Such Rat für effizientesten Betrieb einer HP-LED-Kette

[cs1100101]

Hallo,

ich möchte mir für meine Chilli-Zucht mit Kunstlicht ein LED-Panel basteln, auf die ich rote und blaue Hochleistungs-LEDs setzen möchte und sie mit der effizientesten Methode betreiben möchte. Konstantstromquellen oder Vorwiderstände wären für mich wegen dem Spannungsabfall und Wärmeverlust nicht besonders attraktiv.

Ich habe gehört, dass man LEDs auch direkt an der Netzspannung mit einem Gleichrichter und einem Vorschaltkondensator oder so ähnlich betreiben kann (http://de.wikipedia.org/wiki/Led). Ich würde dann so viele Hochleistungsleds (wahrscheinlich um die 100) in Reihe schalten, dass die Summe ihrer (durchschnittlichen) Flussspannungen bei 25ºC und einem Strom von 300 mA dann etwa die Spannung ergeben, die die Schaltung liefert. 300 mA deshalb, weil die HL-Leds vom Hersteller aus einen optimalen Arbeitspunkt bei 350 mA haben und ich so 50 mA Puffer für Exemplarstreuungen hätte (und ggf. die Lebensdauer und die Effizienz damit nochmal etwas erhöhe), wobei sich die Exemplarschwankungen eigentlich bei um die 100 Leds relativieren sollten.

Beispiel: Die gesuchte Schaltung gebe 220 Volt Gleichspannung ab. Eine rote, typische HL-Led lässt bei 2,0 Volt etwa 300 mA durch. Dann schalte ich 110 Stück in Reihe. Ob dann wegen Exemplarschwankungen letztendlich 250 mA oder 350 mA fließen, ist nicht so schlimm, da diese sich nach Herstellerangaben durchaus auch mit weitaus höheren Stromfluss (auch wenn mit niedrigem Wirkungsgrad und Lebensdauer) betreiben lassen (teilweise bis zu 1000 mA!).

Das Panel wird von oben mit einem Lüfter gekühlt. Den Aluminiumkühlkörper besitze ich schon.

Außerdem sollte noch eine Art Sicherung (Strombegrenzer) enthalten sein, damit keiner stirbt, falls er mal versehentlich die Drähte berühren sollte.

Ich hoffe ich konnte mich präzise genug ausdrücken. Kann mir einer von Euch Profis vielleicht sagen, wie eine solche Schaltung auszusehen hätte und wie die Bauteile dimensioniert sein müssten? und wie hoch die Verluste über der Schaltung sind (Wirkungsgrad?).

Vielen vielen vielen Dank imvoraus!

[Achim H]

Beispiel: Die gesuchte Schaltung gebe 220 Volt Gleichspannung ab. Eine rote, typische HL-Led lässt bei 2,0 Volt etwa 300 mA durch. Dann schalte ich 110 Stück in Reihe. Ob dann wegen Exemplarschwankungen letztendlich 250 mA oder 350 mA fließen, ist nicht so schlimm, da diese sich nach Herstellerangaben durchaus auch mit weitaus höheren Stromfluss (auch wenn mit niedrigem Wirkungsgrad und Lebensdauer) betreiben lassen (teilweise bis zu 1000 mA!).

In Deutschland haben wir eine Wechselspannung von 230V mit einer Toleranz von +/-10%. Wird diese Spannung gleichgerichtet, würden daraus bis zu 356,3V DC.

Bei einer Vorwärtsspannung von 2V je Led müsstest Du schon 178,15 --> aufgerundet 179 Leds in Reihe anschließen.

Fällt 1 Led aus, wären alle 179 Leds dunkel (Leitung an der defekten Led unterbrochen).
Anschließend darfst Du 179 Leds kontrollieren, welche Led denn nur defekt ist. Viel Spaß dabei.

Das Panel wird von oben mit einem Lüfter gekühlt. Den Aluminiumkühlkörper besitze ich schon.

179 Leds x 2V x 0,3A = 107,4 Watt

Außerdem sollte noch eine Art Sicherung (Strombegrenzer) enthalten sein, damit keiner stirbt, falls er mal versehentlich die Drähte berühren sollte.

Zitat (Wikipedia: Elektrische Spannung - Gefahren):
"Die allgemeine Regel lautet: 50 V Wechselspannung oder 120 V Gleichspannung sind die Grenze der höchstzulässigen Berührungsspannung.

Bei Gleichstrom bis 150 mA sind Reizleitungsstörungen möglich, aber ein Loslassen ist immer möglich. Bei größerer Stromstärke können schlagartige Muskelreaktionen auftreten, meist aber keine Verkrampfung. Ferner wird über Bewusstlosigkeit, Strommarken und Verbrennungen bei längerer Einwirkdauer, Gefahr von Herzkammerflimmern bei Längsdurchströmung berichtet."

Anmerkung: "meist" heißt nicht, dass eine Verkrampfung doch möglich ist.
Und der Strom ist größer 150mA.

[Falo]

Konstantstromquellen oder Vorwiderstände wären für mich wegen dem Spannungsabfall und Wärmeverlust nicht besonders attraktiv.

Konstantsromquellen kann man auch ohne Probleme mit einen Wirkungsgrad >90% bekommen.

Ich habe gehört, dass man LEDs auch direkt an der Netzspannung mit einem Gleichrichter und einem Vorschaltkondensator oder so ähnlich betreiben kann...

Grundsätzlich ja aber es keine gute Idee ...

Beispiel: Die gesuchte Schaltung gebe 220 Volt Gleichspannung ab.

Wie Achim schon richtig geschrieben hast landest du bei der Gleichrichtung bei über 300 Volt wenn es wirklich effizent sein soll.
Dazu hast du dann das Problem das du ein sehr deutliches 100 Hz Flimmern hast nun könnte man das mit recht großen teuren glättungskondensatoren behebne allerdings senken die wieder die effizens.

Außerdem sollte noch eine Art Sicherung (Strombegrenzer) enthalten sein, damit keiner stirbt, falls er mal versehentlich die Drähte berühren sollte.

Wie soll das funktionieren ab 10mA Stromfluß durch den Menschlichen Körper KÖNNEN die Folgen tödlich sein du willst die LED's aber mit 300mA betreiben.

So eine Konstruktion mit einer so hohen Spannung muß umbeding vollständig vor Berührung geschützt sein.

Nächstes Problem sind die Schutzstrecken durch die hohen Spannungen eine HP LED ist einfach nicht gemacht Spannnungen von 350V DC auszuhalten die du hast denn der Kühlkörper geerdet ist (was er UMBEDINGT sein sollte) .
Du kannst halt keine Isolierstrecken >3mm Garantieren und selbst ein Eloxieren Kühlkörper ist auch nicht 100% elektrisch Isoliert.

Iann mir einer von Euch Profis vielleicht sagen, wie eine solche Schaltung auszusehen hätte und wie die Bauteile dimensioniert sein müssten?

Ich hoffe (und das glaube ich auch) das dir hier niemand solch eine Schaltung zeigen wird weil wenn du schon sowas gefährliches Aufbauen willst solltest du selber wissen wie die Schaltung auszusehen hat , wenn das nicht der Fall ist laß bitte die Finger von 230V und nimm ein fertiges Netzteil/KSQ.

mfg
Olaf

[cs1100101]

Ich danke Euch vielmals für Euren Rat. Ich habe das Gefühl gut beraten worden zu sein und werde angesichts der unterschätzten Gefahren die Idee aus dem Kopf streichen.

Meine derzeitige Alternative sind 20VDC-Klasse5-Notebook-Netzteile (>87% Wirkungsgrad bei hoher Auslastung). Dort würde ich dann wieder die LEDs so in Reihe schalten, dass sie, angenommen sie wären alle typische Exemplare was die Flusspannung angeht, bei 22V den optimalen Arbeitspunkt mit 350mA hätten.

Was haltet ihr davon? Was gäbe es hier für Risiken, die zu bedenken wären?

Sicherlich würdet ihr eine hochqualitative KSQ bevorzugen aber da kommt bei mir die Kostenfrage ins Spiel... diese KSQ kosten für mich ein Vermögen und die Notebooknetzteile bekomme ich hinterhergeworfen.

Oder könnt ihr mir einen Rat geben, wie ich eine solche hochqualitative KSQ mit mehr als 90% Wirkungsgrad kostengünstig erhalten kann?

[Loong]

Was haltet ihr davon?

Nix.

High-Power-LEDs werden mit Konstantstromquellen betrieben und mit nix anderem - von wenigen Ausnahmen abgesehen. Die Temperaturabhängigkeit der Vorwärtsspannung und Fertigungsstreuungen verhindern, daß sich beim Betrieb an einer Konstantspannungsquelle ein stabiler Arbeitspunkt einstellt.

Wenn du dir vernünftige Konstantstromquellen nicht leisten kannst, dann laß es ganz einfach.

[stoske]

Wenn es wirklich um Effizienz geht, dann würde man gar keine HP-LED einsetzen
sondern wesentlich mehr MP oder LP die man dazu noch unterbestromt. Und in
diesem Rahmen ist der direkte Betrieb ohne KSQ dann auch viel einfacher möglich.
Und sogar die Kühlung gestaltet sich leichter, bis zu dem Punkt wo man sie gar
nicht mehr benötigt. Ich würde mir da mal ganz andere LED ansehen und anhand
der Datenblätter schauen, wo sich wie die höchste Effizienz erreichen lässt und
das beste Verhältnis zu Preis/Aufwand.

[Loong]

Zur Pflanzenbeleuchtung nimmt man vornehmlich royalblaue und tiefrote LEDs und dazwischen ein paar wenige Lückenbüßer, die das Spektrum ein wenig auffüllen und Pigmentsysteme der Pflanze außerhalb der Photosynthese ein wenig kitzeln.

Welche MP- und/oder LP-LEDs in den Farben royalblau und tiefrot, die die Wirkungsgrade dedizierter HP-LEDs zur Pflanzenbeleuchtung (z. B. OSLON SSL 80 LHCP7P-2T3T, typ. 43 % bei Tj=85 °C, und LD CQ7P, typ. 44 % bei Tj=85 °C) übersteigen, kannst du uns Pflanzenfreaks denn empfehlen?

[stoske]

Keine Ahnung, ich bin kein Pflanzenfreak. Ich habe nur ein anderes Prinzip
empfohlen, bewerten muss der TE das selbst. Welche LED er verwenden will,
wissen wir nicht. Wie gut diese Wahl ist, auch nicht.

[Loong]

Achso.

Ich dachte eigentlich, du könntest handfeste Tipps aus eigener Erfahrung beisteuern. Aber da habe ich mich wohl getäuscht...

[stoske]

Das macht doch nichts. Zur Not hat der TE ja noch deinen Tipp.

[cs1100101]

Die Temperaturabhängigkeit der Vorwärtsspannung und Fertigungsstreuungen verhindern, daß sich beim Betrieb an einer Konstantspannungsquelle ein stabiler Arbeitspunkt einstellt.

Das verstehe ich nicht ganz. Bei konstanter Spannung und konstanter Kühlung (mit Ventilator) wird sich doch zwangsläufig ein AP im Gleichgewicht einpendeln.
Und wenn ich sie so großzügig in Reihe beschalte, dass bei typ. Exemplar und bei 25 ºC ein Strom von sagen wir 250 mA fließt, dann sollte man doch nahezu ausschließen können, dass bei 40ºC und zufällig ungünstigen Exemplaren (mit niedrigen Flussspannungen) der Strom 400 mA übersteigt.Bzw liegt doch die Wahrscheinlichkeit sehr niedrig, wenn man bedenkt, dass es genauso möglich ist, dass man Exemplare erwischt die eine höhere Flussspannung besitzen.
Könnt ihr nicht nachvollziehen was ich meine?

verwenden wollte ich eigentlich diese leds:

http://catalog.osram-os.com/catalogue/c ... owBookmark
http://catalog.osram-os.com/catalogue/c ... owBookmark

beim besten Binning hat die tiefrote 44% bei 100mA und die royalblaue 54% bei 20mA. Ich weiß, dass die Effizienz bei kleineren zwangsläufig besser ist, aber so viel nun auch wieder nicht (?) dass sich die höheren Anschaffungskosten und die Löt/Klebezeit sich lohnen würden. Oder seht ihr das anders?

[Loong]

Nein, kann ich nicht nachvollziehen. Bei Netzbetrieb hast du die von Falo und Achim angesprochenen Probleme der Isolierung und der schwankenden Netzspannung.

Eine netzbetriebene Konstantstromquelle ist nicht weniger effizient als ein Konstantspannungnetzteil. Ich kann daher ebenfalls nicht nachvollziehen, warum du dich so gegen die Verwendung einer Konstantstromquelle sträubst.

Und daß du die LEDs im höchsten Binning bekommst, das kannst du dir auch aus dem Kopf schlagen.

[Achim H]

Wenn Du dir 100 Leds leisten kannst, dann solltest Du dir auch eine KSQ (oder mehrere) leisten können.
Wenn Du dir 7 KSQ nicht auf einmal leisten kannst, dann kaufst Du dir jeden Monat nur ein paar und rüstest die Lampe nach und nach auf.

Die günstigste, netzbetriebene Konstantstromquelle ist die APC-16-350 von Meanwell (Netto: 5,69 EUR, Brutto: 6,77 EUR). Diese KSQ liefert 12 - 48V @ 350mA. Das reicht (je nach Höhe der Vorwärtsspanung) für bis zu 16 Leds in Reihe. Um 100 Leds anzusteuern, bräuchte man die KSQ folglich 7mal.

Diese KSQ hat allerdings nur einen Wirkungsgrad von 84%. Gegenüber einer KSQ mit 90% sind das bei einer angenommenen Leistung von 100 Watt gerademal 8 Watt, die mehr verbraucht würden. 1kW/h (1000 W/h) kosten ca. 0,35 EUR. Das bedeutet, dass man die KSQ 125 Stunden (5 Tage im Nonstopp-Betrieb) laufen lassen müsste, um 35 Cent mehr zahlen zu müssen.

[cs1100101]

Nein, kann ich nicht nachvollziehen. Bei Netzbetrieb hast du die von Falo und Achim angesprochenen Probleme der Isolierung und der schwankenden Netzspannung.

Das war nicht auf die Idee mit der Netzspannung sondern auf die mit dem 20VDC-Netzteil bezogen!

Eine netzbetriebene Konstantstromquelle ist nicht weniger effizient als ein Konstantspannungnetzteil. Ich kann daher ebenfalls nicht nachvollziehen, warum du dich so gegen die Verwendung einer Konstantstromquelle sträubst.

Und daß du die LEDs im höchsten Binning bekommst, das kannst du dir auch aus dem Kopf schlagen.

Weil ich bereits mehrere Klasse5-VDC-Netzteile besitze und mir die Kosten sparen möchte und weil ich gerne die LEDs mit etwas weniger als 350 mA betreiben möchte.

Sieht das hier jeder so, dass man als Privatverbraucher nur LEDs mit dem schlechtesten Binning bekommt?

[cs1100101]

Wenn Du dir 100 Leds leisten kannst, dann solltest Du dir auch eine KSQ (oder mehrere) leisten können.
Wenn Du dir 7 KSQ nicht auf einmal leisten kannst, dann kaufst Du dir jeden Monat nur ein paar und rüstest die Lampe nach und nach auf.

Die günstigste, netzbetriebene Konstantstromquelle ist die APC-16-350 von Meanwell (Netto: 5,69 EUR, Brutto: 6,77 EUR). Diese KSQ liefert 12 - 48V @ 350mA. Das reicht (je nach Höhe der Vorwärtsspanung) für bis zu 16 Leds in Reihe. Um 100 Leds anzusteuern, bräuchte man die KSQ folglich 7mal.

Diese KSQ hat allerdings nur einen Wirkungsgrad von 84%. Gegenüber einer KSQ mit 90% sind das bei einer angenommenen Leistung von 100 Watt gerademal 8 Watt, die mehr verbraucht würden. 1kW/h (1000 W/h) kosten ca. 0,35 EUR. Das bedeutet, dass man die KSQ 125 Stunden (5 Tage im Nonstopp-Betrieb) laufen lassen müsste, um 35 Cent mehr zahlen zu müssen.

Danke für den Tipp. Falls noch jemand Tipps für KSQs haben sollte bin ich sehr dankbar!

[Achim H]

Sieht das hier jeder so, dass man als Privatverbraucher nur LEDs mit dem schlechtesten Binning bekommt?

Nur weil ein Led-Hersteller gute Binnings (laut Datenblatt) anbietet, heißt das noch lange nicht, dass der Shop diese auch kaufen kann. Sonderposten (nicht Standardware) sind meistens schnell ausverkauft, weil davon nicht allzuviele vorrätig sind. Standardware bekommt man eigentlich immer. Du (wir) als Endverbraucher bekommen nur das, was auch der Shop einkaufen kann resp. eingekauft hat. Und bevor dieser gar nichts anbieten kann, dann eben nur die Standardware oder möglicherweise eine noch schlechtere Wahl.

Wir erinnern uns sicherlich noch an diese Led?
Osram Ostar LE UW E3B (das erste Modell, nicht der Nachfolger in SMT).
Angepriesen wurde diese seinerzeit von jedem (!) Shop mit 1120 Lumen.
Bekommen hat man immer und überall bestenfalls das 2. beste Helligkeits-Bin. Und das waren noch unter 1000 Lumen.

Heutzutage lachen wir darüber: eine 17 Watt Led, die nur 1120 Lumen schafft, ist unterster Durchschnitt.

[Loong]

Servus...

Sieht das hier jeder so, dass man als Privatverbraucher nur LEDs mit dem schlechtesten Binning bekommt?

Das habe ich nicht geschrieben! Klick doch bitte selber mal auf einen der "Buy Here"-Buttons auf den von dir verlinkten Osram Katalogseiten. Dann siehst du selbst, daß keine LED eines bestimmten Binnings erhältst, sondern eine LED aus einer Auswahl Binnings, hier z. B. irgendwas zwischen 4T und 2U.

[cs1100101]

Sieht das hier jeder so, dass man als Privatverbraucher nur LEDs mit dem schlechtesten Binning bekommt?

Nur weil ein Led-Hersteller gute Binnings (laut Datenblatt) anbietet, heißt das noch lange nicht, dass der Shop diese auch kaufen kann. Sonderposten (nicht Standardware) sind meistens schnell ausverkauft, weil davon nicht allzuviele vorrätig sind. Standardware bekommt man eigentlich immer. Du (wir) als Endverbraucher bekommen nur das, was auch der Shop einkaufen kann resp. eingekauft hat. Und bevor dieser gar nichts anbieten kann, dann eben nur die Standardware oder möglicherweise eine noch schlechtere Wahl.

Wir erinnern uns sicherlich noch an diese Led?
Osram Ostar LE UW E3B (das erste Modell, nicht der Nachfolger in SMT).
Angepriesen wurde diese seinerzeit von jedem (!) Shop mit 1120 Lumen.
Bekommen hat man immer und überall bestenfalls das 2. beste Helligkeits-Bin. Und das waren noch unter 1000 Lumen.

Heutzutage lachen wir darüber: eine 17 Watt Led, die nur 1120 Lumen schafft, ist unterster Durchschnitt.

Servus...

Sieht das hier jeder so, dass man als Privatverbraucher nur LEDs mit dem schlechtesten Binning bekommt?

Das habe ich nicht geschrieben! Klick doch bitte selber mal auf einen der "Buy Here"-Buttons auf den von dir verlinkten Osram Katalogseiten. Dann siehst du selbst, daß keine LED eines bestimmten Binnings erhältst, sondern eine LED aus einer Auswahl Binnings, hier z. B. irgendwas zwischen 4T und 2U.

Ja, das habe ich auch schon festgestellt, dass man als als Privatverbraucher kaum beeinflussen kann, welche Binnings man erhält und wahrscheinlich an die besten garnicht rankommt.

Ich habe einige Shops angeschrieben, sie mögen doch bitte auf ihren Trägerrollen auf das Label mal schauen und mir bitte sagen, mit welchem Binning sie gekennzeichnet sind. Im Datenblatt steht nämlich ganz genau wo und an welcher Stelle das auf dem Label steht. Daraufhin meinten die meisten Shops, sie können das nicht, aus diversen Gründen, oder haben garnicht geantwortet

Naja, vielleicht kennt hier ja noch jemand den einen oder anderen guten Shop, der gute Binnings liefern kann?

Übrigens ist mir gerade eine simple Idee eingefallen, mit der man auch mit einem DC-Netzteil den Strom durch die LEDs kontrollieren kann:
Man vermisst die LEDs vorher einzeln und findet heraus, bei welcher Spannung der gewünschte Strom fließt. Dann wählt man die in Reihe zu schaltenden LEDs so aus, dass die Summe dieser Spannungen der jeweiligen Leds die Spannung des Netzteils ergibt (die Abnahme der Flussspannung durch Temperaturerhöhung berücksichtigt).
Was haltet ihr davon und falls die Antwort wieder lautet "nix", wieso?

Anschließend hätte ich noch eine Frage. Mir ist aufgefallen, dass die LH CP7P von Osram ebenfalls Hyperrot strahlt und sie der LH W5AM sehr ähnlich ist, wenn nicht sogar so gut wie identisch (abgesehen vom äußeren Design)?
Allerdings scheint, wenn ich die Datenblätter vergleiche, die LH CP7P dieselbe Strahlungsleistung schon bei 350mA anzugeben für die die W5AM 400mA benötigt. Liege ich da richtig?

siehe hier auf Seite 2 und 5:
http://www.farnell.com/datasheets/1635540.pdf

und hier ebenfalls Seite 2 und 5:
http://catalog.osram-os.com/catalogue/c ... ce000100b6

[Achim H]

Wenn Du ein Festspannungsnetzgerät einsetzen willst, dann reicht auch ein simpler Vorwiderstand (der kostet nur wenige Cent) aus, um den Strom durch die Leds einzustellen.

Beispiel:
Netzgerät: 24V
Led-Vorwärtsspannung: 1,9V @ 250mA

Rechnung 1:
24V / 1,9V = 12,6... --> abgerundet 12 Leds

Rechnung 2:
24V - 12x 1,9V
------------------ =
0,25A

24V - 22,8V
--------------- =
0,25A

1,2V
------- = 4,8R
0,25A

Da es keinen 4,8 Ohm Widerstand gibt, nimmt man einfach den nächst höheren Wert.
Aus der E24-Reihe wären das 5,1 Ohm.

Rückrechnung auf den neuen Strom:
1,2V
------ = 0,235A --> 235mA
5,1R

Leistung des Vorwiderstand:
1,2V x 0,235A = 0,282W --> nächst höhere Leistungsklasse (0,6 Watt oder höher) verwenden.

Alternativ (nur anwenden, wenn man die Led nicht mit dem maximal erlaubten Strom bestromen möchte) den nächst niedrigeren Wert.
Aus der E24-Reihe wären das 4,7 Ohm.

Rückrechnung auf den neuen Strom
1,2V
------ = 0,255A --> 255mA
4,7R

Leistung des Vorwiderstand:
1,2V x 0,255A = 0,306W --> nächst höhere Leistungsklasse (0,6 Watt oder höher) verwenden.

---- Ende des Beispiel ----


Wie hoch die Vorwärtsspannung bei einem bestimmten Strom bei Deinen Leds ist, musst Du selber herausfinden.
Wie die Anzahl der Leds und der Widerstand berechnet wird, kannst Du dem Beispiel entnehmen.

Eine Anmerkung noch:
Ein Festspannungsnetzgerät ist auch nicht günstiger wie eine Konstantstromquelle.
Und wie effizient dieses ist, müsste man aus einem Datenblatt entnehmen.

[cs1100101]

Danke. ohmsche Widerstände zur Strombegrenzung/Linearisierung wollte ich wegen der Verlustleistung vermeiden. Bei deinem Beispiel wären das z.B. 5% Wirkungsgradverlust (1,2V / 2,4V) und sogar etwas mehr wenn ich noch den Wirkungsgrad der Spannungsquelle benutze.

Ich hänge im Moment so auf den Konstantspannungsquellen weil ich mehrere sehr effiziente Notebooknetzteile hier rumliegen habe und ungern Geld für mehrere KSQs ausgeben möchte die ich für 150W benötigen würde.

[Achim H]

Entschuldige mal, aber 5% Verlust sind nix. Konstantstromquellen resp. Netzgeräte (Festspannung), die 95% Effizienz haben (sind auch 5% Verlust) sind auch nicht effizienter. Und ich glaube mal, dass Deine össeligen Notebook-Netzteile da bei weitem nicht heran reichen. Aber mach wie Du willst, beschwere Dich aber nicht hinterher, wir hätten Dich nicht gewarnt.