Eieiei, da geht ja jetzt einiges durcheinander.
Also. Et gibbt Linearregler. Da iss ein "dicker" Transistor drin, der quasi als variabler Vorwiderstand fungiert. Das bedeutet, der Strom, der durch die LED fließt, fließt auch durch den Transistor und er fließt aus dem Akku heraus. Der Strom ist überall gleich groß. Die Verlustleistung ist Spannung am Transistor mal Strom. Man sieht sofort: Je größer die Differenz von Akku- und LED-Spannung um so schlechter der Wirkungsgrad. Denn um so größer diese Differenz ist, um so mehr kostbare elektrische Leistung wird am Transistor verheizt.
Dann gibbed Schaltregler. Der Transistor in einem Schaltregler schaltet immer nur einen winzig kurzen Augenblick ein und gibt dabei Strom auf eine Spule. Die Schaltfrequenz liegt meist bei 100 kHz bis 1 MHz. Der Strom durch die Spule steigt in diesem kurzen Einschaltaugenblick langsam an. Die Spule "bremst" den Stromanstieg. Gleichzeitig fließt der Strom auch durch die LED. Es dauert nicht lange und der Strom würde zu hoch werden. Deshalb schaltet der Transistor ab. Es fließt kein Strom mehr aus dem Akku in Spule und LED. Aber die Spule ist ein Energiespeicher. Sie hat Energie in ihrem Magnetfeld gespeichert. Diese Energie gibt sie nun wieder ab. Die Energie aus der Spule treibt weiter Strom duch die LED. Bis dieser Strom zu gering wird. Dann wird der Transistor wieder eingeschaltet und neue Energie aus dem Akku in die Spule nachgeladen. Man hat hier also zwei Spannungen: Die an der LED und die am Akku. Wie auch vorher beim Linearregler. Aber man hat auch zwei verschieden große Ströme. Der Strom durch die LED und der Strom, der aus dem Akku entnommen wird sind unterschiedlich. Da immer nur kurze Strompulse aus dem Akku entnommen weden, ist der Strom aus dem Akku im Mittel geringer als der Strom durch die LED. In Wirklichkeit kommen die Strompulse auch nicht mehr am Akku an, denn am Eingang vom Schaltregler hat man einen Pufferkondensator.Dieser bügelt die Stromspitzen flach. Aus dem Akku kommt nur noch der gemittelte Strom, der hautsächlich ein Gleichstrom, kleiner als der LED Strom, ist.
Man kann sich das auch so vorstellen: Aus dem Akku werden immer kleine Happen Energie entnommen und dann in die LED hineingepumpt. Durch die Spule als Speicher dieser Energiehappen werden Strom und Spannung am Ein- und Ausgang entkoppelt. Natürlich gillt der Energieerhaltungssatz. Das bedeutet: Was an Energie, bzw. Leistung vorne rein geht kommt auch hinten raus.
Ein Beispiel: Eine XM-L mit 3 A hat eine Flussspannung von ca. 3,3 V. Das macht 3 A * 3,3 V = 10 W.
Was hinten raus kommt ist das was vorne Rein geht. Wenn man vorne z.B. 10 V anlegt erhält man: 10 W / 10 V = 1 A.
Man sieht sofort: Je höher die Eingangsspannung, um so geringer der Eingangsstrom.
Natürlich hat man immer Verluste am Schalttransistor, am ohmschen Widerstand der Spule, Spannungsabfall an der von mir bisher verschwiegenen Diode, ... Daher kommen an einem Schaltregler hinten nur ca. 90% der vorne reingesteckten Energie heraus. Der springende Punkt: Dieser Verlust ist beim Schaltregler relativ unabhängig von der Eingangsspannung. Das sind ca. 10% ob da jetzt 5 V und 2 A rein gehen oder 10 V und 1 A. Bei einem Linearregler hängt der Verlust direkt an der Eingangsspannung. Je höher diese ist um so mehr Verlust.
Dabei hat man auch Verluste am Innenwiderstand vom Akku, an den Kontaktfedern, am Schalter, ... Das sind ohmsche Verluste, die proportional zum Strom sind. Diese Verluste werden also immer geringer je höher die Spannung, da dann der Strom kleiner wird. Daher ist eine Lampe mit vier Zellen tendenziell effizienter als eine mit nur zwei Zellen. Das ist das gleiche Prinzip wie bei der Hochspannungsleitung. Spannung hoch, Strom runter = Verlust runter.
PWM: Die Schalterei vom Schaltregler hat nix mit der PWM zu tun, mit der man verschiedene "Modi" eines Treibers erzeugt. Diese PWM-Frequenz liegt typisch bei 100 Hz bis 1 kHz. PWM bedeutet in dem Fall, dass der Schaltregler z.B. 50% der Zeit komplett abgeschaltet ist und die anderen 50% munter mit seinen z.B. 500 kHz schwingt.
Ich treibe meine LEDs mit den Schaltreglern von PCB-Components. Nicht billig, aber preiswert, well dadd iss Kwallidäd.
