Elektronik-Linkshänder, Hilfe gesucht!

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Trashee

26 September 2014
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Hallo Freunde...

ich habe mir mit meinem Vater (handwerklich sehr begabt) ein Projekt zum teilweisen Selbstbau einer TaLa vorgenommen. Herstellung des Lampenkörpers inkl Löten der LEDs und technischem Kleinkram sind kein Problem. Leider mangelt es bei beiden von uns an den nötigen Elektronikkenntnissen.

Der Plan sieht wie folgt aus (ja wir denken in großen Schritten :peinlich:):
Der selbsgedrehte und gebohrte Lampenkörper sollte die Wärme von 4 Cree XHP70 für eine akzeptable Zeit hinreichend abführen. Demnach wollen wir sie auch verbauen. Folgende Fragen stehen aber im Raum:

-Wie muss der Treiber für 4 solche LED's aussehen wenn man die LED's auch ans Limit bringen will. Gibt es passende zu kaufen?

-Es gibt 6V und 12V Versionen der LED. Welche ist empfehlenswerter, auch unter dem Gesichtspunkt der Stromversorgung.

-Wie berechne ich welche und wieviele Akkus ich benötige. Vorzugsweise 3,7V LiIon. (Vorzugsweise 18650er)

Ich bedanke mich im Vorfeld für zahlreiche Antworten und bitte darum mich nicht für meine unterirdischen Elektronikkenntnisse auszulachen :peinlich::peinlich::thumbsup:
 
Heinrich

Heinrich

Flashaholic**
28 Juni 2013
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Ruhrpott
Welche Helligkeit in Lumen ist gewünscht?
Welche Reichweite in m ist gewünscht?
Welche Akkulaufzeit (bei welcher Lumenstufe) ist gewünscht?
 
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Trashee

26 September 2014
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Guten Morgen Freunde,

@Heinrich: Gewünscht ist natürlich auch eine Stufe auf Maximallast. Wir haben uns ja gerade bemüht etwas zu Basteln,dass es zulässt die LED auch (mal für eine Weile) an ihr Limit zu bringen. Das wären dann rechnerische (utopische) 16.000 Lumen. Unterstufen sind gern erwünscht, auch so um einen nützlichen Dauerbetrieb zu haben.

Zur Reichweite: Zunächst ist nur ein Fluter geplant. Wir sind ein wenig mit Linsen am experimentieren, wollen das aber noch nicht vertiefen, solange wir nicht wissen ob unsere Planung doch nicht wie gewünscht umgesetzt werden kann.

Die Akkulaufzeit wird ja sicherlich auf der Maximalstufe sehr gering sein. Schön wäre so als Richtwert eine Laufzeit von 1,5h bei 1500 Lumen oder so um den dreh. Natürlich ist die Laufzeit zunächst nicht essenziell, da es ja ein Experiment ist. Gedacht habe ich an so wenig wie möglich und so viel wie nötig an Akkus. Von dem Punkt aus kann man ja noch aufstocken. Wie man dies richtig berechnet weiß ich leider nicht :peinlich:

@RS.Freak danke für den Hinweis!:thumbup:
 
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LegolasGT

Erleuchteter
27 Juni 2011
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Trashee schrieb:
Guten Morgen Freunde,

Die Akkulaufzeit wird ja sicherlich auf der Maximalstufe sehr gering sein. Schön wäre so als Richtwert eine Laufzeit von 1,5h bei 1500 Lumen oder so um den dreh. Natürlich ist die Laufzeit zunächst nicht essenziell, da es ja ein Experiment ist. Gedacht habe ich an so wenig wie möglich und so viel wie nötig an Akkus. Von dem Punkt aus kann man ja noch aufstocken. Wie man dies richtig berechnet weiß ich leider nicht :peinlich:
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Für 1500lm werden etwa 10W Led Leistung benötigt(bei 4 XHP70 Leds).
10W*1,5h=15Wh
Für 1,5 Stunden werden also etwa 15Wh benötigt, das bietet schon fast ein einziger 18650 Akku.
Das Problem hier ist eher die benötigte Leistung wenn man die Leds voll bestromen möchte.
P = 4,8A*6V*4= 115W

Man benötigt also einen Akku und einen Treiber die 115W zur verfügung stellen können.

4*6V=24V, oder 4*12V=48V, Spannung die für die Leds benötigt werden. Dabei unterscheiden sich die Leds nicht untereinander, nur die Platinen auf die sie gelötet werden, damit wird dann die Betriebspannung bestimmt.

Ich würde zu der 6V konfiguration raten, da die Effizienz des Treibers höher ist wenn Ein- und Ausgangspannung näher zusammen liegen.

Dann musst du dich entscheiden ob deine Batteriespannung höher als 24V oder niedriger sein soll. Für ersteres wird ein Abwärtswandler(Buck Converter) und zweiteres ein Aufwärtswandler(Boost Converter) benötigt.

Daraus ergeben sich dann verschiedene Möglichkeiten:
Bsp. 1:
5 Zellen Akku, damit benötigt man einen Boost Converter, da Akkuspannung < Led Spannung
Akku voll: 5*4.2V=21V
Max Stromverbauch(bei leeren Akus): 115W/3V*5= ca. 8A

--> funktioniert aber eben schon recht hoher Strom den die Zellen liefern müssen. Geht genauso auch mit 4 Zellen oder weniger, allerdings erhöht sich der Strom der Akkus dann noch mehr.
Als Treiber dann z.B. so etwas:
DC-DC100W Constant Current Boost Step-up Module Charging Power Supply LED Driver | eBay

Davon gibt es jede menge, einfach mal anschauen.

Bsp. 2:
8 oder mehr Zellen, Akkuspannung > Led Spannung, Buck Converter.

Einen benötigten Treiber mit Stromreglung habe ich jetzt auf die schnelle nicht gefunden, musst du wenn mal selber schauen. Bei um die 100W wird da die Auswahl schon etwas kleiner.

Gibt noch andere Schaltungsmöglichkeiten, das waren jetzt mal die einfachsten.

Gruß Dominic
 
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Heinrich

Heinrich

Flashaholic**
28 Juni 2013
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Trashee schrieb:
Guten Morgen Freunde,

@Heinrich: Gewünscht ist natürlich auch eine Stufe auf Maximallast. Wir haben uns ja gerade bemüht etwas zu Basteln,dass es zulässt die LED auch (mal für eine Weile) an ihr Limit zu bringen. Das wären dann rechnerische (utopische) 16.000 Lumen. Unterstufen sind gern erwünscht, auch so um einen nützlichen Dauerbetrieb zu haben.
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Das ist eigentlich gar nicht utopisch, da geht sogar noch mehr, Was Leds und Akkus Angeht würdest du mit 4(Hochstrom)Akkus und eben den 4 XHP70 schon hinkommen, 2 Stunden 2000 Lumen wären auch drin.
Jetzt kommt das aber, für den Treiber wird das dann eben nicht so leicht alles unter einen Hut zu bekommen, das hat LegolasGT ja schon recht gut ausgeführt.

Hier findest du gute Treiber, vielleicht musst du auch 2 Treiber nutzen, plus Dimmer.
Denkbar wäre auch ein Treiber für sagen wir um und bei 4000 Lumen, und den Turbo dann als direkt drive mittels MosFets. Aber so ganz ohne Kenntnisse in Elektronik wird das schon schwierig.
Wie wäre es denn für den Anfang mit einen Übungsmodel das dann ca ¼ der gewünschten Lampe ist, da könntet Ihr viel Lernen!

mfg
 
Wieselflinkpro

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Flashaholic***
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Ich würde 6 oder 8 Akkus verwenden und diese als 2s3P verschahalten.
Dann kann man wie bei meinem Projekt, das RS.Freak verlinkt hat mit den Standard Nanjg Treibern mit Zehner-Diode und Firmware von Drjones arbeiten. Ich bin sehr zufrieden damit. Man muss dann eben noch für 5A jewels Amc7135 auflöten oder per slave Board dazu bringen.

Die Leds würde ich ebenfalls einzeln ansteuern und nicht in Reihe, wofür man 24V oder mehr benötigt.

Wichtig sind einzelreflektoren mit starkem Orange Peel oder Reflektoren mit frosted Oberfläche. Aber bei den Reflektoren habe ich noch keine Erfahrungen bezüglich Donuthole.
 
urausb

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Flashaholic**
18 September 2011
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Hallöle,
der Vinh aus dem CPF hat die TK75 mit 3Stück XHP70 versehen. Jede LED hat ihren eigenen Treiber. Output liegt knapp unter 10.000 Lumen (im CPF wurden über 10.000 gemessen). Drei ungeschützte Hochstrom-18650 sind Pflicht.
Siehe hier:
Sphere Readings & throw measurements! - Page 32

Das Teil macht Licht wie Hölle!:thumbsup:
 
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Trashee

26 September 2014
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Danke zunächst für die zahlreichen Antworten :peinlich:

@ LegolasGT deine Rechnung kann ich gut nachvollziehen :)
Das mit den Treibern habe ich verstanden und versuche mir da mal ein Bild zu machen.

Also muss ich quasi schauen, dass ich entweder bei (4x) 6V LED's über die Gesamtvoltzahl komme und dann nen Buck-Converter finde der passt, oder unter der Gesamtvoltzahl bleibe und einen Boost-Converter nutzen?

Möglich wäre also (4x LED) 24V auf 7x 18650er (25,9V) und dann Buck-Converter. Wäre es nicht aus Platzgründen auch möglich 14650er oder noch schmalere zu nutzen? Diese unterscheiden sich doch nur in der Ah-Zahl, richtig?
Ich käme also auch mit 7 14650er auf die selbe Voltzahl bei weniger Ah.

Die XHP 70 hat laut Cree 4.8 A (6 V) maximale Dauerbestromung, wie nutze ich den Wert zur Berechnung der benötigten Akkupower? und Was passiert mit den Volt-, Ampere- und Wattangaben wenn ich mehrere LED's nutze? :peinlich: (Vielmals Entschuldigung für die viele Fragerei. ich will es verstehen, sodass ich auch selbe rechnen kann :) )

Notfallplan ist jedenfalls, wenn das Projekt doch nicht klappt. Die LED's jeweils einzeln in Lampenkörper zu verbauen. Wenn ich das richtig verstehe, ist das bezüglich Stromversorgung und Treiber auch um einiges leichter zu realisieren? Ich halte euch auf dem Laufenden und Danke nochmal! :)
 
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1 Dezember 2014
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Ich würde wie schon geschrieben nicht die Akkus und die LEDs in Reihe schalten, sondern mehrere Treiber per Master-Slave zusammenschalten.
Dann reichen auch max. 8,4V, d.h. 2Akkus in Reihe und diese Kombination 2-4 mal parallel.

Hier sieht man etwas zum Master-Slave Setup: DrJones' Custom Firmware Drivers so wie ich es verwendet habe. Damit der Strom pro LED über 3A kommt nimmt man pro Einzeltreiber (Master oder Slave) noch ein zusätzliches Treiberboard, das nur die AMC7135 Stromregler aufnimmt. Damit kann man pro Stromregler weitere 350mA bzw. 380mA an die LEDs schicken.
16mm 12x7135 4.5A Slave Board PCB - Bare

Hier etwas zur Watt-Berechnung: Cree XHP70 up to 4022 Lumens and XHP50 up to 2546 lumens - Multi-die leds. | BudgetLightForum.com
Man sollte mindestens von 5A Strom pro LED ausgehen, da überstromen ja auch möglich ist.

Parallelschaltung = Ströme addieren, Spannungen konstant
Reihenschaltung = Spannungen addieren, Ströme konstant

Ich bezweifle auch, dass 14650er die nötigen Ströme liefern können.
Dann lieber nur 2x 26650er oder 32650er verwenden, die können hohe ströme liefern und man braucht nicht so viele.
 
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LegolasGT

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27 Juni 2011
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wieviel Watt brauch ich denn dann bei Volllast?
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P(Leistung)=U(Spannung)*I(Strom)

In deinem Fall also: P = 6V*4.8A*4 = 115,2W (Spannung*Strom*Anzahl der Leds)

Das mit den Treibern hast du richtig verstanden. Gibt da allerdings viele möglichkeiten der Stromversorgung wie Heinrich und Wieselflinkpro schon geschrieben haben.

Wäre es nicht aus Platzgründen auch möglich 14650er oder noch schmalere zu nutzen? Diese unterscheiden sich doch nur in der Ah-Zahl, richtig?
Ich käme also auch mit 7 14650er auf die selbe Voltzahl bei weniger Ah.
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Leider nicht ganz. Die gleiche Spannung haben sie. Aber kleinere Akkus haben meistens auch einen kleineren Maximalstrom und da Leistung= Spannung*Strom ist, wird auch die maximale Leistung dadurch begrenzt.

Die XHP 70 hat laut Cree 4.8 A (6 V) maximale Dauerbestromung, wie nutze ich den Wert zur Berechnung der benötigten Akkupower? und Was passiert mit den Volt-, Ampere- und Wattangaben wenn ich mehrere LED's nutze? (Vielmals Entschuldigung für die viele Fragerei. ich will es verstehen, sodass ich auch selbe rechnen kann )
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Da die Led Leistung etwa 115W ist, muss der Akku auch dies liefern können.
Wieder P=U*I= Spannung*Max. Stromstärker*Anzahl der Akkus
Mal 7 fiktive Akkus mit einer max. Stromabgabe von 5A:
P = 7*5A*3V = 105W, würde also gerade so reichen.
Habe hier mal 3V genommen, da dies einem leeren Li-Akku entspricht(Strom ist bei leerem Aku am höchsten, wenn das System gut geregelt ist).

Die Leistung(angegeben in W) in addiert sich mit jeder verwendeten Led.
Wenn Leds in Reihenschaltung betrieben werden addiert sich die Spannung und Strom bleibt gleich.
Für 4 Leds:
U = 6V*4= 24V
I = 4.8A

In Paralellschaltung addieren sich die Ströme und die Spannung bleibt gleich:
Für 4 Leds:
U = 6V
I = 4.8A*4=19,2A


Jetzt sind noch Mischungen zwischen Parallel- und Reihenschaltung möglich.
Zum Beispiel 2 Leds in Reihe und dazu noch 2 Parallel --> auch wieder 4 Leds.
Für 4 Leds:
U = 6V*2= 12V
I = 4,8A*2= 9,6A
Dies ist allerdings nur mit 2 getrennten Treibern zu empfehlen.

Als Fleißaufgabe kannst du mal die Leistung der drei Fälle ausrechnen, wenn ich mich nicht verrechnet habe kommt überall das gleiche heraus ;)
 
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1 Dezember 2014
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Wenn man dann noch das gerade von mir verlinkte Diagramm aus dem BLF zu Rate zieht, dann kommt man auf ca. 6,55V pro LED. D.h. Wir sind bei ca.125W.

Dann haben Treiber einen Wirkungsgrad von 80-95%, so dass die Akkus noch mehr leisten müssen.
Bei meiner Treiber Variante gehen ca. 0,12V Batteriespannung am Treiber verloren und alles was dann noch zwischen Treiber und LED an Spannungsdifferenz liegt, das wird am Treiber in Wärme umgewandelt.
Weitere 0,..V gehen noch an anderen Übergangswiderständen wie Kabel, ggf Schalter, ... verloren.

D.h. Wenn ihr das Gehäuse sowieso selber baut, dann nehmt nicht zu wenig Akkus oder gleich größere.
 
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1 Dezember 2014
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Wieselflinkpro schrieb:
Wichtig sind einzelreflektoren mit starkem Orange Peel oder Reflektoren mit frosted Oberfläche. Aber bei den Reflektoren habe ich noch keine Erfahrungen bezüglich Donuthole.
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Weißt du was damit gemeint ist? Bei diesen LEDs ist nämlich gerne ein dunkles Loch im Hotspot, das nicht schön aussieht.
Hier hatte ich damit Probleme, die ich aber beheben konnte: http://www.taschenlampen-forum.de/m...1-c8-noname-banggood-lampe-bilder-lastig.html (nach Administrativem Eingriff waren die Bilder zwischenzeitlich wieder da, ich werde den Beitrag wohl noch mal am Ende richtig mit Bildern einfügen.)
Und auch hier wurde es mal diskutiert: http://www.taschenlampen-forum.de/beamshot-vergleiche/41206-mt-g2-vs-xhp.html

Eine weitere wichtige Frage ist die nach dem Schalter. Möchtest du einen Reverse Clicky (kompl. Unterbrechung) oder einen Momentary Switch (elektrischer Taster für den Treiber) oder beide benutzen. Dann muss der Reverse Clicky oder eine normaler Clicky entsprechend hohe Ströme vertragen und dabei einen möglichst geringen Widerstand besitzen.
Aber diese Frage kann man nicht unbedingt ohne die Treiberfrage klären.
Mit den Firmwares von DrJones sind alle 3 Varianten möglich. Mit der Standard-Firmware dieser Treiber ist nur ein (reverse) Clicky möglich. Bei den Buck- und Boost-Treibern ist soweit ich weiß bei den meisten Modellen auch nur ein Clicky möglich.
 
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28 Juni 2013
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Ich würde ja einen oder mehrere Schaltregler ganz klar vorziehen, so etwas hier:
https://pcb-components.de/led-abwaertswandler-buck-step-down.html

Linearregler sind entweder sehr ineffizient oder die Helligkeit sind dann recht schnell mit der Akkuspannung, Zusätzlich gilt das die Led immer in der Effizienzstufe des höchstens Stromes sind, ein Vorteil hat das aber auch: Die Lichtfarbe bleibt konstant.
18650er sollten Pflicht sein, das ist die optimierte Baugröße, mal so über den Daumen sind die idR. fast doppelt so "gut" wie andere Bauformen. eine Krumme Zahl wie 7 würde ich auch nicht nehmen, eher 6 oder 8. Ich würde versuchen die Versorgungsspannung so hoch wie möglich zu bekommen weil die Effizienz dadurch steigt. Also alle Akkus in Reihe betreiben, bevorzugt fest mit BMS verschaltet.

mfg
 
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Trashee

26 September 2014
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@ Wieselflinkpro danke für die Links, das mit deiner Anordnung muss ich mal in Ruhe vertiefen. Meinst du als man käme schon mit 4 18650er hin?
Wie und wo da Verluste auftreten kann ich glaube ja erst richtig bestimmen wenn ich die passenden Teile zusammen hab. Vorher muss ich es abschätzen um die nötige Akkukapazität zu bestimmen, oder?
Für die Reflektoren bin ich am experimentieren :)

@ LegolasGT Rechnungen sind wohl richtig ;) Super Vorlage für mich zum nachrechnen und nachvollziehen! :thumbsup:

@ Heinrich die ganzen Treiberarten (was linear ist etc) muss ich mir anlesen :peinlich:
Wenn ich nach deinem Link gehe, sollte ich doch mit zwei buck-treibern von Ampere! hinkommen oder. Von der Verschalung hab ich aber noch keine Ahnung :peinlich:

Alles in allem habe ich aber gerade das Gefühl es wäre besser nur 3 XHP70 zu nutzen um die Lampe noch im Bereich Taschenlampe und nicht Handstrahler einordnen zu können :confused:
 
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1 Dezember 2014
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Man kann mit 4 18650ern hinkommen, aber auf Kosten der Laufzeit. Es sollten eben Hochstromzellen sein, wie z.B. IMR/INR-Zellen mit mindestens 10A-15A Dauerbelastung. Je nach Gehäusedesign braucht man auch welche mit Button-Top. D.h. mit erhöhtem Pluspol wie bei Standard Batterien.
Wichtig ist dass man je 2 Akkus in Reihe Schaltet, damit die Spannung hoch genug ist.
Die 0,12V Verlust sind relativ fest und bedingt durch die AMC7135 Stromregler. Alles andere sollte man durch gute Materialien und geringe Übergangswiderstände (z.B. bei hohen Strömen mit dickeren Kabeln) möglichst verringern.
 
Wieselflinkpro

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Flashaholic***
1 Dezember 2014
5.472
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Heinrich schrieb:
Nein der Verlust der AMC-Regler ist (Eingangsspannung- Vorrwärtsspannung)*Strom. Bei einer sportlich bestromten xm-l2 mit geschützten Zellen ist das fast nichts, mit 2xINR und 6V Zellen auch mal mehr als 2V.

mfg
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OK, wenn das so ist!? Ich hatte das an mehreren Stellen hier im Forum so gelesen.
 
Heinrich

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28 Juni 2013
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Flashaholic***
1 Dezember 2014
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RS. FREAK schrieb:
Mit dem Treiber könnte ich also 3 Li-ion in serie nehmen und sicherlich auch 3 XHP50 in serie betreiben?
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Bei dir klingt das nach einer Solarstorm T3 mit modifiziertem Batteriekäfig. Du hast in der Lampe aber nur ca. 11mm Tiefe für den Treiber, abzüglich Reflektorschraube (aber die fällt ja sowieso von alleine ab).
Da musst du den Treiber versuchen auseinander zu nehmen und nebeneinander einbauen. Und du hast noch das Problem mit dem Schalter.
 
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