Der Schaltplan

Bei einem Versuch mit den bereits gebauten DIY-LED-SW1 und einem vorhandenen Akku aus einem Camcorder (LiIonen, 7,4V, 750mA bzw 2200mAh) erkannte ich dass es möglich sei 2 LEDs ohne Vorwiderstand in Serie anzuschließen ohne dass der für die LEDs (Cree XR-E) zulässige Strom von 1A überschritten wurde. Selbst bei vollem Akku waren’s nur ~750mA.

 

Soviel Strom brauche ich gar nicht, bzw würde der Akku dabei sehr rasch leer werden. Rechnerisch 2200mAh/750mA=2,9h, In Wirklichkeit sinkt der zu entnehmende Strom bzw der Akku wird wohl auch (bald) nicht mehr die volle Kapazität haben.

Eine hohe Strombelastung stellt auch hohe Ansprüche an die Kühlung der LEDs. I.A. soll der LED-SW2 zwar am Fahrrad mehr oder weniger fahrtwindgekühlt sein, der SW soll aber auch als Arbeitslicht oder Campinglicht o.ä. verwendbar sein.

 

Am einfachsten ist es den Strom mit Widerständen zu begrenzen.

Eleganter jedoch mit einem elektronischen Stromregler, man hat dann eine Konstantsromquelle (KSQ).

Über ebay (ledtreiber.de) wird z.B. eine KSQ ‚LED-Slave 2.2‘ angeboten bei dem der Wirkungsgrad „bis zu“ 96% angegben wird. Auf Nachfrage bekam ich folgende Auskunft (zusammengefasst):

Um zwei Leds in Reihe an der Led Slave zu betreiben wird eine Eingangsspannung von mindestens ca.9 Volt benötigt, darunter ist das Puls/Pausen Verhältniss des Reglers zu hoch und er erwärmt sich zu stark. In Ihrem Fall (2 LEDs in Serie) wäre eine Spannung von ca. 10-15 Volt Ideal bei einer Effiziens von ca.85-90% ohne den Regler zu stressen. Auch die Wärmeentwicklung ist hierbei gering und es kann bei guter Luftzirkulation ohne Kühlkörper gearbeitet werden.

 

Bei einer LED (oder 2 parallelen LEDs) und 7,4V-LiIonen-Akku wird ein Wirkungsgrad von ca.80-85% erreicht.

 

 

Der Wirkungsgrad.hängt im wesentlichen von der Anzahl der Leds ab die die Schaltfrequenz des Reglers bestimmen, ist die Versorgungsspannung nahe der Led Spannung hat der Regler IC wenig Zeit abzukühlen da er

keine Pausen hat, zusätzlich steigt der Strom am Eingang und er erwärmt sich. In dem Beispiel mit einer Led macht es wenig Unterschied ob sie mit 7.4V oder sogar 15V betrieben wird. Der einzige Unterschied liegt

darin, dass der Treiber IC sich bei 7.4V auf ca. 56 Grad erwärmt bzw. bei 15V auf ca.44 Grad. (Bei 25 Grad Raumtemperatur), die Effiziens

liegt nur ein paar Prozent auseinander.Ich benutze einen Rechner von dem

Hersteller des IC's und dieser gibt mir die Werte vor.

 

Das absolute Minumum dass die Sache funktioniert ist 2V zw. LED/LEDs und Akku.

 

Es gibt auch Linear-Schalt-Regler, einer bei den LED-Lampenbauern sehr geschätzter ist von Jürgen Heidbreder www.mtb-biking.de/lampen/led/pics/schalt.gif . Leider für mich zu kompliziert um ihn auf einer Bastelplatine klein aufbauen zu können. Kann man komplett noch bei Jürgen erwerben.

 

Jürgen zeigte mir freundlicherweise wie man den Wirkunsggrad richtig berechnet; gleich wie bei einem Vorwiderstand - nur dass der Strom und somit die Helligkeit über die Zeit (annähernd) konstant bleibt.

eta = Nutzleistung / (Nutzleistung + Verlustleistung)

Die Nutzleistung ist das Prdukt aus Strom mal Spannung aus dem Diagramm www.led-tech.de/images/products/resized/LT-1144-119036919... 8XR-E).

Die Verlustleistung berechnet sich aus dem 'Abstand' zw. Akkuspannung und LED-Spannung - multipliziert mit dem entnommenen Strom.

eta für 2 Cree XR-E in Serie bei 350mA und einem 7,4V-Li-Ionen-Akku:

Nutzleistung = (2* 3,4V) * 350mA = 2380mW

Verlustleistung = (7,4V - 2* 3,4V) * 350mA = 210mW

eta = 2380mW / (2380mW + 210mW) = 91,9%

Je kleiner der Widerstand, desto größer der Strom durch die LEDs, besser gesagt, desto kleiner der Unterschied zw Akkuspannung und dem Spannungsabfall über die 2 LEDs desto besser wird der Wirkunsggrad.

Beim Linearregler müsste man noch 5mA für die Schaltung in Rechnung stellen, kann aber vernachlässigt werden.

 

Der Schaltplan:

Mit 2 Drehschaltern können unterschiedliche Schaltzustände bedient werden, der gleich nach der Akku-Energiequelle (könnte auch ein gleichgerichteter Dynamostrom sein) liegende Drehschalter ist mit seinen 4 Rasterungen (manipuliert) für folgende Funktionen zuständig:

» ‚aus‘

» ‚ein‘, wenig Strom (R1=12,4Ohm --> 160mA und weniger)

» ‚ein‘, mittlerer Strom (R2=6,2Ohm --> 270mA und weniger)

» ‚ein‘, hoher Strom (R3=1,0Ohm --> 540mA und weniger)

Diesen Schalter kann man reihum wie in einem Ringmenü weiterdrehen, durch Mitzählen der Rasterungen weiß ich welche Strombegrenzung angesprochen wird.

Rechts oben: So verwirrend wie die Verdrahtungen auf dem Bild aussehen, so umständlich war auch das Löten selbst, da z.T. mehrer Lötstellen an einem Knoten nötig waren und die Kabellängen kurz gehalten werden sollten..

 

Zurück zum Schaltplan:

Der ‚gewählte‘ Strom geht weiter zum nächsten Drehschalter. Dieser kann mit 3 Rasterungen 3 Zustände ansteuern:

» Abblendlicht (LED1 + LED2) Standardbeleuchtung

» Ablendlicht für Nahausleuchtung (LED1) + Fernlicht (LED3) (oder ‚aus‘ wenn LED3 abgeklemmt ist)

» nur LED1, d.h. LED2 wird kurzgeschlossen.

 

Dieser letzte Zustand der alleinigen LED1 ist nur für ‚Notfälle‘ oder Experimente gedacht und geeignet. Bei R3=1Ohm steigt der Strom auf ~1500mA (deutlich höher als erlaubt) und sinkt erst auf unter 1000mA wenn der Akku schon so gut wie leer ist. Bei R2=6,2Ohm werden max 600mA und bei R3=1,0Ohm der Nennstrom von 350mA erreicht.

 

Ist das Fernlicht nicht angeschlossen, dient die mittlere Rasterung als zusätzlicher Ausschalter. So kann ich die Lampe etwas(!) schützen falls doch wer daran unbefugt herumdreht: Wenn beide Drehsschalter auf ‚aus‘ sind braucht es doch einiger Versuche und Zeit um den ‚bösen‘ Fall von nur-LED1 + 1,0Ohm-Widerstand zu kombinieren.

 

Done