Effiziente Ansteuerung von K2 gesucht

    Hallo Frickelfreaks,
    nach einem Tag Netzrecherche glaube ich mich bei Euch richtig aufgehoben:
    Ich möchte eine LED-Lampe für einen Freund bauen, der in Kamerun in einer stromlosen Gegend lebt und dafür suche ich eine passende LED-Treiberschaltungen nebs LED.


    Die Lampe soll als Taschenlampe und als Tischlampe eingesetzt werden. Aber dieses Problem ziehe ich mir an, Design ist mein Kerngebiet.


    Die Lampe soll mit Akkus betrieben werden, die mit Solarzellen geladen werden.


    Die Lampe soll:
    1.Priorität: möglichst viel lm/W erzeugen, also effizient sein.
    2.Priorität: möglichst hell sein, schön wäre eine Dimmung, um Strom zu sparen.
    3.Priorität: das Ganze soll möglichst unkompliziert sein und wenig kosten
    Die eierlegende Wollmilchsau also :)


    Ich möchte AA-NiMH-Zellen verwenden, die ich mit einem Solarladegerät (muss ich auch noch suchen) tagsüber fülle. AA-Zellen sind relativ preiswert zu haben und NiMH macht sich in der afrikanischen Umwelt besser als NiCd, falls doch mal eine der Zellen abhanden kommt. Die Anzahl der Zellen ist nicht festgelegt, sie sollte aber möglichst klein sein. Die Dinger müssen ja am nächsten Tag wieder geladen werden und Solarladegeräte sind umso teurer, je mehr Zellen zu laden sind. Naja, realistisch denke ich an drei Zellen.


    Die Recherche hat mich bisher zu der Luxeon K2 (LXK2-PW12-S00, wo bekommt man die eigentlich?) und der Z-Power X3218X pure white geführt, aber ich will nicht ausschließen, dass sich nicht irgendwo noch effizientere Teile vor mir verstecken.


    Bringt hier der Einsatz eines Ausgangsstromgeführten DC/DC-Wandlers etwas? Gibt es da relevante Stromeinsparungen im Gegensatz zum linearen Stromkonstanter? Bei der Dimmung weiss ich nicht, ob man mit einer PWM-Regelung effizienter arbeitet als mit einer primitiven Strom/Spannungsabsenkung: nach den Datenblättern der LED's arbeiten diese bei niedrigeren Strömen effizienter als bei höheren (bei der K2 deutlicher als bei der Z-Power), also sehe ich keinen Vorteil in der PWM-Regelung. Aber da könnt Ihr mich gerne belehren.


    Vielleicht ist das aber ja auch Alles viel zu kompliziert gedacht und ich sollte die K2...S00 direkt an die Akkus schalten: drei Akkus in Reihe ergeben genau 3,6 V


    Ich freue mich auf Vorschläge.


    Gruß, Bernhard

    Zitat

    Die Lampe soll mit Akkus betrieben werden, die mit Solarzellen geladen werden.

    das wird Dein größtes Problem werden! Soll die Solarzelle an der Lampe sein?

    Zitat

    aber ich will nicht ausschließen, dass sich nicht irgendwo noch effizientere Teile vor mir verstecken.


    bei Cree solls was geben,ist aber noch nicht auf deutschen Ladentischen gelandet.
    bei 350- 400mA ist bei Dir eher Schluß oder? wie lange sollen die Akkus halten (2800mAh ?)

    also ich habe hier Lithium-Ionen Akkus von Pollin liegen - die haben Power und sind auch Hochstromfähig (gehen nicht sofort in die Knie, wenn man 1A entnimmt.)


    Ein Problem ist immer das Laden - allerdings haben viele Akkupacks schon integrierte Laderegler - und auch Elektronik die Tiefenentladung verhindert.


    Pollin hat auch folgendes Gerät im Angebot:
    http://www.pollin.de/shop/shop…hp&pg=NQ==&a=MDI5OTkzOTk=
    aber recht groß, dafür mit ziemlicher Ausdauer ;)


    Die Akkus haben sie auch grade im Angebot - netter Formfaktor ;)
    http://www.pollin.de/shop/shop…en&btn_submit=Suchen&ts=0
    So wie die Aussehen haben sie auch ne Ladeelektronik und sind halt schön flach + billig.


    Bei Lithium-Akkus ist IMMER auf den Ladestrom zu achten!
    In diesem Fall wären das 650mA für eine Stunde bei maximal 4,2V.
    Zu niedrig darf der Ladestrom nicht sein, dann halten die Packs nicht sehr lange (in dem Fall vielleicht egal weil billig/klein).
    Bei zu hihem Ladestrom besteht die Gefahr des Ausgasens der Zelle und es kann zu Feuer/Explosionen kommen!
    Die integrierte Elektronik fängt aber die meisten Risiken gut ab - habe hier mal rumgetestet und man kann die Dinger recht gut laden - passt schon.


    Dein Kumpel müsste also ne Solaranlage haben, die ihm ~4,5V mit 750mA liefert (lieber ein wenig mehr einplanen...) - falls sie mehr Volt liefert, kann man mit einem Step-down-Wandler arbeiten, o.Ä..


    Stefan Z

    Hi gilander,
    zu Deinen Fragen:


    1. Die Solarzelle soll außen an Haus/Hütte angebracht werden und über ein Kabel und Stecker an die Lampe angestöpselt werden.


    2. Solange die Effizienz nicht wieder runter geht, gilt für meine Zwecke: je heller, desto besser. Bei der Luxeon K2 ist das Optimum bei der ..S00 bei 2,5 W gegeben -> 40 lm/W. Die ..U00 gibt bei bei 5,8 W nur 23 lm/W her. 100 lm sind nicht die Welt. Das liegt aber immerhin schon zwischen Petroleumlampe (40 lm) und Karbid-Lampe (200 lm). Damit könnte man einen Markt von zig Millionen Menschen ersatzweise bedienen. Aber eine Petroleumlampe ist 'ne ziemliche Funzel. Ich könnte noch mehr darüber erzählen, wenn's interessiert. Auf jeden Fall hätte man damit schon die SOLUX-IP (80 lm) überholt ( http://solux.org/ ), und die ist weltweit schon 23000-fach in Entwicklungsländern unterwegs. Ich bin da total euphorisch drüber, denn ich kenne die technischen und ökologischen Probleme der Leuchtstoffröhren und Vorschaltgeräte. Aber ich komme schon wieder ins quatschen...
    Das verlustfreie Dimmen wäre das Geheimnis (vgl. LED-Kennlinie) und da kreist mein Hirn drum. Jeder soll entscheiden können: hell und kurz Licht oder dunkel und lange.


    Sorry; zu Deiner zweiten Frage: ich scheue mich nicht, Akkus parallel zu hängen oder in Gottes Namen, auch Babyzellen zu verwenden (aber schlechteres Ah/€ - Verhältnis). Die Akkus sollten runtergedimmt 6-8 h halten, bei voller Helligkeit vielleicht 2-3 h.


    Cree habe ich eben mal angeschaut: den unglaublichen Effizienzrekord mit 131 lm/W schaffen die zwar nur mit 20mA-LED's, aber die HighPower-Variante XLamp 7090 XR-E schafft immerhin noch geniale 70 lm/W bei 350mA und max 160lm bei 700mA. Habe gerade mal ein Angebot bei http://www.vossloh-schwabe.de angefordert (lt. eigenen Angaben Exklusivdistributor für halb Europa). Vielen Dank für die Spur!


    Übrigens habe ich mir gestern die PE-4451-913 von http://www.pearl.de bestellt. Der eine "richtige" LED und Dimmung sowie Ladestecker und Ladeschaltung verpassen, das könnte was sein :), mal sehen, wie sie Verarbeitung ist :(


    Das nächste Mal fasse ich mich kürzer :)


    Stefan_Z, als nächstes werde ich mich mit Deinen Vorschlägen befassen. Danke schon mal für die Ideen.

    Die Kapazitätskostens für den von Dir vorgeschlagenen Li-Ion-Akku liegen mit über 1,40 €/Wh 'ne ganze Ecke über denen bei Mignon NiMH (1,18 €/Wh). Zugegeben ungeprüft, ob die Kap. auch bei 350..1000mA rauszuholen ist. Mich schreckt die Komplexität des Ladeverfahrens. Nix für die dritte Welt. Die Ladekennlinie eines Solarladegerätes ist weitgehend wetterabhängig, da sind NiMH wohl gutmütiger. Aber danke für den Hinweis auf die Hochstromfähigkeit, muss ich mir noch Gedanken machen. Vielleicht dann doch Monozellen...

    Zitat

    1. Die Solarzelle soll außen an Haus/Hütte angebracht werden und über ein Kabel und Stecker an die Lampe angestöpselt werden.

    Hätte ich mir auch selbst denken können,sorry 8)

    Zitat

    Die Akkus sollten runtergedimmt 6-8 h halten, bei voller Helligkeit vielleicht 2-3 h.


    wenn Du die ...S00 nimmst passt das mit 2800mAh AA ganz gut,benutze ich selbst, allerdings mit ner PWM, und das wird nix mit 6-8 h!
    Dimmung wird eher schwierig,bin aber nicht der Elektroniker hier.Vielleicht ist eine Stufenschaltung der Spannung besser (Spannungsregler-verlustarm).
    Bin auf deine Lösung gepannt wie Du die Lampe nutzen willst als "Tischlampe" (weiches Licht) und "Taschenlampe" (gebündeltes Licht).Willst Du mehr als eine Power LED pro Lampe verbauen?

    Zitat von "bernhard"

    .


    Cree habe ich eben mal angeschaut: den unglaublichen Effizienzrekord mit 131 lm/W schaffen die zwar nur mit 20mA-LED's, aber die HighPower-Variante XLamp 7090 XR-E schafft immerhin noch geniale 70 lm/W bei 350mA und max 160lm bei 700mA. Habe gerade mal ein Angebot bei http://www.vossloh-schwabe.de angefordert (lt. eigenen Angaben Exklusivdistributor für halb Europa). Vielen Dank für die Spur!


    .


    Die Xlamp XR-E schafft in der Q3 Selektion 90lm/W bei 350ma.;)
    Leider kriegt man die noch nicht zu kaufen.
    Bei 200ma hätte sie aber weit über 100lm/w.

    Zitat

    Bin auf deine Lösung gepannt wie Du die Lampe nutzen willst als "Tischlampe" (weiches Licht) und "Taschenlampe" (gebündeltes Licht).Willst Du mehr als eine Power LED pro Lampe verbauen?


    Ich will nur eine LED verwenden. Wenns fertig ist, kann ich Dir ja mal ein Foto schicken. Kann aber noch 'ne Weile dauern.

    Also wenn du die Lampe dimmst hast du ja bestimmt auch Verluste die du unnötigerweise in Wärme verbrätst. Wenn du für die Tischlampenfunktion einfach auf "normale" LED's mit einem breiten Streuwinkel und entsprechender Helligkeit zurückgreifst erreichst du den gleichen Effekt. Könntest diesen 2 Modus für Stationär und Streulichtbetrieb nutzen. Hast zwar 2 LED´s mehr drin aber einen geringeren Stromverbrauch.


    Is nur ein Vorschlag ...

    Hi,


    hast du auch schon mal an Sub-C Zellen als Stromquelle gedacht? Die sind auf jeden Fall hochstromfähig, werden ja hauptsächlich im Modellbau oder Akkuschraubern verwendet. D.h. die Spannungskennlinie ist ziemlich gut. Und Kapazitätsmäßig bekommst du auch Zellen mit 4Ah, sind halt dann ziemlich teuer. Ich hab sehr gute Erfahrungen mit Sanyo Zellen. Zudem arbeiten diese Zellen dann auch bei deutlich erhöhten Temperaturen noch sehr gut und gehen nicht gleich in den Akkuhimmel... Immerhin ist es in Afrika ja meistens recht warm.
    Aber für geringere Ströme bekommst du auch schon recht günstige Zellen mit 3Ah für 3-4Euro, beispielsweise die Sanyo 3600 für 4€.


    mfg


    psi2k

    Hallo bernhard,


    hab mit Interesse diesen Thread gelesen. Ich glaub, mit der Stromversorgung kann ich helfen. Ich hab mir vor ein paar Wochen auch eine LED Leuchte mit einem 3W Luxeon Emitter gebaut, die so effizient wie möglich sein sollte. Betrieben wird die mit 3 Mignonakkus, derzeit 1700er, können aber auch noch mehr werden.


    Das Problem war dann, daß ich auch eine Möglichkeit haben wollte, die Leistung einzustellen - eben kurz&hell oder lang&dunkler. Mit konservativen Stromreglern ist das aber nicht effektiv machbar, da die ja als Längsregler einfach nur eine Menge Energie verheizen. Also muß ein DCDC Konverter her.


    Für den Zweck gibt es bei vielen Chipschmieden schon fertige Lösungen. Entschieden hab ich mich für den LTC3454 von http://www.linear.com , der macht von 1,9 bis 5,5V Eingangsspannung bis 1A Ausgangsstrom für eine Hochleistungs-LED.


    Zudem kann der Ausgangsstrom über zwei Widerstände eingelstellt werden, insgesamt auf vier Stufen:


    Aus
    Stufe 1: 300mA
    Stufe 2: 600mA
    Stufe 3=1+2=900mA
    Die Stufen werden mittels Schaltern bedient, also sehr wartungarm und robust.


    Damit hab ich dann alle Möglichkeiten, das Licht zu Dauer Verhältnis einzustellen.


    Mit 1MHz Operationsfrequenz sind auch die Bauteile herum sehr klein dimensionierbar und ein Wirkungsgrad von 80-90% sorgt für effektive Ansteuerung der LED.


    Insgesamt läuft die Schaltung jetzt sehr stabil und ich möchte diese Hochleistungslampe nicht mehr missen...


    Allerdings gibt es im Schaltungsaufbau eine Kleinigkeit zu beachten, die hat mich vier Chips gekostet. Darüber kann ich aber noch einmal gesondert schreiben.


    Könnte mir aber vorstellen, daß man mit 3 Monozellen o.ä. mit dieser Schaltung und einer LED effektiv eine solche Lampe bauen kann. Bei Preisen um die 2-3$ ist der Treiber-IC auch nicht sehr teuer.


    MfG Kurzschluß

    Hi Kurzschluß,


    deine Lampe würde mich interessieren, bin selbst am bauen und möchte mir eine LED Lampe mit ner 3W oder 5W Luxeon oder Cree bauen. Hab allerdings keine Dimmung eingeplant. Deshalb würde es mich interessieren.


    Greetz

    Hi Kurzschluß,


    schön daß Deine Schaltung jetzt läuft, was war denn das Problem?


    Ein paar allgemeine Fragen: Wo kaufst Du den LTC3454?
    Wie verlötest Du den, der ist ja so klein, daß ich mir ehrlich gesagt nicht zutraue, den zu verlöten ohne alle Anschlüsse kurzzuschließen.
    Hast Du eventuell ein Platinendesign und ne Bestückungsliste, die ich übernehmen könnte?
    Hast Du auch schon versucht, die Regelung fließend mit Potentiometer zu machen?
    Möchte mir nämlich auch gerne ne Lampe bauen, hänge aber am Regler. Bei mir soll´s ne Stirnlampe werden, die beim Camping lange Licht macht und nur dann Hell ist wenn´s mal wirklich gebraucht wird.


    Vielen Dank schon mal für die Hilfe!


    Cheerio,


    Chrissi

    An psi2k: Bei den angegebenen Preisen scheint die SubC-Zelle interessant zu sein, werde es in Erwägung ziehen. Nach Gesprächen mit Akkuprofis werde ich aber vermutlich Einlötversionen nehmen, um Übergangswiderstände zu vermeiden.
    An Kurzschluss: Der LTC3454 schein interessant zu sein, schafft die 90% Wirkungsgrad aber nur bei Vi knapp über Vled. Ist da nicht mehr drin? Es kommen schon die Tränen, wenn man die schöne Effizienz gleich wieder verheizt. Warum hast du Dich nach Deiner Marktdurchforstung für den Chip entschieden? Gab ja noch ein paar andere interessante. Z.B. auch welche, die mit einer Zelle auskommen (hätte beim Laden des Akkus Vorteile. Zelltod durch Rückwärtsbetrieb bei unterschiedlichen Akkukapazitäten würde z.B. vermieden).
    Infos zu Cree: nach diversen Vergleichsphotos an anderer Stelle dieses Forums ist sie wohl tatsächlich erheblich heller als die K2.
    Preise habe ich bei http://www.vs-optoelectronic.com angefragt, je nach Stückzahl (10...1000 Stück kosten die Cree zwischen 5,50 und 3,35 EUR/Stck für die P3-Selektion. Interessant: man bekommt die LED gegen Aufpreis auch auf einer 20mm runden Alu-Platte.
    Ich habe aber gerade im Forum von der Seoul SSC P4 gelesen (spezielle Selektion des Cree-Chips). Wäre noch heller und arbeitet schon bei 3.0-3.2V, was sehr interessant für den Betrieb mit 3 NiMH-Akkus ist. Aber da kümmere ich mich erst nach Kamerun drum.