Wenn du die Dimensionierung meiner Schaltung unverändert übernimmst, liegt die Stromaufnahme bei ca. 1A und der LED-Strom bei ca. 300mA. Die Laufzeit ist dann 2,85Ah/1A=2,85h.
Das Gehäuse reicht als Kühlung, die Frage ist nur, wie du die LED thermisch an das Gehäuse ankoppelst. Danach und nach dem Reflektor, der Farbtemperatur, der Effizienz usw. musst du die LED aussuchen.
Beiträge von Transistor
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Es gibt überhaupt keine weiße Led, die für die direkte Versorgung mit 2,4V oder 3V geeignet ist. Alle weißen LEDs brauchen Spannungen >3V. Du braucht also einen geeigneten Treiber oder eine andere Spannungsquelle. Wenn du AA-Akkus verwenden willst, kannst du meinen 1,2V-Step-Up-Treiber einbauen. Wenn du lieber LiIon-Akkus nehmen willst, nimm einen linearen Low-Drop-Regler. Beide genannten Treiber lassen sich in den freiwerdenden Raum der einen AA-Zelle einbauen.
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Grundsätzlich solltest du so viele Chips wie möglich in Reihe schalten. Dadurch erreichtst du die Versorgung mit dem kleinstmöglichen Strom. Bei 4 MC-E hast du 16 Chips. Man kann aber nur jeweils maximal 3 in Reihe schalten (wegen Uf=3,4V bei 700mA, 4 Chips wären schon 13,6V). Man könnte nun 5 x 3 Chips in Reihe schalten und diese sowie den einzelnen Übrigen mit je einer KStQ versorgen. Dann sind die einzelnen MC-Es aber miteinander verknüpft. Eine andere Möglichkeit wäre jeweils 2 Chips in Reihe zu schalten. Dann hast du 8 Stränge zu je 700mA und du brauchst 8 KStQ mit 700mA.
Bei 3 Chips in Reihe würde ich lineare KStQ verwenden, wenn es weniger Chips sind, dann geschaltete KStQ.
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Als Tiefentladeschutz reicht eine Spannungsmessung, abschalten bei 1V je Zelle, also 6V beim 7,2V-Akkupack. Gilt aber nur bei identischen Zellen. Aufladen geht im Pack auf einfache Art wohl nur mit Konstantstrom und Zeit, die -dU-Methode funktioniert nur bei Einzelzellen und die Spannung selbst ist von zu vielen Dingen abhängig. Also Konstantstromquelle mit z.B. 0,5A für 7 Stunden laden lassen (=3,5Ah für Akkupack mit 3Ah) und fertig.
Die Maße der Akkupacks stehen im Reichelt-Katalog in der selben Zeile wie Bezeichnung und Preis.Edit:
Die in ein Akkupack zu ladende Strommenge (Ah) steht in der Regel sogar auf diesen drauf. Meist das 1,4-fache der Nennkapazität. Den Strom selbst muss man nicht so genau einhalten, es kommt vor allem auf die Strommenge an. Der Ladestrom sollte etwa so sein wie der Entladestrom, die Ladezeit muss man dann entsprechend anpassen. -
Ich würde die offenen Enden der Potentiometer jeweils mit dem Schleifer verbinden. Sonst steigt die Ausgangsspannung bei kratzendem Schleifer (kurzzeitige Unterbrechungen) auf Werte nahe der Eingangsspannung und zerschießt evtl. die Last. Mit der Verbindung ist die Ausgangsspannung dann auf etwa 22,5V begrenzt.
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Selbst unter Berücksichtigung von Punkt 1 wird sich somit auch in meiner Rechnung nicht allzu viel ändern.
Na das sehe ich anders:
Die in den Kühlkörper eingetragene Leistung erhöht sich dann mit den neuen Werten auf (65%/50%)*(24 Led/15Led)=2,08. Das ist mehr als die doppelte Leistung und damit Übertemperatur.
2) Meine Beispielrechnung ging jetzt von einem Kühlkörper mit 0,5K/W aus mit 15 LEDs drauf.
Ja wieso das denn? Der Themenstarter hat die Festlegung auf Module mit 24 LEDs mehrfach betont und in Bildern gezeigt. Man kann sich doch die passenden Bedingungen nicht selbst aussuchen.
Ich war mir der Problematik mit der Effizienz der LED schon bewußt, da ich aber den genauen Wert nicht kannte, ebenso wie den Wärmeübergangswiderstand der vermutlich zwischen LED und Kühlkörper verwendeten Miniplatine, habe ich stillschweigend vorausgesetzt, dass sich die dadurch gegebenen thermischen Effekte weitgehend aufheben. Es ging mir auch nicht um eine gradgenaue Darstellung sondern um den Hinweis auf ein möglicherweise erhebliches Problem.
mfg
Transistor -
1) Der Wirkungsgrad einer XP-G erreicht sicher nicht 50%, schon garnicht bei 800mA und den hier auftretenden Chiptemperaturen. Ich glaube auf ~25% kann man sich einigen.
2) Auf dem Kühlkörper im Bild im Post 18 befinden sich 24 LEDs und nicht 15, und diese 24 LEDs müssen dann auch bei der Übertemperaturrechnung angesetzt werden.
3) Der Wärmeübergangswiderstand von der LED zum Kühlkörper wurde vernachlässigt. Diesen könnte man auch noch berücksichtigen.
Wenn man nun Punkt 1 und 3 gegeneinander aufrechnet, ändert sich am Ergebnis gegenüber meiner ursprünglichen Rechnung so gut wie nichts, da Punkt 2 die größte Abweichung in deiner Rechnung darstellte.
mfg
Transistor -
Falls tatsächlich 15 (Vorschlag von BerndK) oder 16 (Überlegung von kufikugel) LEDs in Reihe geschaltet werden, sollte man sich auch mal Gedanken zur Temperaturabhängigkeit der Anordnung machen:
Eine LED hat eine Leistung von 3,2V*0,8A=2,56W, daher erwärmt sich der Chip gegenüber dem Kühlkörper um 2,56W*6K/W=15,4K. Der Kühlkörper erhält die Leistung von 24*2,56W=61,4W und erwärmt sich dabei um 30,7K bei einem (angenommenen) Wärmewiderstand von 0,5K/W. Die Chiptemperatur steigt also um 15,4K+30,7K=46K. Mit einem TK der Flussspannung von -2,1mV/K und 16 LEDs in Reihe ergibt das eine Gesamtspannungsänderung von 46K*2,1mV/K*16=1,55V. Der Strom durch einen 10Ohm Vorwiderstand steigt dabei von 800mA auf 955mA.
Und das ist nur der erste Iterationsschritt, denn durch den erhöhten Strom steigt ja die Leistung weiter und damit die Temperatur usw. usw. . Vermutlich wird sich der Strom dann bei deutlich über 1A einpendeln. Bei kleineren Vorwiderständen (für höheren Wirkungsgrad) wird die Stromänderung entsprechend größer. Man sollte also auf jeden Fall eine KSQ verwenden.
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Ich glaube Ausskie meint, dass bei der PWM der linearen KSQ während der Schaltflanken zusätzlich Leistung verheizt wird. Beim Abschalten des Mosfet kann man aktiv und sehr schnell schalten, so dass kaum Flankenverluste entstehen. Beim Einschalten des Mosfet kann man dagegen nur "loslassen" aber das Gate nicht auf ein bestimmtes Potential ziehen, weil der Mosfet sich seinen Strom ja selbst einregeln muss.
Dabei ist die Einschaltflanke durch die Gatekapazität und die Quelle für den Gatestrom bestimmt. Die dabei entstehende Leistung wird sich aber etwa mit den während der Abschaltzeit gesparten Durchlassverlusten aufheben.Edit
@ kufikugel: Es wäre wirklich nett, wenn du weniger oft auf die Enter-Taste hauen würdest, das Srollen, nur um 2 Sätze zu lesen, nervt. -
Eloxiert sind die Profile immer, die Schwarzen sind nur noch zusätzlich gefärbt. Einen Unterschied in der Isolation gibt es da nicht.
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Laut der selben Quelle (Fischer) bringt die schwarze Oberfläche 10 bis 15% geringeren Wärmewiderstand.
Was hältst du vom SK571 oder SK572? Dort kann man aber wohl nur die nackten Emitter und keine Star-Platinen montieren. -
Aus dem Katalog f.cool.d von fischer elektronik: "Korrekturfaktor für den Wärmewiderstand für horizontale Einbaulage 15 bis 20%". Freie Konvektion ist aber trotzdem notwendig, sonst steigt der Rth fast beliebig an.
Bei der Berechnung der Übertemperatur bin ich von 6K/W innerem LED-Wärmewiderstand ausgegangen (Angabe auf der Led-tech-Seite) und habe den Übergangswiderstand zwischen LED und KK weggelassen.
54°C-Chiptemperatur ist ein brauchbarer Wert. Die Lebensdauer der LED in Abhängigkeit von der Temperatur kann man manchmal in Datenblätten der Hersteller finden. -
Das Profil SK89 hat bei einer Länge von 20cm einen Wärmewiderstand von 0,6K/W bei freier Konvektion und senkrechter Montage. Bei horizontaler Montage steigt der Rth laut Fischer um etwa 20%. Ich würde sicherheitshalber mit 1K/W rechnen. Die in jeden Kühlkörper eingetragene Leistung ist etwa 4*3,4V*0,7A~9,5W; die Kühlkörperübertemperatur somit etwa 9,5K. Die Chipübertemperatur jeder LED ist etwa 9,5K+6K/W*3,4V*0,7A~23,8K. Ein Hitzeproblem gibt es da sicher nicht.
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Ich würde den ICM7242 nehmen, da sind alle benötigten Funktionen schon drin. Die Schaltung arbeitet genau so, wie MOSFET es beschrieben hat.
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Der Stützkondensator kann insbesondere bei niederohmigen Quellen nur während der Schaltflanken den benötigten Strom liefern. Die von dir beschriebene Funktionsweise bedingt eine Quelle mit hoher Impedanz, denn nur da kann die nahezu ideale Tiefpassfilterung (Zitat: minimale Welligkeit) stattfinden.
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Aber ein Step-Down-Wandler macht doch garnichts anderes als PWM. Dabei ist nur der mittlere Eingangsstrom kleiner als der Ausgangsstrom. Bitte schau doch mal hier nach.
Zusatz:
Die Speicherdrossel (Spule) im Step-Down-Wandler speichert während der Einschaltphase Energie, die während der Ausschaltphase an die Last abgegeben wird. Ein Transformator speichert keine Energie, sondern überträgt sie direkt mit wicklungsabhängigen Strom/Spannungswerten. -
Der Treiber entnimmt den Akkus also 11,76W / 14,4V = 0,817Amps
Na bitte, das belastet die AAA mit 1C und das können die bequem.Das stimmt nur annähernd, wenn man einen (für diese Zwecke unüblichen) Trafowandler benutzt. Falls es ein normaler Step-Down- oder Buck-Treiber ist, stimmt das nicht. Denn der entnimmt dem Akku den vollen LED-Strom, nur eben nicht über die gesamte Zeit, sondern über etwa Ua/Ue=3,6V/14,4V=0,25; also 25% der Zeit 2,8A und 75% 0A. Der Akku wird also impulsförmig mit 3C belastet. Aus dieser Sicht wäre eine 3 fache Parallelschaltung von jeweils 4 in Reihe geschalteten Akkus das Beste.
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Das ist ja echt zum Rheiern hier. Ob die Schaltung richtig ist kann man erst sagen wenn du verrätst, wierum du die LEDs anschließen willst. Bei 9V kann man etwa 5 rote, 4 gelbe oder 4 grüne Led in Reihe schalten.
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Falls immer alle LED in Betrieb sind, also eine Reihenschaltung aller LED möglich ist, gibt es mit dem IRS2540/1 eine einfache Lösung zum Selbstbau mit nur einem Treiber direkt aus dem 230V-Netz. Da bei deiner Anwendung aber unbedingt eine Netztrennung erforderlich ist, muss auf jeden Fall ein Trenntransformator oder ein entsprechendes Netzteil zwischen 230V-Netz und Schaltregler geschaltet werden. Der Aufwand dürfte dennoch erheblich unter dem mit Netzteil und 40 KSQs liegen.
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Falls ich dich korrigieren darf...
630 mA = 0,63 A
Musst um die Leistung zu errechnen die Stromstärke auf Ampere hochrechnen
Hallo Mattmaster,
man kann durchaus den Strom in mA in der Rechnung verwenden und erhält trotzdem ein korrektes Ergebnis. Dann allerdings in mW und nicht W. In diesem Fall also: 630mA*3,5V=2205mW = 2,205W. Es ist doch vollkommen gleichgültig, ob man die Skalierung auf die Grundeinheiten vor oder nach der Rechnung oder überhaupt macht.
