Konstantstromquelle für Filamente mit ~10 W?

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

capslock
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Do, 16.02.17, 19:03

Für eine Beleuchtung mit einzelnen LED-Filamenten, die nicht 100% doppelt isoliert aufgebaut werden kann, bräuchte ich eine Konstantstromquelle, die bis 70 V geht, aber bei nur 150 bis 200 mA. Die Versorgung kann aus Gleichspannung oder Netz sein.

Die LDH45 ist eigentlich schon richtig, bis auf den mit 350 mA noch zu hohen Strom. Einen LDH15 scheint es nicht zu gegen, ebensowenig irgendwelche Stromquellen für Netzspannung mit so hoher Ausgangsspannung bei kleiner Leistung.

Was für Alternativen habe ich:
- Step-Up-Wandler mit ICM7555 und externem MOSFET aufbauen: laut Elektor April 2016 86,5% Wirkungsgrad bei 8,2W
- hat jemand ein effizientere Schaltung?
- mit LM5000 aufbauen, über Effizienz schweigt sich das Datenblatt aus
- Netzteil aus LED-Filament-Birne zweckentfremden (nicht gut, da in aller Regel nicht galvanisch getrennt)
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Achim H
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Do, 16.02.17, 19:41

Netzteil aus LED-Filament-Birne zweckentfremden (nicht gut, da in aller Regel nicht galvanisch getrennt)

Wahrscheinlich auch nicht dafür ausreichend.

Massive Ströme erfordern fette Kondensatoren.
Bezogen auf 50,5VAC. Nach der Gleichrichtung: 70VDC.
Für 150mA müsste der X2-Kondensator 2,128µF (2,2µF. RM27,5) haben.
Für 200mA müsste der X2-Kondensator 2,837µF (3x 1µF parallel. RM22,5) haben.

Such doch mal bei Ebay nach "DC DC Step Up".
Da findet man zum Beispiel:
6-40V auf 8-80V (mit Digitalanzeige) (chin. Händler)
8-60V auf 10-120V (mit Digitalanzeige) (engl. Händler)

Was die Platinen taugen, weiß ich nicht.
Der Wirkungsgrad insgesamt setzt sich aus Netzgerät + Platine zusammen. Nur als Beispiel: 0,9 x 0,85 = 0,765 --> 76,5%.

Falls Du selber etwas bauen möchtest:
Netzgerät (Ringkerntrafo) 18VAC + Gleichrichterkaskade --> nach der 4. Stufe wärst Du auch ungefähr bei 72V.
Für 200mA müsste der Strom mindestens um den Faktor 4 höher sein --> ab 800mA.
Das erfordert massive Elkos (ab 1000µF/100V).
Der Wirkungsgrad ist schlecht.
Borax
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Do, 16.02.17, 21:09

die bis 70 V geht...
Wirklich 70V? Oder reichen vielleicht etwa 66V auch?
Weil das geht gerade noch mit einer ELP181LS (gibt es leider nicht mehr bei Lumitronix) : http://www.etmhl.de/ELP181LS
Den Strom kann man sehr einfach anpassen: viewtopic.php?f=31&t=7370&start=0&hilit=95043 Wahrscheinlich könnte man auch die Spannung noch ein wenig nach oben trimmen (hat ULF als Kommentar zur 700mA Variante geschrieben):
Bei 34 Volt liefert diese Quelle nur noch 180 mA! Leerlaufspannung ist nur 35,3 Volt aber die 15V LED Module brauchen eher 18 V, d.h. 2 solcher Module in Serie funktioniert mit dieser Stromquelle nicht ohne Tricks. Ich hätte erwartet dass die 700 mA bis 36 V kommen. Im Inneren ist am Ausgang eine Zenerdiode (30V?) die über den Optokoppler die Ausgangsspannung begrenzt. Wenn man in Serie zu dieser Diode noch eine ZPD 5,6 schaltet kommen wirklich 36 V bei 700 mA.
dieterr
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Do, 16.02.17, 21:55

capslock hat geschrieben:Die LDH45 ist eigentlich schon richtig, bis auf den mit 350 mA noch zu hohen Strom. Einen LDH15 scheint es nicht zu gegen, ebensowenig irgendwelche Stromquellen für Netzspannung mit so hoher Ausgangsspannung bei kleiner Leistung.
Weil ich ein ähnliches Problem hatte, und preislich allemal akzeptabel:

viewtopic.php?f=31&t=22961
capslock
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Do, 16.02.17, 22:50

Vielen Dank für die Antworten.

Die ELP181LS geht soagr bis 72 V, das könnte für viele Filamente reichen. Allerdings sinkt der ohnehin schon nicht dolle Wirkungsgrad dieses Modells beim Tuning sicher noch merh, wie es dieterr bei seinem älteren Meanwell-Modell ja auch passiert ist.

Die auf ebay angebotenen Step-Up-Modelle sind immer ziemliche Brummer, wie auch die von Achim gefundenen. Das mit den X2 verstehe ich nicht, ein X2 macht mir keine galvanische Trennung, und genau genommen auch nicht zwei (jeder in einer Phase). Ich dachte mehr, das Schaltnetzteil einer LED-Birne zweckzuentfremden, aber auch da ist mir noch keines mit echtem Trafo untergekommen.

Die LDH45 bleibt immerhin auch bei Teillast recht effizient. Vielleicht kann ich die einfach gedimmt betreiben und bleibe über 90%? Zusammen mit einem guten Laptop-Netzteil kann das dann schon über 80% bleiben.
Borax
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Do, 16.02.17, 22:59

Die ELP181LS geht soagr bis 72 V,
Nicht wirklich. Das ist leider nur die Leerlaufspannung (also mit rund 0mA ;) ).
Die LDH45 bleibt immerhin auch bei Teillast recht effizient. Vielleicht kann ich die einfach gedimmt betreiben und bleibe über 90%?
Glaube ich zwar nicht, aber das kommt auf einen Versuch an.
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Handkalt
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Fr, 17.02.17, 08:53

capslock hat geschrieben:bräuchte ich eine Konstantstromquelle, die bis 70 V geht, aber bei nur 150 bis 200 mA. Die Versorgung kann aus Gleichspannung oder Netz sein.
Wie so oft bei der Suche nach "ungewöhnlichen" Konstantstromquellen, lohnt es sich, bei TCI zu schauen:
TCI 122215 (MP 50/350 SLIM) geht unter anderem von 45 bis 270 V bei 150 mA oder 30 bis 250 V bei 200 mA.

Ebenfalls wie so oft wird es aber schwierig, das Teil in Deutschland zu kaufen. Zumindest eine Bezugsquelle in UK scheint es zu geben.

-Handkalt
capslock
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Fr, 17.02.17, 09:17

Danke, zwar 50 W, aber immerhin > 94% bei Vollast, dann bleibt das vielleicht auch akzeptabel bei 10 -15 W. Kostet allerdings eine Stange Geld...
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Achim H
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Fr, 17.02.17, 13:25

Ich habe auch noch was gefunden.
Link zu Power.com: DER-596 - 15 W Universal Input LED Driver for T8 Tube (PDF, 47 Seiten, englisch).
Uin: 100-277V; Uout: 80V; Iout (CC): 188mA; Eff.: >89%; Platinengröße: 50,3x18mm; EN55022B.
Einziges kompliziertes Bauteil: Induktivität L2 --> muss selbst gewickelt werden. Anleitung steht auf den Seiten 12/13.
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Fr, 17.02.17, 18:14

Achim H hat geschrieben:Ich habe auch noch was gefunden.
Link zu Power.com: DER-596 - 15 W Universal Input LED Driver for T8 Tube (PDF, 47 Seiten, englisch).
Uin: 100-277V; Uout: 80V; Iout (CC): 188mA; Eff.: >89%; Platinengröße: 50,3x18mm; EN55022B.
Einziges kompliziertes Bauteil: Induktivität L2 --> muss selbst gewickelt werden. Anleitung steht auf den Seiten 12/13.
Möglicherweise habe ich was übersehen, aber für mich sieht das kaum nach galvanischer Trennung aus. Obwohl es Tube driver auch damit geben soll. Leider habe ich bisher nur Mindestabnahme von 1000St. gesehen :lol: Aber wenn du für ein Nicht-Standardteil auch noch hohe Effizienz haben willst, wirst du darum nicht herumkommen.
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Möglicherweise habe ich was übersehen, aber für mich sieht das kaum nach galvanischer Trennung aus.

Das hast Du schon richtig gesehen.
Das ist eine FET-Konstantstromquelle (Buck-Boost). Angesteuert wird dieser mit einer Spannung <10V --> schau Dir die Kondensatoren dort an.
Und unter Safety (Sicherheit) steht "isolated".
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Sa, 18.02.17, 10:04

Der Chip kostete bei Mouser einen guten Euro. Es ist aber ein Schaltplan in dem PDF, da steht was von 100 - 277 V AC, und da ist nichts galvanisch isoliert. Da kann ich auch eine LED-Röhre von Müller schlachten, da ist genau sowas drin.
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Sa, 18.02.17, 11:01

capslock hat geschrieben:Da kann ich auch eine LED-Röhre von Müller schlachten, da ist genau sowas drin.
Eben
capslock hat geschrieben:Der Chip kostete bei Mouser einen guten Euro.
Und verbaut ist es auch nicht teurer (obwohl ich jetzt nicht weiß, was die für einen Chip einsetzen) Und auf die "Isolierung" würde ich nicht vertrauen :?
https://www.alibaba.com/product-detail/ ... 94794.html

Und wenn du dir anschaust, was in den Netzteilen von TCI, MW verbaut ist und in den 1€ Netzteilen musst du letztendlich selbst entscheiden wofür du dein Geld ausgibst. Was die Ausregelung angeht, habe ich die Unterschiede massiv selbst erfahren, und das sprach nicht für die Mini-driver. Genau auf einen Einsatzzweck abgestimmt, erfüllen sie ihre Aufgabe aber sicherlich.
Selber konstruieren und löten ist imho die schlechteste Lösung.
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Sa, 18.02.17, 11:12

Ich verstehe Euch nicht.
Eine Elektronik, die eine so hohe Spannung/einen so hohen Strom produziert, gehört eingepackt.
Wenn ihr das nicht macht und an irgendwelchen Kontakten rumfingert, und dann einen gewischt bekommt, dann seid ihr selbst daran schuld.
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Sa, 18.02.17, 13:22

Achim H hat geschrieben:Eine Elektronik, die eine so hohe Spannung/einen so hohen Strom produziert, gehört eingepackt.
Wenn ihr das nicht macht und an irgendwelchen Kontakten rumfingert, und dann einen gewischt bekommt, dann seid ihr selbst daran schuld.
Und lernt daraus, hoffentlich.

Eine Schaltung die dieselbe Spannung (oder auch nur 5V) produziert und nicht galvanisch vom Netz getrennt ist, ist lebensgefährlich.

Beides sollte man deshalb tunlichst nicht in einen Topf werfen.
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Sa, 18.02.17, 18:32

Eine Schaltung die dieselbe Spannung (oder auch nur 5V) produziert und nicht galvanisch vom Netz getrennt ist, ist lebensgefährlich.

Das ist Blödsinn.
Du kannst 5V aus 1,5V produzieren oder aus 12V oder 24V und dafür keine galv. Trennung verwenden und das ist kein bisschen lebensgefährlich.
Oder anders herum: Du kannst eine galv. Trennung haben, aber bei 500W Leistung liegst Du genauso tot in der Ecke.
dieterr
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Sa, 18.02.17, 18:38

Achim H hat geschrieben:
Eine Schaltung die dieselbe Spannung (oder auch nur 5V) produziert und nicht galvanisch vom Netz getrennt ist, ist lebensgefährlich.

Das ist Blödsinn.
Du kannst 5V aus 1,5V produzieren oder aus 12V oder 24V und dafür keine galv. Trennung verwenden und das ist kein bisschen lebensgefährlich.
Bitte lies richtig: Ich schrieb galvanisch vom Netz getrennt. Und ich denke, was mit "Netz" gemeint ist muss ich dir nicht erklären.
Achim H hat geschrieben:Oder anders herum: Du kannst eine galv. Trennung haben, aber bei 500W Leistung liegst Du genauso tot in der Ecke.
Aber das ist richtig Blödsinn, was hat denn die Leistung mit dem Risiko zu tun, einen Stromschlag zu bekommen? Nichts.
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Sa, 18.02.17, 18:53

Und aus diesem Grund gehört die Elektronik eingepackt, damit man nichts berühren könnte und somit auch keinen Schlag bekommen kann.

Übrigens: die Netzspannung ist ebenfalls galvanisch getrennt.
Spannung wird produziert, wird hochtransformiert, über Überlandleitungen verteilt, wieder herunter transformiert, in Trafohäuschen auf eine kleinere Spannung transformiert, im Haus auf eine noch kleinere Spannung transfomiert.
Und was bringt Dir das: gar nichts.
ustoni
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Sa, 18.02.17, 20:41

Übrigens: die Netzspannung ist ebenfalls galvanisch getrennt.
Spannung wird produziert, wird hochtransformiert, über Überlandleitungen verteilt, wieder herunter transformiert, in Trafohäuschen auf eine kleinere Spannung transformiert, im Haus auf eine noch kleinere Spannung transfomiert.
Und was bringt Dir das: gar nichts.
Das ist nun wirklich völliger Unsinn. Alle Spannungen in der Übertragungskette - inklusive der 220 bzw. 380 kV der Überlandleitungen - haben Erdbezug. Die Erdung erfolgt jeweils an den zugehörigen Trafostationen. Damit sind die jeweiligen Spannungen eben nicht galvanisch getrennt. In den Trafostationen erfolgt nur eine Potentialanpassung für den jeweiligen Verwendungszweck.

Aus dieterr's Posts geht ganz klar hervor, dass er von einer galvanischen Trennung des KSQ-Ausgangs vom 230V-Netz redet. In diesem Fall wird die galvanische Trennung zur Schutztrennung.
Sinn und Zweck einer Schutztrennung ist im Wikipedia-Artikel auch für Anfänger verständlich erklärt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schutztrennung

In dem von capslock im Eingangspost beschriebenen Anwendungsfall ist eine Schutztrennung und damit eine galvanische Trennung vom 230V-Netz zwingend erforderlich:
Für eine Beleuchtung mit einzelnen LED-Filamenten, die nicht 100% doppelt isoliert aufgebaut werden kann, bräuchte ich eine Konstantstromquelle, die bis 70 V geht, aber bei nur 150 bis 200 mA.
oscar
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Sa, 18.02.17, 22:55

Achim H hat geschrieben:Und unter Safety (Sicherheit) steht "isolated".
Und wenn schon, im selben PDF steht auch:
- Important Note: Although this board is designed to satisfy safety isolation requirements, the engineering
prototype has not been agency approved. Therefore, all testing should be performed using an isolation
transformer to provide the AC input to the prototype board.
- This engineering report describes a low cost, non-dimmable and non-isolated buck-boost
LED driver
- The topology is a high-side, non-isolated buck-boost converter.

Laut Schaltplan liegen zwischen Netzspannung und Plus/Minus nur eine Sicherung, Widerstände, Kondensatoren bzw. nur zwei Dioden. Was soll daran galvanisch getrennt sein?
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So, 19.02.17, 03:08

ustoni hat geschrieben:Alle Spannungen in der Übertragungskette - inklusive der 220 bzw. 380 kV der Überlandleitungen - haben Erdbezug. Die Erdung erfolgt jeweils an den zugehörigen Trafostationen. Damit sind die jeweiligen Spannungen eben nicht galvanisch getrennt. In den Trafostationen erfolgt nur eine Potentialanpassung für den jeweiligen Verwendungszweck.

Bist Du sicher, dass es ein Erdpotential ist? Es könnte doch auch eine Schirmwicklung sein.
Trenntransformatoren mit Schirmwicklung von Block
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So, 19.02.17, 08:50

Bist Du sicher, dass es ein Erdpotential ist? Es könnte doch auch eine Schirmwicklung sein.
Natürlich bin ich mir da sicher. Schau Dir z.B. mal diese beiden Artikel an:
https://de.wikipedia.org/wiki/Betriebserdung
https://de.wikipedia.org/wiki/Erdschlusskompensation
Die Energieübertragung vom Kraftwerk zum Verbraucher erfolgt über Drehstrom. Sowohl auf Erzeugerseite als auch auf Verbraucherseite wird der Sternpunkt geerdet.

Dabei werden Leistungen von einigen zig Megawatt übertragen. Was soll in diesem Zusammenhang der Link zu einem Kleinleistungstrafo für Hobbybastler? Bei Hochleistungsanlagen mit Ausgangsspannungen von 110, 220 oder 380 kV sieht die Technik "ein klein wenig" anders aus. Das hat mit solchen Trafos überhaupt nichts mehr zu tun.
https://de.wikipedia.org/wiki/Maschinentransformator
dieterr
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So, 19.02.17, 10:17

Zurück zum Thema:
du sagst,
capslock hat geschrieben: die bis 70 V geht, aber bei nur 150 bis 200 mA. Die Versorgung kann aus Gleichspannung oder Netz sein.
Wie hoch wäre die Gleichspannung denn, die du zur Verfügung hast, und wie erzeugst du diese?
Ich frage aus 2 Gründen: muss es denn ein step-up converter sein, oder hast du eine Gleichspannung >72V? Und falls du die Gleichspannung über ein Netzteil aus dem 230V-Netz erzeugst, mit welchen Wirkungsgrad rechnest du da? Weil 2 Netzteile mit je 90% (also schon gut ausgelegt) ergeben in der Summe auch nur ~80% Gesamtwirkungsgrad.

Und btw, bei 2W mehr an Verlustleistung (20% von 10W) komme ich im Jahr bei 24/7 auf Mehrkosten von rund 5€ (0.002W*24h*365d*0,3€). Rechnet sich das? Oder ist die Verlustleistungsoptimierung rein akademischer Natur?
ustoni
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So, 19.02.17, 15:58

Problematisch wird es, eine passende Gleichspannungsquelle zu finden. Spannungen oberhalb 48 V sind eher selten. Du kannst aber jederzeit mehrere Netzteile ausgangsseitig in Reihe schalten.
Beispiel: 36 V /5 W + 36 V /5 W ergibt 72 V / 10 W
Ideal wäre es, wenn Du Netzteile mit einstellbarer Ausgangsspannung wählst. Dann kannst Du die Spannung noch "feintunen". Beispiel: ESP-15-36
https://www.elpro.org/de/leistung-15-wa ... 15-36.html
Das ist dann zwar von der Leistung her überdimensioniert, Netzteile kleinerer Leistung (z.B. 5 W) haben aber meist nur einen Wirkungsgrad von knapp unter 80%.

Aufgrund der recht hohen Vorwärtsspannung Deiner LEDs und des relativ geringen Stroms bietet sich bei Dir eigentlich eine lineare KSQ mit einem LM317 an. (Schaltung: einfach ein Widerstand zwischen Vout und Adj-Anschluss). Ein Widerstand von 8,2 Ohm würde z.B. einen Strom von 152 mA ergeben. Über dem Widerstand fallen dann 1,25 V ab, für den LM317 sind weitere 2 V erforderlich.
Wenn Deine Filament-LED z.B. eine Vorwärtsspannung von 70 V hat, benötigst Du eine Versorgungsspannung von 73,25 V.
Die LED nimmt dann eine Leistung von 70 V x 0,152 A = 10,64 W auf. Die Gesamtleistungsaufnahme beträgt entsprechend 73,25 V x 0,152 A = 11,13 W.
Das ergibt einen Wirkungsgrad der KSQ von (10,63 W / 11,13 W) x 100% = 95,6%.
Einen besseren Wert wirst Du mit einem Schaltregler wohl kaum erreichen.

Hat das Netzteil einen Wirkungsgrad von 85%, ergibt sich so ein Gesamtwirkungsgrad von 85% x 0,956 = 81,26%.

Mit den oben erwähnten einstellbaren Netzteilen kannst Du die Versorgungsspannung dann noch so einstellen, dass der LM317 gerade noch sauber regelt (Spannung über dem 8,2 Ohm-Widerstand messen und die Versorgungsspannung soweit runter regeln, dass sich die gemessene Spannung gerade soeben noch nicht ändert.)
Auf die Art kannst Du die Verluste noch minimieren.
capslock
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Di, 21.02.17, 12:45

Als Netzteil habe ich ein Sortiment von Laptop-Netzteilen mit 12 bis 22 V. Das bekannt gute (als Versorung für Stromspar-PCs) ist ein 12 V / 60 W - Netzteil, das auch bei 10 W > 90% liegt. Die Netzteile mit höheren Spannungen müsste ich mal durchmessen auf Wirkungsgrad. Mittelfristig könnte ich auch an den Akku eines Hybrid-Wechselrichters gehen, das wären dann bis zu 48 V, je nachdem, welches Modell es wird.
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