LED betreiben - WIE? Brauch mal schnell ne kleine Hilfe

[f_calibra]

So, ich bau mir gerade bissl was nettes (Bericht folgt)

Die nette Box soll mit einer variablen Eingangsspannung von 0 bis ca. 20V betrieben werden. Das Ding ist mit paar Status-LEDs bestückt. Klar, mit 1 oder 2 V brauche ich nicht erwarten, dass die gehen.

Ich stelle mir das so vor, dass die Box ab 5V zu 100% arbeitet! Nur wie realisiere ich das mit den LEDs. Ich muss im Bereich von 5-20V ja jedesmal den gleichen Strom für die LEDs haben. Als erstes habe ich mir nen 5V Feststpannungsregler ausgesucht, nur leider haben die stellenweise ne recht hohe Dropoutspannung. Also die LEDs werden dann wohl erst so ab ca 6-7V richtig leuchten. - ZU VIEL!!!

Etz habe ich mir was auf dem 3,3V Bereich ausgesucht. Aktuell schwebt mir der LM 33CV oder LM 1086 vor, die als als Low Drop gekennzeichnet sind. Sperrdiode a la 1N400x habe ich tonnenweise daheim, der Punkt ist soweit klar. Kondensator muss ich mal schauen, was das Datenblatt sagt.

Klingt soweit recht gut, nur habe ich die Befürchtung, dass mir das Ding VIIIEEEEL zu heiß wird - denn:
Die Box MUSS ab exakt 5V voll funktionsfährig sein!!! Soll aber hauptsächlich auch im kfz-Bereich, also über 14V Betrieben werden.

14V und 3,3Vout macht einen Abfall von 10,7V. Wirkungsgrad von irgendwo 25% :roll:
Das Ding wird wohl brüllen heiß. Hätte gerne eine Lösung, die gerne überdimensioniert ist, aber wenig Hitze entwickelt, da Kühlung aktuell noch nen kleines Problem ist.
Strombedarf wird es wohl so auf Gesamt/Dauer auf knappe 0,5A kommmen. Der Wert ist erstmal viel zu hoch, aber ich kalkuliere großzügig :lol:


Ideen????????

 

[Samy]

Das mit dem 3,3V Festspannungsregler ist wie du vermutest sicherlich keine gute Idee bei den 20V Eingangsspannung und 500mA wären das etwas über 8Watt die der Regler frisst. Da müßte es schon was dickes mit Kühlkörper sein. Nen TO220 kann mit Kühlkörper aber auch keine 8 Watt vielleicht ein TO3 . Ich würde eine Ultra Low Drop Regler nehmen z.b. etwas in Richtung LP3966 oder ähnliches. Gibt typen die schon mit 0,1V Vin > Vout auskommen.

 

[El-Hardo]

Hab nen 3,3v Festspannungsregler in ner ähnlichen PKW steuerung verbaut und das läuft ohne Probleme. Allerdings hab ich auch maximal 0,1-0,2A am Laufen. Warm wird der LM ... absolut gar nicht.

 

[Samy]

Wieviel ein Regler abkann steht doch im Datenblatt da muß man nicht schätzen. Grob bei 14V Ladespannung und 200mA bei einem 3,3V Festspannungsregler zb 7803 im TO220 Gehäuse wäre es so 2,8Watt, errechnet mit der Termal Junction Angabe im Datenblatt und der maximalen Betriebstemperatur des Reglers ist der Regler ohne Kühlkörper bei 35°C Umgebungstemperatur bereits bei 0,7 Watt an seiner maximalen betriebstemperatur. Somit wäre das was du vom Regler verlangst zuviel des guten. Aber wenn du ein Kühlkörper dran hast oder ihn wo drangeschraubt hast verschiebt sich die Grenze nach oben genau so wenn deine Schaltung nicht konstant den Strom zieht. Dann reicht der Regler aufjedenfall und wird uach nicht sonderlich warm mit passendem Kühlkörper gehen auch 8W bei hoher Umgebungstemperatur ohne Ausfall. Aufjedenfall kann man das ganz einfach errechnen steht alles im Datenblatt.

Grobe Faustregler nen TO220 ohne Kühlkörper bei Zimmertemperatur kann auf dauer 1 Watt ab. Im PKW wo es wärmer wird oder gar Motorraum sinkt das ganze siehe Rechnung.

In dem Oben genannten Fall ist das ganze aber von den Rahmenbedingungen noch ne nummer härter weil da stehen 20V und 500mA an und die Spannugnsdifferenz ist dadurch ja nochmals höher bei 16,7V und der Wirkungsgrad recht schlecht und die Abwärme groß. Laut Datenblatt darf man es so aufjedenfall nicht betreiben bzw. nur mit nem großen kühlkörper damit könnte das ganze sogar gehen wenn der Strombedarf der Schaltung nicht evtl. doch nochmal im laufe der Entwicklung ansteigt. Und natürlich haben die Bauteile enorme Reserven. Trotzdem sollte man wenn man es richtig macht den Worst Case nehmen und zumindest laut Datenblatt im Worst case Falle immer noch im Sollbereich sein und nicht ausserhalb der Spezifikation. Für ein hobbybereich kann man aber auch da natürlich einfach mal gucken und experimentieren. In ein Flugzeug würd ichs dann aber nicht unbedingt verbauen ;D

Aber wie gesagt ich würde ein ultra low drop nehmen dann kann man ein 5er Spannungsregler nehmen und hat damit schonmal mehr reserven nach oben und kann mit der schaltung noch mehr Strom ziehen und braucht auch keine großen Kühlkörper Und generel einfach ausm Datenblatt ausrechnen wo man so mit der belastung liegt dann kann man es ja abschätzen.


Lange rede kurzer sinn zusammengefasst :

wenns nur ne Spaßschaltung ist und man nicht noch Teile bestellen will nimm nen 3,3v festspannungsregler im TO220 Gehäuse schraub nen Kühlkörper dran mit Wärmeleitpaste und guck was er tut wird schon halten.
Wenns was aufwendigeres wird oder konsequent gebaut werden soll nimm nen 5V Festspannungsregler mit ultra low drop.

 

[f_calibra]

Wie gesagt, ich lege immer sehr sehr großzügig aus

Also ich denke, dass 90% aller Fälle Kfz-Spannung zum Einsatz kommt. 5V ist ja nicht soooo verbreitet (da wo die Box eingesetzt wird).
Die 20V sind eigentlich eine selbst gesetzte Obergrenze. Mir fällt etz auf die schnelle kein Bauteil an, was mit 15/16/17... V läuft. Ist halt um mal zu zeigen, dass es geht, wenn man ein Labornetzteil dran hängt, oder irgendwas "scheif" geht.

Wenn ich von einer 12 bzw 14V Basis ausgehe, fallen --> 14 - 3,3 = 10,7V ab. Wenn ich das alles ein bisschen Splitte, und nur die StatusLEDs betreibe (7 Stk.) mit je 20mA (140mA) wären es 1,5W am FSP

Da ich etz alles bei Reichelt bestelle - sowas wäre doch auch OK, oder?
LM 1086 3.3

V(in) 27V
V(out) 3,33V
Schaltet ab 4,6V

Temp-Range >100°C

würde ich mit 10µF am Eingang und Ausgang bestücken und ne 1N4007 Diode in Sperrichtung betreiben

Link zum Datenblatt

Aber so wie du sagst, ich werde es wohl einfach mal ausprobieren. In mir kommt gerade nur bissl der Elektroniker hoch :lol:
Einfach mal bissl was bauen und schauen, ob es klappt. Wenns wirklich funktioniert, dann kann ich das ja immer noch optimieren.

Nen kleinen Kühlkörper wäre evtl sogar machbar. Bin mir über die aktuellen Abmessungen eh noch nicht im klaren

 

[f_calibra]

Grobe Faustregler nen TO220 ohne Kühlkörper bei Zimmertemperatur kann auf dauer 1 Watt ab. Im PKW wo es wärmer wird oder gar Motorraum sinkt das ganze siehe Rechnung.

Die ist super!! Danke. Wird was mobiles, also kein Festeinbau im kfz. Also kann man von Zimmertemperatur ausgehen. Oben genannter ist ja TO220. 1W ohne Kühlkörper, mhhh...
Durch die Vorwiederstände laufen die LEDs ja aiuch nicht auf vollen 20mA, evtl nur 13,xV...dann kommt das ja schon fast hin.

OK, wird also nen TO220 und evtl als unterstützung noch nen Minikühler

 

[Samy]

Ja ladt mal im google nen Datenblatt da steht irgendwo immer

Thermal Junction Resistance Case und noch Ambient. Dahinter dann nen Wert in °C/W. Und dann auch noch irgendwo die maximale Temperatur oder maximal junction Temperature. 70, 80, 120, 150°C je nach Bauteil. Dann kannst es dir grob errechnen

(Vin - Vout)*i = p

Dann Geschätzte Umgebungstemperatur nehmen wo das Bauteil liegt z.b. 35°C im Zimmer im Sommer. Das von der maximalen Betriebstemperatur abziehen. z.b. 70-35°C wären 35°C dann mit dem thermal junctiontemperatur faktor ohne kühlkörper den wert vom ambient nehmen wäre oft so um 50 also als formel (Betriebstemp-Umgebungstemp) / Thermal resistance junction temperature ambient = PSicher.

wenns ein Kühlkörper dranhat den thermal resistane junction temperature case nehmen meist so 3-5 °C/W bei dem TO220. Wenn Kühlkörper dran ist steht meist auch so ein Wert beim Datenblatt den Kühlkörpers bei den kann man dann acuh noch dazu addieren dann kommt man noch auf höhere Leistungswerte die er schluckt. Und halt gucken das er nicht über 1000mA beim TO220 an Strom geht. Und wennst irgendwelche Lasten wie Lüfter oder Induktives dranhängst ne Freilafudiode zwischen ein und ausgang setzen.

In der Regel haben die dinger sogar ne Temperaturschutzfunktion die bei übertemp das Teil ausschaltet , wie auch immer das funktioniert weiß ich nicht, also selbst wenn er zu warm wird siehst es wenn du die Spannung kontrollierst er wird irgendwann anfangen zu throtteln also ein aus ein aus gehen und da fällt die Spannung dann je nach Überlastung ab dadurch das er quasi ein PWM Signal rauswirft.
Aber wenn du nur die paar Dioden dranmachst und sowenig Strombedarf hast dann muß man da ja gar keine sorgen haben da machst einfach irgend ein Kühlkörper dran und nimmst ein TO220 3,3V Regler und dann kannst von 5V bis 14-15V Lima Ladespannung alles draufgeben ohne das was passiert. Evtl kannst ja noch ne Schutzschaltung hinmachen für Überspannung am Eingang.


Die LEDs laufen selber ja mit ihrer vorgeschriebenen Spannung und strom die laufen ja nicht mit 13V je nach Farbe und Typ ist die spannung ja anders und wird durch den Vorwiderstand sichergestellt. Bei Blau jetzt z.b. 2.9V rest über den Vorwiderstand als verlust. Insgesamt bleibts ja bei 13V die Spannung in jedem Parallelen Zweig bleibt ja gleich. Also stellst den Strombedarf ja eh ein mit dem Vorwiderstand wenn die LED 18mA braucht und du bei 13V ein 560ohm Widerstand reinmachst sinds 18mA.

 

[El-Hardo]

Ich würd zusätzlich zur Sperrdiode nich nen Überspannungsschutz mit 20.1V Zener-Diode integrieren. Hatte ohne diese Schatung Probleme im PKW, daß die ICs durchschmoren.

 

[Acki]

Zehnerdiode und paar Widerstände gehen nicht?

 

[Samy]

Nur eine Z Diode als spannungs"regler" ist nicht so gut besonders nicht in einem KFZ Bordnetz. Die Z diode kann nicht viel Strom ab 20-50mA , die sich einstellene Spannung ist nicht so genau wie ein Festspannungsregler, die Diode braucht ein Minimalstrom um korrekt zu arbeiten. Fällt die Schaltung unter diesen Bedarf steigt die Spannung an was Bauteile beschädigen kann. Wenn man sich die Spannung am Oszi anschaut sollte es auch meist dann sehr zick zack aussehen weil es eher eine glättende, stabilisierende, ausgleichende, schützende Funktion hat und keine Regelnde Funktion. Deswegen wirds ja auch meist eben als stabilisierung oder schützendes Bauteil eingesetzt.
Man könnte mit einer Z Diode nem Transistor nem OP und bisschen Hühnerfutter eine Schaltung machen die einen hohen Strom ab kann und auf den Z Dioden Wert begrenzt das sollte gehen. Aber denke ein Festspannungsregler ist effektiver und unanfälliger.

 

[Reiner Husten]

Wenn das messtechnik wird bestellt auch mal 20µF mit. Wenn die Spannung vom LM bescheiden aussieht kannst du mehr Kapazität probieren.

Einfache Regel für Vorwiderstände. Hast 12V, 2,5 sollen für die LED sein -> Rvw=9,5/0,02A

 

[Acki]

Samy, dann mit nem Transistor mehr Strom möglich machen
Aber das war es schon mit meinem Schul Elektrotechnik wissen

 

[Samy]

Hab gerade noch was gefunden, nen DC DC Wandler. z.B. von Traco können 600mA oder die stärkeren auch 1A und eingangsspannung je nach typ 4-42V ausgang je nach typ wählbar z.b. 5V soweit ich es im Datenblatt finde ohne Drop und mit ner Effiziens von dort angegeben um 80% und mehr.
hier z.b. auf der Seite gibts noch mehr in diversen Bauformen Pin Montage oder auch SMD.
http://www.tracopower.com/fileadmin/medien/dokumente/pdf/datasheets/tsrn1sm.pdf

 

[f_calibra]

Des drecks Ding wird mit 16V mal sowas von böse heiß :shock:

Nen 1/3 ist fertig, mal schauen, wieviel Lust ich noch habe



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[Samy]

Wieviele LEDs sind es insgesamt sieht nach ner Menge aus, sind die Metallfassungen auch LEDs? Low current oder alles helle oder ultra helle ? Wenns alles normale oder helle LEDs sind hast du dann nicht schon deine 0,5A überschritten? zumindest wenn alle gleichzeitig an sind? Wie hast du die Vorwiderstände gewählt? Kannst ja mal messen was an Strom fliest.

Ansonsten so ein Traco DCDC Wandler ist vielleicht die bessere Wahl.

 

[f_calibra]

Ne, ist BNC und Banane.
An den Ausgängen habe ich je 3 LEDs (entweder rot oder grün) und am Eingang auch drei. Leider muss ich aber noch die Relais damit betreiben. Hab gestern noch nen bissl weitergebaut und da ist noch was dazu gekommen. Ich muss dann heute mal "Bilanz" machen.

LED sind welche mit 5000-6000mcd. Liegen alle so um 20mA. Muss da auch mal exakt ausrechnen, wieviel Strom die abbekommen, da ich den Vorwiderstand so Pi mal Daumen ausgelegt habe. Geht ja nicht immer exakt. Wobei ich nicht glaube, dass die LEDs das Problem sind, sondern eher die Spulen von den Relais

Was aber auch noch hinzukommt, mein Netzteil ist mal wieder iiieeergendwo auf Wanderschaft Hab daher nen 0-8-15 Steckernetzteil zweckentfremdet und fahre mit deutlich über 16V in die Schlatung rein. Mit 12V könnte es etwas besser werden. Wie man auch sieht, habe ich bissl Platz lassen können. Evtl bring ich doch noch ne kleine Aluplatte unter.

 

[Reiner Husten]

Hast du meine Rechnung oben nachvollzogen. Habe schon 20mA eingesetzt.

Liegen alle so um 20mA. Muss da auch mal exakt ausrechnen, wieviel Strom die abbekommen, da ich den Vorwiderstand so Pi mal Daumen ausgelegt habe. Geht ja nicht immer exakt. Wobei ich nicht glaube, dass die LEDs das Problem sind, sondern eher die Spulen von den Relais

 

[f_calibra]

Ich weiß nicht, was man daran nachvollziehen kann...