Spannungsversorgung von High Power LEDs

[Stefan99]

Hallo liebe Community,

ich bin absoluter Neuling auf dem Gebiet der LED-Technik und möchte mir auf diesem Weg Rat holen. Ich möchte 4 CREE XP-G2 R5 und eine CREE XP-G R2 in Reihe schalten. Parallel dazu soll ein zweiter Strang mit der selben Aufteilung und ein dritter mit 2 OSRAM Oslon SSL 80 rot geschaltet werden. Als Betriebsstrom sollen pro Strang 500 mA anliegen. Ich möchte vor jeden Strang die Konstantstromquelle CCS2-500 mit den folgenden Spezifikationen löten:

Manufacturer part number: P011.36-500
RoHS status: Yes
Height: 6.0 mm
Width: 11.0 mm
Length: 24.0 mm
Weight: 2 g
Rated output current: 500 mA
Maximum supply voltage: 30 V
Minimum supply voltage: 6 V

Als Stromquelle habe ich ein MEANWELL LPV-60-24 Schaltnetzteil, Serie: LPV-60 welches 24 V und 2,5 A liefert. Mit den vorgeschalteten KSQ sollte jeder Strang 500 mA bekommen. Ich habe nun folgende Frage: Ziehen sich die LEDs die benötigte Spannung von selbst? Wenn jeder Strang nun mit 24 V belastet wird, ist das dann nicht zu viel Spannung?

Ich würde mich über eine Antwort sehr freunen.

Liebe Grüße,

Stefan

[Achim H]

ich bin absoluter Neuling auf dem Gebiet der LED-Technik

Man merkt es.

Ich möchte 4 CREE XP-G2 R5 und eine CREE XP-G R2 in Reihe schalten. Parallel dazu soll ein zweiter Strang mit der selben Aufteilung und ein dritter mit 2 OSRAM Oslon SSL 80 rot geschaltet werden. Als Betriebsstrom sollen pro Strang 500 mA anliegen. Ich möchte vor jeden Strang die Konstantstromquelle CCS2-500 mit den folgenden Spezifikationen löten:

Manufacturer part number: P011.36-500
RoHS status: Yes
Height: 6.0 mm
Width: 11.0 mm
Length: 24.0 mm
Weight: 2 g
Rated output current: 500 mA
Maximum supply voltage: 30 V
Minimum supply voltage: 6 V

Manufacturer part number: P011.36-500 --> uninteressant.
RoHS status: Yes --> uninteressant.
Height: 6.0 mm --> uninteressant.
Width: 11.0 mm --> uninteressant.
Length: 24.0 mm --> uninteressant.
Weight: 2 g --> uninteressant.

Also 3 Stränge a 500mA = 1500mA.
Angetrieben von Konstantstromquellen, die 500mA liefern können.

Als Stromquelle habe ich ein MEANWELL LPV-60-24 Schaltnetzteil, Serie: LPV-60 welches 24 V und 2,5 A liefert.

Das ist eine Spannungsquelle, keine Stromquelle.

Eine Stromquelle liefert einen konstanten Strom. Die Spannung (ein Bereich, von bis) ist variabel.
Eine Spannungsquelle liefert eine konstante Spannung. Der Strom ist variabel, maximal jedoch der aufgeruckte Wert.

Mit max. 2,5A ist das Schaltnetzgerät (Spannungsquelle) etwas überdimensioniert, da nur 1500mA benötigt werden. --> Ausnutzung nur 60%.

Ich habe nun folgende Frage: Ziehen sich die LEDs die benötigte Spannung von selbst? Wenn jeder Strang nun mit 24 V belastet wird, ist das dann nicht zu viel Spannung?

Die Vorwärtsspannung der Leds stellt sich von alleine eine, wenn die Leds mit einem bestimmten Strom betrieben werden. Siehe hierzu die Datenblätter der jeweiligen Leds und dort den Graphen "Forward Voltage vs. Forward Current".
Im Übrigen werden nicht die Led-Stränge mit 24V betrieben, sondern die davor geschaltete Konstantstromquelle. Diese kompensiert eine etwas höhere Spannung, indem sie weniger Strom benötigt, als was am Ausgang anstehen soll.

Ausreichend dimensioniert wäre ein 36 Watt Schaltnetzgerät (24V @ max. 1,5A). Falls es ein solches nicht gibt, nimmt man die nächst höhere Leistungsklasse, zum Beispiel: 40 Watt.

[Stefan99]

Hallo Achim,

Herzlichen Dank für deine schnelle und ausführliche Nachricht! Kann ich die Spannungsquelle 2,5A, 24V für mein Vorhaben verwenden, oder zerstöre ich mir so die KSQ bzw. die LEDs damit. Ich habe irgendwo gelesen das bei Dauerbetrieb die Spannungsquelle etwas höher gewählt werden sollte.

Liebe Grüße,

Stefan

[Achim H]

Das LPV-60-24 kannst Du uneingeschränkt nutzen. Wieviel Strom ein Netzgerät maximal liefern kann ist nicht gleichbedeutend mit dem, was es auch liefern wird. Die angeschlossene Last sind die Konstantstromquellen und an deren Ausgänge die Leds. Die Konstantstromquellen fordern einen Strom vom Netzgerät, der etwas kleiner als 500mA sein wird. Das Netzgerät liefert an jede Konstantstromquelle nur soviel, wie diese auch verlangt. Kaputt machen kannst Du mit dem 60 Watt Netzgerät nichts. Im Prinzip könnte man auch ein Netzgerät mit 3000 Watt anschießen.

Aber:
je mehr Leistungsreserve ein Netzgerät hat, desto schlechter ist dessen Wirkungsgrad.
Optimal wäre ein Netzgerät mit ca. 36 Watt Leistung.
Etwas schlechter ist ein 40 Watt Netzgerät.
Noch schlechter ist ein 60 Watt Netzgerät
Dann kommt erst einmal eine ganze Zeitlang nichts.
Am schlechtesten würde das 3000 Watt Netzgerät arbeiten.

Je schlechter der Wirkungsgrad des Netzgerätes ist, desto mehr unnötige Leistung wird verursacht.


Die Leistungsaufnahme insgesamt berechnet sich aus Spannung x Strom / Wirkungsgrad des Netzgerätes.

Beispiel:
Das LPV-60-24 hat laut Datenblatt einen Wirkungsgrad von max. 86%
24V x 2,5A / 0,86 (86%) = 69,77 Watt

Das Netzgerät kann 24V x max. 2,5A = max. 60 Watt liefern.
69,77 Watt - 60 Watt = 9,77 Watt. --> soviel Leistung würde nur das Netzgerät verursachen.

Wird das Netzgerät nur mit 60% belastet, sinkt sein Wirkungsgrad (wie hoch dieser genau ist - keine Ahnung). Nur als Beispiel: 78%
Dadurch wird mehr Verlustleistung im Netzgerät verursacht.

Leistung inkl. Netzgerät: 24V x 1,5A / 0,78 (78%) = 46,15 Watt
Leistung der angehängten Last: 24V x 1,5A = 36 Watt
46,15W - 36W = 10,15W


Optimal wäre das LPV-35-24 (24V @ max. 1,5A = max. 36 Watt).
Diese gibt es bei Elpro. --> Direktlink
Wirkungsgrad max. 85%

Leistung inkl. Netzgerät: 24V x 1,5A / 0,85 (85%) = 42,35 Watt

Vergleicht man das zu 60% ausgelastete LPV-60-24 mit dem zu 100% ausgelasteten LPV-35-24, kommt man zum Ergebnis, dass man
46,15W - 42,35W = 3,8 Watt sparen könnte. Und das jede Stunde, den das kleinere Netzgerät laufen würde.
Nach 263 Stunden (ca. 11 Tage im Nonstop Betrieb) sind das schon 1kWh.

Nachteil:
Das LPV-35-24 gibt es hier nicht.
Kauft man dieses bei Elpro, fallen noch einmal Versandkosten an.
Ob sich das noch rentiert, muss jeder für sich entscheiden.

[Stefan99]

Hallo Achim,

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort. Ich werde das 60 W Netzteil verwenden und den schlechteren Wirkungsgrad in Kauf nehmen. Wenn der Kühlkörper dann endlich da ist, werde ich mit dem Aufbau beginnen. Danke noch einmal für deine Antworten! Du hast mir damit sehr weiter geholfen!

Liebe Grüße,

Stefan