Meine erste High-Power-LED-Lampe - zu dunkel?

[Daniel G]

Hi ihr,

Ich bin dabei, mir meine erste LED-Lampe mit PWM-RGB-Steuerung zu bauen. Dabei kommen folgende Komponenten zum Einsatz:

• ATMega8 [PDF-Datei, ~300 Seiten]
• Snugboard V2
• Triple Rebel RGB
• Kühlkörper
• FADO-Tischleuchte (IKEA)

Naja, mit PWM und µControllern habe ich schon einiges an Erfahrung gesammelt. Nur mit High Power LEDs noch nicht. Ich möchte die LEDs ja dimmen können. Bislang habe ich eine Schaltung aufgebaut, in der 3 PWM-Ausgänge jeweils einen Transistor schalten. Aus dem Kopf weiß ich nicht mehr, welcher Typ das ist, könnte ich aber nachgucken.

Von dort aus werden dann die einzelnen Rebels (rot, grün. blau) angesteuert und mit gemeinsamer positiver Spannung wieder zurückgeschickt. Die Transistoren befinden sich also in Flussrichtung hinter den LEDs, um nicht als Verstärker, sondern nur als Schalter zu wirken.

Allerdings habe ich das Gefühl, dass die Schaltung insgesamt sehr duster ist, wenn sie in der Lampe steckt. Klar, Abends oder im Dunkeln sieht es gut aus. Allerdings hatte ich die Helligkeit gefühlt auch mit NoName - Ultrahellen LEDs. Der Kühlkörper ist auch nach 5 Minuten eiskalt. Aber tagsüber hätte ich mir mehr erhofft. Man erkennt die Farben Rot und Grün, Blau nur noch gerade so.

Ich habe also das berechtigte Gefühl, das irgendwo in meiner Schaltung der Flaschenhals hängt. Ich vermute ihn am Spannungswandler auf dem Board. Bei dem Typ handelt es sich um einen 78S05. Dieser wird im Betrieb sehr warm (fast heiß). Die gesamte Schaltung arbeitet mit 5 Volt, vor den LEDs hängen Widerstände mit 15 Ohm. Das Netzteil liefert eine PWM-stabilisierte Spannung von 7,5 V mit 1100 mA.

Mache ich irgend einen gravierenden Fehler, oder sind die LEDs einfach so, wie sie sind?

//Nachtrag: Was ich mit dem Spannungswandler sagen wollte: Die gesamte Schaltung zieht den Strom vom Wandler. Sowohl der µC als auch die drei LEDs. Ansonsten befindet sich nichts mehr in der Schaltung.

[Sailor]

Da Du die Schaltung offensichtlich als Emitterfolger ausgelegt hast, können die Transistoren nur voll aufsteuern, wenn die Spannung an der Basis größer als etwa Spannung über den LED´s (incl. Vorwiderstand) + 0,7 Volt ist. Die Bedingung wird wohl nicht erfüllt, wenn die volle Leistung an den LED´s gefordert wird.

Abhilfe: LED´s (und Vorwiderstand) vor den Kollektor. Auch dabei geht es nicht um den Transistor als Verstärker sondern um den Transistor als Schalter. Allerdings muss die Verstärkung so sein, dass der Transistor beim Ein-Signal der PWM voll aufsteuert. Die Dimmung erfolgt ja durch die Einschaltpausen.

[Beatbuzzer]

Die gesamte Schaltung arbeitet mit 5 Volt, vor den LEDs hängen Widerstände mit 15 Ohm. Das Netzteil liefert eine PWM-stabilisierte Spannung von 7,5 V mit 1100 mA.

Mache ich irgend einen gravierenden Fehler, oder sind die LEDs einfach so, wie sie sind?

Das Netzteil reicht dann nur für 3x 350mA aus. Ein 700mA Betrieb aller LEDs fällt aus. Aber normalerweise sind die Rebels schon bei 350mA ganz schön hell.
Es kann sein, dass der Spannungsregler wegen Überhitzung runterregelt. Wie groß ist der Kühlkörper?

EDIT:
@Sailor: Ich hab es so verstanden, dass die LEDs in gemeinsamer Anode geschaltet sind und die Transistoren mit gemeinsamen Emitter. Also eigentlich richtig verschaltet.

Von dort aus werden dann die einzelnen Rebels (rot, grün. blau) angesteuert und mit gemeinsamer positiver Spannung wieder zurückgeschickt. Die Transistoren befinden sich also in Flussrichtung hinter den LEDs

[CRI 93+ / Ra 93+]

Ich interpretiere aus der Beschreibung - wie Sailor - auch eher einen Emitterfolger.

Um den 7805 nicht überzukochen würde ich die LEDs direkt vom Netzteil versorgen, die Energie wird so oder so verheizt. Mit Induktivitäten könnte man das sogar beheben und auf 700 mA pro LED kommen.

Ein Schaltplan wäre nicht schlecht...

[Daniel G]

Hi ihr,

Danke für eure Mühe.

Ich habe mal den Schaltplan schematisch, ohne alle kleinen Feinheiten, umgesetzt und angehängt.

@Sailor: Ich hab es so verstanden, dass die LEDs in gemeinsamer Anode geschaltet sind und die Transistoren mit gemeinsamen Emitter. Also eigentlich richtig verschaltet.

Japp, genau.

Wie groß ist der Kühlkörper?

Welcher? Für die LEDs nutze ich den Stern - Kühlkörper. Für den Spannungswandler ist auf dem Board kein Kühlkörper vorgesehen.

[Sailor]

OK, das habe ich aus der Beschreibung anders verstanden.

Mein Vorschlag zu dieser Schaltung: Die LED´s direkt an die 7,5 Volt, also nicht über den Stabi (die Minus-Seite bleibt wie sie ist). Den Stabi nur für die Spannungsversorgung des Atmega benutzen.

Mit den vorhandenen Vorwiderständen dürften etwa 500 mA Maximum durch die LED´s fließen.

[Daniel G]

Mit den vorhandenen Vorwiderständen dürften etwa 500 mA Maximum durch die LED´s fließen.

500 mA insgesamt, oder 500 mA pro LED, wenn es das Netzteil hergeben würde? Und mit den Widerständen passt es, wenn sich die Spannung dann auch verändert? (5V -> 7.5V) ?

Gruß,
Daniel

[Sailor]

500 mA, wenn alle drei LED´s voll an sind.

Bei 500 mA pro LED müsste der Widerstand an 7,5 Volt etwa 9 Ohm sein, bei 350 mA pro LED etwa 12 Ohm

[Daniel G]

Cool, danke. Ich werde das heute nachmittag mal ausprobieren.

*freu*

Allerdings guck ich mir vorher nochmal den Typ der Transen genauer an. Nicht, dass ich nachher lauter kleine Räuchermännchen hier habe...

[Beatbuzzer]

Hast du keine Basiswiderstände eignesetzt, oder hast du die im Plan einfach nur weggelassen?

Wenn bei dir der typ BC337 wie im Plan zum Einsatz kommt, der geht bis 500mA. Aber nur wenn er auch ausreichend Basisstrom bekommt. Falls nicht, steuert er nicht weit genug auf und erhitzt sich unzulässig.

[exelero]

Hi
Darf ich man fragen warum du den Sternkühlkörper benutzt?

Ich benutze für die Triple RGB Rebel den Kühlkörper rund 50mm und bin damit nicht zufrieden.
Im zusammenspiel mit einer Chromoflex und max 400mA pro Farbe wird der KK im Sound 2 Light Modus mit Winamp nach c.a. 30min sehr warm! (Die Leds sind demzufolge noch wärmer)
Wenn man alle Leds mit Hilfe des normalen Tools ansteuert (also alles per RS232) und alle Farben voll aufdreht (d.h. duty cycle 100% (glaube ich, allerdings nicht gemessen)) wird es sehr schnell sehr warm!

Da frage ich mich wie ein KK kalt bleibt? Schließlich ist dieser doch nur für eine 1W Led ausgelegt, oder nicht? Ist dein max duty cycle vllt auf 50% begrenzt? Oder wird der KK noch zusätzlich aktiv gekühlt? Ich setzte die Triple Rebels bei Zimmertemperatur ein - und bin doch sehr enttäuscht über die unausreichende Kühlung.

gruß

[Sailor]

Der Kühlkörper wird bei dieser Belastung schon unangenehm warm, 25 Grad Umgebungstemperatur plus etwa 35 Grad aus 4 Watt - da hält man den Finger nicht mehr gerne hin.

Der Kühlkörper von Daniel G kann in der derzeitigen Schaltung nicht warm werden, da läuft jede LED mit rund 150 mA, wenn alle Faktoren in Richtung "hoher Strom" zeigen.

[Daniel G]

Hi ihr,

Hast du keine Basiswiderstände eignesetzt, oder hast du die im Plan einfach nur weggelassen?

Nee, ich habe sie im Plan vergessen. 1 KOhm Widerstände sind davor geschaltet. Der ATMega8 liefert ja nur insgesamt 100 mA pro Port und 25 mA pro Ausgang.

Hi
Darf ich man fragen warum du den Sternkühlkörper benutzt?

Ja, darfst du. Ich hatte irgendwo aufgeschnappt, dass dieser Ausreichen würde. Und von der Größe passt der auch gut rein. Wenn ich allerdings lese

Der Kühlkörper wird bei dieser Belastung schon unangenehm warm, 25 Grad Umgebungstemperatur plus etwa 35 Grad aus 4 Watt - da hält man den Finger nicht mehr gerne hin.

Dann frage ich mich, ob das dem so gut tun würde. Auf der anderen Seite sind ja 60°C nicht unbedingt kritisch, oder?

Es handelt sich übrigens um die 337, die ich als Transen verwende. Jetzt besteht nur die Frage, ob der Basisstrom mit 25mA hoch genug ist, wenn ich da 350 mA durchschleusen will.

[Sailor]

exelero´s Igel - Kühlkörper hat 9 K / Watt, die Sterne zwischen 4 und 5 K / Watt.

Da ist schon ein kleiner Unterschied. Die Igel halte ich auch besser im Luftstrom, ohne ist die wirksame Oberfläche zu gering, weil die mittleren "Stachel" von den umgebenden verdeckt sind bzw duch reine konvektion strömende Luft schon deutlich vorgewärmt dort hin gelangt.

[Beatbuzzer]

Es handelt sich übrigens um die 337, die ich als Transen verwende. Jetzt besteht nur die Frage, ob der Basisstrom mit 25mA hoch genug ist, wenn ich da 350 mA durchschleusen will.

Dafür kannst du den Spannungsabfall Uce messen.
Ich hab gerade mal ein paar BC337-16 getestet. Der Verstärkungsfaktor liegt zwischen 170-180. Sollte also hinreichen.
Laut Datenblatt gehen sogar max. 800mA nicht nur 500mA, hab mich vertan.

[exelero]

Aber du stimmst mir doch zu das der Stern-kk für den <350mA bei allen Farben nicht ausreichend ist oder?

gruß

[Daniel G]

@Beatbuzzer: Ok, danke. Ich bau mir die Platine nochmal neu auf, da mess ich mal vor mich hin.

@Sailor: Hmm, das gefällt mir jetzt gar nicht. Wenn der alte Pentium 4 Kühlkörper nicht so groß wäre... Sollte ich dann lieber auf einen anderen umschwenken?

//Nachtrag... Hmm, meine alte Grafikkarte hat noch einen Kühlkörper, der einen etwas größeren Körper und Lamellen hat... Allerdings ist in der Mitte einen Vertiefung für einen Lüfter...

[whole_shebang]

Hallo,

ich selber betreibe bei mir auch ein paar RGB-Rebels mit diesem Sternkühlkörper. Alle Rebels laufen bei mir mit ca. 600mA. Der KK wird warm, klar, allerdings kann ich ihn auch nach längerem Betrieb noch anfassen ohne mich zu verbrennen.
Allerdings sind die bei mir auch nicht in einer Lampe, Kugel oder sonstigem eingeschlossen, sondern stehen "frei" rum.

Ich würde daher ansich vermuten, das wenn du alle Rebels "nur" mit 350mA betreibst, das der KK das aushalten müsste, ohne das die LEDs Schaden davon nehmen.

Schönen Gruß


P.S.: Ich bin mal sehr auf das Ergebnis von deinem Projekt gespannt

[Daniel G]

Na, das klingt schon nach was anderem...

P.S.: Ich bin mal sehr auf das Ergebnis von deinem Projekt gespannt

Oh ja, ich auch...

[unoptanium]

Hi.


Selbst bei 700mA und 5K / W würde der Kühlkörper ja maximal
37K über Raumtemperatur kommen, eher weniger, da die rote
z.B. noch weniger heizt. Das wären dann bei 30°C Lufttemperatur
ungefähr 70°C Kühlkörper, macht vermutlich 95°C Chiptemperatur,
was alles andere als schön, jedoch noch im Rahmen ist.

Ich persönlich hasse Kühlkörper, die heiß werden.
Ich bau dann lieber was größeres ran. Sollte aber auch so laufen.

Mir ist aufgefallen, dass einige Star-Platinen einen relativ
schlechten Wärmeübergang haben, da das Isolationsmaterial
teilweise aus einer gewöhnlichen, dünnen Leiterplatte besteht.



Gruß, unoptanium

[Daniel G]

Ich bin jetzt auf den Kühler meiner alten Grafikkarte umgestiegen. Ist in vielerlei Hinsicht besser, da ich nun auch eine vernünftige Befestigungsmöglichkeit habe. Leider mussten dafür die Halterklammern für die Kugel weichen. Aber man soll das Ding ja eh nicht durch die Gegend tragen...

[Borax]

Es handelt sich übrigens um die 337, die ich als Transen verwende. Jetzt besteht nur die Frage, ob der Basisstrom mit 25mA hoch genug ist, wenn ich da 350 mA durchschleusen will.

Aber mit 1k Vorwiderständen kriegst Du natürlich keine 25mA hin. Auf der Basis-Emitter strecke bleiben etwa 0.75V; von den 5V Versorgungsspannung bleiben also etwa 4.2V am Vorwiderstand hängen, bei 1K macht das gerade mal 4.2mA. Wenn der Stomverstärkungsfaktor der Transistoren wirklich über 150 liegt, sollte das zwar immer noch reichen, aber ich würde einfach mal die Basisvorwiderstände auf ca. 200 Ohm reduzieren. Dann schalten die Transistoren besser durch und werden auch nicht so warm.

[Daniel G]

Dann schalten die Transistoren besser durch und werden auch nicht so warm.

Es sei denn, die 10 Ohm Widerstände für die LEDs sind keine 2 Watt, sondern nur 1 Watt oder weniger Widerstände. *Aua Finger*... Ich fahr wohl morgen früh nochmal zu Angelika, um mir passende zu holen. Das riecht dann ja eigentlich schon nach Hochlastwiderständen, oder? Zumindest steht auf der Produktseite, die Widerständen sollten min. 2,45 Watt haben. Die gibs nur leider nicht...

Davon abgesehen leuchtet die Lampe nun aber deutliche heller...

[unoptanium]

Moin.


Ja das mit den Widerständen ist schon so eine Sache.
Ich nehm auch lieber eine Nummer Größer, damit man die
Dinger noch anfassen kann. Außerdem riecht das sonst
und die Platine verfärbt sich mit der Zeit braun.

Schade irgendwie, dass da die Widerstände genauso
viel Energie verheizen wie die LEDs.
Aber ohne großen Aufwand wohl kaum zu ändern.

Aber natürlich heizen die jetzt die Luft in der Glaskugel auch
mit auf. Wenn Du größere drin hast, kannst Du die Lampe
dann mal ein Weilchen laufen lassen und die Temperatur
im Gehäuse und am Kühlkörper messen?

So etwa nach 5...15 und 30 Minuten?
Dann könnte man mal abschätzen, ob das Gerät für einen
Dauerbetrieb geeignet ist, oder belüftet werden muss.


Gruß, unoptanium

[Daniel G]

Hi unoptanium,

Was die Wärme angeht, habe ich eigentlich ein gutes Gefühl. Denn die gesamte Logik befindet sich in einem extra Gehäuse. Warum? Wenn das Programm für die Lampe fertig ist, dann soll man über Drehregler die Helligkeit, die Farbe oder eben die Geschwindigkeit des Farbwechsels einstellen können.

Und hier kann ich dann notfalls in das Gehäuse Lüftungsschlitze fräsen. Es ist also nicht alles verloren. In der Kugel sind in der Bodenplatte noch vier große Löcher. Denn man darf ja nicht vergessen, dass da eigentlich Glühobst reingehört. Ich vermute mal, die Designer bei IKEA hatten ein Wärmeproblem.