßig elektrotechnisch gebildeter Mensch versteht?

Ich vermute die Konstantstromquelle muss man dimensionieren (z.B. in diesem Fall auf 3000mA). Der Strom wird dann konstant gehalten. Was passiert mit der Spannung?

lG Florian
Borax
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 12243
Registriert: Mo, 10.09.07, 16:28

Mi, 12.09.12, 22:14

Hier lesen: viewtopic.php?f=31&t=7920&start=0
Bei weiteren Fragen zur Dimensionierung: Nur zu!
rifl
User
User
Beiträge: 15
Registriert: Fr, 04.06.10, 23:03

Mo, 17.09.12, 22:19

Hallo Borax und alle anderen,

vielen dank für den sehr informativen Beitrag. Das hat mir schon weitergeholfen. Ich bin leider nicht so der Elektroniker und versuche mal mit eigenen Worten zu erklären, wie ich glaube, dass die Low-Drop KSQ funktioniert:

zur erinnerung noch einmal das Bild:

Bild


Die Diode D1 hebt das Potential (Duchgangsspannung D1 > Q3). D.h. Q3 ist erstmal leitend. M1 ist über R1 auch von Beginn an leitend. Wenn Q3 leitet, zieht er das Potential vom Gate M1 gegen Masse --> M1 leitet weniger.

Aber moment mal, müsste D1 nicht die niedrigere Durchgangsspannung wie Q3 haben? Weil angenommen über M1 fließt mehr Strom als wie dimensioniert, dann steigt an R5 die Spannung, an D1 auch --> Q3 leitet mehr. Nur auf welche Spannung muss jetzt R5 dimensioniert werden? Auf die minimale Basisspannung vom Transistor + Durchlassspannung Diode?

Gehe ich richtig in der Annahme, dass die Diode dazu gut ist, um die Spannung an R5 möglichst gering, quasi auf 0 zu halten? Welche Rolle spielen R1 und R2? Sie dienen quasi als Vorwiederstand zur Strombegrenzung für die Basis von Q3 und Gate von M1?


Wenn ich das für meinen konkreten Fall rechne (unabhängig von der Bauteildimensionierung):
U = 32V (10*3,2)
I = 2,8A

Huch, nächste Frage: Nachdem über den Shunt R1 eigentlich keine Spannung mehr abgebaut werden muss - Wie wird er dimensioniert? In meinem Fall müsste der ja so klein wie möglich sein, bei 0,1 Ohm wären es 280mV Spannungsabfall, aber immer noch 2,2W - ganz schön viel.



Kann wer von euch ein bisschen Licht in mein Dunkel bringen? Danke!

lG Florian
Borax
Star-Admin
Star-Admin
Beiträge: 12243
Registriert: Mo, 10.09.07, 16:28

Do, 20.09.12, 14:51

Sorry für die späte Antwort, hab ich wohl übersehen.
Gehe ich richtig in der Annahme, dass die Diode dazu gut ist, um die Spannung an R5 möglichst gering, quasi auf 0 zu halten?
Ja. Aber genau das ist auch ein Problem dieser Schaltung... Die Spannnungsverhältnisse sind nicht so genau definiert und daher würde ich diese Low-Drop Variante eher nicht probieren. Sie ist sowieso schon 'kritisch' (muss sehr genau eingemessen werden) und bei der vergleichsweise hohen Spannung ist das fast nicht mehr vernünftig machbar.
Ich würde die Variante mit einer Schottky-Diode empfehlen. Die ist recht betriebssicher. Und ob Du jetzt etwas mehr Leistung am Widerstand oder am Mosfet-Transistor verbrätst ist eigentlich egal.
Diese Dimensionierung sieht in der Simulation ganz gut aus:
LowDropKSQ_30V.png
LowDropKSQ_30V.png (7.4 KiB) 7159 mal betrachtet
Der 0.1Ohm Widerstand sollte mind. 1W vertragen, besser 2W. Die genaue Stromeinstellung kann über R1 (220K Widerstand) erfolgen. In der Simulation ergeben sich diese Werte:
47K: 3.1A
100k: 2.9A
220k: 2.7A
Ist aber nur Simulation! In der Praxis kann das durchaus anders aussehen (LED, Mosfet und Diode haben recht große Toleranzen!). Also mit z.B. 470K 'anfangen', Strom messen (als Spannung am Shunt und dann umrechnen) und dann langsam weiter runter gehen.
Der Mosfet muss natürlich gekühlt werden. Bei voll geladenen Akkus (ca. 35V) und 3A Strom können worst case etwa 15W Leistung anfallen, die 'irgendwo' hin müssen...
Antworten