Konstantstromquellen für High Power LEDs

Anleitungen für "hausgemachte" LED Projekte

Moderator: T.Hoffmann

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Sa, 16.05.09, 14:05

enrico3 hat geschrieben:Wahrscheinlich müsste ich die Zenerdiode noch anpassen, oder?

Mir ist auch noch nciht ganz klar was den 0,1Ohm Widerstand für eine Funktion hat?
Ja, ist laut seiner Beschreibung eine 6,2V-ZD. Für dich käme z.B. eine mit 12V in Frage. Theoretisch kannst du sie auch ganz weglassen, nur dann müssen die LEDs am Ausgang immer angeschlossen sein, die Schaltung darf dann nicht mehr leer (ohne Last) laufen.

Vom Strom her auch kein Problem. 9,6V LEDspannung x 350mA LEDstrom = 3,36W
Bei 3,7V Betriebsspannung fließt dann etwa 1,35A , wenn die Schaltung 80% Wirkungsgrad hat.

Das ist der Shunt, ein Messwiderstand. Über diesem wird die abfallende Spannung gemessen, und daraus ergibt sich der fließende Strom, den die Schaltung einregeln soll.
enrico3
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Sa, 20.06.09, 15:36

Hallo,

ich habe die Schaltung nun mal auf einem Steckbrett aufgebaut. Die Widerstände hatte ich mir nun doch noch gekauft.
Leider funktioniert es mal wieder anfangs nicht so wie ich will. Das heißt wenn ich eine LED (Luxeon 1W) anschließe, fließen dort max 15mA, die Spannung stellt sich bei ca. 2,8V ein.
Selbst wenn ich am Potentiometer drehe, der Strom lässt sich nur bis 15mA einstellen, mehr geht nicht. bei 15mA hat das Poti ca. einen Wert von 3kOhm, wenn ich höher gehe passiert nichts mehr, es bleibt bei 15mA.

Die Widerstände habe ich ale überprüft, Kondensatoren sind auch okay, Dioden ebenfalls. Mosfet scheint auch okay. Bleibt nur der MAX, oder?

Weiß jemand wo ich ansetzen könnte?

Vielen Dank.

Enrico
Fasti
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Sa, 20.06.09, 21:40

Hallo,

nachdem der Max ja schonmal was regelt würde ich den ausschliessen. Ein Aufbau auf einem Steckbrett ist natürlich alles andere als ideal. Gerade der MAX774 hat eine sehr empfindliche Regelschleife was parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten anbelangt. Ich gehe mal davon aus, dass ohne richtiges Layout und Print das ganze nicht gut funktionieren wird. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass es dem Max schon nicht schmeckt, wenn man ein Poti nicht direkt am Print anlötet sondern über etwa 8cm lange Kabel. Die Regelschleife wurde instabil. Erst als ich das Poti direkt am Print und ein kleiners genommen hatte, lief es sauber.

Grüße

Fasti
enrico3
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So, 21.06.09, 09:49

Hallo,

was ich noch vergessen hatte zu erwähnen, ich hatte die Schottky-Diode kurzzeitig falsch herum eingebaut. Das ganze war aber nur für ca. 1-2 Sekunden unter Spannung.

Wenn da nichts außer der FET hätte Schaden nehmen können(?), werd ich das wohl gleich direkt auf eine Platine bringen müssen.

Was ich noch festgestellt habe, wenn ich keine Last angeschlossen habe geht die Ausgangsspannung auf 5V, bei einer 12V Zenerdiode.

Viele Grüße
Enrico
Fasti
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So, 21.06.09, 22:06

Hallo,

mhm, ich habs mir jetzt nicht genau durchgedacht aber wenn der Max noch regelt würd ich sagen der geht noch. Genauers sollte hier nur mit einem Oszi herauszufinden sein. Im schlimmsten Fall würd ich den tauschen und schauen ob es dann besser ist. Wegen den 5V am Ausgang trotz Zenerdiode: Kann auch sein, dass das ganze wegen dem "wilden" Aufbau ist. Mach mal eine Platine und schau dann ob es anders ist. Da dein Regler vorher schon nicht gescheit geregelt hat, wird er im Leerlauf auch nicht besser regeln.

Grüße

Fasti
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Sa, 11.07.09, 12:56

Hallo,

so, nun melde ich mich wieder zurück. Ich habe das ganze jetzt auf eine Platine aufgebaut und es funktioniert sehr gut.
Nun habe ich allerdings ein weiteres Problem. Ich wollte die Regelung im Fahrrad verwenden, d.h. am Dynamo.
Wenn ich die Schaltung anschließe und fahre, passiert aber erst mal gar nichts. Ich habe das ganze dann nachgemessen und festegestellt das die Eingangsspannung auf ca. 0,8V zusammenbricht und der Strom bei ca. 300mA liegt. Folglich habe ich nachgelesen das ein Dynamo eine Stromquelle und keine Spannungsquelle ist. Habe ich jetzt überhaupt eine Chance die Sache zum laufen zu bekommen?

Vielen Dank.

Enrico
Fasti
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Sa, 11.07.09, 17:44

Hallo,

also bei einem Dynamo wird das ganze etwas schwieriger. Ich kann zwar hier nur vermuten aber ich könnte mir vorstellen, dass der Einschaltstrom zu groß ist durch den EIngangskondensator und deshalb die Spannung zu stark zusammenbricht, weshalb der Schaltregler gar nicht losläuft. Soweit ich weiss kann der Dynamo nur etwa 500mA liefern. Bei einem Nabendynamo würde ich in Verbindung mit einer LED sogar auf eine komplizierte Schaltung verzichten, da der Dynamo (Nabendynamo, nicht Seitenläufer) Konstantstromquellencharakter hat. Mit dem Strom kommt die LED bei ordentlicher Kühlung und Fahrtwind locker klar. Du könntest eventuell noch eine eine Drossel oder einen kleinen Widerstand (müssen den Strom können) davorschalten und schauen ob das hilft.

Grüße

Fasti
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Sailor
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Sa, 11.07.09, 20:00

Auch Seitenläufer sind Konstantstromquellen.

Zum Anschluss von LED´s an Dynamos siehe diesen Trööt mit Schaltungen und Erklärungen.
enrico3
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So, 12.07.09, 11:19

Hallo,
danke für eure ANtworten.
Ich habe natürlich beim Beginn meiner Arbeiten nicht daran gedacht. Aber okay, ich habe gestern noch etwas experimentiert und habe mit überlegt noch zusätzlich eine Spannungsquelle mit einzubauen (siehe Schaltplan - vereinfacht dargestellt). Das hätte zur Folge dass die benötigte Spannung immer da ist und der Strom kommt vom Dynamo. In die Batterie kann durch die Diode kein Strom reinfließen. Ich habe auch noch vor GoldCap-Kondensatoren mit einzusetzen, sonst müsste ich die Batterie laufend wechseln. Die Batterie soll im Prinzip nur als Spannungsquelle zum anlaufen dienen. Würde das so funktionieren.
Was ich festgestellt habe: Als ich den Strom messen wollte der aus der Batterie raus kommt, ist mit der FET durchgebrannt. Der Strom war mit in Reihe geschaltenem Strommesser bei ca. 1,5A, ohne Strommesser bei dem von mir eingestellten. Merkwürdig - kann das mit dem Innenwiderstand des Messgerätes zusammenhängen?

Viele Grüße
Enrico
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Fasti
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So, 12.07.09, 12:37

Mhm, klingt komisch, mal mal auf wie du das Messgerät verschaltet hast.
Das mit dem Akku,.... da muss man ja dann den Akku immer extern laden, wenn dir das nicht zuviel Aufwand ist? Schließlich muss der Dynamo erst genügend Energie liefern, bis der Akku nicht mehr belastet wird, mit einer HP LED wird dieser dann sicher relativ oft zum laden sein. Ich würde erstmal mit einem Vorwiderstand experimentieren. KSQ nach KSQ ist halt immer etwas problematisch, das was du hier bräuchtest wäre sowas wie ein MPP (Maximum Power Tracker) der quasi den Dynamo immer so belastet, dass er die maximale Energie liefert. Ist sowas wie eine Impedanzanpassung. Ist halt nicht mehr so einfach zu realisieren und wird, wenn man den Eigenverbrauch der dazu nötigen Elektronik dazurechnet, wahrscheinlich nicht mal mehr so eine große Effizienzsteigerung bringen.
enrico3
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So, 12.07.09, 13:29

Das Messgerät hing einfach in Reihe mit der Batterie, dasselbe ist mir auch aufgefallen als ich die Diode in Reihe geschalten hatte. Dort war der Strom auch extrem hoch. Zum Vergleich habe ich noch mal einen 10 Ohm Widerstand in Reihe geschalten, dort zeigte sich das selbe. Extrem hoher Strom, was letztlich vermutlich auch zum Durchbrennen des FET geführt hat (Diode un Widerstand jeweils separat ohne Messgerät dazwischen).
Wie sollte den der Vorwiederstand geschalten sein (Reihe, parallel) und in welcher Dimension? Ich habe es mal mit 10 Ohm in Reihe versucht, da steigt die Spannung beim Anlaufen gerade mal um das doppelte auf ca. 1,6V (nicht ausreichend). Andere Widerstandswerte brachten keine Verbesserung.
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Sailor
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So, 12.07.09, 16:20

In Deiner Schaltung wird die Spannung über dem Widerstand von 6 Volt Batteriespannung (0-Durchgang) über 12 Volt (Batterie und Dynamo pos.) über 6 Volt Batteriespannung (0-Durchgang) auf 0 Volt (Batterie und Dynamo minus) laufen.

Entsprechend sind sehr hohe Ströme zu erwarten.

Da kannst Du nur (geschützte) Akkus zur gleichgerichteten Dynamospannung parallel betreiben.
enrico3
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So, 12.07.09, 18:38

Also vielleicht hätte ich dazuschreiben sollen dass das Wechselspannungssymbol nur als Ersatz für die Spannung vom Dynamo stehen soll.
Das ist schon gleichgerichtet und geglättet, folglich gibt es keine Nulldurchgänge. Und wie kommst du darauf dass sich die Spannungen addieren? Sollte ja bei einer Parallelschaltung nicht der Fall sein. Oder war es nur Verwirrung wegen des Symboles?

Mir bleiben also zwei Möglichkeiten:
Entweder die Schaltung verwerfen (was ich ungern tun würde), oder weiterbasteln.
Ich habe noch mal probiert das ganze anlaufen zu lassen. Dabei habe ich als "Starthilfe" die Batterie zugeschalten und dann den Dynamo ins Spiel gebracht, danach die Batterie aus dem Kreis wieder entfernt. Das ganze lief auch ganz gut so, nur sobald ich einen Drehzahlbereich unterschritten habe ging alles aus und ohne "Starthilfe" nicht mehr an.
Könnte man dort evtl. noch eine einfache Schaltung davor setzen, die bei unterschreiten eines bestimmten Stromwertes die Batterie zuschaltet und bei entsprechend hohem Strom vom Dynamo diese wieder trennt?

Oder gibt es evtl. noch andere Ideen?

Viele Grüße
Enrico
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Sailor
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So, 12.07.09, 18:57

Kannst Du mal Deine komplette Schaltung posten und den Dynamotyp angeben?

Zur Zeit bin ich mir nicht sicher, ob ich Deinen kompletten Schaltungsaufbau vom Dynamo bis zur LED richtig sehe.
enrico3
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Di, 14.07.09, 08:08

Hallo,

hier der Schaltplan. Der Rest der Schaltung ist exakt so wie die hier beschriebene Reglerschaltung.
Wenn ich nun die Diode D1 entferne funktioniert das ganze, wenn die Diode (oder stattdessen das Messgerät oder ein Widerstand) drin ist, dann fließt ein sehr hoher Strom, der zur Zerstörung des FET geführt hat.

Dynamotyp: Shimano DH-3N80

Viele Grüße
Enrico
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Fasti
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Mi, 15.07.09, 21:16

Mhm, irgendwie habe ich das gefühl, dass der Schaltregler wegen fehlender Spannung nicht anläuft und der FET einfach durchschaltet, was er meist nur kurz überlebt, wenn die Stromquelle genügend Strom liefern kann. Der hohe Strom kann ja eigentlich nur aus dem Akku kommen, weil aus dem Dynamo kommt niemals soviel, dass der FET abraucht. Vielleicht wird der Regler auch nur durch das pulsieren der Spannung durch den Dynamo aus dem Konzept gebracht. Versuche mal vor den Regler eine Filterdrossel zu geben, und zusätzlich dazu eine Transil, damit eventuelle Spannungsspitzen abgefangen werden. Vielleicht hilft das. Hast du ein Oszi mit dem du die Eingangsspannung und eventuell das Gate des FETs beobachten kannst. Das würde bei der Fehlersuche helfen.
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Sailor
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Do, 16.07.09, 07:29

Du kannst die Schaltung mit Batterie so nicht einsetzen. Möglich ist allenfalls der Einsatz eines Akkus.

Erklärung:

Der Dynamo arbeitet als 500 mA Konstantstromquelle.
Konstantstromquellen stellen ihre Ausgangsspannung nach der angeschlossen Last so ein, dass der "richtige" Strom fließen kann, hier also 500 mA.
Die Spannung kann dabei von theoretisch Werte von null bis unendlich erreichen.

Die Batterie in Deinem Kreis lädt die Kondensatoren auf eine Spannung von 12 Volt auf und die Schaltung zur Steuerung der LED´s nimmt den definierten Strom ab. Soweit arbeitet diese Schaltung im Gleichgewicht.

Wird der Dynamo in den Kreis eingeschaltet, will er seine 500 mA liefern. Er findet bei eingeschalter Diode keinen Verbraucher, so dass er die Spannung erhöht.

Wird die Diode aus dem Kreis entfernt, "deckelt" die Batterie die Spannung, indem sie Strom vom Dynamo aufnimmt: sie wird mit dem überschüssigen Strom geladen. Damit ist die Schaltung fast wieder im Gleichgewicht, es entsteht aber eine schädliche Situation für die Batterie.

Die Schaltung kann daher nur mit einem Akku betrieben werden.

Strom und Spannungsquellen zusammenzuschalten ist immer mit sehr großer Vorsicht zu bewerkstelligen. Sehr kritisch wird es, wenn der Verbraucher die Abnahme absolut festhält, wie das bei deiner Schaltung der Fall ist.
enrico3
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Mi, 09.09.09, 16:02

Hallo,

nun melde ich mich mal wieder zurück. Leider habe ich nur unregelmäßig Zeit zum basteln... :(

Ich habe noch mal etwas im Netz gestöbert. Die Alternative zu der Schaltung wäre eine einfache Schaltung ohne Regelung. Dabei stört mich aber extrem das flackern des Lichtes.

Ich habe jetzt folgende Schaltung gefunden:
http://www.forumslader.de/Schaltung.130.0.html

Könnte man diese nicht einfach kombinieren? Also einfach vor die hier diskutierte Schaltung noch ein Festspannungsregler schalten? Würde das denn funktionieren?

Viele Grüße
Enrico
tobaran
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Mi, 02.12.09, 10:51

....hat sich hier in dem Bereich mal etwas getan?

Die Schaltung, die zuerst beschrieben wurde, sieht recht modular aus - gibts da evtl auch einen offiziellen Anbieter für ?

Ich baue seit etwa 2 Jahren Hochleistungstaschenlampen selber - allerdings ist das mehr ein Hobby und nicht für den Verkauf, da ich mit dem privaten Bau leider kein Geld verdienen kann. (dauert einfach zu lange)

Die Lampen sind aber extrem hell, focussierbar - und dürften in etwa der Lenser P14 gleich kommen, bzw ggf. sogar heller sein.
Damals gab es die P14 aber noch nicht.
Gekühlt wird die bisherige Luxeon LED über die Taschenlampe selber, die bei längerem Betrieb nur geringfügig warm wird.

Ich möchte künftig eine ca 250 Lumen LED einsetzen und zwar diesen Typs:
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Lumi ... -TFFC.html
Diese möchte ich mit etwa 1 Ampere betreiben. Bisher hab ich das immer über einen Wiederstand realisiert.... aber eine Stromkonstanthaltung wäre natürlich deutlich eleganter und effektiver.
Als Grundlage nehme ich eine LED Taschenlampe aus der Metro (siehe Fotos), die ich entsprechend modifiziere. Anstelle der 2 Monobatterien erhält die Lampe 4 Mignon Akkus (AA). - das macht eine Nennspannung von 4,8 Volt. Ich muss also ungefähr 1,2 Volt "vernichten".
Bisher hab ich das über einen Wiederstand gemacht....aber die Verlustleistung ist natürlich enorm. Ausserdem ist das immer etwas tricki, da vollgeladene Akkus meist mehr als 1,3 Volt haben. Die Spannung ist also sehr schnell zu hoch. Entsprechend höher muss ich den Wiederstand dimensonieren, was bisher dazu geführt hat, das nach spätestens 10 Minuten Betrieb die Lampe deutlich an Leistung nachgelassen hat. Aber die hält sich dann entsprechend lange so.

Im Lampengriff habe ich etwas Platz, aber leider natürlich nicht unendlich viel. Da ist bisher auch eine andere Elektronik drin - ich vermute mal eine Konstanthaltung für die bestehende 5mm LED. Genau kann ich das aber nicht verifizieren. Ich hab die alte 5mm LED ausgebaut und mal an Batterien bzw auch Akkus gehangen, sie ist dann deutlich dunkler, als an der bestehenden Elektronik. Da die Eingangsspannung da aber nur bei 2,4 Volt liegt, vermute ich eher mal, das hier eine gewisse Spannungsverstärkung stattfindet. Anders kann ich mir das leider nicht erklären.
Der ideale Fall wäre natürlich auch, das ich diese Taschenlampen mit 2 Monoblöcken betreiben kann, da diese deutlich mehr Kapazität haben. Aber leider natürlich wesentlich weniger Spannung. Und das reicht nicht für K2s.
Über Ideen und Vorschläge bin ich natürlich dankbar, oder natürlich auch über Hinweise und Links zu Konstantstromquellen, die recht klein und nicht zu teuer sind.
Taschenlampe eingeschaltet, stark fokussiert - nur das minimale Streulicht ist am Boden erkennbar, der Strahl nicht
Taschenlampe eingeschaltet, stark fokussiert - nur das minimale Streulicht ist am Boden erkennbar, der Strahl nicht
Taschenlampe eingeschaltet, Reflektor abgeschraubt.
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Taschenlampe ausgeschaltet, Reflektor abgeschraubt
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Sailor
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Mi, 02.12.09, 22:17

Die Aufgabe löst eine 2 - Transistor - KSQ einfach und gut.

Wenn Die Vorwärtsspannung der LED es zulässt, könntest Du es auch mit 3 Eneloop-Akkus versuchen. Die bleiben sehr lang auf Spannungen über 1,25 Volt und brechen erst bei weitgehender Entladung weiter ein. Dann hättest Du auch einen Platz für die KSQ.
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Do, 03.12.09, 12:20

....mag sein, aber ich hatte diesen Beitrag auch schon gelesen - und auch die Erklärung, wann diese Schaltungen nicht benutzt werden sollten und unwirtschaftlich sind.
Siehe dazu im selbigen Abschnitt unter
Wann nicht 2-Transistor-KSQ?
Diese Erklärung trifft für mich zu.....ich habe sowohl einen hohen Strom als auch wenig Differenz zwischen Eingangsspannung und Betriebsspannung. Und höher als 4,8 Volt kann ich nicht gehen, es sei dann, ich verwende gänzlich andere Akkus. Aber dafür brauch ich dann wieder einen speziellen Lader - und das war nicht der Sinn.

Aber dennoch, was sind das für Akkus ?
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Sailor
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Do, 03.12.09, 13:03

Die Akkus sind "ganz normale" NiMH-Akkus, ein dafür vorhandenes Ladegerät kann also weiter genutzt werden.

Erkennen kannst Du die nach diesem Prinzip aufgebauten Akkus daran, dass sie vorgeladen (gebrauchsfertig) ausgeliefert werden und die Kapazität mit Werten um 2.000 mAh angeben ist.

Die sind hier auch realistisch, im Gegensatz zu den meist übertriebenen Angaben der üblichen Akkus.

Weiterer Vorteil: sehr geringe Selbstentladung, auch bei sehr langem Nichtgebrauch, Preis unter 10 Euronen für 4 Stück.
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Do, 03.12.09, 14:22

achso, das sind ganz normale Akkus.

Also ich hab mir gerade heute bei Aldi nochmals 8 Stück geholt. Bisher bin ich mit denen immer zufrieden. Man hat zwar im Schnitt leider immer 20% welche dabei, die nichts taugen bzw dsich direkt entladen, aber der Rest ist o.k.
Angegeben sind die mit 2500maH.
Vorgeladen sind die nicht, das heisst, Deine Beschreibung passt schon mal nicht auf die.
Wo bekommt man denn die von Dir genannten Akkus ? - na ich werd mal suchen. Ich find die Leerlaufspannung bzw die Nennspannung schon recht beachtlich, die Du da nennst.
Aber das löst dennoch nicht ganz mein Problem, macht aber den Bereich deutlich kleiner, für den ich diesen Widerstand dimensionieren muss, wenn ich denn bei der Lösung bleibe.
Die Leds sind heute gekommen, ich werde bei einer meiner Lampen mal die LED tauschen.....und mal sehen, wie hell das ist.
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Do, 03.12.09, 14:35

Das sagt der Erfinder zu den Akkus,
das Wikipedia, da sind auch die Links zu den Tests ganz unten interessant,

und hier ein Angebot, ohne dass ich es auf das günstigste geprüft hätte.
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Do, 03.12.09, 15:23

ich habe sowohl einen hohen Strom als auch wenig Differenz zwischen Eingangsspannung und Betriebsspannung. Und höher als 4,8 Volt...
Also Deine LED wird ja wohl nicht mehr als 4V brauchen... Und dann reicht die 2 - Transistor - KSQ bei 4.8V locker aus.
Was anderes ist es, wenn nur 3 Zellen verwendet werden sollen. In diesem Fall ist es IMHO unerlässlich zuerst die LED zu 'vermessen', weil die Schwankungbreite bei den Flussspannungen einfach zu groß ist, um bei der geringen Differenz zwischen Eingangsspannung und Betriebsspannung (<- genau die muss erst mal bestimmt werden) eine sichere Aussage zuzulassen, mit welcher KSQ Schaltung man bei der gegebenen Akkuspannung sinnvoll arbeiten kann. Im Extremfall geht es (mit linearer KSQ) gar nicht. 3 Zellen bringen bei hohen Strömen halb entladen nur noch ca. 3.6V (eneloop eher noch 3.7-3.8V); wenn die Flussspannung der LED darüber liegt wäre auch ein Drop von 0V schon zuviel. Wenn die Flussspannung dagegen nur etwa 3.3V beträgt, reicht es für eine (auch in diesem Artikel verlinke) 'Extra-Low Drop' Variante durchaus.
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