Angepinnt Instructables.com-KSQ mit verbesserter Temperaturstabilität

    Instructables.com-KSQ mit verbesserter Temperaturstabilität

    Wen die Temperaturabhängigkeit des LED-Stroms mit dem Schaltungsklassiker von Instructables.com stört, der sollte sich einmal mit sogenannten "Adjustable Shunt Regulators" beschäftigen, die man statt des kleinen Regeltransistors in der Schaltung einsetzen kann. Das folgende Bild aus dem Datenblatt des LMV431 (National Semiconductor) wirkt daher recht bekannt und muss nur noch durch LEDs am Kollektor ergänzt werden.



    Der LED-Strom wird temperaturstabil geregelt und ist so gut wie unabhängig von Exemplarstreuungen. Da ich gerade bei Reichelt den ZR431L(F01TA) von Zetex gefunden habe, der mir 100% kompatibel zu sein scheint, wollte ich Euch diese Variante doch mal vorstellen. Nachteil bei beiden ICs im Vergleich zur bekannten Lösung ist der höhere Spannungsabfall am Emitter- bzw. Sourcewiderstand von exakt 1,24V, der natürlich die minimale Dropspannung bestimmt. Auch dieses Problem verspricht der ZXRE060 von Zetex zu lösen, der nur 0,6V Referenzspannung, dafür aber auch ein paar Pins mehr hat. Allerdings sieht es für mich so aus, als ob man nur IN und OUT verbinden und die beiden GNDs zusammenschließen müsste, um auch dieses IC in wie im Bild einzusetzen. In der Hand gehabt habe ich bisher nur den LMV431, aber vielleicht kann ja jemand anderes meine Erfahrungen ergänzen.

    Links:
    national.com/ds/LM/LMV431.pdf
    diodes.com/datasheets/ZR431L.pdf
    diodes.com/datasheets/ZXRE060.pdf

    EDIT: Leider lassen auch die 3-Pin-Gehäuse keinen pinkompatiblen Ersatz der üblichen Transistoren zu, die Anschlußbelegung entspricht einem Transistor mit vertauschtem Kollektor und Emitter.

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    ... und gleichzeitig verringerter Dropspannung

    okayokay, die verringerte Temperaturabhängigkeit alleine hat hier noch keinen hinter dem Ofen vorgelockt. Ich kann's ja verstehen, in den meisten Fällen ist es ja auch ziemlich egal, ob man 300mA oder 350mA hat. Ausskie hat hier sogar argumentiert, die Temperaturabhängigkeit wäre doch als Übertemperaturschutz ganz hilfreich. Das Tolle dabei ist, dass er in diesem Zusammenhang (absichtlich?) eine Schaltung vorgeschlagen hat, die mehrere Fliegen mit einer Klappe schlägt, und zwar diese hier:

    Über R2 wird hier die Basis von T2 gegenüber dem Source von T1 um die Durchlassspannung der Schottkydiode D1 vorgespannt. Weil T2 nach wie vor bei 0,45V-0,6V aufsteuert, reicht hier - je nach Auslegung - bereits eine Spannung ab ca. 250-350mV an R3 zum Abregeln. Weil der RDS(on) von T1 normalerweise klein gegenüber R3 ist, sind diese 250-350mV dann auch die minimale Dropspannung.

    Zur Temperaturabhängigkeit: Die Schaltung regelt immer so, dass die Spannung an R3 der Differenz zwischen den Durchlassspannungen der BE-Diode und der Schottkydiode entspricht. Da beide Durchlassspannungen mit steigender Temperatur abnehmen, schwächen sich die beiden Effekte gegenseitig ab und die verbleibende Temperaturabhängigkeit dürfte deutlich kleiner sein als bei der instructables-KSQ.

    Low-Drop, Low-Cost, geringe Temperaturabhängigkeit und durch Auswahl des passenden T1 auf verschiedenste Spannungen und Ströme auszulegen: Toll, was sechs Bauteile bewirken können :thumbup:

    NobodyKB schrieb:

    Aber die differenf der Spannung an R3 ist Prozentual doch etwas hoch, da muss man ja wohl am besten die Schaltung aufbauen und dann nachmessen welchen Widerstand man benötigt

    Das ist aber bei der instructables-KSQ genauso, je nach R1 und Typ von T2. Hier kann man zusätzlich noch mit dem Typ von D1 und dem Wert von R2 spielen. Theoretisch kann man das zwar durchrechnen, aber das Aufbauen geht wahrscheinlich schneller. Wie gesagt, ich würde so 250mV bis 350mV ansetzen.

    Jemand schrieb:

    Wie muss ich dazu die Widerstände anpassen?
    Steht doch alles oben im ersten Thread. Da steht unter Anderem wie du den Strom berechnest:

    I=Vref/Rs nach Rs umstellen: Rs=Vref/I

    Wenn du einen normalen NPN-Transistor nimmst liegt Vref bei ca 0,6V... Je nach Bauteil kann dieser Wert aber variieren... Rs = 0,6V / 0,7A = 0,86 Ohm

    Verlustleistung am Widerstand beträgt hierbei: P = U*I = 0,6V*0,7A = 0,42W...

    Ich hoffe ich habe das richtig gerechnet... Falls nicht bitte berichtigen!

    Jemand schrieb:

    Kann ich die Schaltung an 12V betreiben, wenn ich nur eine LED anschließe?
    Ja!
    Bei Fragen bzgl. ULC einfach hier ins Forum oder auch gerne per PN an mich...
    Jepp, alles richtig gerechnet.

    Ein wichtiger Hinweis fehlt noch: Die Differenzspannung wird
    - ausser im Widerstand - hauptsächlich im MOSFET verheizt,
    also 12V - 0,6V - 3,4V = 8V * 0,7A = 5,6Watt.

    Das ist schon ne ordentliche Hausnummer und erfordert einen
    Kühlkörper deftiger Grösse!! Ist halt so, wenn man nur eine
    HP LED an 12V betreibt. Hier wäre dann die Buck KSQ im Vorteil,
    die konvertiert per Speicherdrossel, ohne zu verheizen.

    Bei 3 LEDs an 12V ist die Verlustleistung erheblich ökonomischer:
    12V - 0,6 - 3,4V - 3,4V - 3,4V = 1,2V * 0,7A = 0,84Watt
    Da ist kein Unterschied mehr zur Buck KSQ - ausser im Preis 8o

    mfg
    Bernd
    Noch ein Hinweis: Wenn Du die Schaltung aus dem 2. Post nimmst (die mit verringertem Drop), dann musst Du mit ca. 0,25-0,35 Volt am Widerstand rechnen statt mit 0,6.... ;)
    It's only light - but we like it!

    Da es sich in letzter Zeit häuft: Ich beantworte keine PNs mit Fragen, die sich auch im Forum beantworten lassen!
    Insbesondere solche von Mitgliedern mit 0 Beiträgen, die dann meist auch noch Sachen fragen, die bereits im entsprechenden Thread beantwortet wurden.
    Ich bin keine private Bastler-Hotline, technische Tipps etc. sollen möglichst vielen Lesern im Forum helfen!
    ... und wenn man statt der Schottky-Diode BAT4x eine Si-Diode 1N4148 nimmt und die Widerstände anpasst, lässt sich ein Drop der ganzen KSQ von < 150 m erreichen, davon 50 - 100 mV an R3. Der Widerstand R2 muss dafür 3-5mal größer als R1 sein, R1 wird mit 2 - 5 k gewählt. Und wenn dann der T2 und D1 nicht die gleiche Temperatur haben, weil sie z.B. nicht in Kontakt montiert wurden, und z.B. der T2 noch vom KK der LED geheizt wird, hat man eine Regelschleife für die KK-Temperatur, wobei der LED-Strom bei einer Tempraturerhöhung um 20 ° durchaus halbiert werden kann. Die Instructables-KSQ-Derivate sind manchmal echt spannend.
    Gruß,
    Ausskie
    Danke naeschd, deine Auskunft scheint mir schlüssig. Werde ich ausprobieren.

    hier mal ein Diagramm; schön zu erkennen der Drop von ca. 140mV





    Last ist eine 2,5W COB-LED; die Angaben sind mit Vorsicht zu genießen. Bei längerem Betrieb steigt der Strom durch die Erwärmung des Mosfet geringfügig an. Für die Messreihe habe ich diesen mit einem Kühlkörper versehen und die Werte möglichst schnell aufgenommen.
    Damit dieser Faden nicht einschläft, stelle ich euch zwei Varianten dieser KSQ vor:

    1. Einstallbar mit wenigen Bauteilen:

    Achtung, R2 ist falsch angegeben und muss wesentlich kleiner sein, ca. 5 k. Mosfetauswahl ist nicht kritisch, aber IRLZ34N ist modern, rpeiswert und logic level.; alternativ empfehle ich den IRLU2905

    2. Präzisions-KSQ mit Opamp:

    TLC272 ist ein Präzisionsopamp mit geringer Offsetspannung und erlaubt Eingangsspanungen im Bereich der negativen Betriebsspannung, LM358 wird auch gehen.
    Gruß
    Die Präzisions-KSQ mit OPV ist durch die kaskadierte Referenzerzeugung mit LED4 und D3 unnötig aufwendig und temperaturabhängig.
    Die Schottky-Diode D3 hat einen mittleren Temperaturkoeffizienten von ca.1,7mV/K bei einer Flussspannung von ca. 0,2V. D.H sie hat eine relative Drift von 0,85%/K. Die LED4 hat etwa den gleichen TK bei der zehnfachen Flussspannung, also ist die relative Drift etwa 0,085%/K. Es wäre daher besser, D3 wegzulassen und den Teiler aus R7 und R8 passend zu dimensionieren..
    Die Fussnote an der Präz.-KSQ sagt, dass man die Referenz besser mit einem TL431 aufbaut, die waren mir aber im Februar ausgegangen. Das wichtige bei dieser Schaltung ist, dass der Spannungsabfall am Shunt je nach Dimensionierung unter 50 mV liegen darf, dass erreiche ich mit der Transistorshaltung nicht.
    Einen negativen Temperaturkoeffizienten in KSQs für HP-LED halte ich für nützlich, ein positiver wäre katastrophal.

    Mit diesen Schaltungen wollte ich darstellen, dass man die Instructables-KSQ mit einfachen Mitteln dimmbar bauen kann.

    Gruß,
    Ausskie

    Ausskie schrieb:

    Die Fussnote an der Präz.-KSQ sagt, dass man die Referenz besser mit einem TL431 aufbaut
    Ja natürlich, aber das ändert gar nichts daran, dass der TK der oben gezeigten Schaltung viel schlechter ist, als nötig. Die Lösung mit dem TL431 wäre dann genau so zu machen, wie ich beschrieben habe - ohne die Schotttky-Diode.

    Ausskie schrieb:

    Einen negativen Temperaturkoeffizienten in KSQs für HP-LED halte ich für nützlich
    Ja, die LED hat, genau wie die Schottky-Diode, einen negativen TK.

    Ausskie schrieb:

    Damit dieser Faden nicht einschläft, stelle ich euch zwei Varianten dieser KSQ vor:

    1. Einstallbar mit wenigen Bauteilen:

    Achtung, R2 ist falsch angegeben und muss wesentlich kleiner sein, ca. 5 k. Mosfetauswahl ist nicht kritisch, aber IRLZ34N ist modern, rpeiswert und logic level.; alternativ empfehle ich den IRLU2905

    Hi,

    danke für diese Schaltung. Inwiefern unterscheidet sich das Regelprinzip (des Stroms) von dieser von MOSFET vorgeschlagene Schaltung? Ich brauche ein paar einstellbare KSQs, welche ist ist die "bessere" Lösung?
    Hallo Iceananas
    Die Schaltung macht das gleiche wie die von MOSFET gepostete und beruht auch auf dem gleichen Prinzip: die Basis des T2 wird variabel vorgespannt und durch diese Vorspannung wird die benötigte Regelspannung am Stromfühlerwiderstand und damit auch der strom durch T! und die LED verringert. In der Bauteilanzahl sind beide gleich, bei mir ist mit D3 eine Schottky-Diode drin und bei MOSFET ist es ein weiterer Widerstand.
    Wichtige Unterschiede: MOSFETs Schaltung reagiert mit Stromschwankungen auf eine unstabile Speisespannung. Meine Schaltung fängt sich elektromagnetische Störungen ein und dadurch kann das Licht manchmal flackern.

    Ich baue mittlerweile bei den linearen einstellbaren KSQs nur noch die oben gezeiogte mit Opamp.
    Gruß,
    Ausskie