Nullverlustschaltung für LEDs

MZXPTLK

MZXPTLK

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11. April 2009
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Hallo,

der etwas ältere Nipack (5 Zellen in Reihe Nimh) von der Sigma Evo lag noch rum, und ebenfalls zahlreiche CREE XR-E Q5 LEDs in Reichweite.

Material für einen Versuch!

Der Nipack hat, wenn er voll geladen ist in etwa 7 Volt Betriebsspannung.
Diese nimmt dann bei Belastung und Zeit logischerweise langsam ab.
Kurz bevor er dann leer ist hat man noch knapp über 6 Volt zur Verfügung.

Wenn man das Datenblatt der CREE XR-E Q5 anschaut, dann kann man erkennen, dass die LED bei einer Flussspannung von 3.5V (Nipack/2) in etwa 700mA verbrennt.

Hier ein kleiner Auszug: Alles cirka Werte
3,0V ca. 150mA
3,1V ca. 200mA
3,2V ca. 300mA
3,3V ca. 400mA
3,4V ca. 600mA
3,5V ca. 700mA
Die Daten sind aus der Kennlinie mit dem Daumen abgelesen, bitte um Nachsicht ...

Also lag die Vermutung nahe, dass man 2 LEDs in Reihe direkt an den Nipack anschliessen kann, und die LEDs im grünen Bereich arbeiten sollten, da der Strom ja durch die Flussspannung begrenzt wird.

:daumen: Gedacht und getan, es funktioniert wirklich absolut problemlos.

Die Lichtausbeute bei 500-700mA ist ausreichend, liegt im optimalen Lumen/Watt Bereich, ein Versuch mit 2 mal zwei LEDs parallel steht noch aus.
Hier würde sich dann eine MC-E hervorragend anbieten.

Der Clou der Sache ist:
Null Elektronik notwendig, Null Schaltungsaufwand, 100% Wirkungsgrad, Null Verluste, Null Kosten dafür.

Gedanken:
Eventuell andere LEDs mit anderen Kennlinien verwendbar?
Eventuell andere Spannungsregelung auf genaue Flussspannungen?
Wie gross sind Streuung in Kennlinie der LEDs?

:) MZXPTLK
 
"Wie gross sind Streuung in Kennlinie der LEDs?"

groß genug das man sie nicht ! paralell schaltet...

und deine Variante bedeutet halt das du mit dem entladen der akkus immer weniger licht hast.

hat schon seinen Grund das man KSQ benutzten sollte.

hier im Forum gibts da genug threads dazu
 
Null Verluste: das weißt du nicht sicher. Dass das ohne Schäden abgeht, hast du dem alten Ni-Pack zu verdanken. Da reicht eine einzige Zelle mit einem etwas höheren Innenwiderstand, und der Strom wird begrenzt. Die Verluste treten genau dort auf.

Mess mal die entnehmbare Kapazität des Akkus. Das dürfte dich nicht so sehr erfreuen.

Lieber eine saubere technische Lösung als mit alten Komponenten etwas basteln!

Jürgen
 
Bei den Strömen würde ich auch kleine Widerstände zur besseren Stromverteilung in Reihe mit den parallelgeschalten LEDs machen.
Ich habe diverse Lampen ebenso simpel mit "normalen" LEDs gebaut und sie funktionieren schon jahrelang problemlos.
Je 3 LEDs parallel haben einen gemeinsamen Widerstand davor. Dann die nächste Gruppe...
Hier ein paar (schlechte) Bilder von zwei Lampen am Rad.
http://www.mtb-news.de/forum/showpost.php?p=2976799&postcount=8
 
Zuletzt bearbeitet:
JuergenH schrieb:
Null Verluste: das weißt du nicht sicher. Dass das ohne Schäden abgeht, hast du dem alten Ni-Pack zu verdanken. Da reicht eine einzige Zelle mit einem etwas höheren Innenwiderstand, und der Strom wird begrenzt. Die Verluste treten genau dort auf.

Mess mal die entnehmbare Kapazität des Akkus. Das dürfte dich nicht so sehr erfreuen.

Lieber eine saubere technische Lösung als mit alten Komponenten etwas basteln!

Jürgen
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Deine Argumente in Ehren, aber es stimmt nicht ganz, was Du schreibst. Der Strom ist wirklich durch die Flussspannung begrenzt. Bei 3,5 Volt fliessen maximal um die 700mA. Da kannst Du auch eine Stromquelle mit 0 Ohm innenwiderstand verwenden. Das ändert nichts an den physikalischen Gesetzen. Das kann man selbst nachvollziehen, mit jedem exakt regelbaren Netzteil ...
 
denke ihr redet aneinander vorbei...
denke es war so gemeint:
wenn du einen lipo und kein nimh nimmst hatt der lipo deutlich weniger innenwiderstand. und deshalb wird mehr strom fließen...
wass dann recht schnell zu einem blitzlicht und keiner dauerbeleuchtung führt....
 
Der Strom kann durch die Spannung begrenzt sein, z.B. wenn man eine LiFePo-Zelle an eine LED anschließt. Ist halt Glückssache; eine XM-L mit ihrer niedrigen Dropspannung kann an einer vollgeladenen großen LiFePo-Zelle abrauchen, während eine olle Seoul P4 mit ihrer höheren Dropspannung vielleicht überlebt.
Der Strom kann auch durch den Innenwiderstand des Akkus begrenzt sein. Z.B. habe ich ein olles 7,2V-NiCad-Akkupack, an das man bedenkenlos eine XM-L direkt anschließen kann. Der Akku würde nie mehr als 3A liefern.
 
MZXPTLK schrieb:
Deine Argumente in Ehren, aber es stimmt nicht ganz, was Du schreibst. Der Strom ist wirklich durch die Flussspannung begrenzt. Bei 3,5 Volt fliessen maximal um die 700mA.
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Bei einer typischen XP-G sollte laut Datenblatt bei 3,5V eher 1,4A fließen, allerdings auch nur bei 25°C Die Temperatur. Bei 75°C würden für den gleichen Strom schon 3,4V reichen.

MZXPTLK schrieb:
Da kannst Du auch eine Stromquelle mit 0 Ohm innenwiderstand verwenden.
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Eine Stromquelle mit 0 Ohm Innenwiderstand ist aber keine Stromquelle.
 
siam hat doch schon mal die XPG vermessen ( THread ist stunde der wahrheit).
Die Datenblatt werte kann man mal vergessen...)

hab die mal bissal aussortiert und zusammengetragen: http://pintie.de/LEDs.html

und da erkennt man eben das zwischen 500 - 700 -1000 - 1350 mA die Spannung die dafür notwendig ist sehr dicht beieinander ist.
und das mit steigender Spannung der Strom sehr schnell steigt.
Jetzt nehme man noch die Fertigungstolleranzen und man merkt schnell das das ohne zusatzelektronik nicht vernüftig zu handeln ist.
 
Es ist halt so das gerade bei LiFePO4 die Spannungsdifferenz sehr gering ist. Bei 200mV genügen ja weniger als 100mOhm um auf Ströme <3A zu begerenzen. Da reicht tatsächlich das bissl Leitung, der Schalter, der LED-Innenwiderstand (auch eine LED hat einen ohmschen Anteil!) und der Akku. Bei ordentloichen LiPo sieht das anders aus, die haben voll auch unter Last noch einige Zeit >4V!

Gruß
Thomas
 
MZXPTLK schrieb:
Deine Argumente in Ehren, aber es stimmt nicht ganz, was Du schreibst. Der Strom ist wirklich durch die Flussspannung begrenzt. Bei 3,5 Volt fliessen maximal um die 700mA. Da kannst Du auch eine Stromquelle mit 0 Ohm innenwiderstand verwenden. Das ändert nichts an den physikalischen Gesetzen. Das kann man selbst nachvollziehen, mit jedem exakt regelbaren Netzteil ...
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Physik habe ich recht erfolgreich studiert. Dabei kam auch eine Stromquelle vor. Eine ideale Stromquelle hat einen unendlichen Innenwiderstand. Ich muss daher keine physikalischen Gesetze ändern.

In deinem speziellen Fall wird eine schwache Zelle den Strom begrenzen. Dabei bleibe ich, bis du mir das Gegenteil beweist.

Ein "exakt regelbares Netzteil" verhält sich leider gänzlich anders als eine Kombination zwischen altem Akkupack und LED.

Jürgen
 
Klar funktioniert so eine Schaltung nicht in jedem Fall, da sind wohl die Streuungen in den Kennlinien der LEDs zu unterschiedlich.
Aber so lange die LED spannungsmäßig im grünen Bereich betrieben wird, kann nichts passieren ... muss man vorher ausmessen.
Für mich war es einfach nur mal interessant, das so durchzuprobieren.

Jürgen, bitte verzeihe mir den Schreibfehler (Stromquelle statt Spannungsquelle) aber die besagte LED (XR-E Q5) kannst Du wirklich mit exakt 3.5 Volt an einer Spannungsquelle betreiben, die locker so viel Strom abgeben könnte dass die LED zerstört werden würde.
Aber es fliessen wirklich nicht mehr als 700mA bei Zimmertemperatur.
Ich bleibe dabei:
Bei der richtigen Flussspannung kann der Innenwiderstand der Quelle unendlich niedrig sein, ohne dass die LED zerstört wird.

Übrigens, der zwar betagte Nipack wurde vor kurzem erst mit einem Spezialladegerät wiederaufgefrischt, d.h. bei Kurzschluss fliessen rund 9A.
Vielleicht stelle ich ein paar Bilder dazu ins Forum, wenn ich dazu komme.
 
MZXPTLK schrieb:
Jürgen, bitte verzeihe mir den Schreibfehler (Stromquelle statt Spannungsquelle) aber die besagte LED (XR-E Q5) kannst Du wirklich mit exakt 3.5 Volt an einer Spannungsquelle betreiben, die locker so viel Strom abgeben könnte dass die LED zerstört werden würde.
Aber es fliessen wirklich nicht mehr als 700mA bei Zimmertemperatur.
Ich bleibe dabei:
Bei der richtigen Flussspannung kann der Innenwiderstand der Quelle unendlich niedrig sein, ohne dass die LED zerstört wird.
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Das ist Quark. LEDs haben einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. der diffenentielle Widerstand sinkt mit steigender Temperatur. Beim Betrieb an einer Spannungsquelle bedeutet das, dass der Strom mit steigender Temperatur zunimmt, dadurch entsteht in der LED aber eine höhere Verlustleitung, was widerrum zu einer Temperaturerhöhung führt. Das führt wieder zu einer Stromerhöhung, usw. Das nennt sich thermal Runaway, je nach Kühlkörper und Umgebungstemperatur wird sich das auch irgendwo stabilisieren, die Frage ist nur, ob die LED dann noch innerhalb der Maximalparameter betrieben wird.
 
Ich hab kürzlich ne XM-L an einer Konstantspannung hängen gehabt, einfach mit dem Hintergrung die Spannung statt dem Strom zu regeln. War Käse, denn bei steigender Temperatur ist der Strom ordentlich angestiegen. Manchmal muß man selber etwas experimentieren um die Theorie etwas plastischer zu erfahren ;)
 
ich bin für KTQ Konstant temperatur quelle :-)
nein im ernst hatte ich wirklich probiert. die KSQ per PWM zu regeln - und das pwm signal ist abhängig von der temperatur ...

ist aber noch nicht ganz durchdacht. Idee war die LED immer bei ca 75° zu betreiben...
 
Merlin7 schrieb:
erster beitrag: "ein Versuch mit 2 mal zwei LEDs parallel steht noch aus.
Hier würde sich dann eine MC-E hervorragend anbieten."....
Zum Vergrößern anklicken....

jepp, da gehört natürlich zwingend jeweils ein Vorwiderstand rein.
Zumindest theoretisch.
Vor ca. zwölf Jahren hatte ein Arbeitskollege eine LED-Lampe gebaut, mit den Standard-5mm-LEDs von Reichelt und 3,6 V Vorwärtsspannung.

Einfach fünf Stück parallel verlötet. Ich hatte argumentiert und wollte ihn überzeugen, dass er unbedingt 5 kleine Vorwiderstände benötigt.

Aber nix. Auch das Argument des positiven Temperaturkoeffizienten überzeugte ihn nicht.

Das Teil leuchtet heute immer noch. Komplett ohne Vorwiderstände.

Anscheinend sind die Fertigungstoleranzen (einer Charge) sehr niedrig.
 
du willst jetzt nicht wirklich 5mm LEDs mit 20mA und was aktuelles mit 2000mA vergleichen oder?

soll jeder das bauen oder kaufen was er für richtig hält.

Ich finde eine vernüftige KSQ (z.b ledsenser xtreme), Lipo Akkus und XML LEDs (7fach) im Moment am besten.

und so wie die entwicklung läuft in paar Monaten was anderes...

Denke man kann den thread hier beenden. Zum eigentlich Thema wird nichts neues mehr kommen.

Wer meint das er ohne elektronik auskommt solls bauen und damit glücklich werden. Wer die saubere Lößung will wird die eh bauen. Und wie das geht ist hier im Forum ja unterdessen ausreichend erklärt
 
Zuletzt bearbeitet:
Die alten LEDs hatten auch deutlich höhere ohmsche Verluste - was ja einer parallelschaltung entgegenkommt. Je besser die LEDs werden desto nichtlinearer wird die Kennlinie und niederohmige Parallelschaltung wird zum Roulettespiel. Lieber ein paar % im Widerstand verheizen und dafür mehr Wirkungsgrad haben da die Stromaufteilung in den LEDs gleich ist.
 
Damit ich nicht vollständig als irre da stehe, werde ich noch ein paar Bilder einfügen.
Hier ist erst mal der Kapazitätstest des nicht ganz voll geladenen alten Nipacks.
Stresstest für Nipack und Meßgerät für ein paar Sekunden.
Einstecken - Foto - Ausstecken ...
Das Meßgerät kann eigentlich nur bis 10A.
Mit fast 11A Kurzschlußstrom ist der Nipack noch ziemlich gut in Schuß.
P1000310-0001.jpg

Demnächst folgen die Bilder mit der Speisung von 2 LEDs CREE XR-E Q5 direkt aus dem voll geladenen Nipack.
 
Bitte beachte unsere Verhaltensregeln beim Antworten. Danke 🙂

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