[gelöst] led-fahradlampe mit 3,7V lithium-akku

[-imitation-]

Hi,
ich bin schon lange am überlegen, wie ich folgendes am besten mache:
geplant ist:

1 oder 3 P4,
das ganze an nem 3,7v lithium-akku (der voll 4,1V bringet und unterhalb von 3,5V tiefentladen ist)
und eine ansteuerung, die möglichst effizient aus dem akku 700mA pro LED (am besten einstellbar per poti) zieht und unterhalb ca. 3,55V auf "Sparflamme" schaltet.

das ganze wird dann hübsch in einem gedrehten alugehäuse (also in taschenlampenform), das auch gleich als kühlkörper dient.

Nun bräuchte ich halt noch jemanden, der mir bei der KSQ ein bisschen unterstützt. Angedacht hätte ich evtl. eine LT1618 als regler, aber da gibts sicherlich was besseres. Hauptproblem wird halt sein, den ic zu beschaffen.

Also schonma vielen Dank im Voraus,
-Imitation-

[Sailor]

Mit einer linearen Konstantstromquelle oder einer einfachen getakteten kannst Du nicht arbeiten. Dafür ist die Spannungsdifferenz zu gering. Zur Abschaltung als Tiefentladeschutz mache ich mir noch Gedanken. Das müsste hinhauen.

Damit herzlich Willkommen im Forum!

[Muenchner1968]

Hallo -imitation-, Hallo Sailor

Es ist durchaus möglich eine Powerled mit einer linearen KSQ und einer Eingangsspannung von 3,7V zu betreiben.
Mit Standardschaltungen von der Stange wird man hier definitiv nicht weiter kommen.
Man muss diese lineare Konstantstromquelle selber entwickeln und aufbauen.
Daher sind schon sehr gute Elektronikkenntnisse notwendig, damit die Schaltung auch bei dieser niedrigen Spannung noch zuverlässig arbeitet.
Es ist zu beachten das die Schaltung nur bis etwa 700mA arbeiten kann, da höhere Ströme auch die Vorwärtsspannung der LED in Bereiche bewegt, die den Wert der Eingangsspannung überschreitet.
Wenn man also mit dieser Einschränkung leben kann ist eine lineare KSQ durchaus sinnvoll, da aufgrund des geringen Spannungsunterschiedes von der Vorwärtsspannung und der Eingangsspannung der Wirkungsgrad folglich recht hoch ist.(>90% bei optimaler Auslegung)
Das Wichtigste ist und bleibt aber die optimale Auswahl der richtigen Bauteile.
Eine automatische Reduzierung des Stromes bei Erreichen einer bestimmten Eingangsspannung ist ebenfalls möglich.
Um die Schaltung komplett auszulegen,aufzubauen und zu Testen braucht es schon einige Zeit.
Machbar ist es aber auf jeden Fall

Gruß
Muenchner1968

Mit einer linearen Konstantstromquelle oder einer einfachen getakteten kannst Du nicht arbeiten. Dafür ist die Spannungsdifferenz zu gering. Zur Abschaltung als Tiefentladeschutz mache ich mir noch Gedanken. Das müsste hinhauen.

Damit herzlich Willkommen im Forum!

[Sailor]

Es ist mir schon klar, dass auch eine lineare KSQ mit sehr geringem Spannungsdrop zu realisieren ist, aber lohnt der Aufwand für diese Aufgabe?

[Muenchner1968]

Es ist mir schon klar, dass auch eine lineare KSQ mit sehr geringem Spannungsdrop zu realisieren ist, aber lohnt der Aufwand für diese Aufgabe?

Hallo Sailor

Zum Betreiben der LED würde zwar ein passender Widerstand ausreichen, aber der alleine würde den Akku nicht vor Tiefentladung schützen.
Lithium Akkus sind in diesem Punkt sehr empfindlich und nehmen eine Tiefentladung sehr übel.
Aus dieser Hinsicht macht es durchaus Sinn, die Led mit einer linearen KSQ und integriertem Tiefentladeschutz zu betreiben.

Ich habe bereits vor einiger Zeit interessehalber genau so eine Schaltung entwickelt, daher kenne ich alle auftretenden Probleme.

Mein entwickelter und aufgebauter Treiber arbeitet absolut zuverlässig an einer nominellen Eingangsspannung von 3,6V (3x1,2V NiMh-Akkus oder 1x3,6/3,7V Litium-Akku).
Bei Unterschreiten einer gewissen Spannungsgrenze wird der Strom automatisch heruntergeschaltet und eine Kontroll-Led weist auf den leeren Akku hin.

Schaltungsentwicklung und SMD-Bestückung auf kleinstem Platz ist aber nichts für Anfänger !

Ob es sich lohnt, muss jeder selber entscheiden.
Ich persönlich verwende keine Lithium-Akkus ohne entsprechenden Tiefentladeschutz.

Für alle Neugierigen habe ich im mal das Platinenlayout angehängt (Originalgrösse etwa 30,5mm Durchmesser)

[Borax]

Hast Du auch einen Schaltplan dazu? Oder ist das der hier:
http://www.mtb-biking.de/lampen/led/pics/schalt.gif

Mal abgesehen vom Mosfet, das dürfte ein IRF 7401 oder so sein...

[-imitation-]

Danke erstmal für die vielen Antworten.

Ob es sich lohnt, muss jeder selber entscheiden.
Ich persönlich verwende keine Lithium-Akkus ohne entsprechenden Tiefentladeschutz.

In diesem Fall scheue ich weder Kosten noch Mühen. Ich bräuchte dann nur noch den Schaltplan (bzw. Bestückungsplan)

Es ist zu beachten das die Schaltung nur bis etwa 700mA arbeiten kann, da höhere Ströme auch die Vorwärtsspannung der LED in Bereiche bewegt, die den Wert der Eingangsspannung überschreitet.

Genau deshalb habe ich ja auch 700mA (bzw.2,1A bei 3 x p4) als Ziel festgelegt

@Muenchner1968: Das Layout wäre ideal, auch die 3cm Durchmesser passen. Vor smd-Löten habe ich persönlich keine Angst mehr, nur von Schaltungen, die über 2 Widerstände und nen Elko und nen Transistor hinauswachsen, leider nicht allzuviel Anhnung.

Schöne Grüße aus Niederbayern!

[Muenchner1968]

Danke erstmal für die vielen Antworten.

Ob es sich lohnt, muss jeder selber entscheiden.
Ich persönlich verwende keine Lithium-Akkus ohne entsprechenden Tiefentladeschutz.

In diesem Fall scheue ich weder Kosten noch Mühen. Ich bräuchte dann nur noch den Schaltplan (bzw. Bestückungsplan)

Es ist zu beachten das die Schaltung nur bis etwa 700mA arbeiten kann, da höhere Ströme auch die Vorwärtsspannung der LED in Bereiche bewegt, die den Wert der Eingangsspannung überschreitet.

Genau deshalb habe ich ja auch 700mA (bzw.2,1A bei 3 x p4) als Ziel festgelegt

@Muenchner1968: Das Layout wäre ideal, auch die 3cm Durchmesser passen. Vor smd-Löten habe ich persönlich keine Angst mehr, nur von Schaltungen, die über 2 Widerstände und nen Elko und nen Transistor hinauswachsen, leider nicht allzuviel Anhnung.

Schöne Grüße aus Niederbayern!

So, hier kommt erstmal der Schaltplan

Ein direktes Parallelschalten von mehreren Led´s am Ausgang ist nicht möglich.
Die Schaltung ist für eine Led ausgelegt, will man mehrere betreiben sind natürlich Änderungen zu machen.

[-imitation-]

Die Schaltung ist für eine Led ausgelegt, will man mehrere betreiben sind natürlich Änderungen zu machen.

Was genau für Änderungen wären denn da durchzuführen?
Eine Schaltung pro Led wäre ein wenig übertrieben, mit über 13€ pro Schaltung

Die Platine lass ich mir dann bei eBay ätzen, die ganzen Bauteile gibts ja "zufällig" bei reichelt (bis auf die leds natürlich^^)

[Muenchner1968]

Die Schaltung ist für eine Led ausgelegt, will man mehrere betreiben sind natürlich Änderungen zu machen.

Was genau für Änderungen wären denn da durchzuführen?
Eine Schaltung pro Led wäre ein wenig übertrieben, mit über 13€ pro Schaltung

Die Platine lass ich mir dann bei eBay ätzen, die ganzen Bauteile gibts ja "zufällig" bei reichelt (bis auf die leds natürlich^^)

Zum Betreiben vom mehreren Led´s müssen mehrere Mosfets´s parallel geschaltet werden.
(Dadurch wird natürlich die Platine grösser als bisher)
Dann muss der Shuntwiderstand geändert werden, ggf auch die Teilerwiderstände.(Anpassung wegen dem höheren Strom)
Allzu übertreiben sollte man es mit dem Led-Strom nicht, da die kleinen Mosfet´s sonst ziemlich heiss werden können.
Bitte auch den maximalen Entladestrom des Lithium-Akkus beachten.
Der höhere Strom verkürzt auch entsprechend die Gesamtlaufzeit der Lampe
Bei höherem Entladestrom ist ggf. noch die Unterspannungsabschaltgrenze etwas zu verändern.
Die Schaltung wurde mit Absicht so ausgelegt, das man die meisten Teile bei Reichelt bekommt.
Den Shuntwiderstand (Bauform 2512, Typ SMS Isabellenhütte) bekommt man z.b. bei Bürklin.

[-imitation-]

Also im Prinzip nur Widerstandsänderungen.
Soweit bekomm ich das auch mit dem shunt hin (wenns sein muss, mach ich den aus widerstandsdraht), ich müsste dann nurnoch wissen, welche widerstände ich mit welchen werten austauschen müsste und welcher denn der shunt ist.
Der akku ist mit bis zu 2,6A entladestrom angegeben, sollte als noch reichen.

PS @ Münchner1968: Falls mir uns mal sehen sollten, spendier' ich dir mal 'ne Maß^^

[Muenchner1968]

Also im Prinzip nur Widerstandsänderungen.
Soweit bekomm ich das auch mit dem shunt hin (wenns sein muss, mach ich den aus widerstandsdraht), ich müsste dann nurnoch wissen, welche widerstände ich mit welchen werten austauschen müsste und welcher denn der shunt ist.
Der akku ist mit bis zu 2,6A entladestrom angegeben, sollte als noch reichen.

PS @ Münchner1968: Falls mir uns mal sehen sollten, spendier' ich dir mal 'ne Maß^^

Hallo -imitation-

Der Shunt ist R6 im Stromlaufplan (100mOhm).
Von Widerstandsdraht würde ich abraten, da man in der Praxis gen genauen Wert nicht exakt hinbekommt.
Wenn man drei Leds betreiben will, muss man noch zwei Fet´s parallel schalten.
Alle Source-Anschüsse auf den gemeinsamen Shunt, an die Drain-Anschlüsse kommt jeweils eine Led, die Gate-Anschlüsse je über einen 100 Ohm Widerstand an den OP-Ausgang.
Der Wert des Shunts müsste auf 33mOhm geändert werden. (ergibt ca. 2,15A Gesamtstrom)
Ansonsten müsste man mit den angegebenen Werten hinkommen.

PS Danke für das Angebot

[-imitation-]

Vielen Tausend Dank, das ganze werd ich nächstes Jahr mal nachbauen.

Frohes Fest und guten Rutsch!

[-imitation-]

Hallo,
die ganze Schaltung ist aufgebaut und fuktioniert wie eine 1 mit 3* der P4!
Nur haben sich noch zwei Fragen aufgetan: Was genau macht LD1, die leuchtet bei mir ständig (egal ob mit 4*NiMh oder 1*LiIon), die Schaltung funktioniert aber trotzdem; und: Wie kann man hier den Strom runterstellen? Ein Umschalter mit 2 verschieden R6' funktioniert wegen des Widerstands der Kabel und des Umschalters nicht. Kann man hier R12 mit einem 50R austauschen, um z.B. den Strom zu halbieren?

Achja, die Platinen hab ich mir selber geätzt mit der "Direkt-Toner-Methode" (http://thomaspfeifer.net/platinen_aetzen.htm), wirklich zu empfehlen.

Schöne Grüße,
-Imitation-

[Muenchner1968]

Hallo -Imitation-

Kurz zur Schaltung:
Mit IC1A (im Schaltplan rechts) ist eine spannungsgesteuerte Konstantstromquelle aufgebaut
Sie liefert einen konstanten Strom von 700mA an die Power-Led.
Strombestimmend ist hier der Spannungsteiler aus R10 (15KOhm) und R11 (910 Ohm).
Im Normalfall ist am Abgriff der Teilerwiderstände eine Spannung von 70mV eingestellt.
Möchte man den Strom ändern, muss der Spannungsteiler entsprechend geändert werden.
Spannungsberechnung:
1,24V Referenzspannung geteilt durch (Summe von R10 und R11) multipliziert mit R11 ergibt die Spannung
Diese Spannung geteilt durch R6 (100mOhm) ergibt den Strom durch die PowerLed
Eine Änderung des Stromes durch Umschalten von R6 ist zwar theoretisch machbar, aber nicht sinnvoll, da man aufgrund des geringen Wertes alleine durch die Kabel und den Umschalter viel zu hohe Werte bekommt und zudem den vollen Strom über den Umschalter leiten muss.
Bei der Referenzspannung muss man aufpassen:
Die benötigte Referenz (1,24V) hat die Typenbezeichnung Zetex ZR431LF01TA und die Beschriftung "43M".
Es ist mir schon passiert, das von der Fa. Reichelt der falsche Typ Zetex ZR431F01 mit der Beschriftung "43B" geliefert worden ist.
Also mal kontrollieren, mit der falschen Referenz funktioniert die Schaltung nur mit geringerem Strom und die Led1 leuchtet ständig.
Das könnte durchaus der von dir beschriebene Fehler sein.
Nun zum linken Teil der Schaltung:
Mit IC1B ist eine Schmitt-Trigger Schaltung aufgebaut, die bei einer Spannung von etwa 3,45V den Transistor T2 durchsteuert. (Stromsparmodus bzw. Akku bald leer)
T2 schaltet den Widerstand R9 (270 Ohm) parallel zu R11und reduziert den Spannungswert des Teilers aus R10 und R11.
Mit dieser geringeren Spannung reduziert sich folglich auch der Strom durch die Power-Led.
Mit der konkreten Bestückung wird der Strom von 700mA auf etwa ein Viertel (175mA) reduziert.
Damit man eine Kontrolle hat ob der Stromsparmodus aktiv ist, wurde LD1 eingebaut.
Für LD1 sollte man möglichst eine Led mit geringer Durchlassspannung wählen.
z.B. rot oder orange mit Spannungen von etwa 2V
Der Strom durch LD1 beträgt nur 2-2,5mA, das reicht um die Led zu sehen, aber ein Scheinwerfer wird das natürlich nicht.
Damit die Schaltung nicht anfängt zu Schwingen (durch den geringeren Led-Strom (700mA zu 175mA im Stromsparmodus) erholt sich die Akkuspannung aufgrund des Innenwiderstandes etwas und die Schaltung würde ohne Hysterese wieder den vollen Strom freigeben um dann gleich wieder zurückzuschalten, ist eine gewisse höhere Spannung erforderlich, um den vollen Strom wieder freizugeben.
Dieser Wert liegt bei etwa 3,63V
Dieser Spannungswert wird bei einem leeren Akku im Betrieb nicht wieder erreicht und somit bleibt die Schaltung im Stromsparmodus.
Erst bei vollen Akkus (>als etwa 3,63V) gibt die Schaltung frei und man kann die Led bis zur Unterspannung von 3,45V voll betreiben, danach schaltet die Elektronik automatisch um.
Es sind also keinerlei Einstellungen vom Benutzer einzustellen, das macht alles die Elektronik vollautomatisch.

[-imitation-]

Hallo,
ich glaube, langsam blick' ich durch.
Dann könnte man also praktisch mit R11 den Strom anpassen (also für ~1A 400R bei 3*P4)?
Reichelt hat tatsächlich die falsche Spannungsreferenz geliefert, wie vermutet. Ich bin davon ausgegangen, dass jetzt die "unterspannungs"-Regelung greift und somit nicht der doppelte Strom (wegen 2,4V statt 1,24V) sondern der Halbe fließt. Ich habe allerdings am shunt R6 (R033) ca. 150mV gemessen, was ja guten 4A entspricht.
Naja, Reichelt schickt dann (hoffentlich) den richtigen ZR431L.
Morgen werd' ich hier mal Bilder reinstellen

[Muenchner1968]

Ja genau, für die Stromanpassung auf 1A (3x333mA) müsste R11 rechnerisch auf den Wert 410 Ohm geändert werden.
Diesen Wert kann man entweder durch parallelschalten von 2x820 Ohm erreichen oder einen Wert von 750R zu dem bestehenden Wert von 910R parallelschalten.
Einfach den zweiten SMD-Widerstand auf den ersten huckepack auflöten.
Was mich noch irritiert ist der hohe Strom, selbst bei der falschen Referenz würde er nicht so hoch sein.
In meiner Simulation erreiche ich einen so hohen Wert nur, wenn die Unterspannungsabschaltung nicht eingreifen kann.
Am besten das Layout nochmal überprüfen, vielleicht versteckt sich noch irgendwo ein Zinnspritzer der einen Kurzschluss verursacht oder eine kalte Lötstelle.
Sehr wichtig ist auch nochmal ganz genau die Polaritäten aller Bauteile zu prüfen.
Insbesondere das IC und der Mosfet können leicht falsch eingebaut werden, aber auch die Spannungsreferenz und der Kleintransistor können leicht vertauscht werden, da sie die gleiche Baugrösse und Bauform haben.

[-imitation-]

An den LEDs gemessen gibt sich eine Spannung von 3,45V, was laut U-I Diagramm auch den 3*333mA entspricht (also 4A normal und Unterspannungsgrenze (1/4) gibt 1A). Ich denke mal, unterhalb von 1V wird mein Multimeter nicht so genau messen.
Die Schaltung passt soweit, auch Mosfets, Transistor und Spannungsreferenz sind richtig eingelötet
Schöne Grüße,
-Imitation-

[-imitation-]

Hi,
da hat sich doch noch ein Problem aufgetan:
Trotz richtiger Spannungsreferenz regelt die Schaltung weder den Strom, noch greift die Unterspannungsstromreduzierung. An der roten LED liegen konstant 1,55V (1,5mA) an und an den Mosfets fallen egal bei welcher Eingangsspannung ca. 15mV ab. Ich denke, meine Messungen am Shunt (33mOhm) waren korrekt, bei 4 Akkus sinds hier ca. 80mV, mit 3 Akkus nur noch ca. 50mV.
Ich hoffe, hier hats mir weder den OpAmp noch die MosFETs durchgeblasen.
Schöne Grüße,
-Imitation-

[Muenchner1968]

Hi,
da hat sich doch noch ein Problem aufgetan:
Trotz richtiger Spannungsreferenz regelt die Schaltung weder den Strom, noch greift die Unterspannungsstromreduzierung. An der roten LED liegen konstant 1,55V (1,5mA) an und an den Mosfets fallen egal bei welcher Eingangsspannung ca. 15mV ab. Ich denke, meine Messungen am Shunt (33mOhm) waren korrekt, bei 4 Akkus sinds hier ca. 80mV, mit 3 Akkus nur noch ca. 50mV.
Ich hoffe, hier hats mir weder den OpAmp noch die MosFETs durchgeblasen.
Schöne Grüße,
-Imitation-

Hallo -imitation-
Die Schaltung ist für 3,6/3,7V ausgelegt (1xLithium-ionen Akku oder 3x1,2V Akkus), nicht für 4,8V (4x1,2V Akkus).
Bei einer höheren Eingangsspannung ist die Verlustleistung an den Mosfets deutlich höher und der Gesamtwirkungsgrad deutlich schlechter.
(Ganz abgesehen davon, das die Mosfets im schlimmsten Fall überhitzen)
Bei einer Bestückung von R6=33mOhm (Shuntwiderstand) und R11=410 Ohm (Spannungsteilerwiderstand) müssen sich folgende Ströme einstellen:
1: Nominelle Spannung (rote Led ist aus) = 1,00A Gesamtstrom durch alle drei Power-Led´s (=3x333mA, Spannung am Shunt R6=33mV)
2: Unterspannungsreduzierung (rote Led ist an) ca 420mA durch alle Power-Leds (3x140mA, Spannung am Shunt R6=13,9mV)

Die Stromaufnahme der Schaltung selber liegt bei etwa 1-2mA und ist hierbei zu vernachlässigen, man kann also den Gesamtstrom durch ein davor geschaltetes Amperemeter messen.
Die Spannungsmessung am Shunt muss direkt an den Anschlüssen des Bauteils gemessen werden, da man sonst den Spannungsabfall der Leiterbahnen mitmisst.
Weichen die Ströme merklich von diesen Werten ab, stimmt noch etwas im Aufbau nicht.
Wie gesagt, die Schaltung ist erprobt und funktioniert theoretisch und praktisch sehr zuverlässig.