High-Power Infrarot LED - ungünstige Ausgangsspannung

    High-Power Infrarot LED - ungünstige Ausgangsspannung

    'Hallo,

    ich würde gerne eine High-Power Infrarot LED (OSRAM Black Series 850nm auf Star Platine / OSRAM SFH 4715S) betreiben.

    Strahlungsleistung 1070mW
    Wellenlänge 850nm
    Spannung 2.9V
    Strom 1000mA

    Datenblatt



    Als Stromquelle ist ein Raspberry Pi Zero WH angedacht. Es gibt 5V Spannung und für die LED stehen noch ca. 2A (von max. 2,5A) zur Verfügung.

    Die Konstellation von 5V Ausgangsspannung und die LED mit 2,9V Flussspannung bereiten mir aber etwas Kopfzerbrechen.
    Ein Widerstand ist wegen der Verlustleistung wohl nicht geeignet und ein Linearregler ist für mich schon zu kompliziert.

    Deshalb dachte ich daran einfach zwei LEDs zu betreiben, dann würden 5,8V anfallen und die LEDs werden auch nicht am Limit betrieben.

    Nur habe ich dabei auch zwei Sorgen...

    Die LEDs laufen dann mit weniger Spannung. Wird dadurch auch der Strom reduziert?
    Im Datenblatt ist mir nämlich diese Stelle aufgefallen: “Spectral bandwidth at 50% of Imax (IF = 1 A, tp = 10 ms) 30nm”.
    Wichtig ist mir, dass das Spektrum nicht von 850nm abweicht.

    Und das andere Problem wäre wohl, dass der Raspberry Pi nur noch knappe 2A für die LEDs übrig hat. Ist das nicht etwas knapp bemessen? Ich möchte ungern blauen Rauch aufsteigen sehen.


    Könntet Ihr mit bitte einen Ratschlag geben, wie ich vorgehen sollte?

    Gruß
    Flo

    Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von „Flo Baum“ ()

    Flo Baum schrieb:


    Als Stromquelle ist ein Raspberry Pi Zero WH angedacht. Es gibt 5V Spannung und für die LED stehen noch ca. 2A (von max. 2,5A) zur Verfügung.


    Das ist etwas unlogisch. Du meinst ein 5V Netzteil mit 2,5A, mit dem auch der Raspi betrieben wird? Der Raspi selbst kann keine 2A treiben.

    Flo Baum schrieb:

    '
    Im Datenblatt ist mir nämlich diese Stelle aufgefallen: “Spectral bandwidth at 50% of Imax (IF = 1 A, tp = 10 ms) 30nm”.
    Wichtig ist mir, dass das Spektrum nicht von 850nm abweicht.


    Je nach Stromfluß und Erwärmung wirst du Abweichungen des Zentralpeaks bei 850nm haben, aber üblicherweise sind die ~1-5nm, wird dir also nicht auffallen. Mal davon abgesehen dass es eine LED und kein Laser ist, also immer ein gewisse Bandbreite existiert.

    Flo Baum schrieb:

    '
    Die LEDs laufen dann mit weniger Spannung. Wird dadurch auch der Strom reduziert?


    Bei 2 LEDs in Serie reichen 5,0V für einen Strom von grob 10mA, da brauchst du keine Power-LED. Deshalb brauchst du eine KSQ vor jeder LED, ob Linear oder geschaltet. Aber du musst ja nicht selber löten:
    https://www.led-tech.de/de/PowerLine-LED-Konstantstromquelle-1000mA-30V oder alternativ die geschaltete Version led-tech.de/de/BUCK-V2-Konstantstromquellen-1000mA-42V

    Ach ja, die Stars brauchen auch einen Kühlkörper.
    Hallo,
    danke für deine Antwort.

    Der Zero WH hat keine Strombegrenzung.
    Je nach Netzteil, kann man entweder von Pin 2, 4 oder USB reichlich Strom erhalten.

    In meinem Fall:
    2,5A (Netzteil)
    - 0,5A (Zero WH inkl. Zubehör)
    = 2A

    Eine HP-LED (2,9V und 1000mA) müsste doch mindestens ohne KSQ betrieben werden können?

    Gruß
    Flo

    Flo Baum schrieb:


    ich würde gerne eine High-Power Infrarot LED (OSRAM Black Series 850nm auf Star Platine / OSRAM SFH 4715S) betreiben.
    Strahlungsleistung 1070mW , Wellenlänge 850nm , Spannung 2.9V , Strom 1000mA

    Als Stromquelle ist ein Raspberry Pi Zero WH angedacht. Es gibt 5V Spannung und für die LED stehen noch ca. 2A (von max. 2,5A) zur Verfügung.
    Die Konstellation von 5V Ausgangsspannung und die LED mit 2,9V Flussspannung bereiten mir aber etwas Kopfzerbrechen.
    Ein Widerstand ist wegen der Verlustleistung wohl nicht geeignet und ein Linearregler ist für mich schon zu kompliziert.
    Deshalb dachte ich daran einfach zwei LEDs zu betreiben, dann würden 5,8V anfallen und die LEDs werden auch nicht am Limit betrieben.
    Nur habe ich dabei auch zwei Sorgen...
    Die LEDs laufen dann mit weniger Spannung. Wird dadurch auch der Strom reduziert?
    Im Datenblatt ist mir nämlich diese Stelle aufgefallen: “Spectral bandwidth at 50% of Imax (IF = 1 A, tp = 10 ms) 30nm”.
    Wichtig ist mir, dass das Spektrum nicht von 850nm abweicht.
    Und das andere Problem wäre wohl, dass der Raspberry Pi nur noch knappe 2A für die LEDs übrig hat. Ist das nicht etwas knapp bemessen? Ich möchte ungern blauen Rauch aufsteigen sehen.

    Hallo,
    wie schon geschrieben, ist es Unsinn, den max. Nennstrom des NT als Strombegrenzung der LED irgendwie nutzen zu wollen. Genauso kann man LED nicht sinnvoll durch einstellen einer Spannung betreiben. LED sind nun mal "stromgesteuerte Bauelemente".

    Welchen Strom benötigst du denn überhaupt? Es steht auch nirgends geschrieben, dass die LED mit 1A betrieben werden muß.
    Im Gegenteil, ein niedrigerer LED-Strom macht weniger Probleme bei der Kühlung und erhöht die Effizienz und die Lebensdauer.

    Natürlich ist auch ein Vorwiderstand ohne große Probleme einsetzbar. Bei ca. 2,9V und 1A müßten über den Vorwiderstand ca. 2,1V abfallen
    -> Vorwiderstand braucht ca. 2,2 Ohm, aber die Bauform muß für eine Verlustleistung von über 2W ausgelegt sein.
    Ich empfehle, den Strom niedriger einzustellen (z.B. 500mA) und dann einen passenden 5W-Leistungswiderstand (hat gute Reserve) zu beschaffen.

    Die IR-ED soll an die SV den Raspi angeschlossen werden. Soll den die LED auch vom Raspi angesteuert werden?
    Dazu bräuchtset du auch noch einen passenden Treiber (z.B. FET). Ist dir auch klar, dass der LED ordentlich gekühlt werden muß?

    Die Verschiebung der Wellenlänge wird wohl unkritisch sein. Die 850nm sind eh nur ein mittlerer Wert, aber bei 30nm Bandbreite dürfte es egal sein.
    Wofür wird den das benötigt?
    Gruß Helles Licht

    dottoreD schrieb:

    Nein, wie denn an 5V, 2,5A?

    Damit kenne ich mich ja leider nicht aus. Vielleicht lässt sich die Spannung senken und Kompromisse wie z.B. eine andere LED(s) wären auch ok.

    HellesLicht schrieb:

    LED sind nun mal "stromgesteuerte Bauelemente".

    Ahhh... danke, jetzt fällt bei mir endlich der Groschen.

    HellesLicht schrieb:

    Welchen Strom benötigst du denn überhaupt?

    Das weiß ich leider nicht genau.
    Es würde jedenfalls reichen, wenn 10 Meter gut ausgeleuchtet werden.

    HellesLicht schrieb:

    Natürlich ist auch ein Vorwiderstand ohne große Probleme einsetzbar.

    Wäre ein Schaltreglermodul vielleicht eine effiziente Lösung? Die gibts zum Glück schon fertig zu kaufen.

    HellesLicht schrieb:

    Soll den die LED auch vom Raspi angesteuert werden?

    Wenn ich die LED zum Laufen bekommen habe, wäre das der nächste Schritt. Habe mich schon grob informiert, dass es mit einem schaltbaren GPIO Pin und einem Transistor funktionieren soll.

    HellesLicht schrieb:

    Ist dir auch klar, dass der LED ordentlich gekühlt werden muß?

    In einem ILS Datenblatt habe ich gesehen, dass ein 20mm x 50mm Alu-Kühler bei 1000mA ausreichen soll.
    Habe deshalb an diesen gedacht: 20mm massiver Alu-Kühlkörper

    HellesLicht schrieb:

    Wofür wird den das benötigt?

    Meine Mutter hat sich eine Überwachungskamera für den Hinterhof gewünscht. Ich habe einen ungenutzten Pi Zero und dachte mir, dass sich mit der NoIR-Cam, IR-Beleuchtung und Motion etwas Brauchbares zusammenstellen lässt.

    Gruß
    Flo

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    Superluminal schrieb:


    Nimm ein Schaltreglermodul mit einem Dimmeingang, dann kannst du es mit einem digitalen Ausgang gleich mit an und ausschalten und sparst dir den Leistungs-FET

    Hallo,
    das ist natürlich eine Variante, die einen gewissen Charme hat, weil sie das Problem der Ansteuerung gleich mit erledigt, weil das für den Fragesteller durchaus ein Problem sein wird.

    Wegen Wirkungsgrad lohnt sich der Einsatz eines Schaltreglers aber kaum.
    Man wird damit von 5V auf 3,3V kaum mehr als ca. 80% Wirkungsgrad erreichen. Mit simplen Vorwiderstand liegt der Wirkungsgrad aber auch schon bei knapp 60%.
    Das Einsparpotenial ist also nur ca. 1W oder weniger. Ein robuster Vorwiderstand ist auch vergleichsweise ein sehr zuverlässiges, quasi unkaputtpares Bauelement.

    Wegen der Reichweite müßtest du mal ausprobierenm ob eine IR-D überhaupt reicht.
    Evtl. wird auch eine Vorsatz-Optik was bringen, wenn damit der Abstahlwinkel eingeengt wird.

    Ein Kühlkörper mit 20mm x 50mm mal 2 Seiten sind insgesamt ca. 20cm² für die ca. 3W Leistungsaufnahme.
    Das würde zwar reichen, ist aber knapp dimensioniert. Bessere Kühlung verursacht auch einen besseren Wirkungsgrad und längere Lebensdauer.
    Gruß Helles Licht

    dottoreD schrieb:


    Ja, siehe mein link oben.

    Aber warum kaufst du dir dann nicht einfach eine fertige IR-Beleuchtung?

    Oh, entschuldige... zu dem Zeitpunkt war mir die Funktionsweise nicht ganz ersichtlich.
    z.B. dass der Buck die Spannung automatisch einstellt und je nach LED Temperatur nachregelt usw. und dann bin ich irgendwie drüber hinweg gekommen.

    Ein IR-Scheinwerfer wäre funktional bestimmt die beste Wahl.
    Ich würde alle benötigten Komponenten aber gerne so kompakt/dezent wie möglich unterbringen. Die IR-HP-LED inkl. Kühler könnte ich noch gut in mein geplantes Gehäuse integrieren (an die Abwärme habe ich gedacht).

    Superluminal schrieb:

    Nimm ein Schaltreglermodul mit einem Dimmeingang, dann kannst du es mit einem digitalen Ausgang gleich mit an und ausschalten und sparst dir den Leistungs-FET ;)

    Das ist eine wirklich coole Idee.
    Wenn ich das richtig verstanden habe, könnten auf dem Kamerabild aber schwarze Frames bzw. Flackern zu sehen sein.


    HellesLicht schrieb:

    Ein robuster Vorwiderstand ist auch vergleichsweise ein sehr zuverlässiges, quasi unkaputtpares Bauelement.

    Wäre ein Keramikwiderstand mit 2.7 Ohm und 5W (oder mehr Watt) eine gute Wahl?

    Die LED würde dann mit ca. 700mA betrieben werden und wenn ichs richtig verstanden habe, bleibt der Gesamtverbrauch trotzdem bei ca. 3W bzw. 1000mA, nur es wird zwischen LED und Widerstand verteilt?
    Ach ja, und Falls die Spannung vom Rasperry Pi vielleicht auf 5,2V liegt, wäre das auch kein Problem?

    HellesLicht schrieb:

    Evtl. wird auch eine Vorsatz-Optik was bringen

    Super, werde ich auf jeden Fall versuchen.

    HellesLicht schrieb:


    Ein Kühlkörper mit 20mm x 50mm mal 2 Seiten sind insgesamt ca. 20cm² für die ca. 3W Leistungsaufnahme.
    Das würde zwar reichen, ist aber knapp dimensioniert.

    Wäre die Kühlung dann mit dem 2.7 Ohm Widerstand gut dimensioniert?
    Oder sollte es sicherheitshalber der 28,5mm x 18,5mm Stiftkühlkörerper werden?


    Danke für eure Hilfe & sorry für die vielen Fragen.

    Gruß
    Flo

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    Flo Baum schrieb:

    Superluminal schrieb:
    Nimm ein Schaltreglermodul mit einem Dimmeingang, dann kannst du es mit einem digitalen Ausgang gleich mit an und ausschalten und sparst dir den Leistungs-FET


    Das ist eine wirklich coole Idee.
    Wenn ich das richtig verstanden habe, könnten auf dem Kamerabild aber schwarze Frames bzw. Flackern zu sehen sein.


    Du sollst ja nicht per PWM dimmen, sondern nur ein und ausschalten. Beim Dimmen per PWM hättest du in der Tat Streifen auf dem Bild. Schaltfrequenzen von 100 kHz und darüber, sollten nicht mehr zusehen sein. Je nach Schaltungskonzept sind in den Modulen (bei meinem Bausatz im Marktplatz ist das so) hochkapazitive Keramikkondensatoren am Ausgang verbaut, so das der Ausgangsstrom nicht von null auf 100% schwankt, sondern nur noch leicht pulsiert.
    Für die Jüngeren: Led Zeppelin ist KEIN beleuchtetes Luftschiff! :D

    Superluminal schrieb:

    (bei meinem Bausatz im Marktplatz ist das so)


    Gibt es eigentlich sonst triftige Gründe die hier für einen Bausatz, und gegen das Fertigmodul aus dem Shop sprechen?

    @Flo Baum: du hast die Star-Emitter schon?
    Es geht auch der 2,7Ohm, effektiv wirst du wohl kaum einen Unterschied in der Helligkeit bemerken. Allerdings wird auch ein 5W Widerstand bei 2W Verlustleitung warm, und die Wärme muss aus deinem kleinen Gehäuse.
    Berechnet nach ledhilfe.de/download/file.php?…3716d211081e3ae654e31c1fc reicht der Kühlkörper auch bei 1A.

    Superluminal schrieb:

    Du sollst ja nicht per PWM dimmen

    Ah, ok... wieder etwas gelernt.
    Habe mir deinen Bausatz mal angesehen, wäre damit aber momentan überfordert.
    Ich bin erstmal froh, dass sich die LED mit einem simplen Widerstand betreiben lässt.

    dottoreD schrieb:

    @Flo Baum: du hast die Star-Emitter schon?

    Ich habe noch nichts bestellt.
    Wollte erst warten, bis ich mir ganz sicher bin, dass ich die Beleuchtung zum Laufen bekomme.

    dottoreD schrieb:

    Es geht auch der 2,7Ohm, effektiv wirst du wohl kaum einen Unterschied in der Helligkeit bemerken.

    Super, das klingt klasse.

    dottoreD schrieb:

    Allerdings wird auch ein 5W Widerstand bei 2W Verlustleitung warm, und die Wärme muss aus deinem kleinen Gehäuse.

    Wenn es passiv nicht reicht, wäre bestimmt noch Platz für einen winzigen Lüfter.

    dottoreD schrieb:

    Berechnet nach ledhilfe.de/download/file.php?…3716d211081e3ae654e31c1fc reicht der Kühlkörper auch bei 1A.

    Juhu... den 20mm x 50mm kann ich ideal platzieren um die Hitze abzuführen.