LED Umrüstung und Mythos der Konstantstromquelle

Begonnen von the_playstation, Februar 24, 2013, 23:59:08 NACHMITTAGS

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the_playstation

Die Angst vor dem Vorwiederstand:

Ich wurde bei LED Beleuchtungen nach Schaltungen gefragt, die die LED mit einem konst. Strom beliefern.

Ich könnte jetzt viel Geld verdienen mit wahnsinnig komplizierten Steuerschaltungen z.B. zur kontinuierlichen
Dimmung einer LED und anschließender "Konstantstromregelung".

Hier gebe Ich folgende Punkte zu bedenken:
Bei kontinuierlicher Regelung (keine PWM)
1.) Beim Dimmen der LED wird der Strom und die Spannung von 0 auf die typ. Kenndaten der LED verändert.
Daher ist das Hinterschalten einer Konstantstromregelung im Grunde wiedersinnig.
Es soll ja nur der max. möglicher Strom begrenzt werden. Es handelt sich daher eigentlich um eine Strombegrenzung.
2.) Konstantstromregelungen bei LEDs werden meißt nur bei stark schwankenden Spannungsquellen eingesetzt oder
bei LEDs, die man an eine beliebige Spannungsquelle von z.B. 3-24 Volt anklemmen möchte.
3.) Bei leistungsstarken LEDS werden Konstantstromquellen mit Kühlkörper benötigt.
Der Preis aller Bauteile übersteigt dann eventuell den Preis der zu schützenden LED.
4.) In den meißten Trafos, Netzgeräten ist die Ausgangsspannung stabil.
Eine komplizierte Strombegrenzung / Regelung ist daher NICHT!!! nötig.
5.) Das Prinzip: Denke einfach statt kompliziert.
6.) Das Prinzip: Mach es klein, günstig und effektiv.
7.) Die Leistung zur Regelung muß verbraucht werden. Ob nun am gekühlten Transistor oder am Vorwiederstand ist dabei egal.

Daher bin Ich ein absoluter Gegner unnützer Konstantstromregelungen.
Ob Ich die Verlustleistung nun an einem Vorwiederstand (günstig, klein) oder an einem teuren gekühlten Treibertransistor verschwende, ist egal. Die Transistorschaltung ist nur komplizierter, teurer und anfälliger.

Zur Versorgung der LED reicht:
1.) Ein regelbares Netzteil mit Stromregelung und Spannungsregelung.
2.) Eine PWM Schaltung + Netzteil oder Trafo + Vorwiederstand
3.) Ein regelbarer Spannungsstabilisierungs-IC (mit Kühlkörper)  + Vorwiederstand
Edit: 4.) Ein stabilisiertes Netzteil + Drahtpoti + Vorwiederrstand

Viele haben scheinbar Angst vor dem einfachen Vorwiederstand.

Mein Tip:
1.) Nutzt eine Spannungsquelle, die nur wenig über der typ. Arbeitsspannung der LED liegt.
Dadurch wird die Verlustleistung im Vorwiederstand geringer.
2.) Berechnet den Vorwiederstand mit der benutzen Spannungsquelle
Beispiel:
LED brauch z.B. typ. 2,9 Volt (aufgerundet 3V)
Die Stromversorgung ist z.B. 4,5V DC
Dadurch errechnet sich eine Spannung am Vorwiederstand von 1,5 V
Die LED braucht z.B. typ. 700mA Arbeitsstrom.
R = U/I = 1,5V / 0,7 A = 2,14 Ohm (gerundet auf Normmasse 2,2 Ohm).
P = U*I = 1,05 Watt. Hier sollte man nicht sparen und gleich 4-5 Watt kaufen.
Dadurch bleibt der Wiederstand kühler (größere Fläche)

Als Dimmerschaltung bietet sich eine PWM oder eine Spannungsregelung an.
Z.B. mit einem regelbaren Spannungsstabi-IC (Dreibeiner mit Kühlkörper).

Letztere ist trotz Kühlkörper klein und billig.

Bauteile:
LeistungsIC in der Art eines LM 317 (reicht bis 1,5 A also 3 Watt LEDs)
Poti
1x Kondensator (um die Eigenschwingungsneigung des ICs zu reduzieren)
Vorwiederstand
kleiner Kühlkörper
Drehknopf.

Fazit:
Vergeßt komplizierte Schaltungen.
Denkt einfach.
Vermeidet unnütze komplizierte Schaltungen.

Viele Grüße aus Hambug Jorrit.
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

the_playstation

#1
Entschuldigung für die vielen Tippfehler (Mitternacht).
Leider kann Ich Sie im Moment nicht korrigieren.
Ich bitte um Nachsicht.
Wenn eine Änderung wieder möglich ist,
werde Ich den Text korrigieren.
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

reblaus

Hallo Jorrit,

noch einfacher ist es, wenn man gleich auf die PWM verzichtet. Oft bringt diese Streifen auf Fotos mit kurzen Belichtungszeiten, wenn es sich nicht um Edelteile mit sehr hoher Pulsfrequenz handelt.

Wenn ein Steckernetzgerät von 5 V verwendet wird, kommt man mit einem Drahtpotentiometer und zwei Festwiderständen bestens aus. Hier eine bereits früher gezeigte Schaltung. Auf der Zeichnung ist ein Fehler - es muss statt -5 V natürlich 0 heißen. Diese bei mir bewährte Schaltung kann durch den richtigen Wert des Vorwiderstands so angepasst werden, dass der volle Regelbereich des Potis ausgenützt wird. Die Werte hier sind für 700 mA-LEDs gedacht. Für reproduzierbare Werte ist das natürlich ungeeignet. Die Werte sollten für jeden LED-Typ mit einem A-Meter ausprobiert werden, da sich die Kennlinien ziemlich unterscheiden können.



Gruß

Rolf


the_playstation

Absolut deiner Meinung.
Das ist quasi der Vorwiederstand pur.
Entspricht meinem Prinzip, es einfach zu machen.
Entweder so oder einen regelarer Festspannungsregler ha la LM317.
Bei deiner Schaltung sollte man auf ein leistungsfähiges Poti zurückgreifen,
da ein nicht unerheblicher Teil der Verlustleistung am Poti abfällt.
Aber das hast Du ja auch schon gesagt.

Die Schaltung klappt nur nicht mehr bei sehr leistungsstarken LEDs.
(Gibt ja mittlerweile 200 Watt LEDs) ;D
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

smashIt

die alten analogen NiCd-lader sind übrigens feststromquellen (oft sogar einstellbar)
sowas werden einige wohl noch herumgammeln haben
MfG,
Chris

Bildung ist das was uns vom Tier unterscheidet.

Funtech.org

the_playstation

Bei alten NiCd-Ladern ist Vorsicht geboten, wenn die Stromstabilisierung durch eine Glühlampe erfolgt.
Im kalten Zustand ist der Wiederstand der Glühwendel sehr gering. Eine LED könnte hier Schaden nehmen!!!
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

treinisch

Hallo,

also wo jetzt der große Vorteil eines LM 317 mit LED-Vorwiderstand im
Vergleich zu einem LM 317, als Konstantstromquelle geschaltet, liegen
soll, erschließt sich mir nicht. Ersteres ist weder wesentlich einfacher
noch wesentlich billiger.

Besonders die Behauptung ein Spannungsregler mit PWM sei einfach und
billig, vor allem einfacher und billiger als eine Konstantstromschaltung
wage ich mal sehr zu bezweifeln. Die Teile müssen schon sehr fein
aufeinander abgestimmt werden, damit es durch zu steile Flanken
der PWM nicht zu Spannungsspitzen kommt.

Vor allem, wenn die PWM schnell genug sein soll, um nicht beim
Fotografieren zu stören, oder durch einen Tiefpass ganz beseitigt
werden soll.

Im Gegensatz zu jeder auch nur halbwegs modern aufgebauten
Konstantstromquelle driften diese ganzen Vorwiderstands-Modelle
natürlich auch, sowohl durch die Widerstände, die sich erwärmen,
als auch durch die Vorwärtsspannung der LED, die natürlich,
gerade bei hellen LEDs im Betrieb kontinuierlich sinkt. Die beiden
Effekte kompensieren sich durch die sehr steile Kennlinie der LED
natürlich nicht vollständig.

Zu der Schaltung mit dem dicken Poti:
Ich bitte um einen Link zu einem Poti, dass für diesen
Zweck geeignet ist! Selbst bei 750 mA sind das
– meinem aktuellen Kenntnisstand nach – sündhaft
teure Spezialteile, ich bitte um Belehrung durch einen Link.
(Das hier wire wound Potis ran müssen ist mir klar,
man verlinke mir bitte ein einziges geeignetes)

Einen Vorteil gegenüber einer einfachen längsgeregelten
Konstantstromquelle kann ich nicht erkennen, zumal die
mitsamt Netzanschluss, Gehäuse, Buchsen und Display schon
zum Preis alleine eines solchen Poti´s zu haben sind.

Viele Grüße

Timm
Gerne per Du!

Meine Vorstellung.

the_playstation

#7
1.) Bei jedem Spannungsteiler bzw Stromregulierung treten Verlustleistungen auf.
Ob diese nun in einem Transistor oder einem Wiederstand verbrannt werden, ist letztendlich egal.
Der Wiederstand ist aber billiger und unempfindlicher in der Funktion eines Heizkörpers.

2.) Stimmt. Ob man nun den LM 317 als regelbare Stromquelle oder als regelbare Spannungsquelle mit Vorwiederstand einsetzt, ist ziemlich egal.
Ich sehe keine Vor- bzw Nachteile beider Lösungen.

3.) Eine "Konstantstromquelle" ist sinnlos, weil konstant. Man will das Licht ja dimmen. ;)
Tatsächlich ist es eine "Nichtkonstantstromquelle".

Zur PWM:
Die ist immer dann angebracht, wenn es um höhere Leistungen geht. Z.B. einer Halogenlampe für Mikroskope.
Wer mag, kann natürlich auch 10-100 Watt über eine verlustleistungsbehaftete Schaltung realisieren.
Im Winter spart man so Heizkosten. Bei einer LED - Umrüstung kann dann die Halogenschaltung weiter eingesetzt werden.
Man kann dann beide Beleuchtungsarten beliebig weiterverwenden.

Von Spannungsspitzen konnte Ich in meinem Oszilloskop beim besten Willen nichts entdecken.
(könnten aber bei Drahtwiederständen (Spule) auftreten).

Zum Driften: Stimmt. Frage: Konnte man das je sehen. Wie "dramatisch" sind diese Schwankungen?
Ich behaupte hier mal, daß man dieses Driften vernachlässigen kann.

Schließlch geht es hier nicht um eine Präzisionsmessung der Lichtmenge. ;)

Preis, Größe, ...
Meine PWM Schaltung kostet an Bauteilen unter 10 Euro. Ist das extrem teuer?
Schlußendlich kommt es z.B. auch auf den Platzverbrauch, die Verlustwärme, ... an.
Eine regebare "Nichtkonstantstromquelle"  benötigt zwangsweise einen Kühlkörper.
Ausser bei geringer LED Leistung.


Viele Grüße aus Hamburg, Jorrit.
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

reblaus

Hallo Timm -

stimmt, Drahtpotis sind recht teuer, aber bei bei einer 1000 mA-LED und einem 5 Volt Steckernetzteil kommt man mit einer 5 Watt Type zu etwa 5€ aus aus. Bei 1 A verheizt die LED etwa 3,5 W, der Widerstand etwa 1,5 Watt - allerdings konzentriert auf einen Teil der Wicklung, weshalb eine Reserve da sein muss. Für größere Leistungen ist das nicht geeignet - ein 20 Watt Drahtpoti kostet schon etwa 24 €.

Mir geht es auch darum, dass auch Nicht-Elektroniker mit wenig Übung im Löten zur Not selbst was zusammenpfriemeln können, das eine anständige Gleichstromversorgung ohne Spannungsspitzen gewährleistet - ein wenig Drift muss man selbstverständlich dabei in Kauf nehmen.

In manchen alten Zeiss-Junior-Beleuchtungen finden sich übrigens leistungsfähigere 10 Ohm-Drahtpotis.

Viele Grüße

Rolf

P.S. Ich habe übrigens an meinen Mikroskopen fast alle Typen der LED-Stromversorgung. Größere Sorgen machen die Power-LEDs mit den größeren Emittern, die man nicht mehr weit genug herunterregeln kann.


the_playstation

Hallo,
Mir geht es darum, aufzuzeigen, dass es gerade in der Elektronik,
immer mehrere Wege gibt.

Und sich viele vor einem "Vorwiederstand" streuben.
Wie Ich finde zu unrecht.

Er wurde und wird weitaus öfters eingesetzt, als man denkt.
Eigentlich in fast jeder Schaltung ist Er zu finden. ;)

Jedem steht es natürlich frei, sich für seinen Weg zu entscheiden.

Zum Drahtwendelpoti:
Warum nicht. Es ist zwar teuerer aber dafür benötigt man fast nichts anderes mehr.
Nahezu jeder kann in den Mikroskopfuß ein Loch bohren und das Poti einsetzten.
Der Bastelaufwand ist recht minimal.

Ich will mich hier nicht generell gegen Konstantstromregelungen aussprechen.
Nur sind Sie nicht immer wirklich notwendig da hier keine hohe Präzision der Lichtquellenintensität gefordert ist.
Man regelt Sie schließlich mit einem Poti. ;)
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

treinisch

Zitat von: reblaus in Februar 26, 2013, 00:53:37 VORMITTAG

Mir geht es auch darum, dass auch Nicht-Elektroniker mit wenig Übung im Löten zur Not selbst was zusammenpfriemeln können, das eine anständige Gleichstromversorgung ohne Spannungsspitzen gewährleistet

ja und genau das leistet Deine Schaltung ja auch mustergültig. Einfach zusammenzubauen,
einfache Fehlersuche und sehr leicht durchschaubares Prinzip. Da bin ich ganz bei Dir. Man braucht
Ja nicht mal eine Platine dafür.

Und bei so einer Bastelarbeit (nicht negativ gemeint) ist es dann ja auch nicht tragisch,
wenn das Poti mal vorzeitig aufgeben sollte. Zumindest nicht, wenn es kein Vermögen kostet.

Die Angabe, die mir im professionellen Einsatz Sorgen machen würde, ist bei den Potis die maximum wiper current, ich brauche nicht oft Potis, aber selbst richtig dicke Dinger, die mir über den Weg gelaufen sind, haben oft nur 100 mA oder weniger.

Viele Grüße

Timm
Gerne per Du!

Meine Vorstellung.

reblaus

Hallo Timm -

da gebe ich dir in allem völlig recht! Solche Dinge empfehle ich ausdrücklich nur sparsamen Bastlern zu "Beginn der Karriere".
Bei einer LED-Beleuchtung für normales Durchlicht sind 100 mA meist schon zu viel. Wenn es aber um DIC oder Ph mit der 100x-Immersion geht, sollte man die vergleichsweise geringe Ausgabe für ein professionelles Gerät nicht scheuen, das die Höchstleistung auf Dauer bringen kann.

Das betrifft übrigens auch die Kühlung der LED bei den Konstruktionen, die statt der Lampe in die Fassung eingesetzt werden können und bei denen der Wärmeübergang zum Gehäuse dann doch nicht ideal ist.

Viele Grüße

Rolf

the_playstation

LED kühlen:
Da hatte Ich bei meinem Carl Zeis Ergaval Glück.
Ich habe die LED direkt auf ein recht massives Kupferrohrstück 22mm auf 18mm Verringerungsstück aufgeklebt.
Dieses sitzt in dem Alurohr, in dem normalerweise die Halogenlampenfassung eingesteckt wird.
Die Wärmeabgabe ist mit einem zusätzlichen Kupferstück im Rohr ausreichend,
da die LED ihre Wärme auf das Rohrstück, ... übertragen kann.
Ich kann jetzt je nach Wunsch die Halogenlampe mit der LED nutzen.
Der passende Vorwiederstand ist mit im Rohr untergebracht.

Viele Grüße aus Hamburg, Jorrit.
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.