60 bis 100 LEDs verschalten....wie?

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Moderator: T.Hoffmann

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Torte75
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Sa, 03.12.11, 17:03

Hallo zusammen,
da ich hier neu im Forum bin, ersteinmal ein größes "HALLO" in die Runde!!!
Einiges konnte ich hier im Forum schon lesen und muss sagen "Ich glaube ich bin hier richtig" :D

Ich habe folgendes Problem/Herausforderung:

Ich plane eine LED Videoleute selber zu bauen, welche dann unter Wasser betrieben werden soll, also zum tauchen.
Vielleicht mal ein paar Eckdaten hierzu:
60-100 LEDs, z.B. von diesem Typ: http://www.leds.de/Standard-LEDs/LEDs-5 ... GS-K1.html
Versorgung wird ein Akku mit max. 12V sein, die Kapazität ist ja erstmal zweitrangig.
Eine Dimmung wäre natürlich super, ist aber nicht unbedingt notwendig - kann ja auch über abschalten von LED-Gruppen erfolgen.

Was für eine Schaltung könnt ihr mir empfehlen, bzw. wie würdet Ihr dieses Projekt angehen?
Vorwiderstände, KSQ, etc. ?

Grundlagen der Schaltungstechnik sind zwar vorhanden, habe aber nie selbst entwickelt oder so.
Fühle mich im Mittelspannungsbereich doch etwas wohler (bis 40kV und kA Bereich) :mrgreen:

Wäre super ein paar Tipps/Denkanstöße zu bekommen.

Gruß
Thorsten
Borax
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Sa, 03.12.11, 17:31

Hallo Thorsten,
welcome on board!

Salzwasser? Weil dann muss das ganze 100% wasserdicht sein. Im Süßwasser könnte man überlegen, ob man es ohne wasserdichte 'Verpackung' versucht. Müssen es so viele einzelne LEDs sein? Ein paar High-Power LEDs (ggf. mit Optik) bringen wesentlich mehr Licht zum gleichen Preis...
Torte75
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Sa, 03.12.11, 18:04

Hallo,
ich stelle mir sowas in dieser Art vor: http://www.werner-led.de/
Da ich aber Bastler bin, kommt fertigkaufen für mich nicht in Frage. Darüber hinaus muss man im Winter ja auch was zu tun haben :D

Um das "Kühlproblem" zu umgehen habe ich mich für viele kleinere entschieden. Je nach Strom kommen die Kleinen ja auch ganz ohne Kühlung aus.

Getaucht werden soll im Süß- also auch Salzwasser, wobei ich das Gehäuse im Moment als sekundär ansehe.

Schaltungstechisch soll es auch nicht sooo aufwendig werden, also nicht unbedingt 20 KSQ pro Paneel (bei z.B. 60 Leds).

Gruß
Thorsten
Borax
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Sa, 03.12.11, 23:36

Das Kühlproblem ist ja unter Wasser eher einfach zu lösen - Kühlwasser gibt es ja reichlich. Aber gut, ein Ringlicht ist ja auch etwas besonderes. Trotzdem würde ich über High-Power LEDs nachdenken. Anstatt der Doppelreihe könnte man ja auch eine einzelne Reihe verwenden. Dann dürften ca. 20 LEDs auch reichen. Wenn Du z.B. solche nehmen würdest:
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Nich ... weiss.html (die lassen sich noch halbwegs gut mit einem Standard-Lötkolben verarbeiten und dann einfach auf einem Alu-Ring aufkleben), dann kosten 21 Stück rund 60 €. Bei 250mA betrieben dürften die etwa 80lm/Stück erreichen, also rund 1700lm alle zusammen. Bei 60 von den 5mm LEDs (kosten schon fast 100€) sind es 25lm/Stück, alle zusammen dann 1500lm. Und 7 KSQs löten ist dann auch nicht sooo ein großer Aufwand...
Versorgung wird ein Akku mit max. 12V sein
Genau das ist das Problem. Akkus haben keine konstante Spannung. Bei rund 12V gehen je drei LEDs in Reihe. 7x250mA wären dann 1,75A, ein 2Ah Akku würde also rund eine Stunde halten.
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Sailor
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So, 04.12.11, 10:54

Der grundsätzliche Irrtum liegt darin, dass die 5 mm LED´s weniger Wärme produzieren als High-Power LED´s gleicher Leistung und gleichen Wirkungsgrades (in Lumen/Watt).

Zur Veranschaulichung dieses Schaubild aus Wikipedia:

550px-Wirkungsgrad_gluehbirne_svg.png
550px-Wirkungsgrad_gluehbirne_svg.png (16.93 KiB) 4375 mal betrachtet
Das Schaubild zeigt als den dünnen "Lichtpfeil" einer Glühlampe im Verhältnis zum dicken "Verlustleistungspfeil", der die Verlustwärme repräsentiert.

Je effizienter ein Leuchtmittel ist, desto dicker wird der "Lichtpfeil" und desto dünner der "Verlustleistungspfeil".

Für die Grundüberlegung bedeutet dies, dass es grundsätzlich egal ist, wie die Bauform der LED´s ist.

Bei 5 mm LED´s wird die Verlustwärme durch geringere Leistung der einzelnen LED auf eine größere Fläche verteilt, so dass der Eindruck entsteht, sie würde nicht warm. Spätestens bei höherer Packungsdichte wir die Verlustwärme spürbar, bei sehr hoher Packungsdichte in einem geschlossenen Raum wie dem Lanpenkopf wird die Verlustwärme zu einer Größe anwachsen, die aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Umgebungsluft ein schlechteres Ergebnis liefert als die Verwendung von High-Power-LED´s mit der direkten Abgabe der Verlustwärme an das die Lampe umgebende Wasser.

Durch die Verwendung von 5 mm LED´s wird daher die Wärme im Kopf der Tauchlampe höher ansteigen, was zu einer schlechteren Kühlung der Einzel-LED führt und damit zu einem Effizienzverlust .

Die zweite Überlegung bei der Verwendung der angedachten 5 mm LED´s gilt dem Abstrahlwinkel, der mit 120° recht groß ist. das ist für den Nahbereich sicher von Vorteil, vermindert jedoch die Reichweite. Wenn dies gewünscht ist, ist der Abstrahlwinkel ok, ansonsten lassen sich High.Power.LED´s durch das große Angebot von Linsen und Reflektoren einfacher im Abstrahlwinkel einstellen.

Ich rate daher auch zur Anwendung von High-Power-LED´s.

Bei der Verwendung von Akkus reicht eine 2-Transistor-KSQ für 3 LED´s in Reihe bei 12 Volt aus, bei der Verwendung von LiFePo-Akkus könnten sogar 4 LED´s in Reihe mit Vorwiderstand eine effiziente Lösung sein.

Da könnte ich mir sogar einen Power-Taster vorstellen, wenn kurzzeitig (z.B. für die Zeit einer Aufnahme) mehr licht benötigt wird ünd die Beleuchtung für die Zeit der Suche des Objekts nicht so hell sein muss.
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So, 04.12.11, 16:34

Ich stimmte Sailor da voll zu, rate jedoch nicht nur zu High-Power-LEDs, sondern warne explizit davor, dass es ein großer Reinfall werden wird, wenn Du 5mm-LEDs o.Ä. nimmst, da diese eben völlig ungeeignet sind, um viel Licht auf wenig Raum zu erzeugen.

Mit einer einzigen Cree XM-L erreichst Du mehr, als mit einem Array aus 5 mm-LEDs bei sinnvoller Größe möglich wäre und die XM-L stirbt Dir auch nicht frühzeitig an Überhitzung, da der thermische Widerstand LED-Chip bis Wasser sehr sehr gering gehalten werden kann, während bei 5mm-LEDs immer ein Wärmeisolierendes Luftpolster oder im etwas besseren, aber immer noch schlechten Falle transparente Vergussmasse im thermischen Pfad wäre.

Ob die 5mm-LEDs ihre Angegebenen 28 Lumen wirklich erreichen, ist auch nicht so sicher, die theoretischen 2800 Lumen würden es wohl eher nicht werden mit 100 LEDs, mit einer Cree CXA2011 wirst Du (fast) diese Helligkeit dagegen auch wirklich erreichen. Für nur 20€ für die LED und WESENTLICH weniger Verdrahtungsaufwand und mindestens 100x längerer Lebensdauer (den 5mm-LEDs würde ich bei hoher Packungsdichte ca. 100 bis 500 Stunden geben, der CXA2011 oder XM-L 50.000 Stunden aufwärts --- Kühlkörper vorausgesetzt)
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stoske
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So, 04.12.11, 19:44

Hi,

> ...wie würdet Ihr dieses Projekt angehen?

ich würde mich zuerst auf eine Ringgröße festlegen und die Fläche so weit als möglich mit LP-LED füllen.
Je mehr LED, umso weicher und gleichmäßiger werden Licht und Schatten. Wie beim Vorbild würde ich
je nach Größe 2-3 Reihen machen und auch 70 bis weit über 100 LED platzieren. Von den ausgesuchten LED
ausgehend würde ich je nach Akku-Spannung ein möglichst ideales Verhältnis wählen, sodass ein möglichst
kleiner Vorwiderstand ausreicht. Dimmen würde ich auch durch partielles Ausschalten, wobei ich auf eine
möglichst gleichmäßige Verteilung achten würde. HP-LED würde ich keinesfalls nehmen, eine KSQ auch
nicht. Solange der Ring eine gute Kontaktableitung hat und keinen Wärmespeicher darstellt, braucht man
sich, wie beim Vorbild, sicher auch keinen Kopf über Kühlung zu machen.

Grüße, Stephan
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