12V Solarleuchte mit 7 CREE LEDs

  • Um für einen Bekannten eine Gartenhaus Beleuchtung möglichst effizient
    aufzubauen habe ich zuerst einige Sachen durchkalkuliert und versucht
    eine möglichst einfache und kostengünstige Lösung dafür zu finden. ?(


    Es ist nicht ganz so einfach, da wegen den Solargespeisten Blei Pufferakkus im Schnitt
    zwischen 10,5 Volt und 14 Volt Verfügung an Betriebsspannung zur Verfügung stehen. :evil:


    Das ginge zwar gerade noch so eben mit einer guten Schaltregler KSQ aber aus
    EMV technischen Gründen war das nicht machbar da absolute Störfreiheit
    gefordert war, es sollte nix irgendwo reinstrahlen können. :|
    Speziell diese billigen KSQs sind ja der letzte (EMV) Dreck, davon habe ich selber eine
    ganze Handvoll rumliegen, mit einem fetten Elko im Eingang sind die dann zwar
    gar nicht mehr so schlecht aber dann baue ich mir lieber gleich was gescheites auf.


    Um von den Spannungsschwankungen im Eingang wegzukommen wurde ein
    Step Up Regler vorgesehen, mit zusätzlicher Ripple Filterung und im Alugehäuse
    ist der sauber zu betreiben. Das ist ein MC34063 in der Standartbeschaltung. ;)



    Die Ausgangsspannung wurde regelbar über Poti ausgelegt, eine Lineare KSQ
    MADE BY MOSFET (Super Teil mit 0,2 Volt drop) übernimmt die Begrenzung. :thumbsup:
    SUPER LowDrop KSQ


    Ein Vorteil dieser KSQ gegenüber zum Beispiel einem CAT 4101 ist die reduzierte
    Drop Spannung sowie das wegfallen einer separaten 5V Versorgung.
    Wenn eine PWM Steuerung zum Einsatz kommt ist das egal, da hier sowieso die
    5 Volt benötigt werden, aber in einer einfachen Stand Alone Version sind die nicht nötig.


    Wie komme ich jetzt hier noch auf eine ordentliche Effizienz ? :wacko:


    Die 7 Cree LEDs benötigen bei ca. 360mA eine Spannung von ca. 22 Volt,
    der Step Up Regler ist eingestellt auf maximal 22,5 Volt, das sind dann 360mA.
    Der Strom lässt sich stufenlos regeln ab ca. 30mA (Nachtbeleuchtung).


    Bei einem Versuchsaufbau mit 12 Volt und 2 x 3 LEDs und 2 linearen KSQ konnte ich
    einen Wirkungsgrad von ca. 79% erreichen. (Wurde schon recht warm) X(


    Bei diesem Versuchaufbau wie oben beschrieben komme ich mit 7 LEDs auf 78%
    Wirkungsgrad und das ohne Störstrahlung und voll regelbar bei einem
    Eingangsspannungsbereich von 10 Volt bis 18 Volt, das deckt alles ab.
    Die Helligkeit dieser 7 CREE Leds ist schon enorm, ich war echt überrascht.


    Die Wärmeentwicklung der Schaltung ist fast nicht vorhanden, die KSQ bleibt kalt und
    würde gar kein Kühlblech benötigen, aber beim Versuch ist es immer besser. :D


    Das obige Foto zeigt den Versuchsaufbau, der Step Up Regler hat noch verbesserungs-
    Potential, die Platine ist halt noch rumgelegen, da sind schon noch einige % drinnen.
    Wenn dieser Aufbau mit einem Alugehäuse zugedeckt wird ist 50cm daneben mit
    einem Prüfempfänger keine Strahlung auf der Schaltfrequenz von ca. 45kHz zu erkennen.


    Zu den Kosten, die Elektronik kostet komplett keine 5,00 Euro und es sind nur Standartbauteile,
    welche überall erhältlich sind falls mal was kaputt gehen sollte. 8o



    Das ist jetzt nur der Versuchsaufbau um das ganze zu testen, das kommt jetzt in eine
    ordentliches Gehäuse rein wird dann bei einem Grillabend eingeweiht werden.



    Das ist jetzt noch eine andere Version ohne eine Poti Regelung, die ist jetzt fix auf
    7 LEDs eingestellt und hat einen gemessenen Wirkungsgrad von 84%. :thumbup:



    Obwohl das nur ein Kunststoffgehäuse ist hält sich die Störstrahlung in Grenzen
    und ist in einigen Metern Entfernung kaum mehr feststellbar.




    MfG Raimund

  • Schön gemacht. Was ich mich nur frage, 78% wirkungsgrad sind doch sicher nicht das Maximum, was man da rausholen kann. An sich sollte es doch möglich sein, den MC34063 gleich stromgeregelt zu betreiben, indem man den Referenzeingang an nen Widerstand zieht, der genau 1,25V bei 350mA erzeugt. Das macht nur 5% der Spannung an den LEDs aus, kann man mithin vergessen.


    Eher ist interessant, wie das mit der Induktivität hinhaut. 10µH erscheinen mir bei nur 45kHz doch deutlich zu wenig, da kann man schon mal paar 100µH investieren. Da hast Du doch mit Sicherheit lückenden Betrieb.


    Oder man baut das mit einem LT3477, der oszilliert bei 1MHz und macht über 90% Wirkungsgrad mit sehr kleinen Induktivitäten. Da sollten auch die 10µH passen.

  • Hier ist nun mal der Schaltplan dazu, ist aus dem original Datenblatt
    mit den Angaben zu den geänderten Bauteilen, die Elkos sollten low ESR sein.



    Die Spule hätte ich evtl. besser mit 101 beschriften sollen, wenn das Foto von
    dem Aufbau hier reingestellt wird, also das sind 100µH, sorry. ;(


    Der Strom ist ab ca. 75% nicht mehr lückend, darunter natürlich schon. :huh:


    In dem Aufbau welcher noch bei mir ist komme ich auf ca. 84% Wirkungsgrad
    Inklusive der linearen KSQ, das ist meiner Meinung nach sehr gut.
    In einigen AN Notes vom Hersteller sind die Effizienzwerte der reinen
    Schaltung bei StepUp Betrieb mit bis zu ca. 88% angegeben, mehr
    ist da anscheinend nicht drinnen. 8|


    Ausser dem LT3477 (ist aber TSSOP) gibt es ja noch mehrere ICs von LT
    welche dafür verwendet werden könnten. Ich habe unter anderem auch schon
    den LT1070 verwendet, der ist zwar recht gut aber recht empfindlich, da habe ich
    schon einige davon geliefert, für Versuche eher nicht so der Hit.


    Allerdings liegen aber auch preislich weit über 5,00 Euro, der MC 34063 kostet so
    um die 0,30 Euro und ist hier auch noch gesockelt, sollte der kaputtgehen dann
    kann der ohne Probleme getauscht werden.



    Jetzt habe ich gerade noch einige Versuche gemacht mit Taktfrequenzen von
    25kHz und 35kHz sowie mit Spulen 150µH und 330µH.
    Es bleibt bei einem Wirkungsgrad von 82 – 84%, mehr ist hier nicht drinn. X(




    MfG Raimund

  • Ok, bei 100µH sieht das schon anders aus. Hätte ich mir eigentlich denken müssen... Sonst hätte es wohl kaum funktioniert.


    Was mir noch einfiele, einen externen Leistungstransistor zu nehmen. Der interne des MC34063 ist, je nach Hersteller, nicht so der Hit. Die sind zwar bis 1,5A angegeben, aber die Flußspannungen sind schon manchmal immens.


    Ich würd mal nen kleinen Mosfettreiber aus zwei Transistoren und einen kleinen Mosfet (irgend so einen SOIC8 mit geringerer Gatekapazität) verwenden, da ist sicher noch etwas zu holen.


    Alles in allem - für den Bauteilkostenaufwand ein sehr gutes Ergebnis.