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Automatische Lampe Bastelprojekt

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
290
0
Hamburg
Trustfire Taschenlampen Hypnose Hannover
Moin,

Ich würde mir immer noch gerne einmal eine Lampe wie die NAO bauen, da es so etwas ja bisher nicht als Stablampe gibt, mir das aber bei der NAO super gefällt. Besonders nachdem ich die NAO auf Nichia und XP-G2 modden lassen habe.
Ich werde hier mal das Vorhaben dokumentieren und hoffe da kommen von euch viele Tipps und Korrekturen.

Das Kernstück dabei ist der Kopf, welcher unter der Scheibe folgende 4 Dinge unterbringen muss:

1.) LEDs für Nahbereich (reinster Flooder ohne Spot).
Hier würde ich gerne drei "Nichia 219B 4500k 92 CRI D220 Bin" auf meinen drei 10mm XP-G-Kupfer-Platinen ohne Sperrschicht aus dem BLF unterbringen und das ohne Optik direkt unter der Glasscheibe. Bestromt mit je 1,5A. Ist auch schon beides da. So hätte man für die reine Nahbereichsausleuchtung ein traumhaftes Licht mit super weitem Winkel (50% Helligkeit bei 120 Grad), ohne nervigen Spot und gut 1240 LED-Lumen. Das gefällt mir vom Lichtbild bei meiner H602w schon sehr gut. Mit den 3 Nichias wäre das aber noch etwas heller und mit dem deutlich besseren Licht.

2.) LEDs für mittlere Entfernungen
Hier hätte ich gerne wieder drei "Nichia 219B 4500k 92 CRI D220 Bin" (da hab ich leider nicht genug Nichias da IS ein Maximum pro Bestellung hatte) und die dann auf einer ´"Noctigon 3x XP-MCPCB (20mm)" mit "Carclo 10508 20.0MM FROSTED MEDIUM ARRAY" mit einem 30 Grad Abstrahlwinkel bei 50% Helligkeit bei einer XP-G, wo eine Nichia wohl ähnlich sein dürfte (auch beides da).
Wären dann wieder 1240 Lumen und das mit schön weichem Übergang zum recht großen Spot.

3.) LED für Throw
Hier hätte ich gerne eine dedomte XP-G2 die nach dem Dedomen ca NW ist (also sowas wie 1A Tint mit hoffentlich wenig Grünstich) bestromt mit 2 - 3A. Das müsste die auf Kupfer doch unbeschadet aushalten, besonders wenn man noch eine Temperaturregelung hat oder? Ich hab da Diagramme gesehen wo die bis 4 oder 5A bestromt wurde, aber klingt für mich weder dauerbetriebsfest noch gesund für die LED.
Das dann in einen 20mm Reflektor (wie z.B. den "Regina 19mm Reflektor" mit 10 Grad Abstrahlwinkel).
Was wären das dann ca an Lumen und Lux bei 10 Grad Abstrahlwinkel? sma hatte da ja mal bei 2,5A und einer dedomten XP-G2 einen Wert von "219" als "Helligkeit [cd (Lux@1m)]" gemessen.

4.) Sensor zur Helligkeitsmessung.
Damit die 7 LEDs automatisch angemischt werden können muss die Lampe die zurückgeworfene Helligkeit messen. Da dachte ich an eine Fotodiode mit Transimpedanzverstärker wie z.B. die "OPT301". Damit möglichst viel Licht aufgefangen wird, um die Sensitivität zu erhöhen, kommt die Fotodiode dann auch in einen 20mm Reflektor.
Die besten Regelergebnisse hätte man sicher, wenn man irgendwie einen Großteil des seitlichen Streulichts herausfiltern könnte, damit wirklich zum Großteil das reflektierte Licht vom Spot gemessen wird und nicht das massive Streulicht der Nichias ohne Optiken.
Hat da jemand eine Idee? Vielleicht ein Polarisationsfilter oder einfach den Reflekter etwas versenkt unterbringen, damit extrem seitliches Streulicht nicht den Reflektor erreicht?

Wenn ich von drei Löchern mit 20mm Durchmesser unter der Scheibe ausgehe und noch 1 mm Material rund um die Löcher haben will, dann würde der Kopf wie folgt aussehen:

d = Durchmesser der Löcher
D = Durchmesser der Scheibe die alle Löcher abdeckt
x = Kreisdurchmesser der 3 Kreise die seitlich zwischen die 3 Löcher passen

d = 20mm Loch + 2mm "Fleisch" = 22mm
D = d / [2*sqrt(3)-3] = 47,4034mm
x = [2*sqrt(3)-1]/11*D = 10,61880mm (mit mit einem 10mm Loch hätte man also noch 1,3mm Abstand zu den anderen Löchern und 0,3mm Abstand zum Kopfrand)

Das sieht dann in etwa so aus:
cn19kcxoye2p44rsz.png


Wenn die Lampe z.B. aus Kupfer ist, wieviel Fleisch braucht man dann zwischen den Bohrungen für die Reflektoren und für die Lampenwandstärke in etwa? Gewinde muss da ja auch noch rein um mit dem Bezel die Scheibe zu fixieren etc. Und die Scheibe sollte dann wohl eher 52mm haben, da die ja zum Teil vom Bezel verdeckt wird.

Ansonsten noch ein paar Ideen zur Lampe die ich gerne als Features hätte:

-5-fache Temperaturregelung (3x die einzelnen Nichias, 1x die XP-G2 und 1x die Tripplenichias)
-Lampe am liebsten aus Kupfer
-4x 18650er in 4s1p
-3x Buck-Schaltregler mit 3000:1 Dimmverhältnis
-Selektorring am Kopf (wohl per Kompass IC wie HMC5983 und Magnet im Ring. Wie ist das mit der abschirmung von Kupfer?)
-Forward-Clicky an Tailcap
-Seitenschalter (Taster für Modiwechsel)
-Unterspannungswarnung/Unterspannungsabschaltung (eventuell noch mit Akkustands-LED falls sich wo Platz findet, wie z.B. als beleuchteter Taster)

Ich hab da einige nette wasserdichte vandalensichere Taster aus Edelstahl gesehen mit blau beleuchteten Ring, aber die sind alle viele cm von der Tiefe her.

Das UI dachte ich mir so:

1.) Einschalten/Auschalten tut man per Unterbrechung der Stromversorgung über den Endkappenschalter. Da es ein Forward-Clicky ist kann man so auch Morsen etc. Der Modi wird beim Wechseln gespeichert, daher hat die Lampe Mode-Memory und macht nach dem Anschalten wieder da weiter, wo sie war, als man sie ausgeschaltet hat.
(Nur die Selektorringposition wird nicht digital gespeichert, daher kann man die Lampe z.B. per Selektorring vor dem einschalten runterdimmen, um sich im manuellen Modus nicht zu blenden. Der Selektorring hat ja so gesehen ein mechanisches Memory^^)

2.) Der Seitenschalter wird zum Wechseln der Modi benutzt:
1x lang drücken = TURBO für alle 7 LEDs solange man ihn gedrückt hält (wie hell jede der LEDs dabei leuchtet kann man vorher konfigurieren)
1x kurz = Lampe geht in den STANDBY bzw. verlässt ihn und macht dort weiter, wo man ihn vorher betreten hat (also mit Mode-Memory und sofern es eine Akku-Warn-LED gibt sollte die dann auch im Standby regelmäßig blinken, damit man nicht denkt die Lampe wäre richtig aus, nur weil sie nicht mehr leuchtet)
2x kurz = wechsel zwischen Sub-Modi (für manuellen Modus)
3x kurz = Sprung in den nächsten Modi (wechsel zwischen Auto, Halb-Auto und Manuell)
4-6x kurz = zu Profil 1 bis 3 wechseln
10x kurz = Starten vom Konfigurationsmodus

3.) Der Selektorring hat je nach Modi eine andere Funktion.

A.) Automatik-Modus:
In dem Automatikmodus regelt die Lampe sich vollkommen selbstständig. Sie mischt von sich aus das passende Verhältnis von Flood und Throw an und übernimmt auch das dimmen der Gesamthelligkeit, damit man sich nich selbst blendet.
Das ganze Funktioniert so...

Über den Selektorring stellt man die Helligkeit des Lichts ein, welches zurückreflektiert wird und das Auge trifft, die dann die Lampe versucht einzuhalten. Nennen wir diese Helligkeit mal Reflektionslichtstärke. 0% Reflektionslichtstärke wäre z.B. die Helligkeit die das Auge wahrnimmt, wenn man mit 0,1 Lumen (also wie Firefly) auf eine 2 Meter entfernte weiße Wand leuchtet. 100% Reflektionslichtstärke wäre die Helligkeit die das Auge sieht, wenn man mit 1000 Lumen auf eine 2 Meter entfernte weiße Wand leuchtet. Minimum und Maximum der Reflektionslichtstärke lassen sich übrigens selbst bei der Lampe programmieren.
Man kann dann im Automatikmodus also mit dem Selektorring die angestrebte Reflektionslichtstärke stufenlos von 0% (ganz links) bis 100% (ganz rechts) einstellen und die Lampe regelt sich immer automatisch so von der Helligkeit, dass das Auge eben die eingestellte Helligkeit wahrnimmt. Dabei ist es dann egal ob man sich direkt vor die Füße leuchtet oder auf ein Ziel in 100 Metern Entfernung, denn man kann sich nicht selbst blenden. Je weiter ich wegleuchte, desto weniger Licht kommt am Ziel an. Je weniger Licht am Ziel ankommt, desto weniger wird zurückreflektiert und desto kleiner ist die gemessene Reflektionslichtstärke. Je weiter man also in die Ferne leuchtet, desto heller muss die Lampe die LEDs aufdrehen, damit die angestrebte Reflektionslichtstärke eingehalten werden kann. Das gleiche umgekehrt, wenn man auf ein Objekt direkt vor sich leuchtet. Damit wäre das automatische Regeln der LED-Gesamthelligkeit geklärt, um die angestrebte Reflektionslichtstärke einzuhalten.
Jetzt soll die Lampe aber nicht nur ihre Gesamthelligkeit selbst regulieren, sondern auch von sich aus das Lichtbild anmischen. Wenn ich mir direkt vor die Füße leuchte dann will ich nur Flutlicht ohne blendenden springenden Spot. Wenn ich weit in die Ferne leuchte will ich fast nur Spot mit minimalem Flood, damit ich mich nicht selbst durch nahe Objekte blende aber trotzdem noch Hindernisse vor den Füßen sehen kann. Wenn ich auf mittlere Entfernung leuchte will ich eine Mischung aus Flood und Throw.
Die Lampe weiß nun aber nicht direkt, ob ich gerade weit weg leuchte oder mir direkt vor die Füße. Alles was sie weiß ist wie das Verhältnis von ausgesendetem Licht zu reflektiertem Licht ist.
Das Problem bei der Regelschleife ist, dass das Licht von Anfang bis Ende immer stärker werden muss, damit diese nicht ins Schwingen kommt, ich aber eigentlich zum Ende hin weniger Licht haben will, da ja die Flood-LED runterdimmen soll, damit das Auge sich auf das bischen reflektierten Restlichtes vom Spot der Thrower-LED anpassen soll.
Da habe ich bisher noch nicht so die Idee für.

Die NAO macht das einfach wie folgt, was auch zuverlässig klappt.
Schritt 1: bei vorprogrammierten MIN Flood starten und langsam bis zum vorprogrammierten MAX erhöhen bis die Reflektionslichtstärke dem angestrebten Wert entspricht.
Schritt 2: falls Flood auf MAX ist und die angestrebte Reflektionslichtstärke trotzdem nicht erreicht ist, dann solange Throw von 0% bis MAX erhöhen, bis der angestrebte Wert erreicht wird
Schritt 3: wird der angestrebte Wert immer noch nicht erreicht, so wird einfach mit MAX Flood und MAX Throw weitergeleuchtet
Schritt 4: ist der angestrebte Wert überschritten (weil man z.B. eine Karte anleuchtet und nicht mehr in die Ferne) und ist Throw größer wie 0%, so wird Throw solange Richtung 0% gesenkt, bis der angestrebte Wert nicht mehr unterschritten ist
Schritt 5: ist der angestrebte Wert überschritten und Throw bei 0%, so wird Flood langsam von MAX runter Richtung MIN gesenkt, bis MIN erreicht ist
MIN und MAX von Flood sowie MAX von Throw lassen sich bei der NAO per USB programmieren.

Ich dachte mir das jetzt auch so in der Art, nur halt mit 3 statt 2 LED-Typen, da das bei der NAO prima funktioniert und sehr zuverlässig ist.
Ein Kritikpunkt bei der NAO war immer, dass das mit dem Regeln zwar gut funktioniert und das angeleuchtete Ziel immer gleich hell ist, egal wie weit es weg ist, es aber etwas heller sein könnte. Denn wenn ich z.B. einen Baum in 3 Meter Entfernung anleuchte, dann arbeiten die LEDs nicht auf voller Leistung und der Baum ist hell aber der dürfte für meinen Geschmack noch etwas heller sein. Bei der NAO lässt sich zwar viel per USB programmieren, der Wert für die angestrebte Helligkeit aber leider nicht. Daher würde ich das eben klasse finden, wenn man per Selektorring diesen angestrebten Wert der Reflektionslichtstärke einstellen kann. So kann man dann selbst festlegen, wie hell die Lampe das Ziel ausleuchten soll.

Das würde dann in etwa so ablaufen...

Schritt 1: Lampe startet mit MIN Flood, MIN Universal, MIN Throw
Schritt 2: Der Selektorring wird ausgelesen und die Lampe versucht das angeleuchtete Ziel so hell zu erleuchten, wie es mit dem Ring eingestellt wurde.
Schritt 3: solange die angestrebte Helligkeit nicht erreicht ist werden die 3 Flood-LEDs langsam von MIN auf MAX hochgedimmt
Schritt 4: ist die angestrebte Helligkeit immer noch nicht erreicht und Flood auf MAX, so werden die 3 Universal-LEDs (die hinter der Frosted TIR) langsam von MIN auf MAX hochgedimmt
Schritt 5: ist die ist die angestrebte Helligkeit immer noch nicht erreicht und Universal auf MAX, so wird die Throw-LED langsam von MIN auf MAX hochgedimmt
Schritt 6: ist die angestrebte Helligkeit erreicht, so wird das dimmen gestoppt
Schritt 7: ist die angestrebte Helligkeit übertschritten, so passiert das selbe wie bei Schritt 3 bis 5 nur rückwerts. Also erst von MAX Throw runter auf MIN Throw, dann von MAX Univeral runter zu MIN Universal und als letztes runter von MAX Flood zu MIN Flood.

In der Praxis ist das dann aber natürlich noch etwas komplizierter. Dimmen tue ich linear per pwm mit 1kHz und einer 3000:1 Auflösung.
Die Fotodiode nimmt die zurückgeworfene Helligkeit annähernd linear wahr. Das Auge allerdings logarithmisch.

Schöner fände ich das aber eben wenn die Flooder-LEDs gleich mit runterdimmen, wenn die Thrower-LED hochdimmt.
Da muss man gucken ob man das so hinbekommt oder ob das zu unzuverlässig wird und man es doch wie bei der NAO machen muss.

B.) Halbautomatik-Modus:
In dem halbautomatischen Modus regelt die Lampe sich nicht vollkommen selbstständig. Per Selektorring gibt man das Mischverhältnis der LEDs an, während die Gesamtlichtstärke des angemischten Lichts durch die Fotodiode automatisch eingestellt wird. Eingehalten wird die angestrebte Reflektionslichtstärke, die man zuletzt per Selektorring im Automatischen-Modus eingestellt hatte. Man kann die angestrebte Helligkeit also noch schnell vor dem Modiwechsel vom automatischen in den halbautomatischen Modus umstellen.
Über den Selektorring sagt man im halbautomatischen Modus dann also stattdessen, wie der Beam aussehen soll und die Gesamthelligkeit wird automatisch so geregelt, dass man sich da nicht blendet aber trotzdem genug sieht, egal was man nun gerade anleuchtet.

Wenn man den Selektorring von links nach rechts dreht, dann schaltet man das Mischverhältnis stufenlos von Flood nach Throw.
Man sollte sich so also jedes Lichtbild für eine Situation anmischen können. Ist auch schön intuitiv wie ich finde. Je dichter man vor sich leuchten will, desto mehr dreht man den Selektorring nach links. Je weiter man weg leuchten will, desto mehr deht man ihn nach rechts.

Das "stufenlose" (64 Schritte) Einstellen des Beams im Halbautomatik-Modus per Selektorringdrehung von Links nach Rechts:

100% Flood / 0% Universal / 0% Throw
...7 Zwischenstufen...
75% Flood / 25% Universal / 0% Throw
...7 Zwischenstufen...
50% Flood / 50% Universal / 0% Throw
...7 Zwischenstufen...
25% Flood / 75% Universal / 0% Throw
...7 Zwischenstufen...
0% Flood / 100% Universal / 0% Throw
...7 Zwischenstufen...
0% Flood / 75% Universal / 25% Throw
...7 Zwischenstufen...
0% Flood / 50% Universal / 50% Throw
...7 Zwischenstufen...
0% Flood / 25% Universal / 75% Throw
...7 Zwischenstufen...
0% Flood / 0% Universal / 100% Throw

Wichtig dabei ist, dass da oben nicht die absolute Helligkeit ist, in welcher die jeweiligen LEDs leuchten, sondern es nur das Mischverhältnis zwischen den jeweiligen LEDs darstellt, wie es das Auge wahrnimmt, unabhängig von der echten Gesamtlichtstärke. Man stellt also nur die Charakteristik des Beams ein. Die resultierende Helligkeit wird automatisch über die Fotodiode geregelt und versucht die Helligkeit einzuhalten, die man zuletzt im Automatik-Modus eingestellt hatte, als man in den Halbautomatik-Modus gewechselt ist.

3.) Manueller-Modus:
In dem manuellen Modus regelt die Lampe sich nicht selbstständig. Das ist z.B. praktisch wenn es gerade schneit oder Nebel gibt und daher viel zu viel Licht zurückgeworfen wird, was die Automatik irretieren würde.
Stattdessen kann man in 2 Schritten stufenlos die Gesamthelligkeit und das Mischverhältnis der LEDs vorgeben.
Dazu hat der manuelle Modus 2 Submodi, zwischen den man per doppel Kurzklick des Seitenschalter wechseln kann.
Der erste Submodi läuft genau wie beim halbautomatischen Modus ab. Dort stellt man per Selektorring das Mischverhältnis ein.
Sobald man dann zwei mal den Seitenschalter klickt wechselt man in den zweiten Submodus und das zuvor eingestellte LED-Mischverhältnis wird gespeichert. Nun ist der Selektorring zum Bestimmen der Gesamthelligkeit da. Man kann die Gesamthelligkeit dann per Selektorring von 0% (ganz links) zu 100% (ganz rechts) einstellen.


Also kurz zusammengefasst...
Automatik: einmal anschalten und per Selektorring die gewünschte Helligkeit einstellen und man muss sich für Stunden nicht mehr mit der Lampe beschäftigen
Halbautomatik: per Selektorring manuell einstellen ob man eher Flooder oder Thrower will
Manuell: Helligkeit und Flood-Throw-Verhältnis müssen selbst eingestellt werden

4.) Profilwechsel
Man kann die Lampe auf seine Bedürfnisse programmieren. Dazu gehören z.B. Minimal und Maximalwerte für die jeweiligen LEDs im Automatikmodus. Da wäre es dann auch nicht mehr Aufwand, wenn man da mehrere Profile einbaut.
Jedes Profil kann dann seine eigenen Einstellungen speichern und man kann zwischen den Profilen wechseln, indem man 4x, 5x oder 6x schnell klickt um in Profil A, B oder C zu wechseln.
So kann man sich z.B. ein Profil für Indoor einrichten, wo der Beam eher floodlastig ist. Oder wenn man lange ohne Lademöglichkeit unterwegs ist dann wäre sicher ein energiesparendes Profil praktisch, wo die Lampe im Automatikmodus lieber etwas auf maximale Reichweite verzichtet und dafür die Akkus schont. Oder man benutzt die Lampe nicht nur alleine, dann kann jeder sein eigenes Wunschprofil anlegen.

5.) Außerhalb der normalen Modi-Schaltfolge befindet sich hinter einem schnellen 10-fach-Klick der Konfigurationsmodus versteckt. Die Konfiguration gilt für das aktuell aktive Profil, also ggf. vorher per 4-fach bis 6-fach Kurzklick in das gewünschte Profil wechseln.
Im Konfig-Modus angekommen landet man im Hauptmenü von wo aus man allerhand einstellen kann. Nun muss man als erstes angeben was genau man verstellen möchte. Dazu dreht man am Selektorring und wartet bis es blinkt. Blinkt es 1x hat man Option 1 gewählt, blinkt es doppelt ist Option 2 gewählt, bei dreifach blinken Option 3 und so weiter.
Hat man die gewünschte Option gefunden, so bestätigt man mit einem kurzen Klick auf den Seitenschalter.
Was man dann im jeweilen Schritt tun muss ist unterschiedlich und steht unten.
Wenn man mit dem Konfigurieren fertig ist, dann klickt man wieder 10 mal schnell in Folge um den Konfigmodus zu verlassen.

Hier die jeweiligen Optionen im Konfig-Modus:

1.) Minimale angestrebte Helligkeit einstellen
Hier gibt man den Wert für die angestrebte Helligkeit vor, die eingestellt werden soll, wenn man im automatischen Modus den Selektorring ganz nach Links dreht. Dazu stellt man sich vor eine Wand und leuchtet auf diese. Per Selektorring kann man nun alle 7 LEDs gleichzeitig von 0% auf 100% Leistung hochdimmen/runterdimmen. Hat man per Selektorring eine angenehme Helligkeit für sein Minimum gewählt, so bestätigt man mit einem kurzem Klick. Der zu dem Zeitpunkt von der Fotodiode gemessene Wert wird dann als angestrebte minimale Reflektionslichtstärke gespeichert und man landet wieder im Hauptmenü.

2.) Maximale angestrebte Helligkeit einstellen
Hier macht man das gleiche wie bei Schritt 1 nur das man nicht den minimalen, sondern den maximalen Wert für die angestrebte Reflektionslichtstärke bestimmt. Man sagt also wie hell die Lampe ein Ziel im automatischen Modus anleuchten soll, wenn man den Selektorring ganz nach rechts dreht. Wieder Kurzklick zum bestätigen, worauf hin man im Hauptmenü landet.

3.) MIN für Flood-LEDs bestimmen
Hier kann man die minimale Helligkeit für die 3 Flooder-LEDs bestimmen, die im automatischen Modus nicht unterschritten werden soll. Dazu dreht man am Selektorring und die Flooder-LEDs dimmen je noch Position von 0% bis 100%. Hat man den gewünschten Wert erreicht so bestätigt man mit einem Kurzklick und landet im Optionsmenü.

4.) MAX für Flood-LEDs bestimmen
Hier kann man die maximale Helligkeit für die 3 Flooder-LEDs bestimmen, die im automatischen Modus nicht überschritten werden soll. Dazu dreht man am Selektorring und die Flooder-LEDs dimmen je noch Position von 0% bis 100%. Hat man den gewünschten Wert erreicht so bestätigt man mit einem Kurzklick und landet im Optionsmenü.

5.) MIN für Universal-LEDs bestimmen
Das gleiche wie bei Option 3 nur diesmal mit und für die 3 Universal-LEDs.

6.) MAX für Universal-LEDs bestimmen
Das gleiche wie bei Option 4 nur diesmal mit und für die 3 Universal-LEDs.

7.) MIN für Throw-LED bestimmen
Das gleiche wie bei Option 3 und 5 nur diesmal mit und für die Throw-LED.

8.) MAX für Throw-LED bestimmen
Das gleiche wie bei Option 4 und 6 nur diesmal mit und für die Throw-LED.

9.) Akkuwarnung einstellen
Hier kann man einstellen ab wann die Lampe wegen leeren Akkus warnen soll, da ja manche Akkus schon bei 3,3V absolut leer sind und andere wie der NCR18650B z.B. erst bei 3V.
Dazu dreht man am Selektorring um die gewünschte Spannung einzustellen. Der Bereich reicht von 2,5V bis 4V. Sobald man mit dem Drehen aufhört fängt die Lampe an zu blinken. 2 mal lang und 7 mal kurzes blinken signalisiert dann z.B. das gerade 2,7V ausgewählt ist.
Hat man die gewünschte Spannung gefunden so bestätigt man mit einem kurzen Klick des Seitenschalters und landet wieder im Hauptmenü.

10.) Unterspannungsabschaltung einstellen
Hier läuft es gleich ab wie bei Option 9 nur das man nicht die Spannung für die Akkuwarnung einstellt, sondern die Spannung für die automatisch Dienstverweigerung der Lampe, wenn die eingestelle Spannung unterschritten wird.

11.) Temperaturlimit
Hier kann man einstellen wie stark die LEDs maximal beansprucht werden dürfen. Die LEDs werden per NTC temperaturüberwacht und verweigern ein hochdimmen, wenn ein Temperaturlimit überschritten ist.
Wenn man lange etwas von seinen LEDs haben möchte, dann wählt man eine niedrigere Temperatur, um die LEDs mehr zu schonen, auch wenn die dann vielleicht früher runterregeln.
Um das gewünschte Temperaturlimit einzustellen dreht man am Selektorring. Der Bereich reicht von 50 Grad bis 100 Grad in 5 Grad Schritten. Blinkt es einmal ist 50 Grad ausgewählt, blinkt es doppelt dann 55 Grad, dreifach 60 Grad und so weiter.
Hat man die gewünschte Temperatur gefunden, so bestätigt man wieder mit einem kurzen Klick und landet im Hauptmenü.

12.) Flood-LED Leuchtstärke für Turboknopf
Wenn man im automatischen, halbautomatischen oder manuellen Modus den Seitenschalter lange gedrückt hält, dann schaltet die Lampe für die Dauer des Drückens in den Turbo-Modus.
Hier kann man nun einstellen wie hell die 3 Flood-LEDs im Turbomodus leuchten sollen.
Dazu dreht man am Selektorring und kann so die Helligkeit der 3 Flood-LEDs von 0% bis 100% dimmen. Hat man den gewünschten Wert gefunden so bestätigt man man einem kurzen Klick und landet im Hauptmenü.

13.) Universal-LED Leuchtstärke für Turboknopf
Das gleiche wie bei Option 12 nur diesmal für die 3 Universal-LEDs.

14.) Throw-LED Leuchtstärke für Turboknopf
Das gleiche wie bei Option 12 und 13 nur diesmal für die Throw-LED.

15. und mehr) Da fallen mir sicher noch einige Sachen ein. Gerade das mit dem automatischen Regeln der LEDs, der Temperaturregelung und der Kompassauswertung für den Selektorring ist ja nicht ganz ohne und kann sicher per konfigurierbarer Hysteresen, Deadzones etc verbessert werden.

Soweit erst einmal meine Idee.
Das Erstellen der Platinen und das Programmieren bekomme ich hin. Bei den Dreh- und Fräsarbeiten müsste mir aber wer helfen.

Was meint ihr zu der Lampe?
Hat noch wer Ideen?

Ich finde es jedenfalls schade das es so etwas in der Art noch nicht als Stablampe zu kaufen gibt.
 
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Flashaholic**
2 Dezember 2012
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Beeindruckendes Konzept schon unabhängig von der Steuerung. Beeinflusst die gemeinsame Scheibe nicht die Fotodiode durch Streulicht?

Gruß Jörg
 

Stone

Flashaholic*
5 Oktober 2010
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Acebeam
Schönes Projekt:thumbsup:
Hoffe es wird was daraus, denn je komplexer Projekte sind um so höher die Chance das es scheitert.
Aus Kupfer würde ich die Lampe nicht bauen. Zu teuer, schwer und nicht schön zu bearbeiten.
Hast du vor das ganze als eine Lampe aufzubauen und dann die Software zu entwickeln oder erst einen Testaufbau um zu raus zu finden ob das Konzept so aufgeht?

Gruß Matthias
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Hamburg
Beeinflusst die gemeinsame Scheibe nicht die Fotodiode durch Streulicht?
Bei der NAO jedenfalls nicht. Die hat zwar keine Glasscheibe, aber das ganze Gehäuse sollte als Scheibe fungieren. Unter der weiß-schwarzen Plastikverkleidung (die nur nett aussehen soll) ist eine wasserdichte "Plasikdose" aus transparentem Plastik, wo die Elektronik inkl. den beiden LEDs und die Fotodiode drinne stecken. Die 3 TIR-Linsen haben also alle direkten Kontakt zur gleichen planen Plastikscheibe.

Aber das war auch meine Befürchtung. Daher ja auch die Idee mit dem tiefer versenkten Reflektor oder dem Polarisationsfilter, um das Streulicht etwas zu reduzieren.

Aus Kupfer würde ich die Lampe nicht bauen. Zu teuer, schwer und nicht schön zu bearbeiten.
Der Kupferpreis ist da sicher nicht das Problem, solange man nicht etliche Versuche für den Host braucht. Alleine die ganzen anderen Teile wie Glasscheibe, Optiken, Schalter, Platinenfertigung etc wird sicher auf so 100-150€ kommen. Da sollten zusätzliche Kosten für Kupfer auch nicht so ins Gewicht fallen. Was kostet Kupfer so in etwa beim Stahlhändler? Börsenpreis lag ja irgendwie so bei 8$ das Kilo meine ich.
Gewicht und Verarbeitbarkeit wären da schon eher Punkte. Mit der Verarbeitung von Kupfer hab ich noch keine Erfahrungen. Hab bisher nur mit Alu und Stahl gearbeitet. Daher auch die Frage wieviel Material man da für Gewinde etc einplanen muss, damit die Lampe stabil genug ist.

Kupfer hätte halt 3 Vorteile:
-ich finde Kupfer optisch ganz nett und das wird keine Vitrinenlampe, daher finde ich Alu nicht so toll, da früher oder später Kratzer reinkommen und das bei einer Anodisierung immer doof aussieht
-man könnte die Kupfer-PCBs direkt mit dem Lampenkopf verlöten was für eine noch bessere Wärmeableitung sorgt und die Lampe kompakter macht, da ich bei den Löchern für die LEDs im Kopf keinen Platz für Schrauben einplanen muss, welche die Kupfer-PCBs dann auf die Wärmeleitpaste drücken
-Kupfer ist halt genial wegen Strom- und Wärmeleitfähigkeit. Ich hab zwar hier schon oft genug gelesen, dass das bei Hosts nicht viel bringt, da die Wärme schneller leitet als wie sie an die Hand/Luft abgeführt werden kann, aber ich könnte mir vorstellen dass das bei der Lampe doch etwas bringen könnte, denn das Leuchtverhalten ist ein anderes.
Das muss man sich wie beim Vergleich von Handy zu Desktop-PC vorstellen. Ein Desktop-PC ist darauf ausgelegt kontinuierlich eine stetige hohe Leistung liefern zu können und ist daher recht groß mit großen Kühlkörpern. So ein Handy kann zwar auch ordentlich Leistung bringen, hat aber keinerlei Kühlkörper und funktioniert trotzdem. Zum einen wird die Leistung temperaturgeregelt gedrosselt wenn es zu heiß wird und zum anderen gibt es keine kontinuierliche mittelmäßige Belastung, sondern ständig kurze kräftige Belastungen im wechsel mit längeren Pausen ohne große Belastung. Ich denke das wird bei meiner Lampe dann sehr ähnlich wie mit dem Handy sein.
Eine normale manuelle Lampe läuft solange auf High bis man sich doch zu stark geblendet fühlt und die eigene Faulheit überwindet und auf MED oder LOW schaltet. Dabei läuft sie oft auf High und verbrät unnötig Strom, obwohl auch MED reichen würde. Man hat nur keine Lust alle paar Sekunden die Lampe korrekt einzustellen.
So eine automatische Lampe springt ja aber pausenlos immer zwischen High und Low hin und her, wenn man wild mit der Lampe rumfuchtelt und leuchtet immer nur so hell, wie es wirklich nötig ist. Es gibt also keine unnötige Hitze/Stromverbraterei und die LEDs heizen sich eher in kurzen starken Impulsen auf mit längeren Abkühlphasen. Hinzu kommt noch das es viele verschiedene LEDs gibt die im Gegensatz zu konventionellen Lampen nicht alle gleichzeitig sonderen einzeln leuchten. Die Hitze tritt am Kopf also nicht gleichmäßig auf, weshalb ein schnellerer Wärmeausgleich noch wichtiger ist.

Ansonsten könnte ich aber z.B. auch mit einem Edelstahl oder Titanhost leben und nur die Pill im Lampenkopf aus Kupfer. Edelstahl stelle ich mir aber schwierig vor, da der Selektorring ja auf einem Magneten mit Kompass basiert und Edelstahl ja auf das Magnetfeld einwirkt. (weshalb es die ganzen Selektorringlampen wohl auch immer nur als Titanversion und nie als Edelstahlversion gibt)
Titan ist meine ich nicht magnetisch, aber das lässt sich sicher noch schlechter verarbeiten und ist noch teurer wie Kupfer oder? Wäre aber wenigstens schön leicht.

Hast du vor das ganze als eine Lampe aufzubauen und dann die Software zu entwickeln oder erst einen Testaufbau um zu raus zu finden ob das Konzept so aufgeht?
Als erstes führe ich mit SPICE Simulationen für die Schaltung durch und entwickle so die Schaltpläne um eine gute Regelung für die Treiber hinzubekommen. Danach versuche ich die Schaltpläne mit Target als PCB umzusetzen. Die PCBs lasse ich dann fertigen und kann mit den Versuchsaufbauten beginnen.
Man kann auch vorher schon mit dem Programm für den uC anfangen (ich hab bisher immer meine Platinen mit dem Atmega48v in SMD entwickelt, da das der kleiste der Atmegas ist und nur unweseltlich größer ist wie ein großer Tiny, aber trotzdem alle Funktionen eines Atmegas wie 16bit-Timer bietet) und das Programm dann im Simulator am PC durchlaufen lassen. In der Praxis hat sich aber gezeigt, dass da gerade bei komplizierten analogen Schaltungen nur ein Versuchsaufbau wirklich etwas bringt. Die Hauptarbeit beim Programmieren läuft dann also per Try & Error wenn man schon die Elektrnik zusammengelötet hat und mit dem Oszi und Multimeter messen kann, was da wirklich in der Realität passiert.
Wenn dann die Elektronik und Software soweit läuft, dann muss das nur noch wer in einen netten Host verpacken. Dann stehen ja auch alle Maße des innenlebens etc fest.

Mit Temperaturregelung und dimmen von LEDs habe ich schon gearbeitet. Da kann ich mir also zum Großteil meine schon existierenden Codeschnipsel vom RGB-LED-Fader, der Lüftersteuerung etc übernehmen. Und solche Sachen wie Tasterabfragen mit Softwareentprellung etc sind da eh Standard.
 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
290
0
Hamburg
Ich habe mal versucht in LTSPICE die Buck-Boost-Schaltung von Seite 33 im Datenblatt des LT3797 nachzubauen.

Das will aber irgendwie überhaupt nicht. Sieht jemand das Problem?

Schaltplan

Unklar ist mir z.B. wo das IC überhaupt die Versorgungsspannung herbekommen soll. Vin ist ja z.B. nicht mit der positiven Spannungsquell verbunden.

Am liebsten wären mir da eigentlich 2 Buck-Boost-Stufen für die beiden Nichia Triplets und eine Buck-Stufe für die XP-G2. Dann könnte man das Ganze aus 3s1p Versorgen und das Akkurohr wäre etwas handlicher. 4s1p als reine Buckstufe würde da zwar auch gehen, aber Lampen mit vier 18650ern nebeneinander finde ich das schon recht unbequem beim festhalten. Besonders wenn man noch den Daumen für den Selektorring braucht und die Lampe daher mit dem nicht zu fest anpacken kann.

Wird endlich mal Zeit das einzellige Akkus erfunden werden die über den ganzen Spannungsverlauf über der Vf einer weißen LED liegen. 3 - 4,2V ist echt ungünstig wenn die LEDs 3,1 - 3,7V brauchen. Das geht ja eigentlich nur gescheit mit Buck-Boost- oder SEPIC-Topologie.
 
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Alexander

Flashaholic*
4 Juni 2011
937
945
93
D:\Hessen\Gießen\Lollar
Vin mit dem Eingang verbinden wär eine Idee.
Ist auch gleich auf der ersten Seite so eingezeichnet.
Auf Seite 33 ist denke ich ein Fehler darin.
In allen vorherigen Plänen mit positiver Versorgung bekommt Vin immer Strom.
 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Vin an die Versorungsspannung hatte ich auch schon versucht. Das wollte aber auch nicht. Wenn der Plan da falsch ist muss noch etwas anderes nicht stimmen.
Der Buck-Boost müsste auch als Inverswandler arbeiten, also mit negativer Spannung am Ausgang.

Bei Seite 32 wird z.B. auch Vin mit Masse und GND mit positiver Spannung versorgt.

Wenn ich 20V als Vin reingebe dann habe ich laut Spice 18V an der LED und keinen Stromfluss.

Mitgeliefert mit Spice wird leider nur ein Beispielschaltplan von dem LT3797 mit Boost-Stufe, was auch funktioniert.
 
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light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
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im Süden
VIN muss auf jedes Fall positive gegenüber GND sein: +2,5 bis +40V Spannungsbereich.
In Deinem Schaltplan hat das IC keine Versorgung.

Seite 32 ist korrekt, zu beachten ist dort, dass VIN negativ ist, deswegen ist VIN am IC-GND und GND am IC-VIN. Sehr unglücklich gezeichnet.

Das IC kann keinen echten Buck-Boost. Die Buck-Boost-Schaltung auf S. 33 ist eigentlich nur Boost. Sie funktioniert nur deswegen auch mit VIN oberhalb der LED-Vf, weil die LED-Kathde an die positive Versorgung VIN angeschlossen ist. Alter Trick.

Genauer kann ich's mir jetzt nicht anschauen, sonst wird die Mittagspause zu lang...
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Laufen müsste das doch eigentlich wie folgt, wenn ich das richtig verstehe.
Ist M1 offen kann kein Strom fließen. Schließt man M1 so fließt der Strom von V1 durch die Spule L1, wobei diese im Magnetfeld Energie aufstaut und dann durch M1 und den 1. Shunt zur Masse. Wird M1 nun wieder geöffnet so will nun die Energie aus der Spule raus und diese arbeitet als Energiequelle. Durch D1 wird die Flussrichtung bestimmt und der Strom muss durch D1, den Shunt R3, Mosfet M2 und durch die LEDs zurück zur Spule. M2 müsste in dem Fall dann zum Dimmen per PWM, dem Softstart und zum abtrennen der Stromzufuhr beim Kurzschluss da sein.

Wäre nett wenn du den Trick mit den Kathoden an Vin mal erklärst und warum das dann auch als "Buck" geht.

Edit:
Mit M2 passt da irgendwas nicht. Der scheint nicht durchzusteuern wenn ich da Vin an die 20V lege:
cn4wyswc35ny6usqg.png


Wenn ich M2 überbrücke dann wird stabil auf 0,8A geregelt (hab das Testweise mal auf 8 statt 4 LEDs im String damit das näher an die 24V bei 1A aus dem Beispiel kommt). Bei Control > 1,3V ist Iled = 0,25V/Rshunt. Control ist bei 3.472V und Shunt ist 0,25Ohm also sollte das 1A sein.

cn4xennx0ioe3k3qw.png

Rot ist mein PWM, blau der Strom durch den LED-String und grün die Spannung an eben diesem.

Edit:
Ok, mit anderem PFET geht es.
cn4y0x7hzgyzi1trs.png


Edit:
Shunt auf 1,47A angepasst und von 8 auf 3 LEDs reduziert. PWM auf 1kHz bei 50% erhöht. Erstes Bild mit 9V und zweites mit 12,6V:
cn4yvq1ymg8jt3660.png

Der Ripple ist natürlich ziemlich übel, aber das war ja zu erwarten wo ich doch nichts an Spule oder Kondensatoren angepasst habe. Laufen tut es jedenfalls. :)

Edit:
Nur eine LED bei 2,5A betreiben geht auch. Ripple von +-0,5A ist aber ziemlich übel.
 
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light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
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Wäre nett wenn du den Trick mit den Kathoden an Vin mal erklärst und warum das dann auch als "Buck" geht.

Ein "normaler" Boost-Regler kann nicht abwärts (Buck) wandeln, weil der Eingangsstrom durch die Freilaufdiode unkontrolliert über die LEDs gegen Masse fließt, sobald die Eingangsspannung über der LED-Vf liegt.
Hebt man die Kathode der LEDs auf VIN an, muss der Wandler auf VIN+Vf boosten. Es kann also kein unkontrollierter Strom fließen, egal wie hoch VIN ist.
Nachteil: Der Wirkungsgrad ist etwas schlechter, weil der Boostfaktor steigt, und die EMV auch, weil die Schaltflanken höher werden.
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Ok, danke.

EMV ist denke ich mal nicht so wichtig da der Host geerdet ist, sofern die Lampe sich nicht selbst stört. Oder meist du das könnte z.B. den Kompass im inneren für den Selektorring stören?

Effizienz ist im Datenblatt für die Schaltung bei 24V mit 90% angegeben. Das wäre dann ja ein Boost von 24V auf 48V. Also eine Verdopplung der Spannung was ich dann ja auch so in etwa hätte wenn die Vf der LEDs ähnlich der Akkuspannung ist.
Der reine Buck wäre bei 95% fallend. Wenn man damit wirklich 90% hinbekommt wäre das doch schon ziemlich brauchbar.

Was würdet ihr bei der Overvoltage und Undervoltage-Protection nehmen? Bei Overvoltage dachte ich an 4,40V bei der unteren Hysterese (damit 4,35V Akkus noch funktionieren, auch wenn ich die wohl nie nutzen werde) wo die Lampe dann bei 4,89V pro Zelle in die Schutzschaltung fährt. Oder gleich weglassen um 2 Widerstände und damit Platz auf dem Treiber zu sparen? Gibt es überhaupt einen Weg wie man da zu viel Spannung haben könnte? Bei NiMH wäre das ja z.B. praktisch falls da wer statt einer Enerloop einen 14500er einlegt aber hier?

Und was am besten bei der Undervoltage-Protection? Sanyos und Samsungs wären lastfrei bei 3,3V leer und NCR18650B bei 3V?
Dann hätte ich jetzt 3V pro Zelle gesagt. Ist jetzt aber die Frage wie klug das IC ist. Also ob es nur in der Pause vom PWM misst wo keine große Last am Akku anliegt oder generell. Die Lampe wird bis max 45W aus den 3 Akkus lutschen. Das wären dann ja je nach Ladestand gut 3,75 bis 5A pro Zelle. Wenn ich mir die NCR18650B Diagramme so angucke dann sind das immer hin 0,5V die da gegen Ende wegen der Last von der lastlosen Spannung abfallen.
Ggf dann doch 3V für den Lockout nehmen und wenn die Akkuwarnung kommt selbst runterschalten (und im Automatikmodus könnte man ja die 3 Nichias mit der Frosted TIR deaktivieren) damit man selbst die NCRs noch leer bekommt?

Die Akkus fahren bei rund 2,5V in die Schutzschaltung?

Edit:
Wie sieht das mit analogem Dimmen aus? Strommessung passiert ja per Shunt und über die Control-Pins kann man für die 3 Kanäle das Verhältnis von Shuntwiderstand zu Stromstärke in dem man den Spannungsteiler manipuliert. Mit ungenauen Digitalpotis habe ich mich schon einmal herumgequält. Wie wäre es da wenn man einfach parallel zum Widerstand noch einen Transistor verwendet der dann für einen Energiesparmodus noch einen weiteren Widerstand zuschalten kann und so den Stromfluss zu den LEDs z.B. halbiert? Das müsste doch einige Vorteile haben...
1.) tieferes Low als wie es nur per PWM-Dimmen möglich wäre
2.) mehr Effizienz als reines PWM dimmen
Oder bekommt man dann schon wieder zu viel Ripple und eine schlechtere Effizienz sich die Bauteile nicht mehr so gut auf die fixe Spannung/Stromstärke optimieren lassen?
Machen das vielleicht schon andere Lampen so?
 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Was mich noch mal interessieren würde...

Buck ist ja normal effizienter wie Boost. Wie sieht das denn aber aus wenn man von 3 Zellen in Serie nur eine LED versorgen will.

Boost gegen Plus wäre dann ja 12,6V auf 15,9V erhöhen, also nur eine benötigte Spannungsänderung von +26%.
Beim Buck müsste man dann ja von 12,6V auf 3,3V runter also -74%.

Wo hat man denn da dann theoretisch die größeren Wandlerverluste?
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Hat jemand eine Idee wie ich die Verluste durch die FETs noch verringern kann?

Bin jetzt so weit:
cndsh17npmjrnpnqn.png


Oben mit 8,3V Stromversorgung (also 3x leere 18650er bei 3V mit normaler Diode gegen Verpolung, wobei da sicher eine Schottky oder mechanischer Verpolungsschutz sinnvoller wäre) und unten mit 13,05V Stromversorgung (3x 4,35V 18650er).
Treiben tut der LT3797 jetzt 2 Strings mit je 3 LEDs in Serie mit 1,5A über Boost gegen VCC (grau im Diagramm die Spannung und grün die Stromstärke am String) sowie einen String mit einer LED per Buck bei 2,5A (pink die Spannung und blau die Stromstärke).
Das rote ist die PWM-Dimmung bei 1kHz mit 50% duty cycle.
Das türkise ist die Spannung des internen Schaltreglers zum Treiben der FETs. Und die ist leider kritisch. Der interne Schaltregler muss 3 FETs 250.000 mal pro Sekunde schalten und im Gegensatz zu Transistoren brauchen ja FETs je mehr Strom, desto öfter die Schalten. Dann noch die 3 anderen FETs aber die werden ja nur mit 1 kHz geschaltet was vernachlässigbar sein sollte. Die Schaltfrequenz lässt sich von 100kHz bis 1MHz wählen. Ich hab da 250kHz genommen da sich bis zu 250kHz die Leistung des internen Schaltreglers proportional zur Schaltfrequenz erhöht. Ab etwa 250kHz ist es aber nicht mehr proportional und die FETs brauchen zum schalten immer mehr Strom wobei der interne Schaltregler im Verhältnis immer weniger Strom liefert.
Damit das überhaupt bei 100-250kHz läuft musste ich FETs nehmen die eine Gate Charge von nur 2nC haben. Mit kleinerer Gate Charge veschlechtert sich aber auch Ron und es gibt mehr Verlust und damit Wärme am FET. Mit den FETs aus der Beispielschaltung mit 19nC ging da garnichts bei unter etwa 18V VCC. Selbst 5nC ist bei 9V noch viel zu viel Stromverbrauch fürs Umladen der FETS.
Das sieht man schön an der türkisen Linie, also der Spannung des internen Schaltreglers. Bei 5nC steigt die bei 9V langsam von 0V auf ca 5,5V an wo die FETs dann zu schalten beginnen und den internen Schaltregler belasten. Der Schaltregler kann aber nicht den geforderten Strom liefern und die Spannung beginnt dann zu fallen. Sobald die Spannung bei etwa 5,2V ist können die FETs nicht mehr durchsteuern, der Regelkreis der LEDs fängt an zu schwingen und irgendwann macht das IC dann eine Notabschaltung und rebootet sich neu. So belibt die Spannugn dann zwischen etwa 5V und 5,5V pendelnd. Eigentlich versucht der Schaltregler auf 7,5V zu regeln.
Bei 2nC wie oben im Diagramm klappt das soweit. Da fangen die FETs auch bei etwa 5,5V an zu schalten aber der interne Schaltregler kommt mit der Stromzufuhr zurecht und die Spannung kann sich langsam auf die vollen 7,5V aufbauen.
Laut Datenblatt kann der interne Schaltregler bei 8,3V VCC ca 110mA leisten bevor der Überlastungsschutz eingreift.

Hab ich da vielleicht noch irgendwo einen ungewollten Stromverbauch was unnötig Strom aus dem internen Schaltregler zieht? So sieht der Aufbau gerade aus:
cndtfmung1j6iv2b3.png


Das andere was ich gerade noch nie verstehe ist das "Programming Output Regulation Voltage
for the Open-LED Event" auf Seite 15 im Datenblatt.
Was genau versucht man da per R5 und R6 einzustellen, damit eine ausgefallene LED erkannt wird?

Edit:
Hier noch einmal das was ich meine mit dem zu hohen Stromverbrauch der FETs. Ich hab mal wieder die FETs aus der Beispielschaltung genommen und 9V als VCC gewählt.
Rot ist die Spannung des internen Schaltreglers.
Türkis die Stromstärke durch die Spule des internen Schaltreglers.
Blau die Spannung des ersten LED-Strings.
Hellgrün die Stromstärke des ersten LED-Strings.
Pink der Strom am Gate des ersten FETs (der der mit 250kHz die Spannung/Stromstärke für die LEDs regelt).
Grau der Strom am Gate des zweiten FETs (der FET zum Dimmen).
Dunkelgrün ist mein PWM zum Dimmen.
cndu470zgdut31kz3.png


Und so mit den 2nC FETs:
cnduroyaqfgakxoq7.png


Edit:
Hier noch einmal eine Nahaufnahme vom 2nC FET.
cndv2lxfwqo8xnnfz.png

Pink: Stromfluss übers Gate.

Weiß jemand was da schief läuft?
Kann ja eigentlich nicht sein, dass da der FET-Treiber zu klein ausgelegt ist.
Grün: Spannung am Gate
Türkis: Spannung des internen Schaltreglers zur FET-Ansteuerung.

So verbraten die FETs jetzt zusammen 1,4W.

Edit:
Aus den Akkus wird zusammen 55W gezogen. Das wären dann ja etwa 6,1A pro Akku bei 3V Spannung je Zelle. Kriegt man das noch mit irgendwelchen geschützten Zellen hin oder muss man dann schon zur ungeschützten NCR18650PD oder ähnliches greifen? Sind wohl gemerkt aber leider auch die falschen 7 LEDs. Die Nichia219B und XP-G2 ist leider nicht bei Spice in der Datenbank und ich bekomme die Werte für die LEDs auch nicht heraus um die selbst hinzuzufügen.
 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Ich teste gerade mit analogem Dimmen. Weiß zufällig jemand mit wie viel mA man so eine XP-G2 versorgen muss, damit da ca 1 Lumen rauskommen?
Die Diagramme im Datenblatt fangen ja leider erst bei ca 50mA an wo dann Schätzungsweise nach den Diagrammen 28 Lumen beim S2 Bin bei 25 Grad rauskommen sollten. Da könnte man dann zwar immer noch etwas mit PWM zusätzlich dimmen, aber so richtig tief unter 1 Lumen kommt man dann ja auch nicht.

Edit:
Hab da jetzt die 3 Dimmstufen im Test...

XP-G2: 2491mA/273mA/29mA
Nichia: 1460mA/161mA/17.5mA

Reicht das schon für Firefly?

cne4hyf2l7wh9iuen.png
 
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LegolasGT

Erleuchteter
27 Juni 2011
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Hi,

habe mal eben kurz drüber geschaut: Damit die interne Stromversorgung aktiviert wird, muss am Pin EN/UVLO eine Spannung größer als 1.22V anliegen, das ist bei dir nicht der Fall( erst ab ca. 9.5V).

Da musst du dann wohl R1 und R2 anpassen.

Gruß Dominic
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Das hatte ich eigentlich getan.

R1 = 58k
R2 = 10k

V IN(FALLING) = 1.22 * (R1+R2)/R2 = 1.22 * 6,8 = 8,296V
V In(Rising) = V IN(FALLING) + 2uA * R1 = 8,296V + 0,000002 * 58000 = 8,412V

Da sollte der Treiber doch eigentlich ab 8,412V mit dem Arbeiten beginnen und wenn es unter 8,296V fällt abschalten. Da hatte ich einen Spannungsabfall wegen Verpolungsschutz-Diode von 0,7V eingerechnet, also müsste das IC eigentlich bei 3,037V pro 18650er mit dem Arbeiten beginnen und unter 2,999V pro Zelle sich slebst ausschalten.

Bin auch gerade am überlegen ob ich nicht doch auf vier 18650er in Serie gehe. Die drei Akkus sind jetzt mit 44W belastet also bis zu 4,89A pro Akku und dann würde man sich auch das Boosten sparen und könnte Buck-Stufen nehmen. Die sind effizienter, schwingen weniger und lassen daher feineres Dimmen per PWM zu, belasten den FET-Treiber weniger und erlauben dadurch höhere Schaltfrequenzen und damit kleinere Bauweise. Oder meint ihr man kann den geschützen 18650ern wirklich knappe 5A zutrauen? Sind immerhin in 3 in Serie also werden die untereinander sich etwas um die 5A schwanken.

Die andere Idee war ob ich nicht statt 3 festen analogen Dimmstufen gleich ein DAC nehme um mir eine "stufenlose" analoge Dimmung zu ermöglichen. Dann müsste man nur noch im Firefly zusätzliches PWM-Dimmen nutzen. Analog dimmen lässt sich das Treiber-IC einzeln für alle 3 Kanäle über eine lineare Spannung zwischen 0,2 und 1,1V. Ich habe da z.B. den LTC2609 entdeckt. 4-fach DAC mit 16 Bit Auflösung im 16-Pin SSOP Package. Minimum und Maximum des Arbeitsbereiches sind über getrennte Referenzspannungen einstellbar. Wenn man also 0,2V als untere Spannungsreferenz angibt und 1,1V als obere Spannungsreferenz, dann kann man analog in 65536 Schritten von 0A auf maximale Stromstärke dimmen. In der Theorie wären das also 0-1,5A bzw 0-2,5A in 23uA bzw 38uA Schritten. Da würde es sogar das 12-Bit-Modell problemlos reichen.
 
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LegolasGT

Erleuchteter
27 Juni 2011
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Ah, dann passts, hatte R1 im Bild als 68k entziffert:rolleyes:

Komisch, finde leider sonst aber auch gerade keinen Fehler mehr. Seltsam ist aber das die Interne Spannung so stark schwankt, irgendwas stimmt da noch nicht.

Analog Dimmen kannst du aber auch ohne DAC. Einfach einen PWM Ausgang vom Microcontroller nehmen und den Tiefpassfiltern, dann bekommste auch ne Analoge Spannung raus.
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Ja, ich finde das auch irgendwie komisch mit der IntVCC. Alleine schon das die interne Stromversorgung 20ms oder so braucht um sich von 0 auf 5,5V aufzubauen.

Mit dem PWM vom uC muss ich leider etwas sparsam sein, wenn ich kein Software-PWM nutzen will. 3 von 6 brauche ich ja schon zum PWM-Dimmen und eigentlich würde ich einen der 3 Timer noch für andere Dinge nutzen.
Neben der besseren Auflösung vom DAC und der kleineren Bauweise (denke ein 16-Pin-IC ohne große externe Beschaltung ist kleiner wie 3x PWM mit Tiefpassfilter n-ter Ordnung) würde man sich auch noch Pins am uC sparen, da man nur die beiden I²C-Pins braucht und die ja eh schon fürs Kompassmodul für den Selektorring benötigt werden.

Ich habe übrigens inzwischen die Daten für die XP-G2 und Nichia219B gefunden und kann nun mit den echten LEDs simulieren.

Falls die auch wer braucht einfach folgendes unten an das Ende der "standard.dio"-Datei einfügen:
Code:
.model XP-G2 D(Is=2.09328E-45 Rs=0.260397666 N=1.077479027 Xti=30.8559152 Iave=1.5 EG=2.5000 mfg=Cree type=LED)
.model NVSL219B D(IS=7.7956E-14 RS=0.29104 N=3.7765 IKF=689.03 CJO=25.000E-12 Xti=30.8559152 M=.1 VJ=.10 ISR=0 BV=100 IBV=3.0000E-12 TT=1.000E-12 mfg=Nichia type=LED)

Hier ist übrigens mein Aufbau falls mal selbst wer mit LTSpice spielen will.
Nur vorher oben die beiden LEDs in die standard.dio reinkopieren.

Weiß zufällig jemand was so eine NCR18650B für einen Innenwiderstand hat wenn die voll und leer ist? Dann könnte ich das noch bei der Spannungsquelle mit angeben und vielleicht den Spannungsabfall bei Last mitsimulieren. Bei lygte-info.dk ist die ja mit 0,09 Ohm angegeben aber ohne Info bei welchem Ladestand oder welcher Last. Und was müsste man da dann noch wegen den 3 bzw 6 Federn beim Akkuübergang einrechnen?

Edit:
So, habe jetzt noch einmal die Effizenz gemessen (6x Nichia219 @ 1,5A per Buck-Boost + 1x XP-G2 @ 2,5A per Buck). Sieht soweit gut aus.

44.856W Last am Akku bei 3x 3V.
39.458W Gesamtverbrauch der 7 LEDs
= 87.96% Effizienz

44.806W Last am Akku bei 3x 4,35V.
39.483W Gesamtverbrauch der 7 LEDs
= 88.12% Effizienz

Denke bei 88% Effizienz kann man nicht meckern. Besonders da die LEDs wirklich super geregelt sind und noch bis zum letzten bischen Strom des Akkus die volle Leistung bringen können. Also kein nerviger Helligkeitseinbruch wie bei den meisten anderen Treibern die man so bekommt.

Kann mal jemand bei Seite 15 im Datenblatt über den Abschnitt "Programming Output Regulation Voltage
for the Open-LED Event" gucken? Ich verstehe da einfach nicht was die von mir wollen.

Edit:
So, ich habe jetzt mal mit Spannungsabfall an den Akkus simuliert.
3 Zellen in Serie mit je 3,3V (also fast leerer Akku) und 0,9 Ohm Innenwiderstand d.h. 9,9V Leerlaufspannung und 2,7 Ohm Serienwiderstand. Undervoltage-Protection habe ich auf 8V gesenkt, also darf jeder Akku unter Last nicht unter 2,66V fallen. Schutzschaltung springt erst bei 2,5V an oder?

Sieht dann so aus:
cnewx01m39l0s983e.png

Türkis = Verbrauch der 7 LEDs in Watt (min = 36.88; max = 42.28; avg = 39.458)
Rot = Verbrauch der Akkus in Watt (min = 42; max = 48.75; avg = 45.59)
Grau = Akkuspannung in Volt (min = 8.316; max = 8.577; avg = 8.441)
Dunkelgrün = Strom durch die Akkus in Ampere (min = 4.9; max = 5.862; avg = 5.4036)
Blau = Strom durch die XP-G2 (min = 2.44; max = 2.54; avg = 2.4921)
Hellgrün = Strom durch die 6 Nichias (min = 1.373; max = 1.61; avg = 1.4917)

Das ist schon etwas extrem für die Akkus oder? Sollte ich da doch lieber 4 Akkus in Serie schalten und dann auf 3 Buck-Stufen setzen?

Edit:
Ich rechne das mit den 4 18650ern mal laut durch...vielleicht fällt ja einem was auf was man besser machen kann.

So ein NCR18650B darf bis 2,5V entladen werden. In dem Bereich müsste auch irgendwo dann die Schutzschaltung anspringen. Die Schutzschaltung triggert außerdem bei rund 7-9A. Der Innenwiderstand sollte bei ca 0,9Ohm liegen.

Wenn ich da jetzt 4 von denen in Serie schalte, dann hätte ich max 4 * 4,2V = 16,8V. Da man sich ja aber etwas Spielraum lassen will für neue Akkugenerationen (4,35V Akkus gibt es ja z.B. auch) und man nur verhindern muss, dass da nicht je zwei CR123A anstatt einem 18650er benutzt werden, wäre 4 * 4,5V vielleicht eine Idee.
Die Overvoltage Protection muss also auf 18V eingestellt werden.

Laut Seite 16 wäre das:

Vov(falling) = 1,125 * (R3+R4)/R4 = 1,125 * (150k + 10k)/10k = 1,125 * 16 = 18V

Vov(rising) = 1,25 * (R3+R4)/R4 = 1,25 * (150k + 10k)/10k = 1,25 * 16 = 20V

Sobald die Akkuspannung also über 5V pro Zelle klettert schaltet sich die Lampe ab und setzt die Arbeit wieder fort wenn man Akkus nutzt die maximal 4,5V haben.

Wenn so ein NCR18650B bis 2,5V entladen werden kann und die Schutzschaltung da auch anspringt, dann sollte man vielleicht etwas Reserve einplanen. Ich denke eine Entladung unter Last bis gut 2,8V pro Zelle wäre da noch ok. Vielleicht nutzt man ja auch nur Samsung oder Sanyozellen die ja eigentlich schon bei 3,3V praktisch leer sind. Die Spannung wird ja auch noch vom uC überwacht und dann entsprechend gedimmt wenn die Spannung zu tief fällt. Die Schutzschaltung hier wäre ja nur eine Notaktion falls die automatische Regelung versagt. Wenn also im Regulären Betrieb bis 2,8V unter Last entladen werden darf, dann sollte der Treiber bei 2,7V pro Zelle abschalten, damit noch etwas Spiel ist. Bei 4 * 2,7V wären das also 10,8V.

Daraus folgt wie auf Seite 16 beschrieben:

Vin(falling) = 1,22V * (R1+R2)/R2 = 1,22V * (78,52k + 10k)/10k = 1,22V * 8,852k = 10,79944V

78,52k ist aber in keiner E-Reihe und das näheste wäre 78,7k und 10k. Das wären dann:

Vin(falling) = 1,22V * (R1+R2)/R2 = 1,22V * (78,7k + 10k)/10k = 1,22V * 8,87k = 10,8214V

Die Lampe schaltet also ab sobald die Akkus unter Last unter 2,70535V fallen. Die passende Hysterese dazu wäre:

Vin(risung) = Vin(falling) + 2μA * R1 = 10,8214V + 0,000002A * 78700 Ohm = 10,8214 + 0,1574 = 10,9788V

Sobald die Akkuspannung wieder über 10,9788V steigt, also 2,7447V pro Zelle, fängt die Lampe wieder an zu regeln.

Was ich auf Seite 15 für "Programming Output Regulation Voltage
for the Open-LED Event" rechnen soll habe ich wie gesagt keinen Plan. Wäre nett wenn da wer hilft.

Als Schaltfrequenz würde ich 250kHz ganz nett finden. Das ist der höchste Wert den man nehmen kann wo die Leistung des FET-Treibers noch proportional zum erhöhten Stromverbrauch der FETs durch die öftere Umladung ansteigt. Außerdem werde ich wohl mit 8-bit PWM bei 1kHz dimmen, also 256 Abstufungen und damit wäre die kleinste Dimmstufe 1/256000 sek lang. Das passt dann ja wieder recht gut zu den 250kHz. Auch verbessert sich die Effizienz des Treibers wenn man kleinere Schaltfrequenzen nimmt, wobei aber die Bauteilgröße (besonders die Spulen) zunimmt. Von 100kHz bis 1MHz könnte man da wählen aber wie schon vesucht hat der FET-Treiber echt Probleme wenn man höhere Schaltfrequenzen nimmt.

Bei 250kHz Schaltfrequenz muss man laut Seite 13 für Rt einen wert von 59k wählen.

Der Strom der LEDs wird per Shunt gemessen und dann je nach Spannung an den CTRL-Pins verändert.
Laut Seite 14 gilt dort für einen Spannungsbereich von 0,2 bis 1,1V am CTRL-Pin:

Iled = (Vctrl – 200mV)/(Rled_sen * 4)

Wir wollen die Nichias mit max 1,5A betreiben und die dedomte XP-G2 mit maximal 2,5A. Wenn 1,1V unser maximum vom DAC ist und 0,2V das minimum von DAC, dann können wir analog zwischen 0 und 1,5 bzw 2,5A dimmen wenn wir als Rled_sen folgenden Wert nehmen:

Iled= (Vctrl(max) – 200mV)/(Rled_sen * 4) = (1100mV – 200mV)/(0,15 * 4) = 900mV/0,6 = 1,5A

Iled= (Vctrl(max) – 200mV)/(Rled_sen * 4) = (1100mV – 200mV)/(0,09 * 4) = 900mV/0,36 = 2,5A

Rled_sen für die beiden Nichia-Strings muss also 0,15 Ohm sein und Rled_sen für die XP-G2 dann 0,09 Ohm.

Für die Bauteilberechnungen brauchen wir den Switch Duty cycle. Der ist laut Seite 19:

Dbuck = Vled/Vin

Wenn man ins Nichia Datenblatt guckt, dann ist die Spannung bei 1,5A und 25 Grad pro LED bei ca 3,4V. Bei 100 Grad sollte die gut 0,2V tiefer und bei -40 gut 0,4V höher sein. Die tiefen Temperaturen kann man wohl ignorieren, da wenn die LED richtig läuft sich eh die ganze Lampe aufwärmt und wenn sich nicht richtig aufgedreht ist dann ist auch die Durchlassspannung kleiner. Ich denke da sollte man von maximal 3,7V ausgehen (3,4V + 0,3V wegen Produktionschwankungen und Reserve bei kalten Temperaturen). Minimale Durchlassspannung wäre laut Datenblatt ca 2,6V bei 25mA und 25 Grad. Wenn man dann da noch eine Erhitzung auf 100 Grad einberechnet wären das also minimal 2,4V.
Vled sollte bei der Nichia also bei rund 2,4 - 3,7V liegen.

Bei der XP-G2 ist die Durchlasspannung bei 100mA und 85 Grad mit ca 2,65V angegeben und gute 3,2V bei 1,5A und 85 Grad. Zum Temperaturverlauf gibt es keine Diagramme und auch keine Werte für unter 100mA also würde ich da mal auf eine minimale Durchlassspannung von 2,3V tippen. Nach den Messungen von sma war die Spannung bei 2,5A etwa 0,2V höher wie bei 1,5A. Mit etwas Reserve wäre man da also bei ca 2,3V - 3,6V Durchlassspannung.

Vin wäre bei 2,8V - 4,5V pro Zelle.

Daraus folgt:

Dbuck(nichia_min) = Vled(min)/Vin(max) = 3*2,4V / 4*4,5V = 7,2V / 18V = 0,4 = 40% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(nichia_max) = Vled(max)/Vin(min) = 3*3,7V / 4*2,8V = 11,1V / 11,2V = 0,9910 = 99,1% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(xpg2_min) = Vled(min)/Vin(max) = 3*2,3V / 4*4,5V = 6,9V / 18V = 0,3833 = 38,3% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(xpg2_max) = Vled(max)/Vin(min) = 3*3,6V / 4*2,8V = 10,8V / 11,2V = 0,9642 = 96,4% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Jetzt gibt das Datenblatt aber auf Seite 13 an man sollte den Duty Cycle unter 95% halten. Außerdem errechnet sich der minimale und maximale Dutycycle bei 250kHz wie folgt:

Minimum Duty Cycle = 200ns * fSW = 0,0000002 s * 250000 = 0,05 = 5% Duty Cycle
Maximum Duty Cycle = 1 – Minimum Duty Cycle = 1 - 0,05 = 0,95 = 95% Duty Cycle

Der minimale Duty Cycle wäre also mit minimal 38,3% unproblematisch aber unsere 96% bzw 99% liegen über den erlaubten 95%.
Hier müsste man also entweder dafür sorgen dass da die Akkuspannung höher kommt oder man muss die LED weniger bestromen damit die Durchlassspannung sinkt. Vermutlich wird as trotzdem laufen, da ja Reserven eingeplant wurden und so der maximale Dutycycle trotzdem unter 95% liegt, aber dann wären die Reserven ja etwas sinnlos. ;)

Da ich nur ungerne die Bestromung der LEDs senke muss also die minimale Spannung der Akkus erhöht werden.
Was wäre z.B. wenn die Akkus maximal auf 3V statt 2,8V fallen dürfen...

Dbuck(nichia_max) = Vled(max)/Vin(min) = 3*3,7V / 4*3V = 11,1V / 12V = 0,925 = 92,5% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(xpg2_max) = Vled(max)/Vin(min) = 3*3,6V / 4*3V = 10,8V / 12V = 0,9 = 90% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Das würde doch schon ganz ok aussehen.

Berechnen wir also die Unterspannungsabschaltung neu, da die ja bei 2,7V abschalten sollte und nun bei 2,9V.

Vin(falling) = 1,22V * (R1+R2)/R2 = 1,22V * (86,6k + 10k)/10k = 1,22V * 9,66k = 11,7852V

Vin(risung) = Vin(falling) + 2μA * R1 = 11,7852V + 0,000002A * 86600 Ohm = 11,7852V + 0,1732 = 11,9584V

Bei R1 = 86,6k und R2 = 10k sollte die Lampe also abschalten sobald die Spannung einer Zelle unter 2,9463V fällt und weitermachen wenn sie über 2,9896V steigt. Die Akkuspannung jeder Zelle muss also permanent unter Last über 3V gehalten werden, damit die 12V nicht unterschritten werden.

Nun wieder zurück zur Berechung der Bauteile auf Seite 19....

Dbuck(Nichia) = Vled / Vin

...wobei Dmax der Wert ist wenn Vin minimal ist. Nehmen wir doch mal für Vled den Standardwert einer Nichia bei 1,5A. Das wäre dann gut 3,4V.

Dmax(Nichia) = 3 * 3,4V / 4 * 3V = 10,2V / 12V = 0,85

Im Normalbetrieb sollte Dmax also bei der Nichia nicht über 85% kommen.
Standard für eine XP-G2 bei 2,5A wäre laut sma dann 3,5V. Also:

Dmax(xpg2) = 3 * 3,5V / 4 * 3V = 10,5V / 12V = 0,875

Dmax liegt also bei der XP-G2 bei 87,5%.

Auf Seite 20 sieht man für den gemittelten maximalen Spulenstrom folgendes:

Il_avg(max)_buck = Iled(max)

Il_avg(max) wäre also 1,5A für die Nichia-Strings und 2,5A für die XP-G2. Also halten wir fest:

Il_avg(max_nichia) = 1,5A
Il_avg(max_xpg2) = 2,5A

Nun muss das gewünschte deltaIl und der prozentuale Ripple bestimmt werden den man haben will. Man soll einen Wert zwischen 20 und 60% beim prozentualen Ripple anstreben. Ich bin nicht so der Freund von Spannungsschwankungen, also nehmen wir mal 20%. Außerdem wäre das dann effizienter wenn auch etwas weniger reaktionsfreudig.

ripple percentage = deltaIl / Il(max)

Ich weiß nicht so genau was Il(max) ist aber ich vermute es wird Il_avg(max) gemeint sein und nicht Il(peak). Dann hätten wir folgendes.

ripple percentage(nichia) = deltaIl(nichia) / Il_avg(max_nichia) = 0,3V / 1,5A = 0,2
ripple percentage(xpg2) = deltaIl(xpg2) / Il_avg(max_xpg2) = 0,5V / 2,5A = 0,2

Alle Strings sollten also einen prozentualen Ripple von 20% haben. Daraus kann man dann folgendes herleiten:

deltaIl(nichia) = 0,3V
deltaIl(xpg2) = 0,5V
Il(peak_nichia) = Il_avg(max_nichia) + 0,5 * deltaIl(nichia) = 1,65A
Il(peak_xpg2) = Il_avg(max_xpg2) + 0,5 * deltaIl(xpg2) = 2,75A

Nun können wir auch die Induktion für die jeweiligen Spulen berechnen. Dazu nehmen wir die Formel von Seite 20:

Lbuck = (Vled / (deltaIl * f) ) * (1 - Dmax)

Das wären dann bei uns...

Lbuck(nichia) = (Vled(nichia) / (deltaIl(nichia) * f) ) * (1 - Dmax(nichia)) = ((3 * 3,4V) / (0,3V * 250000) ) * (1 - 0,85) = (10,2 / 75000) * 0,15 = 0,0000204 = 20,4uH

Lbuck(xpg2) = (Vled(xpg2) / (deltaIl(xpg2) * f) ) * (1 - Dmax(xpg2)) = ((3 * 3,5V) / (0,5V * 250000) ) * (1 - 0,875) = (10,5 / 125000) * 0,125 = 0,0000105 = 10,5uH

Wir müssen also bei den Nichias eine Spule mit 20,4uH und bei der XP-G2 eine Spule mit 10,5uH verbauen, damit die die Bestromung der LEDs bei den Nichias nicht mehr wie +-0,15A und bei der XP-G2 nicht um mehr wie +-0,25A schwankt.

Auf Seite 21 sehen wir die Formel...

Rsw_sen = 80mV / Isw(peak)

...wobei Isw(peak) das gleiche wie Il(peak) ist. Damit können wir nun den Widerstand für die Shunts der Schalterstrommessung bestimmen.

Rsw_sen(nichia) = 80mV / Il(peak_nichia) = 0,08V / 1,65A = 0,04848 Ohm

Rsw_sen(xpg2) = 80mV / Il(peak_xpg2) = 0,08V / 2,75A = 0,02909 Ohm

Die nächst kleineren Widerstände der E-Reihe wären dann 0,047 Ohm für die Nichias und 0,027 Ohm für die XP-G2.

Außerdem muss man noch den Ripple von sw_sen berechnen. Dazu gibt es folgende Formel:

deltaVsw_sen = deltaIl * Rsw_sen

Das wären bei uns also...

deltaVsw_sen(nichia) = deltaIl(nichia) * Rsw_sen(nichia) = 0,3 * 0,047 = 0,0141

deltaVsw_sen(xpg2) = deltaIl(xpg2) * Rsw_sen(xpg2) = 0,5 * 0,027 = 0,0135

Wir haben also bei der Nichia ein Ripple von 14mV und bei der XP-G2 ein Ripple von 13,5mV. Laut dem Diagramm 8 auf Seite 21 muss der Ripple für die Nichia bei Dmax unter 34mV und bei der XP-G2 unter 28mV liegen. Da liegen wir also wit drunter und alles ist in Ordnung. Also gut das wir uns für wenig Ripple bei der Bestromung der LEDs entschieden haben.

Bei den FETs auf Seite 22 wird es kompliziert. Ich habe jetzt auch nicht so die Ahnung von FETs also wäre nett wenn da wer helfen kann. Die Umladung muss jedenfalls möglichst wenig Leistung verbrauchen da der FET-Treiber schnell am Limit ist. Und je kleiner die Rds ist, desto weniger Verlust hat man durch den hohen Strom der durch die FETs fließt. Ich nehme da für die simulation einfach die 2 Stück die ich bisher genommen habe, da die ja zu laufen scheinen.

Dann ist die Frage wieviel Leistung die Dioden aushalen müssen. Da steht auf Seite 22...

Pd = Il_avg(max) * Vd * (1 – Dmax)

...wobei Vd der Spannungsabfall an der Diode ist. Hier sollte man Schottky-Dioden nehmen da die einen schwächeren Spannungsabfall haben. Also hätten wir da folgendes wenn Vd etwa 0,7V ist:

Pd(nichia) = Il_avg(max_nichia) * Vd * (1 - Dmax(nichia)) = 1,5A * 0,7V * (1 - 0,85) = 0,1575 W

Pd(xpg2) = Il_avg(max_xpg2) * Vd * (1 - Dmax(xpg2)) = 2,5A * 0,7V * (1 - 0,875) = 0,21875 W

Laut Seite 23 gilt für die Eingangskondensatoren:

Cin = Iled * ((Vled * (Vin(min) - Vled)) / (Vin(min)² * deltaVin * f))

Da bei uns die Nichia-Strings mehr Leistung brauchen wie die XP-G2 gehen wir mal von den Nichias aus. Als deltaVin nehme ich einfach mal 0,1V damit die Spannung nicht zu stark schwankt und die Unterspannungsabschaltung auslöst. So sollte man dann näher an das Minimum von 3V pro Zelle gehen können.

Cin = Iled * ((Vled * (Vin(min) - Vled)) / (Vin(min)² * deltaVin * f)) = 1,5A * ((10,2 * (12 - 10,2)) / (12² * 0,1 * 250000)) = 1,5A * (18,36) / (3600000)) = 1,5A * (18,36) / (3600000)) = 0,00000765 = 7,65uF

Da wir aber nur mit einem String gerechnet haben nehmen wir das jetzt mal drei und verbauen also 3 Kondensatoren mit je ca 7,65uF.

Wegen der Haltbarkeit und Geschwindigkeit sollte man übrigens für alle Kondensatoren möglichst X7R Keramik-Kondensatoren verwenden. Denke 25V Varianten wären ok da wir ja überall nur Buck nutzen.

Als letztes die interne Spannungsversorgung für die FETs. Laut dem Diagramm auf Seite 24 dürfen wir die IntVCC nur mit maximal 122mA belasten wenn wir von 250kHz und 12V ausgehen. Der Verbauch errechnet sich wie folgt wenn man davon ausgeht das wir nichts externes von dem Regler versorgen:

Idrive = (Qg_ch1 + Qg_ch2 + Qg_ch3) * fsw

Da unsere Mosfets in der Simulation eine Gate Charge von 2nC haben kommen wir also auf folgendes:

Idrive = (0,000000002C + 0,000000002C + 0,000000002C) * 250000 = 0,0015A

Wenn man danach geht sollte das Umladen der Gates also nur 1,5mA brauchen weshalb ich nicht verstehe warum da ständig die IntVCC einbricht.

So, durchgerechnet ist es. Ich mache mich dann mal ans umsetzen in Spice.
 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Aussehen tut das dann so mit 3 Buckstufen und 4 18650ern in Serie mit je 3,3V:

cnf4asyyoosunr48q.png


Blau ist die Stromstärke der XP-G2 mit 2.4904A und +- 0,07A Ripple.
Grün ist die Stromstärke der Nichias mit 1.4946A und +- 0,01A Ripple.
Rot ist die Akkuspannung die im Schnitt unter Last bei 11.907V liegt. Also ein Spannungsabfall durch die Last von 1.242V.
Gelb ist die Leistung aller 7 LEDs und liegt im Schnitt bei 39.513W.
Pink ist die Leistung welche die Akkus liefern mit im Schnitt 42.752W.

Damit hätte man eine Effizienz von 92,4%. Also also etwa 4% besser als vorher per Buck-Boost. Problematisch ist aber der Spannungsabfall der Akkus durch die Last. Wir dürfen ja nicht unter 3V je Zelle fallen um die Nichias zu versorgen und das heißt dann, dass da die Akkus ohne Last immer über etwa 3,35V haben müssen wenn man volle Leistung will.

Die Akkus werden nun mit 3.59A belastet. Wenn ich mir da die Diagramme der Enerpower 3400er angucke, dann könnte man aus den Akkus eine Laufzeit von rund 2,85Ah herausholen bevor die Spannung unter Last unter 3V je Akku fällt. Das wäre dann in etwa eine Laufzeit von 50 Minuten bei maximaler Power aller LEDs.
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
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Hamburg
Ich hab noch mal den Akkurohrdurchmesser bei 3 und 4 Akkus genauer betrachtet:
cnfxszdnl3htmdteu.png

Rot ist der (großzügige) Platz einer 18650er.
In den grünen Kreis bekommt man dann 3 von den 18650ern nebeneinander.
Wenn man den Kern auf die größe des blauen Ringes erhöht, dann passen da schon 4 18650er rein (was eine bessere Energiedichte bezüglich des Platzes hätte).
Grau ist dann 4mm zusätzlich zu allen Seiten wegen Wandstärke für Gewinde, Riffelung etc.
Hab das hier mal mit einer 53mm Sprühdose in der Hand versucht. Ist nicht das aller bequemste vom Handling her aber lässt sich gut genug anpacken um auch einen Selektorring bedienen zu können.

Ich rechne das jetzt noch einmal für 2s2p und 2 Buck-Boost- sowie eine Buck-Stufe durch:

Wenn ich von 2,8 bis 4,2V pro Zelle im Betrieb ausgehe dann hätte ich bei 2s2p eine Spannung von 5,6 bis 8,4V. Zum Schutz gegen Verpolung und zum Verhindern von Ausgleichströmen zwischen den beiden parallel geschalteten Akkupaaren muss da vor jede der beiden in Serie geschalteten Akkus noch eine Schottky-Diode. Die hat bei 5A If etwa ein Vf von 0,3-0,4V. Man hat also eine Spannung von 5,2 bis 8V zur Verfügung und kann die Akkus bis gut 10-12A belasten.

Unterspannungsabschaltung wäre bei 5,0V dann:

Vin(falling) = 1,22V * (R1+R2)/R2 = 1,22V * (30,9k + 10k)/10k = 1,22V * 4,09k = 4,9898V

Vin(risung) = Vin(falling) + 2μA * R1 = 4,9898V + 0,000002A * 31000 Ohm = 4,9898V + 0,0618 = 5,0516V

R1 = 30,9k
R2 = 10k


Überspannungsabschaltung wäre dann bei 8,4V:

Vov(falling) = 1,125 * (R3+R4)/R4 = 1,125 * (64,9k + 10k)/10k = 1,125 * 7,49 = 8,42625V

Vov(rising) = 1,25 * (R3+R4)/R4 = 1,25 * (64,9k + 10k)/10k = 1,25 * 7,49 = 9,3625V

R3 = 64,9k
R4 = 10k


Schaltfrequenz bleibt bei 250kHz.

fsw = 250000
Rt = 59k


Minimale und maximale Dutycycles bleiben daher auch gleich:

Minimum Duty Cycle = 200ns * fSW = 0,0000002 s * 250000 = 0,05 = 5% Duty Cycle
Maximum Duty Cycle = 1 – Minimum Duty Cycle = 1 - 0,05 = 0,95 = 95% Duty Cycle

Duty Cycles = 5 - 95%

Rled_sen bleibt auch gleich:

Iled= (Vctrl(max) – 200mV)/(Rled_sen * 4) = (1100mV – 200mV)/(0,15 * 4) = 900mV/0,6 = 1,5A

Iled= (Vctrl(max) – 200mV)/(Rled_sen * 4) = (1100mV – 200mV)/(0,09 * 4) = 900mV/0,36 = 2,5A

Rled_sen(nichia) = 0,15 Ohm
Rled_sen(xpg2) = 0,09 Ohm


Die Duty cycles der Schalttransistoren ändern sich aber:

Dbuckboost(nichia_min) = Vled(min)/(Vled(min)+Vin(max)) = (3*2,4V) / ((3*2,4V) + 8,4V) = 7,2 / 15,6 = 0,4615 = 46% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuckboost(nichia_max) = Vled(max)/(Vled(max)+Vin(min)) = (3*3,7V) / ((3*3,7V) + 5,2V) = 11,1V / 16,3V = 0,6809 = 68% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(xpg2_min) = Vled(min)/Vin(max) = 2,3V / 8,4V = 0,2738 = 27,38% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(xpg2_max) = Vled(max)/Vin(min) = 3,6V / 5,2V = 0,6923 = 69,23% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dmin(nichia) = 0,4615
Dmax(nichia) = 0,6809
Dmin(xpg2) = 0,2738
Dmax(xpg2) = 0,6923


Duty Cycles wären also ok. Dann also zur Spulendimensionierung:

Il_avg(max)_buck = Iled(max) = 2,5A
Il_avg(max)_buckboost = Iled(max) * (1 / (1-Dmax)) = 1,5A * (1 / (1 - 0,6809)) = 1,5A * 3,1338 = 4,7007A

Il_avg(max_nichia) = 4,7007A
Il_avg(max_xpg2) = 2,5A


ripple percentage = deltaIl / Il(max)

Ich weiß nicht so genau was Il(max) ist aber ich vermute es wird Il_avg(max) gemeint sein und nicht Il(peak). Dann hätten wir folgendes.

ripple percentage(nichia) = deltaIl(nichia) / Il_avg(max_nichia) = 0,95V / 4,7007A = 0,2021
ripple percentage(xpg2) = deltaIl(xpg2) / Il_avg(max_xpg2) = 0,5V / 2,5A = 0,2

Alle Strings sollten also einen prozentualen Ripple von 20% haben. Daraus kann man dann folgendes herleiten:

Il(peak_nichia) = Il_avg(max_nichia) + 0,5 * deltaIl(nichia) = 4,7007A + 0,475A = 5,1757A
Il(peak_xpg2) = Il_avg(max_xpg2) + 0,5 * deltaIl(xpg2) = 2,75A

deltaIl(nichia) = 0,95V
deltaIl(xpg2) = 0,5V
Il(peak_nichia) = 5,1757A
Il(peak_xpg2) = 2,75A


Daraus folgt:

Lbuck(xpg2) = (Vled(xpg2) / (deltaIl(xpg2) * f) ) * (1 - Dmax(xpg2)) = (3,5V / (0,5V * 250000) ) * (1 - 0,6923) = (3,5 / 125000) * 0,3077 = 0,0000086156 = 8,6uH

Lbuckboost(nichia) = (Vin(min) / (deltaIl * f)) * Dmax = (5,2V / (0,95V * 250000)) * 0,6809 = 0,000014908126315789473684210526315789 = 14,9uH

Lbuck(xpg2) = 8,6uH
Lbuckboost(nichia) =14,9uH


Dann Rsw_sen berechnen:

Rsw_sen = 80mV / Isw(peak)

...wobei Isw(peak) das gleiche wie Il(peak) ist. Damit können wir nun den Widerstand für die Shunts der Schalterstrommessung bestimmen.

Rsw_sen(nichia) = 80mV / Il(peak_nichia) = 0,08V / 5,1757A = 0,0154 Ohm

Rsw_sen(xpg2) = 80mV / Il(peak_xpg2) = 0,08V / 2,75A = 0,02909 Ohm

Die nächst kleineren Widerstände der E-Reihe wären dann 0,417 Ohm für die Nichias und 0,027 Ohm für die XP-G2.

Rsw_sen(nichia) = 0,0154 Ohm
Rsw_sen(xpg2) = 0,027 Ohm


Außerdem muss man noch den Ripple von sw_sen berechnen. Dazu gibt es folgende Formel:

deltaVsw_sen = deltaIl * Rsw_sen

Das wären bei uns also...

deltaVsw_sen(nichia) = deltaIl(nichia) * Rsw_sen(nichia) = 0,95 * 0,0154 = 0,01463

deltaVsw_sen(xpg2) = deltaIl(xpg2) * Rsw_sen(xpg2) = 0,5 * 0,027 = 0,0135

deltaVsw_sen(nichia) = 0,01463
deltaVsw_sen(xpg2) = 0,0135


Ist also beides im Rahmen.

Dann zur Schottky:

Pd = Il_avg(max) * Vd * (1 – Dmax)

Also hätten wir da folgendes wenn Vd etwa 0,7V ist:

Pd(nichia) = Il_avg(max_nichia) * Vd * (1 - Dmax(nichia)) = 4,7007A * 0,7V * (1 - 0,6809) = 1,05 W

Pd(xpg2) = Il_avg(max_xpg2) * Vd * (1 - Dmax(xpg2)) = 2,5A * 0,7V * (1 - 0,6923) = 0,5384 W

Pd(nichia) = 1,05 W
Pd(xpg2) = 0,54 W


Die Eingangskondensatoren wären:

Cin = Iled * ((Vled * (Vin(min) - Vled)) / (Vin(min)² * deltaVin * f))

Da bei uns die Nichia-Strings mehr Leistung brauchen wie die XP-G2 gehen wir mal von den Nichias aus. Als deltaVin nehme ich einfach mal 0,1V damit die Spannung nicht zu stark schwankt und die Unterspannungsabschaltung auslöst. So sollte man dann näher an das Minimum pro Zelle gehen können.

Cin = Iled * ((Vled * (Vin(min) - Vled)) / (Vin(min)² * deltaVin * f)) = 1,5A * ((10,2 * (5,2 - 10,2)) / (5,2² * 0,1 * 250000)) = 1,5A * (-51 / 676000) = -0,00011316568047337278106508875739645 = -113,16uF

Da kann also was nicht stimmen.
 

Xandre

Flashaholic***²
8 März 2011
13.121
5.329
113
BaWü
Respekt vor deinem Projekt :thumbup:

Obwohl ich von mehr wie der Hälfte nur "Bahnhof"
oder noch weniger verstehe, bin ich sehr beeindruckt, :)

Würde 3 18650er in Serie nehmen:

Gibt es fertig zu bestellen.

Guter Grifffaktor.
Mir sind 4rer noch ok,aber 3er sind angenehmer.

Mehr Volt zur Verfügung,dadurch kein " Treiberstress "
schafft er es oder nicht, wegen Vf usw.

Gruß Xandre
 

fritz15

Flashaholic**
8 Mai 2011
1.008
1.621
113
Aalborg, Dänemark
Ich kann mich Xandre nur anschließen, klasse Projekt!

Hast du dich jetzt schon für vier Akkus entschieden?
Denn für drei Stück spräche doch die Kompaktheit. Denn was bringt dir die beste und intelligenteste Lampe, wenn sie dir zu schwer und zu groß zum mitnehmen ist?
Und ob nun 88% Effizienz oder 92% ist denke ich nicht so dramatisch.

Zudem könntest du dir überlegen ob du nicht ungeschützte Akkus verwendest.
In Verbindung mit einem speziell angefertigten Akkushalter könnte man bestimmt auch eine Einzelzellen-Überwachung realisieren mit einer teils transparenten Tailcap und rg(b)-Leds.
Und eventuell wäre es vielleicht sinnvoller den Unterspannungsschutz des Treibers auf 2,5 Volt pro Akku zu programmieren und dann den Rest Softwareseitig beim ATmega zu machen.
Beispielsweise dann herunterdimmen unter 3 Volt oder solche Sachen.

Zudem könnte man für den Moonlight Modus noch einen eigenen 1ma Stromregler verbauen, den der ATmega dann beim Moonlight anschaltet. Pins sind ja genügend vorhanden.

Noch kurz zur Materialwahl.
Von Kupfer oder Titan würde ich auf jeden Fall abraten. Kupfer weil zu schwer, bei so einer großen Lampe merkt man das schon deutlich und Titan weil zu teuer.
Einfach aus dem Grund, weil das hier doch erstmal eine Art Prototyp ist und man es sich zwar vornimmt alles perfekt zu machen, es aber dann doch nicht perfekt wird besonders bei sehr aufwändigen Projekten.
Wenn es dann noch eine Version2 gibt, dann könnte man bestimmt über Titan nachdenken.
Als optimal würde ich Aluminium einschätzen. Günstig, leicht zu bearbeiten und leitet im Vergleich zu Titan die Wärme sehr gut.

MfG
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
290
0
Hamburg
Würde 3 18650er in Serie nehmen:

Gibt es fertig zu bestellen.
Du meinst einen fertigen Akkukäfig für 3S1P gibt s fertig oder wie ist das zu verstehen?


Hast du dich jetzt schon für vier Akkus entschieden?
Denn für drei Stück spräche doch die Kompaktheit. Denn was bringt dir die beste und intelligenteste Lampe, wenn sie dir zu schwer und zu groß zum mitnehmen ist?
Und ob nun 88% Effizienz oder 92% ist denke ich nicht so dramatisch.
Ne, noch nicht entschieden. Ich habe jetzt die 3 besten Varianten simuliert und 3 Treiber bekommen die alle volle Leistung bis runter zu 3,3V pro Zelle bringen. Hat aber alles irgendwie Vor- und Nachteile. Ergebnis sieht man unten.

Zudem könntest du dir überlegen ob du nicht ungeschützte Akkus verwendest.
In Verbindung mit einem speziell angefertigten Akkushalter könnte man bestimmt auch eine Einzelzellen-Überwachung realisieren mit einer teils transparenten Tailcap und rg(b)-Leds.
Das hatte ich auch schon überlegt. So ein Akkukäfig sind ja auch nur 2 runde Platinen mit Abstandshaltern verbunden. Das mit den ungeschützten hatte ich aber verworfen da mir die Schutzschaltung beim Laden im Lader und beim Akkutransport doch ganz sinnvoll erscheint. Das wäre eher was wenn man noch eine Ladeschaltung mit in den Akkukäfig einbaut damit man die Akkus erst garnicht entnehmen muss. Das wäre dann aber wieder ordentlich extra Aufwand und nicht gerade unkritisch wenn man sich doch mal verrechnet und das LadeIC dann nicht stoppt.
Das mit der Einzelzellenüberwachung hatte ich auch überlegt. Also einen kleinen Attiny direkt auf dem Akkukäfig sitzt und da alle Zellspannungen einzeln abgreift, vielleicht sogar temperaturen überwacht und auswertet und ggf. die Akkus sogar per FET abtrennt. Das Problem dabei war eher der mechanische Faktor. Selbst im Idle würde die Akkuüberwachung dann ja langsam die Akkus leerziehen. Man müsste dem Tiny also irgendwie sagen wann er einschlafen und aufwachen soll also müsste man eine Verbindung zum Tailcapschalter haben oder wenigstens per Shunt oder ähnliches den Stromfluss messen um festzustellen, wann die Lampe denn richtig aus ist. Der andere Punkt ist wie man denn die Daten vom Tiny im Akkukäfig hoch zum Treiber bekommt wo der Mega die auswertet. Ließe sich z.B. per I²C als Master-Slave-Kommunikation machen da ich I²C ja eh schon für den DAC und Kompass nutze. Nur wie sieht dann die Verbindung der Datenleitungen vom Akkukäfig hoch zum Treiber aus? Eine Feder unten am Käfig und eine Feder oben wird dann ja nichts. Da müsste man dann ja noch mehrere Kontaktflächen haben und dann wäre es wieder wichtig wie man den Käfig beim einlegen dreht, da sich ja die Kontakte auf beiden Seiten treffen müssen.

Und eventuell wäre es vielleicht sinnvoller den Unterspannungsschutz des Treibers auf 2,5 Volt pro Akku zu programmieren und dann den Rest Softwareseitig beim ATmega zu machen.
Beispielsweise dann herunterdimmen unter 3 Volt oder solche Sachen.
Das Problem ist das ich nicht genau weiß wann die Akkus in die Schutzschaltung gehen. Die enerpower sind z.B. mit 3V angegeben. Mache erst bei 2,5V und so weiter. Hinzu kommt das die Treibervariante mit 4s1p wirklich nicht unter 3V je Zelle fallen darf da der Treiber sonst in einen undefinierten Bereich kommt da der Duty Cycle vom Schalt-FET gegen 100% geht. Bei der 2s2p Variante wäre es auch unter rund 3V kritisch da noch gute 0,4V an den Dioden abfallen und ich eine Spannung von über 5V brauche um die Elektronik wie Kompass, DAC etc per extra LDO-Linearregler mit stabilen 5V versorgen zu können. Da sollte also am Akkupack immer mehr wie 5,2V herauskommen.

Zudem könnte man für den Moonlight Modus noch einen eigenen 1ma Stromregler verbauen, den der ATmega dann beim Moonlight anschaltet. Pins sind ja genügend vorhanden.
Das wäre eine Idee. Da müsste man mal gucken ob man etwas bekommt was die Spannung so hoch boosten kann.

Noch kurz zur Materialwahl.
Von Kupfer oder Titan würde ich auf jeden Fall abraten. Kupfer weil zu schwer, bei so einer großen Lampe merkt man das schon deutlich und Titan weil zu teuer.
Einfach aus dem Grund, weil das hier doch erstmal eine Art Prototyp ist und man es sich zwar vornimmt alles perfekt zu machen, es aber dann doch nicht perfekt wird besonders bei sehr aufwändigen Projekten.
Wenn es dann noch eine Version2 gibt, dann könnte man bestimmt über Titan nachdenken.
Als optimal würde ich Aluminium einschätzen. Günstig, leicht zu bearbeiten und leitet im Vergleich zu Titan die Wärme sehr gut.
Ok, da bist du der Profi.^^

Ich habe jetzt übrigens auch mal mit 2s2p simuliert. Das Hauptproblem bei dem LT3797 ist der verdammte interne FET-Treiber der einfach nicht genug Strom zum Schalten der FETs liefern kann. Ich glaube inzwischen auch nicht mehr das ich da etwas falsch mache, denn selbst die offiziellen Beispiele aus dem Datenblatt und das fertige Beispiel in Spice kann man bei unter 20V Versorgungsspannung eigentlich nicht mehr gebrauchen wenn man wirklich 3 Kanäle treiben will. Das IC wird zwar mit "Treibt FETs ab 2,5V" beworben und es gibt auch Beispiele mit VCC von 2,5 bis 40V aber es geht dann halt doch nicht.

Die beste Lösung die ich bis jetzt gefunden habe ist einfach Vin zum LT3797 von der normalen Spannung der Akkus zu trennen, dann die Akkuspannung auf 40V hochzuboosten und dann die 40V dem LT3797 als Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Denn mit steigender Spannung an Vin steigt auch linear die Leistung des internen FET-Treibers. Wenn ich also bei 2s2p im schlimmsten Fall nur 5V aus den Akkus heraus bekomme, dann habe habe ich die 8-fache Leistung für den FET-Treiber wenn ich Vin mit 40V versorge. Ich muss also aus 5,4 bis 8,4V von den Akku dann 40V machen, die 40 Volt geben ich dann in Vin rein damit die wieder auf 7,5V runtergeregelt werden um die FETs zu treiben. Also irgendwie nicht ganz Sinn der Sache aber der einzige Weg wie man überhaupt kleine Spannungen zum Treiben der LEDs nutzen kann.

2s2p mit 2x möchtegern Buck-Boost + 1x Buck:
Bei 2s2p sieht das so aus (Zahlen oben in die LEgende eingetragen):

Schaltplan
Spice-Datei

cnh01zodpjrsmgb2i.png


Effizienz wäre also 79% was den beiden Schottky-Dioden zum Trennen der beiden Serienakkus sowie dem Verpolungsschutz zuzuschreiben ist. Wenn man die Schottkys herausnimmt, dann ist mal so bei 86-87% Effizienz.

Also was meinen da die Akkuexperten? Was leuchtet da am längsten bei maximaler LED-Power bei einer NCR18650B?

2s2p mit 3,3V Ruhespannung je Zelle und 2x "möchtegern" Buck-Boost + 1x Buck:
4,28505A unter Last je Zelle
0,3852V Spannungsabfall unter Volllast bei 0,9 Ohm Innenwiderstand je Zelle
79% Effizienz


Da sollte dann doch eigentlich die doppelte Laufzeit wie bei der 3s1p-Konfiguration herauskommen.

4s1p mit 3 Buck-Stufen:

Schaltplan
Spice-Datei

cnh2h0dycoiwjwnii.png


Das hat die beste Werte was das Dimmen per PWM angeht und die beste Effizienz (92%). Das Problem ist das man die Akkus unter Last nicht unter 3V bringen darf weil sonst die Spannung fürs Regeln nicht mehr reicht. Bei 3,3V Akkuleerlaufspannung geht das gerade noch (Spannungsabfall auf 2,977V) aber dadrunter geht nichts mehr.

Wenn ich keinen Denkfehler habe sollte das auch die beste Laufzeit bringen, da die hohe Spannung hier im Gegensatz zu den Buck-Boost-Stufen wirklich sinnvoll genutzt wird...

3s1p:
11,1V bei 3,4Ah
5,3074A Stromverbrauch
0,6406 Stunden Laufzeit (3,4Ah / 5,3074A)

2s2p:
7,4V bei 6,8Ah
8,5701A Stromverbrauch
0,7935 Stunden Laufzeit (6,8Ah / 8,5701A)

4s1p:
14,8V bei 3,4Ah
3,5888A Stromverbrauch
0,9474 Stunden Laufzeit (3,4Ah / 3,5888A)

Ist die Frage in wie weit einem da die super Effizienz und theoretische Laufzeit etwas bringen, wenn man die Akkus in der Praxis nicht unter 3,3V Leerlaufspannung bringen darf und die Akkus bei 3V so gut wie leer sind man die bis 2,5V entladen darf. Ist also die Frage was da an Kapazität dann ungenutzt im Akku zurückbleibt.

Bei 3s1p sieht es so aus:

Schaltplan
Spice-Datei

cnh1rtphz9fr88utm.png


Hätte 88% Effizienz da keine Diode am Pack notwändig bei mechanischem Verpolungsschutz. Jede Zelle würde bei 3,3V Leerlaufspannung mit 5,3A belastet werden wobei jede Zelle unter Last um 0,4768V einbricht.


1s4p habe ich nicht getestet aber das wäre wohl auch nicht so der Bringer da man zu stark boosten müsste und die Verluste durch die Dioden zu groß wären, wenn man vor jede Zelle eine Diode setzt die dann automatisch schon 0,5V von den 3-4,2V verbrät.

4s1p mit Buck-Boost-Stufen würde wohl auch gehen anstatt 3s1p aber das dürfte in der Theorie doch keinen Vorteil haben oder? Akkukapazität erhöht sich ja nicht in Serienschaltung und von der Spannungserhöhung hätte man auch keinen Nutzen da man ja trotzdem noch boosten müsste.

Also was meint ihr?

Lieber 4s1p mit 3x buck, 2s2p mit 1x buck und 2x pseudo buck-boost oder 3s1p mit 1x buck und 2x pseudo buck-boost?

Alle Diagramme oben laufen mit 3,3V je Zelle und haben die gleichen Farben für die gleichen Daten. Also ein schöner direkter Vergleich.



PS:

Korrektur zu Post 19...

Ist natürlich nur eine XP-G2 und nicht 3 Stück also andere Werte:

Dbuck(xpg2_min) = Vled(min)/Vin(max) = 2,3V / 4*4,5V = 2,3V / 18V = 0,1277 = 13% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Dbuck(xpg2_max) = Vled(max)/Vin(min) = 3,6V / 4*2,8V = 3,6V / 11,2V = 0,3214 = 32% Duty Cycle im Worst Case Szenario

Lbuck(xpg2) = (Vled(xpg2) / (deltaIl(xpg2) * f) ) * (1 - Dmax(xpg2)) = ((3,5V / (0,5V * 250000) ) * (1 - 0,3214) = (3,5 / 125000) * 0,6786 = 0,0000190008 = 19uH
 
Zuletzt bearbeitet:
25 Januar 2014
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Berlin
boa ey

Ich habe mal kurz in das Thema reingeschaut.
Mir ist voll schwindlich geworden.

:thumbsup:

Habe aber eine Erkenntnis mit genommen:

4 Zellen im Rohr nehmen kaum mehr Platz in Anspruch als 3 Zellen.

:thumbsup:
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Hamburg
Die Verluste an den beiden Dioden. Bei 2s2p mit je einer Schottky vor jedem 2s-Strang sind das immerhin 6-12% Strom die da sinnlos an den Dioden in Wärme verbraten werden. Da reißt dann auch kein effizienter Schaltregler mehr etwas raus wenn man bereits um die 10% im Akku-Käfig verliert. Und dann fließt größerer Strom bei weniger Spannung was auch nicht so gut kommt. Nach dem Ohmschen Gesetzt ist der Verlust ja "P = R * I²" also exponentiell mehr Verlust mit steigender Stromstärke. Und Widerstand hat man da ordentlich. 4x der Innenwiderstand der Akkus, 8x Widerstand an den Übergangen von Akkus zu Akkukäfig, 2x beim Übergang von Akkukäfig zu Lampe und zu guter letzt ist Federstahl auch nicht der beste Stromleiter und so eine abgerollte Feder ergibt einen echt langen Draht, dafür dass da zusammengerollt nur ein paar Millimeter überbrückt werden. Schalter, lange Kabel etc tun dann ihr übriges. Da kommt dann schon einiges an Widerstand zusammen was man erst garnicht so vermutet.
So ganz doof ist Lupine da also z.B. nicht mit ihren Systemakkus. Neben dem Komfort beim Laden für den Kunden und teuren Ersatzteilen für den Hersteller spart man sich da immerhin auch die ganzen Widerstände bei den Übergängen, wenn man da die Akkus fest verlötet.

Edit:
Ich hab mal ein bischen gekritzelt. So in etwa würde ich mir das denken. Maßstab und Lampen-Design bitte nicht bildlich nehmen.^^

cnhat3ghae2r5yrre.png


So im Nachhinein würde ich sagen das ist eine MX25L3C mit Selektorring.^^

PS: oben müsste dann natürlich noch die Scheibe drauf und ein passendes Gewinde für einen Bezelring der die Scheibe fixiert. Da war ich aber schon am Ende vom Papier. Und natürlich überall Dichtgummis und ein Gummidings über den Tailcap-schalter

Kann man das so machen oder sieht da schon wer Konstruktionsschwächen?
 
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Maiger

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27 Dezember 2011
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Die Verluste an den beiden Dioden. Bei 2s2p mit je einer Schottky vor jedem 2s-Strang sind das immerhin 6-12% Strom die da sinnlos an den Dioden in Wärme verbraten werden.

Sinnlos sind die Dioden nicht, oder anders gesagt, kein Vorteil ohne Nachteil. Wenn man auf maximale Leistung und Laufzeit Wert legt, kann man sie ja weglassen. So hat man aber eine zusätzliche Sicherheit, wenn die Akkus verpolt eingelegt werden oder sie evtl. ungleich voll geladen sind.

Nach dem Ohmschen Gesetzt ist der Verlust ja "P = R * I²" also exponentiell mehr Verlust mit steigender Stromstärke. Und Widerstand hat man da ordentlich. 4x der Innenwiderstand der Akkus, 8x Widerstand an den Übergangen von Akkus zu Akkukäfig, 2x beim Übergang von Akkukäfig zu Lampe und zu guter letzt ist Federstahl auch nicht der beste Stromleiter und so eine abgerollte Feder ergibt einen echt langen Draht, dafür dass da zusammengerollt nur ein paar Millimeter überbrückt werden. Schalter, lange Kabel etc tun dann ihr übriges. Da kommt dann schon einiges an Widerstand zusammen was man erst garnicht so vermutet.

Spricht also für hohe Spannung bei gerigerem Strom für die Leistungübertragung.

Kann man das so machen oder sieht da schon wer Konstruktionsschwächen?

Ich bewundere deine Schreibarbeit und die Länge deiner Beträge. Ich habe sie aber nur kurz überflogen. :peinlich:
Die Variante, dass die Verschraubung und der Schalter am Tailcap eingespart wird und die Lampe elektronisch geschaltet wird hast du schon in Betracht gezogen?
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Sinnlos sind die Dioden nicht, oder anders gesagt, kein Vorteil ohne Nachteil. Wenn man auf maximale Leistung und Laufzeit Wert legt, kann man sie ja weglassen. So hat man aber eine zusätzliche Sicherheit, wenn die Akkus verpolt eingelegt werden oder sie evtl. ungleich voll geladen sind.
Genau, aus den 2 Gründen hatte ich die je auch bei mir im 2s2p-Aufbau mit drin. Aber im direkten Vergleich mit reiner Serienschaltung fällt da der Leistungsunterschied echt auf. Da braucht man dann ja keine Dioden wegen ungleicher Ladung und wenn man nicht auf Flattop besteht, dann kriegt man den Verpolungschutz auch verlustfrei hin.
Aber wenn man wirklich nur eine einzelne LED treibt dann bringt einem die Spannung der Serienschaltung ja auch nichts und man kommt um Parallelschaltung und die Dioden nicht herum.

Spricht also für hohe Spannung bei gerigerem Strom für die Leistungübertragung.
Genau. Besonders wenn man eh viele LEDs treiben will. Dann kann man die LEDs auch gleich in Serie schalten, was für die auch besser ist.

Ich bewundere deine Schreibarbeit und die Länge deiner Beträge. Ich habe sie aber nur kurz überflogen.
Die Variante, dass die Verschraubung und der Schalter am Tailcap eingespart wird und die Lampe elektronisch geschaltet wird hast du schon in Betracht gezogen?
Hatte ich auch überlegt. Ich mag aber ehrlich gesagt Tailcap-Schalter. Wenn ich beim Geocachen Reflektoren suche dann halte ich mir die Lampe in der taktischen Haltung an den Kopf und morse dann herum um zu gucken, ob da eventuell ein Reaktivblinker zurückblinkt. Da ist dann ein Tailcap-Forward-Clicky einfach praktisch. Und für das normale Halten in Hüfthöhe hat man dann ja den Seitenschalter für Standby.
Der andere Punkt ist, dass das mit der Selbstentladung auch nicht ganz ohne wäre. Da steckt dann so viel Technik in der Lampe das ich nicht weiß ob ich da wirklich alle Ströme minimieren kann. Die Mikrocontroller werden zwar in den Sleepmode geschickt, die 2 Spannungsregler, der LED-Treiber und das Kompassmodul auf standby gestellt, aber man weiß ja nie was da noch heimlich Strom schluckt.
Wenn ich mir da so Imalent angucke, dann kriegen die das nicht mal bei Serienlampen richtig hin. Und die haben vermutlich mehr Zeit, Budget und Knowhow als ich der sich da etwas nebenbei zusammenfrickelt.

Sowas würde ich als Seitenschalter nett finden. IP65, Edelstahl, vorstehender Taster, zweifarbig beleuchteter Ring aber leider 20mm Einbautiefe. Je Tiefer der Schalter ist desto weniger passt auf meine Platinen, da ich dort ja den Platz aussparen muss, damit der Taster reinpasst.

Gibt es übrigens auch in schwarzem Alu (aber ich vermute durch das ständige Befummeln platzt da auch früher oder später die Anodisierung ab).

Kennt jemand sowas in z.B. 10mm Einbautiefe? Da konnte ich nichts finden. Entweder nicht wasserdicht oder nicht beleuchtet oder nicht mit erhöhtem Taster. Erhöht hätte ich den schon gerne, da versehentliches Anschalten der Lampe in der Tasche ja nicht über den Seitenschalter passieren kann.
 
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light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
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im Süden
Zu den Verpolschutzdiodenverlusten: man kann eine Verpolschutzdiode auch praktisch verlustfrei mit einem FET realisieren.
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Du meinst so in der Art?

cni6bki3tpc1u134p.png


Also richtig rum wird das Gate auf Low gezogen und der FET wird leitend und verpolt wird das Gate auf High gezogen und nichts passiert?

Nutzt bei Parallelschaltung aber auch nichts gegen verschieden stark belastete/entladene Zelen oder?

Aber die Idee ist natürlich nicht schlecht. So ein FET braucht ja im Gegensatz zum Bipolartransistor keinen permanenten Strom sondern nur einmal Strom für das Schalten. Wenn dann Rds noch klein genug ist gibt es auch wenig Verluste im durchgeschalteten Zustand.

Gibt es auch FETs die noch bei 2,5V voll durchschalten für Einzelzellabschaltung? Ich weiß da nur von den normalen FETs die so 7V brauchen und die Logic Level FETs mit etwas um die 4-5V.
 
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Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
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Mal eine andere Idee...

Spricht eigentlich etwas dagegen den Akkukäfig fest mit der Tailcap zu verbauen? Dann wäre praktisch die untere Platine vom Akkukäfig gleichzeitig die Platine wo der Clicky draufsitzt. Da da Käfig dann ja fest verbunden ist kann sich der Käfig auch nicht zur Tailcap verdrehen und man könnte noch prima Akkustands-LEDs in die Tailcap einbauen.

Sollte doch eigentlich gehen wenn das Akkurohr Innengewinde und die Tailcap Außengewinde hat, damit da kein Rand von der Tailcap über die Akkuschächte hinausragt?
 
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light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
16.273
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im Süden
Du meinst so in der Art?
Ja. Aber Vorsicht bei mehren Zellen, dass die Gatespannung nicht zu hoch wird.

Nutzt bei Parallelschaltung aber auch nichts gegen verschieden stark belastete/entladene Zelen oder?
Stimmt. Ladestrom aus volleren kann in leerere Zellen fließen. Passiert in allen Lampen mit parallelgeschalteten Akkus aber auch.

Gibt es auch FETs die noch bei 2,5V voll durchschalten für Einzelzellabschaltung?
Gibt es. Die FETs in den üblichen PCBs z.B.
Stichwort "Low gate threshold voltage".
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
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Ich hab inzwischen auch den Widerstand der Federn heraus. Der liegt bei bei rund 0,08 Ohm. Wenn man die Federn mit Kupferlitze pimpt dann kommt man runter auf bis zu 0,02 Ohm.

Wären also 0,09 Ohm Innenwiderstand der NCR18650B + 2*0,08 bzw 2* 0,02 Ohm.

Ich habe die Simulationen also noch einmal mit zusätzlichen 0,1 Ohm pro Akku laufen lassen und dann sieht das schon echt übel aus was den Spannungsabfall angeht.

Bei 3s1p ist der Spannungsabfall z.B. schon so hoch, dass da die Zellen von 3,7V unter Last auf 2,6V einknicken wo ich dann ja abschalten muss, damit die Akkuschutzschaltung nicht blockiert.

Also hat jemand eine Idee wie man da am besten vorgeht?
Spannungsabfall lässt sich ja eigenlich nur über 2 Dinge minimieren.

1.) weniger Widerstand
2.) Zellen parallel schalten

Weniger Widerstand wäre z.B. gleich ein fertiges fest verlötetes Akkupack mit Balanceranschluss zu nehmen und dann eine Modellbaulader, damit man keine Widerstände wegen Federn und Akkuübergängen hat? Eventuell auch dann gleich Hochlastzellen wie NCR18650PD nehmen?

Parallelschaltung ist bei 3 Zellen ja etwas schwierig. Da würden dann ja nur 1s3p, 2s2p und 1s4p in Frage kommen. Bei 1s3p und 1s4p würden aber schon echt extreme Ströme über Schalter und Co fließen. Dann müsste man die LEDs ja auch parallel schalten und dann würden die 7 LEDs auch mal locker 11,5A schlucken und wegen dem Boost-Regler wäre da doch deutlich mehr Stromfluss über die Akkus. Ich vermute 14A über den Clicky und 7A durch jede Zelle wäre nicht so der Brüller was?

Bei 2s2p ohne Schutzdioden wären das wenigstens nur noch ein Spannungsabfall unter Last von 0,625V pro Zelle (bei 4,2V) bzw 0,833V pro Zelle (bei 3,5V). Unter 3,5V Leerlaufspannung kommt man dann aber auch wieder nicht, da man dann schon unter Last die 2,6V erreicht.
Was also am besten machen? Gibt es hochstromfeste Akku mit sehr guter Spannungslage und niedrigem Innenwiderstand?

Ich würde die Akkus gerne wenigstens bis 3,3V Leerlaufspannung noch mit voller Leistung betreiben können, also nicht mehr wie 0,6V Spannungsabfall unter Last zu dem Zeitpunkt.

Edit:
Wäre vielleicht eine Pre-Boost-Stufe noch eine Idee?

Also sagen wir mal ich habe 1s3p oder 1s4p im Akkukäfig ohne Schutzdioden. Wären die LEDs parallel verschaltet und würde man die per Buckboost treiben, dann müsste das Akkupack so ca 14A liefern weil die LEDs 11,5A wollen und man gute 20% Verluste haben wird. Auch müssten die Buckboost-Stufen dann für die LEDs die Spannung wieder von 2,5 bis 4,2V auf 5 bis 7,9V anheben. Da würde also übelste Ströme geboostet werden müssen.

Wenn ich aber nun 1s4p habe dann könnte doch eigentlich eine große Booststufe in den Akkukäfig rein. Der ist es dann egal ob die Akkus 2,5V oder 4,2V liefern, die boostet immer hoch auf 12V. Die Preboost-Stufe holt sich also die 2,5V - 4,2V bei gut 13 - 22A aus den Akkus. Der Spannungsabfall an den Akkus ist dann nicht so hoch da die Übergangswiderstände und Innenwiderstände ja wegen Parallelschaltung nicht summiert werden. Aus dem Akkukäfig kommen dann also 12V bei viel kleineren 4,5A heraus. Alles außerhalb des Akkukäfigs wie der Clicky, die Stufen am LED-Treiber etc müssen viel weniger Strom schalten und es gibt daher weniger Verluste.
Oben am LED-Treiber gibt es dann 3 sehr effiziente Buck-Stufen welche dann die 12V nutzen um die Nichias mit bis zu 11,1V und die XP-G2 mit bis zu 3,6V zu treiben.

Klarer Vorteil dabei wäre das man die Buck-Boost-Stufen nicht mehr braucht. Normal nervt es ja immer das die Akkuspannungen und LED-Durchlassspannungen so stark schwanken. Das wäre dann ja aber völlig egal, da die 12V immer über der Akkuspannung liegen und die 12V auch immer über der LED-Durchlassspannung.

Wäre das vielleicht eine Option? Wenn ja, kennt jemand einen Boostregler der solche Ströme abkann? Ich finde da selten Boost-Regler die mehr wie 1A schaffen. Man müsste halt ein Boostrgler haben der ab 2,5V läuft und bei 2,5V dann 5A bei 12V liefern kann.
 
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light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
16.273
12.327
113
im Süden
Ich hab inzwischen auch den Widerstand der Federn heraus. Der liegt bei bei rund 0,08 Ohm. Wenn man die Federn mit Kupferlitze pimpt dann kommt man runter auf bis zu 0,02 Ohm.
80 mOhm ist recht viel. Die in der SC600 haben ca. 40mOhm. Und es reicht eine Feder auf einer Seite.

Bei 3s1p ist der Spannungsabfall z.B. schon so hoch, dass da die Zellen von 3,7V unter Last auf 2,6V einknicken...
.....
Ich würde die Akkus gerne wenigstens bis 3,3V Leerlaufspannung noch mit voller Leistung betreiben können, also nicht mehr wie 0,6V Spannungsabfall unter Last zu dem Zeitpunkt.
3,3V Leerlaufspannung = leer.
Ich würde nicht mit Leerlaufspannungen rechnen, das macht die Sache viel zu kompliziert.
Dein Akkustrom war 5A, IIRC? Schau Dir die Entladekurven in HKJs Akkukomparator bei 5A an.
Für 5A braucht es noch keine Hochstromzellen, das geht auch mit NCR18650B.
Ich glaube nicht mehr ganz aktuell:
Battery test-review 18650 curves high
Battery test-review 18650 summary

Ob Du die Zellen 3s1p oder 1s3p schaltest, spielt für den Strom pro Zelle und Akkukontakt keine Rolle, der ist immer gleich.

Sehr wohl eine Rolle spielt es beim Schaltregler, dessen Spulenvolumen ist proportional zum Peak-Strom. Für 22A Akkustrom gibt das einen riesen Oschi, wenn Du unter 1MHz Schaltfrequenz bleiben willst, d.h. eine Induktivität im Bereich einiger µH benötigst.



Das andere was ich gerade noch nie verstehe ist das "Programming Output Regulation Voltage
for the Open-LED Event" auf Seite 15 im Datenblatt.
Was genau versucht man da per R5 und R6 einzustellen, damit eine ausgefallene LED erkannt wird?
Die maximale Boost-Spannung, damit sich die Schaltung nicht selbst zerstört. Bei einem Boost-Regler ohne Last wird die Ausgangsspannung theoretisch unendlich hoch, in der Praxis nur so hoch, bis die erste Sperrschicht durchbricht.
Man dimensioniert das auf die höchste zu erwartende Vorwärtsspannung + Reserve, maximal jedoch auf die höchste Spannung, die der Treiber verkraftet.
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
290
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Hamburg
80 mOhm ist recht viel. Die in der SC600 haben ca. 40mOhm. Und es reicht eine Feder auf einer Seite.
Wenn man die Federn nur auf einer Seite macht um die Akkulängenunterschiede auszugleichen (was glaube ich beim Sturz nicht so gut kommt), was ist dann in etwa der Übergangswiderstand von Buttontop zu vergoldetem Kontakt auf der PCB?

3,3V Leerlaufspannung = leer.
Ich würde nicht mit Leerlaufspannungen rechnen, das macht die Sache viel zu kompliziert.
Dein Akkustrom war 5A, IIRC? Schau Dir die Entladekurven in HKJs Akkukomparator bei 5A an.
Für 5A braucht es noch keine Hochstromzellen, das geht auch mit NCR18650B.
Ich sehe da beim PWM halt immer wie die Spannung unter Last und lastlos schwankt. Das Problem ist halt das ich immer dichter an die Schutzschaltungsschwelle der Akkus komme je leerer die Akkus werden.
Bei 3,7V in der Ruhephase der PWM ist man dann halt schon unter Last runter auf 2,6V und ein bischen Reserve zur 2,5V sollte man ja auch noch haben. Akkus rausnehmen um die SchutzPCB zu resetten wäre ja etwas nervig. Die Akkus können doch eigentlich bei 3,7 ohne Belastung noch nicht leer sein.

Die maximale Boost-Spannung, damit sich die Schaltung nicht selbst zerstört. Bei einem Boost-Regler ohne Last wird die Ausgangsspannung theoretisch unendlich hoch, in der Praxis nur so hoch, bis die erste Sperrschicht durchbricht.
Man dimensioniert das auf die höchste zu erwartende Vorwärtsspannung + Reserve, maximal jedoch auf die höchste Spannung, die der Treiber verkraftet.
Klasse, damit kann ich was anfangen.

Also wenn es heißt...

VOUT = 1.25V * (R5+R6) / R5

...und ich max 11,1V an den LEDs haben will und 1V ripple habe, dann nehme ich z.B. 13V als Grenze und wähle dann R5 = 90,4k und R6 10k?
 

light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
16.273
12.327
113
im Süden
was ist dann in etwa der Übergangswiderstand von Buttontop zu vergoldetem Kontakt auf der PCB?
Ungefähr so viel wie vom Buttontop zur Feder. Würde mal 5-10mOhm annehmen.

Ich sehe da beim PWM halt immer wie die Spannung unter Last und lastlos schwankt....
Oh je, PWM.
Also wenn man unbedingt PWM machen will, legt man den Schaltregler normalerweise ja so aus, dass er bei 100% den maximalen gewünschten LED-Strom erreicht. Diesen Fall kann man dann auch ungestört von PWM-Getakte simulieren.
Hast Du ein vernünftiges Ersatzschaltbild für den Akku? Das ist nicht ganz trivial, Spannungsquelle+Ri reicht nicht. Bei 1kHz PWM mit 5A wird die Spannung nicht zwischen Leerlaufspannung und Lastspannung bei 5A schwanken, sondern mit geringerer Amplitude um einen Mittelwert, die Amplitude wird fast nur durch den ohmschen Zellenwiderstand bestimmt (ca. AC-Innenwiderstand), der niedriger als der DC-Innenwiderstand ist.
Zur PWMerei bei hohen Strömen und Schutzschaltung hatten wir mal eine ausführliche Diskussion bei einer Hotwire-Lampe. Aber Vorsicht: viel Text ;)
http://www.taschenlampen-forum.de/lithium-technologie/21639-akkuberatung-120w-hotwirelampe.html

Ich würde auf PWM wenn's irgendwie geht verzichten. DC-Regelung ist viel effektiver wg. I²R-Verlusten in Akkus, Kontakten, Spule, etc., macht keinen Stress wg. Überstromabschaltung und man kann die Akkus tiefer entladen, besonders auf den niedrigen Stufen.

Also wenn es heißt...
VOUT = 1.25V * (R5+R6) / R5
...und ich max 11,1V an den LEDs haben will und 1V ripple habe, dann nehme ich z.B. 13V als Grenze und wähle dann R5 = 90,4k und R6 10k?
Dieser komplexen Formel zu folgen schafft mein grippegelähmtes Hirn gerade nicht ;)
 

Dunuin

Flashaholic**
3 April 2013
1.011
290
0
Hamburg
Ungefähr so viel wie vom Buttontop zur Feder. Würde mal 5-10mOhm annehmen.

Ok, dann sollte ich wohl vorsichtshalber mit 150mOhm pro Zelle und 60mOhm für den Akkuhalter rechnen. Also 510mOhm bei 3s1p.


Oh je, PWM.
Also wenn man unbedingt PWM machen will, legt man den Schaltregler normalerweise ja so aus, dass er bei 100% den maximalen gewünschten LED-Strom erreicht. Diesen Fall kann man dann auch ungestört von PWM-Getakte simulieren.
Das mache ich ja auch so. Laut Datenblatt habe ich ausgerechnet das da 5% bis 95% Duty Cycle möglich wären wenn ich 250kHz takte.
Ist also auf 95% Duty Cycle bei voller Bestromung und maximaler Vorwärtsspannung der LEDs ausgelegt. Dimmen tue ich dann ja später noch per Temperaturregelung und Spannungsüberwachung, damit man die Akkus wenigstens auf kleineren Stufen auch noch leer bekommt. Mich stört das bei Lampen nur immer, dass da nach kurzer Zeit kein High mehr möglich ist. So eine Turbostufe auf voller Leistung brauche ich nicht oft aber wenn ich sie mal kurz brauche dann will ich die auch jederzeit verfügbar haben. Ist halt doof wenn man doch mal etwas weiter weg gucken muss und das dann nicht mehr kann, weil der Akku nur noch zu 2/3 voll ist.

Hast Du ein vernünftiges Ersatzschaltbild für den Akku? Das ist nicht ganz trivial, Spannungsquelle+Ri reicht nicht. Bei 1kHz PWM mit 5A wird die Spannung nicht zwischen Leerlaufspannung und Lastspannung bei 5A schwanken, sondern mit geringerer Amplitude um einen Mittelwert, die Amplitude wird fast nur durch den ohmschen Zellenwiderstand bestimmt (ca. AC-Innenwiderstand), der niedriger als der DC-Innenwiderstand ist.
Ne, aber danke für den Tipp. Da werde ich mich mal einlesen. Aktuell habe ich da nur die langsam abnehmende Spannung und den DC-Innenwiederstand drinne.

Zur PWMerei bei hohen Strömen und Schutzschaltung hatten wir mal eine ausführliche Diskussion bei einer Hotwire-Lampe. Aber Vorsicht: viel Text ;)
http://www.taschenlampen-forum.de/lithium-technologie/21639-akkuberatung-120w-hotwirelampe.html
Werd ich wohl durch müssen. :D

Ich würde auf PWM wenn's irgendwie geht verzichten. DC-Regelung ist viel effektiver wg. I²R-Verlusten in Akkus, Kontakten, Spule, etc., macht keinen Stress wg. Überstromabschaltung und man kann die Akkus tiefer entladen, besonders auf den niedrigen Stufen.
Ich wollte da beides machen, da das Treiber-IC beides erlaubt. Dimmen kann man nahezu linear jeden der 3 Kanäle über eine Steuerspannung von 0,2 bis 1,1V. Da wollte ich dann ein 4-fach-DAC-IC mit 12-Bit nehmen und das dann mit 0,2 und 1,1V Referenzspannung versorgen, damit ich analog von Min bis Max dimmen kann. Je weiter man sich aber der 0,2V nähert, desto ungenauer wird der Shunt. Daher wollte ich zusätzlich für die ganz Lichtschwachen Dimmstufen noch PWM verwenden, damit da ein richtig schon dunkles Direfly bei herauskommt.

Hast du sonst noch eine Idee was man da optimieren kann, damit man aus recht leeren Akkus wenigstens kurzzeitig noch hohe Ströme entnehmen kann? Ich entnehme den Akkus da wie gesagt gute 45-50W. Also gute 6-7A bei 3s1p wenn die Akkus sich unter Last der Unterspannungsabschaltung nähern. Die Akkus würden die 6-7A an sich mitmachen nur spielt da halt die Unterspannungsschutzschalung nicht mit, da der Spannungsabfall zu groß ist. Ist halt nicht so toll wenn die Unerspannungsabschaltung der Akkus unter Last schon anspringt wenn die Akkus ohne Last erst 3,7V haben.
 
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BlackEgoBrain

Flashaholic*
29 Januar 2013
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Papenburg
Wow, ich lese jetzt schon eine ganze weile mit hier.
Wenn du das alles so umsetzt wird die Lamper der absolute hammer, da könnte man echt neidisch werden.
Ich glaube damit ich so ein Projekt umsetzen kann, fehlt mir noch ein wenig bis eein wenig mehr knowhow. Da bleibe ich erstmal bei meinen leichteren Sacen.

Ich bin schon gespannt auf das Ergebnis, weiter so. :thumbsup::thumbsup:

MfG Oliver
 
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