vergleich step-up und step down wandler reine theorie

[luckylu1]

viele werden sich fragen, was soll denn das, das wurde doch schon zig mal durchgekaut.
das stimmt, dabei sind einige punkte in der vergangenheit aber ausgelassen worden und betriebszuverlässigkeit
und gesamtwirkungsgrad der aufbauten wurde meines erachtens nach zu wenig thematisiert. ernsthafte anwender werden aber irgendwann immer die frage stellen, was ist denn nun am besten? wie betreibe ich leds mit dem bestmöglichen
wirkungsgrad und der höchsten betriebssicherheit? betrachtungen über den wirkungsgrad der lichtausbeute von leds,
klammere ich hier mal aus, sonst wird das ganze zu unübersichtlich.

wer sich mit wandlern nicht auskennt, findet hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Abw%C3%A4rtswandler
und hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Aufw%C3%A4rtswandler
einige grundsätzliche erklärungen. ohne ein minimales grundwissen, ist das hier dargelegte sicher nicht zu verstehen. auch hier gilt wieder, sollte jemand fehler oder widersprüchliches entdecken, bitte ich um gute erläuterung, was gemeint ist, damit es korrigiert werden kann.

damit es nicht zu trocken wird, wird jeweils der betrieb von 10 P4 untersucht, die ströme werden dabei je nach notwendigkeit angepasst, die dem jeweiligem strom entsprechende spannung wird visuell dem datetenplatt entnommen.
da es sich bei power leds um recht teure bauelemente handelt, sei als erstes die betriebssicherheit betrachtet.
als erstes der betrieb an einem step-up wandler, das könnte dann in etwa so aussehen.

da hab ich doch glatt eine lötstelle am widerstand vergessen, hier ist sie ., die ist zwar etwas klein, ich hoffe aber sie hält trotzdem.^^

[joerg.b]

Um hier eine vernünftige Antwort zu geben solltest Du noch die niedrigste und die höchste Eingangsspannung definieren. Eine zu hohe Eingangsspannung gelangt zum Beispiel über L1 und D1 direkt auf die LED's. Sowas kann die LED's alle auf einen Schlag killen. Ansonsten gilt im allgemeinen für diesen Schaltplan bei "vernünftiger" Auslegung:

Die Strommessung über R1 schützt die Schaltung in der Regel zuverlässig. Eine Stromregelung für die LED's findet nicht statt, da nur der Spitzeneingangsstrom geregelt wird. Eine sinkende Eingangsspannung führt somit zu einen sinkenden mittleren Strom für die LED's, da das Tastverhältnis für die Einzeit von Q2 wächst und hiermit dann weniger Energie übertragen wird.

Der Wirkungsgrad einer solchen Schaltung ist normalerweise hoch, wenn der benötigte Spannungsabfall für R1 klein genug gegen die Versorgungsspannung ist.

Für konkrete Aussagen bedarf es konkreter Bauteilwerte und der Angabe der Arbeitsfrequenz.

Könntest Du das Thema in den Bereich "Elektronik & Schaltungen kopieren, dann finden dieses Thema noch mehr?

Gruß Jörg

[Fasti]

Hallo!

Es sollte auch nicht darauf vergessen werden, dass bei einem Step-Up Regler Prinzipbedingt höhere Verluste auftreten als bei einem Step-Down, da die Ströme durch den Transistor und die Spule hier wesentlich höher sind und deshalb auch die Verluste in den beiden. Somit ist der Wirkungsgrad eines Step Up immer schlechter als bei einem Step Down, vorrausgesetzt es werden dieselben Bauelemente verwendet. Umgekehrt gilt natürlich, dass die Bauteilauswahl in Bezug auf die Effizienz beim Step Up kritischer ist. Auch muss berücksichtigt werden, dass Step Up Regler grundsätzlich wesentlich mehr Störaussendungen aufgrund der höheren Ströme produzieren als Step down. Dies kann bei einer Zertifizierung zu erheblichen Problemen führen bzw. bei Hobbybasteleinen je nach Leistungsklasse zu Störungen andere Geräte. Der Trend zu immer höher werdender Schaltfrequenzen um die Bauteilgröße niedrig zu halten tut sein übriges dazu, die Abstrahlproblematik zu verschärfen. Auch wird die Suche nach passenden Bauteilen für hohe Frequenzen immer schwieriger, da hier Probleme auftauchen, die bei Reglern im Frequenzbereich einiger 100kHz noch nicht oder kaum auftreten.

Grüße

Fasti

[luckylu1]

jetzt habt ihr mir teilweise etwas vorweg genommen, es geht bei dieser betrachtung im moment hauptsächlich darum,
den betrieb von leds an diesen wandlern zu betrachten und dabei einiges zur sprache zu bringen, was meist nicht beachtet wird. der spannungsbereich liegt dabei generell bei max. 60V gleichspannung und 42V wechselspannung, dem schutzkleinspannungsbereich, zur sicherheit werden jeweils noch 10% davon abgezogen, mit höherer spannung wird in dieser gegenüberstellung keine schaltung betrieben, die begrenzung auf 10 x P4 ist also durchaus beabsichtigt, damit "neue" auf diesem gebiet nicht in die versuchung gelangen mit gefährlichen spannungen arbeiten zu wollen.

[joerg.b]

Na, das wird ja lustig.

Deine 10 LED's vertragen kalt max. 38 V, heiß nochmals etwas weniger. Und das auch nur, wenn die LED's typische Werte bezüglich der Durchlaßspannung aufweisen. Wenn Dein Trafo genügend niederohmig ist brennen Deine LED's ganz schön hell, leider aber nicht sehr lange. Und den Schaltregler kannst Du Dir dabei auch noch sparen.

Gruß Jörg

[luckylu1]

mmm, ich warte mal noch, mal sehen, was noch so kommt^^

jörg, welcher trafo?


ich hatte weiter oben lediglich den bereich der betrachtung grob umrissen, aber du hast natürlich damit auch etwas vorweggenommen, es geht hier im moment um den sicheren betrieb.

hier nun der erste fakt, beim step-up wandler, vorausgesetzt, die eingangsspannung ist niedriger als die minimale flussspannung der led-kette, kann bei welchem der leistungsbauteile, transistor,diode,widerstand oder drossel, ein fehler auftritt, nie das leuchtmittel zerstört werden!

[joerg.b]

Wegen "Jörg, welcher Trafo?"

der spannungsbereich liegt dabei generell bei max. 60V gleichspannung und 42V wechselspannung

Naja, direkt hast Du den nicht erwähnt, aber irgendwoher müssen die 42V Wechselspannung ja herkommen.

hier nun der erste fakt, beim step-up wandler, vorausgesetzt, die eingangsspannung ist niedriger als die minimale flussspannung der led-kette, kann bei welchem der leistungsbauteile, transistor,diode,widerstand oder drossel, ein fehler auftritt, nie das leuchtmittel zerstört werden!

Ich gebe zu, der Fehler ist eher theoretischer Natur, aber wenn Du den Fehlerfall "Widerstand R1 fällt im Wert deutlich ab" betrachtest kannst Du die LED's schon zerstören. Aber die Fehlerwahrscheinlichkeit für einen solchen Fehler geht praktisch gegen Null.

[luckylu1]

stimmt, zu widerständen und ihre fehlern und ursachen, kann hier nachgelesen werden:
http://www.lumitronixforum.de/viewtopic ... ght=fehler

dieser fehler, der wirklich eher theoretiecher natur ist, könnte zudem durch ein entsprechendes design auch mit fast absoluter sicherheit vermieden werden, da ein solcher nur von aussen (durch andere bauteile) eingetragen werden kann. die wahrscheinlichkeit für diesen fehler dürfte bei 1:10 hoch x liegen, wobei der wert viel höher
ist als alle weltweit benutzten step-up wandler, daraus folgt, die wahrscheinlichkeit für diesen fehler in absehbarer zeit strebt gegen unendlich.


wird fortgesetzt