Taschenlampe-Entwurf

[Karl_Heinz]

Ich wollte schon immer mal eine LED-Taschenlampe selber bauen. Nun hatte ich immer ein Problem mit der Kühlung und der Elektronik. Ich hatte mich mal umgeschaut hier im Forum und hier die Idee mit der Wasserkühlung gefunden viewtopic.php?f=31&t=5541 . Als Kühlkörper diese hier http://www.reichelt.de/Stiftkuehlkoerpe ... 4d34513f80 . Als KSQ soll eine 2-Transistor KSQ mit Mosfet her.
Nun zur LED. Ich will es so richtig hell! Also dachte ich mir da es jetzt die neuen Reflektoren gibt nehm ich doch die hier http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Chip ... Lumen.html . Als Stromversorgung nehme ich dann 12 eneloop Zellen. Ich dachte mir, dass man die Elektronik am besten so aufbaut, dass man zwischen mehreren Stufen schalten kann z.B.: 150mA, 700mA und 1200mA. Platz soll das alles in einem Metall- (vorzugsweise ALU) rohr bekommen. Natürlich muss es mehrmal zersägt werden damit ich an die einzelnen Stellen dran komme. Ich dachte hier an Abflussrohr, da bei denen oft schon Gewinde dran sind. Zersägen entfällt hier eventuell. Somit leicht zusammen- und auseinanderbaubar. So kann man als vorderes Stück auch einfach ein Vergrößerungsstück nehmen. Optik ist bei den Rohren nich so wichtig, da ich vor hatte alles nachher Schwarz zu lackieren.
Hat jemand eine Ahnung wo man so Abflusrohr am besten kauft? Obi?
Ich hätte da auch noch einige Fragen. Würdet ihr die LED verschrauben oder reicht Wärmeleitkleber? Welchen Abstrahlwinkel (12°, 16°, 25°) würdet ihr wählen? Kann mir jemand sagen wie ich einen Tiefentladeschutz am besten realisiere?
Als Erläuterung für diese komische Skizze:
-Die Kabel sind nicht zu sehen, die muss man sich denken
-Die Akku Anordnung muss nicht genauso aussehen
-Der Schalter fehlt, den muss man sich auch denken (über KSQ)

Was haltet ihr davon? Reicht die Kühlung? Ich bin offen für Kritik, Verbesserungsvorschläge und Hinweise!

[eyeled]

Willst Du wirklich ein Kunststoff-Abflussrohr nehmen. Das gibt die ins Wasser aufgenommene Wärme ja kaum ab. Warum kein Alu?
Gibt es doch z.B.:
http://www.ltt-versand.de/Traversen/Alu ... medium=cpc
Gruß Klaus

[Karl_Heinz]

Sind Abflussrohre immer aus Kunststoff? Ich kenn mich damit nicht aus und will jetzt nichts falsches behaupten. Aber wie du schon sagtest wäre es extrem dumm ein Kunstoffrohr zu benutzen aufgrund der Wärme. Die dort angebotenen Rohre sind gut aber ich dachte an solche Rohre die man von seinem Waschbecken her kennt, mit Gewinde und so eben. Die sind ja auch aus Metall. Nur ein bischen zu krumm und zu dünn. Aber ich denke die bekommt man auch anders.

[Borax]

Echte Abflussrohre normalerweise schon. Die von Dir erwähnten 'Abflussrohre' sind Sifons, die sind meist aus Eisen (teilweise auch Messing oder Kupfer) und verchromt. Da gibt es aber nicht soo viel Auswahl. Und außerdem sind die Größen quasi genormt auf 1 1/4" (knapp 32mm was aber grade so passen könnte -> 3 Batterien in den Baumarkt mitnehmen und ausprobieren). Bei meiner Taschenlampe habe ich Alu-Rohr (von Alu-Verkauf.de) verwendet und das verlötet.

[Karl_Heinz]

Danke für die Antworten.
Die Alu-Website ist wirlklich sehr gut. Danke Borax! Aber ich versteh das richtig das wenn da bei Rundrohren 50mmx5mm steht gemeint ist, dass das Rohr 50mm Außendurchmesser und 5mm Wandstärke hat oder?
Wenn ich das nehemen würde hätte ich auf jeden Fall ausreichende Kühlung. Mein einziges Problem wo ich überhaupt nicht weiterkomme ist der Tiefentladeschutz? Kann mir hier jemand helfen?

[Borax]

wenn da bei Rundrohren 50mmx5mm steht gemeint ist, dass das Rohr 50mm Außendurchmesser und 5mm Wandstärke hat oder?

Genau. Dementsprechend 40mm Innendurchmesser.

wo ich überhaupt nicht weiterkomme ist der Tiefentladeschutz

Am besten Du verwendet die gleiche KSQ wie in meiner Taschenlampe. Da ist der Tiefentladeschutz schon integriert. Und Regelung und Drop sind hervorragend. Anpassung an die von Dir erwünschten Stromstärken ist auch kein Problem. Ein wenig mehr Bauteile als bei der einfachen 2-Transistor KSQ sind es allerdings schon...

[Karl_Heinz]

Solange kein SMD dabei ist und man alles bei Reichelt bekommt ist alles gut. Auch wenn es mehr sind ist es nich soooo schlimm. Muss davon denn was gekühlt werden? Vor allem wenn es komplett eingeschlossen ist? Danke

[Borax]

Nein, kein SMD und alles bei Reichelt erhältlich.
Gekühlt werden muss höchstens der Mosfet (ist aber sehr wahrscheinlich).
Je nach Differenz der Eingangsspannung und LED-Flussspannung muss der ja alles was die LED nicht braucht verbraten. Ist/wäre aber bei der 2-Transistor KSQ auch nicht anders.
So gesehen wie immer meine Rede: Erst LED kaufen und nachmessen (welche Spannung beim anvisierten Strom erforderlich ist), dann erst alles weitere.

[Karl_Heinz]

Alles klar, danke!
Aber messen kann ich nich so gut bei verschiedenen Werten. Ich habe eine 230V KSQ von Meanwell mit 700mA und eine mit 1750mA. Dann hab ich noch sowas gebaut: viewtopic.php?f=31&t=1652 . Aber ich hab kein Netztteil für 24V also fällt das aus!
Ich glaub ich bin vom Kühlwasser losgekommen. Lieber einen Massiven Alukern der so 5cm lang ist. Ich muss noch fragen wie ich das schalten würde? Mir wären normale Schalter am liebsten. Welche Schaltleistung müssen sie haben?
Kann sein das die Frage ein bisschen dumm von mir ist aber wenn das eine KSQ ist, wozu sind dann genaue Spannungswerte nötig? Ich denke die Erklärung ist einfach nur bin ich zu dumm selber darauf zu kommen. Und meine Hauptfrage aus dem Anfangspost: Macht das ganze Sinn?

[Borax]

Ich glaub ich bin vom Kühlwasser losgekommen. Lieber einen Massiven Alukern

Gut. Das wollte ich auch schon anmerken.

Kann sein das die Frage ein bisschen dumm von mir ist aber wenn das eine KSQ ist, wozu sind dann genaue Spannungswerte nötig?

Um zu wissen, ab welcher Akku-Spannung man den anvisierten Strom auch erreicht. Ist allerdings hier nicht so relevant, weil die Bridgelux BXRA-C1202 einen sehr großen Spannungsbereich hat (10V bei 600mA bis 14V bei 2A - wenn es denn stimmt).
Die Sinnfrage ist natürlich schwer zu beantworten. Ich würde es eher mit 3 Cree XM-L T6 versuchen. Die sind effizienter und man kann sie bestimmt mit einer Triple-Optik auch gut bündeln. Die Lichtleistung ist ähnlich und es reichen auch 9 NiMh Zellen locker aus. Die Spannungs/Strom Kurve bei der Cree XM-L T6 liegt auch günstiger: Für drei Stück und 700mA etwa bei 8.7V und bei 1400mA auch nur 9.3V. Also wird auch bei weniger Strom nur sehr wenig Leistung an einer (linearen) KSQ verheizt.
Bei Taschenlampen wird i.A. eher stark gebündelt (10° oder noch weniger). Man will ja normalerweise eher eine höhere Reichweite als einen großen Lichtkegel...

[Karl_Heinz]

Hatte ich auch schon überlegt. Aber beim Bridglux könnte ich den hier im Shop erhältlichen Reflektor benutzen. Bei den Triple Optiken bin ich mir nicht sicher wie die Bemessen sind. sind die für 3 LED's auf Stars?
Hat jemand eine Idee wie ich den Alukern in das Rohr bekommen könnte? Ich dachte an ein Gewinde aber ich hab keine Gewindeschneider. Auerdem wenn man ein Rohr mit 40mm innendurchmesser hat und einen Kern mit 40mm Außendurchmesser und man an beide entsprechende Gewinde macht kann das ja schon gar nicht mehr passen weil zuviel Material weg ist!!

[Borax]

sind die für 3 LED's auf Stars?

Sagen wir mal so: Sie passen für 3 LED's auf Stars. Geht natürlich auch ohne Star, sauber montieren ist in beiden Fällen erforderlich. Bei meiner Taschenlampe habe ich das ja auch mit 3 LED's auf Stars und Triple Optik realisiert. Cree XM-L gab es damals halt noch nicht... Schau Dir mal die Beschreibung an (siehe Link oben), den 'Bauplan' könntest Du quasi direkt übernehmen.

Hat jemand eine Idee wie ich den Alukern in das Rohr bekommen könnte?

Ja, einfach Kern und Rohr 'passend' raus suchen (z.B. 2mm x 40 mm Rohr und 36mm Kern oder auch die 40mm Innendurchmesser + 40mm Außendurchmesser) und dann thermisch (Kern ins Eisfach und Rohr in den Backofen).
Falls der Kern auch so (ohne Kühlen/Erhitzen) rein passt, dann halt Wärmeleitpaste dazwischen.
Wobei ich nicht glaube, dass ein großer Kern viel hilft. Ich würde eher versuchen (so ähnlich wie ich das bei meiner Taschenlampe auch gemacht habe) die Wärme über ein 'dickes' Rohr um den Reflektor abzuführen. Das sorgt auch für Stabilität.

[Karl_Heinz]

Kann das klappen?
Ich weiß das das thermische Verfahren sehr gut funktioniert. Aber nur wenn beides von Anfang an nicht passt. Wie soll das mit WLP halten? Ich werde mich aufgrund des Preises doch für das Bridgelux entscheiden. Außerdem kann ich so den neuen Reflektor verwenden.
Kannst du mir trotz fehlender Messung den Schaltplan anpassen? Mit 12 Akkus und Abschaltung bei ca. 1.1V pro Zelle also 13.2V. Betriebsströme so 150mA, 600mA und 1500mA. Vielen Dank schonmal im Voraus!

[Borax]

Falls der Kern auch so (ohne Kühlen/Erhitzen) rein passt...

dann wird der Abstand ja trotzdem sehr klein sein, so dass IMHO WLP reichen müsste um eine hinreichende Wärmeübertragung zu ermöglichen. Wenn das zu 'locker' ist, dann einfach noch eine Schraube rein.

Kannst du mir trotz fehlender Messung den Schaltplan anpassen? Mit 12 Akkus und Abschaltung bei ca. 1.1V pro Zelle also 13.2V. Betriebsströme so 150mA, 600mA und 1500mA.

Ich kann es versuchen. Aber ohne Garantie. Nachmessen und ggf. ein paar Widerstände anpassen musst Du schon noch einkalkulieren.

[Karl_Heinz]

Vielen Dank.
Das was ich variiren müsste wären doch nur die Widerstände um den Strom einzustellen oder? Weil dann ist das ja eigentlich fast egal da das Bridgelux eine weiten Strom-Bereich hat. Messen ist aber kein problem. Hast du eine Idee wie ich das mit den Schaltern lösen kann? Ich wollte es nicht so wie du machen mit Reed-Kontakten. Und kannst du mir noch eine Bauteilliste für den Schaltplan erstellen? Das wäre sehr gut. Und wie ist der 8 polige ic verschaltet. Ich werde aus der Pinnbelegung nicht schlau.
Danke

[Borax]

Das was ich variiren müsste wären doch nur die Widerstände um den Strom einzustellen oder

Ja. LED Strom und Abschaltspannung. Wegen den Toleranzen der Bauteile kann man das nie 100% genau im voraus berechnen, jedenfalls nicht, ohne es wenigstens auch real zu testen und die 'Sensibilität' zu prüfen.

Hast du eine Idee wie ich das mit den Schaltern lösen kann

Was hast Du denn als Schalter geplant? Die KSQ Schaltung 'schaltet' ja hier elektronisch (der eigentliche Schalter ist der Mosfet), daher liegt die (Strom-)Belastung für die Schalter nur bei wenigen mA, so dass Du eigentlich jeden Schalter verwenden kannst den Du willst. Wie Du das mechanisch gestaltest, da kann ich Dir auch keinen Rat geben. Hängt ja auch sehr davon ab, wie versiert Du in Metallbearbeitung bist...
Bauteileliste...
Naja, ich hoffe Du kannst Dir das Zeug bei Reichelt selbst zusammensuchen... Ist ja nicht soo schwer Wegen mir mach eine Link-Liste, poste sie hier, dann schau ich noch mal 'drüber'. Für alle Widerstände reichen 0.1W locker (mehr schadet natürlich nicht), außer der 0.1Ohm Widerstand (unten R2). Der sollte 1W vertragen. Bei den Keramikkondensatoren (10n, 33n) kann man eigentlich auch nichts falsch machen - nimm einfach die billigsten. Der 10µF Kondensator sollte 25V Spannungsfestigkeit haben (auch hier schadet mehr nie). Ob es Elko, Tantal oder Keramik ist, spielt keine Rolle.
Schaltplan:

OP_KSQ_16.png (8.23 KiB) 9194 mal betrachtet

Mit den angegebenen Werten bekommt man etwa 150mA (S2 und S3 offen) / 600mA (S2 zu und S3 offen) und 1.5A. Die angegebenen Spannungswerte beziehen sich auf 1.5A (also S2 und S3 geschlossen).
Simulation mit Spannung zwischen 10V und 16V:

OP_KSQ_16_1.png (3.9 KiB) 9194 mal betrachtet

Wie man sieht, wird hier 'hart' bei 12.6V ausgeschaltet (ACHTUNG: Ruhestrom von etwa 1-2mA bleibt!) und erst wenn die Spannung wieder größer als 14V ist, geht es wieder an. Ob diese Hysterese reicht, weiß ich nicht (NiMh Zellen ohne Last erholen sich schnell wieder und können dann kurzzeitig wieder über 1.2V haben...).
Der Mosfet muss gut gekühlt werden. Wenn man annimmt, dass die Bridgelux BXRA-C1202 bei 1.5A etwa 13.5V braucht, dann müssen am Mosfet bei voll geladenen Akkus (~16.5V) gute 3V verheizt werden. Das macht bei 1.5A fast 5W!

[Karl_Heinz]

Vielen Dank! Du bist echt ein Vorbild für alle Forenuser! Danke für deine Mühe!
Ich halte es nicht für notwendig die Bauteilliste zu posten. Ich glaub das bekomm ich wirklich hin. Wenn die Simulation so hinkommt wäre alles perfekt. Die Abschaltspannung ist auch perfekt geworden. Wenn das Teil ausgeht, nehm ich einfach die Akkus raus. So müssten sie lange halten. Wenn ich jetzt alles genau so nach Plan löten würde, müsste es doch auch ohne Anpassen so ungefähr funktionieren, oder? Kleine Abweichungen sind mir egal!
Das mit dem Mosfet bekomm ich hin. Es sollte reichen wenn ich ihn auf ein Stück Silikonfolie (Isolierung) klebe, welche auf einer 2mm dicken Aluplatte ist. Diese kommt dann von der anderen Seite (wo nicht die LED ist) an den massiven Block.
Noch eine Frage zum TL431A: Ich she das richtig das ich Reference mit Cathode verbinde und dann an+ und Anode an minus? Klar weiß ich was + und - und so ist aber ich frage lieber noch mal ob das so stimmt.
Bei allen anderen Teile ist mir die Verschaltung klar. Den LM358 hast du mir ja nochmal dargestellt. Danke.
Dann gehts wohl jetzt ans bestellen. Wenn's was gibt poste ich es hier.

[Borax]

müsste es doch auch ohne Anpassen so ungefähr funktionieren, oder? Kleine Abweichungen sind mir egal!

Müsste! Wie gesagt, nachmessen / testen musst Du schon. Ich würde als ersten Funktionstest nach dem Aufbauen zunächst mal den KSQ Teil testen. Also auf 150mA stellen (alle Schalter offen) R9 auf wenige KOhm reduzieren (z.B. einfach nochmal 10K o.ä. parallel drüber löten) damit ist die Unterspannungsabschaltung ausgehebelt und dann reichen auch 5V Betriebsspannung aus. Dann irgendeinen passenden Verbraucher anstatt der LEDs schalten, der ca. 3V bei 150mA braucht (z.B. Widerstand mit etwa 20 Ohm). Wenn das passt, bei höherer Spannung testen. Diese Schaltung ist ja schon von einigen hier im Forum nachgebaut worden. Auf Anhieb geklappt hat es nicht immer:
viewtopic.php?p=104692#p104692
Erfolg: viewtopic.php?p=105482#p105482
Und Dave1978 hat es wohl aufgegeben: viewtopic.php?p=75417#p75417
Soll Dich jetzt nicht verunsichern, aber Vorsicht beim Aufbau ist besser als kaputte Bauteile...

Noch eine Frage zum TL431A: Ich she das richtig das ich Reference mit Cathode verbinde und dann an+ und Anode an minus? Klar weiß ich was + und - und so ist aber ich frage lieber noch mal ob das so stimmt.

Ja, stimmt. Aber ...mit Cathode verbinde und dann an+ über den 10K Widerstand!

[Karl_Heinz]

Na dann ist ja alles gut! Bei Reichelt hab ich jetzt noch nicht bestellt weil ich erst mal den Alu-Kram haben möchte. Dann kann ich auch schauen was ich eventuell noch brauch oder nicht. Den Alu-Kram hab ich jetzt geordert.
Ist gut das du das schreibst weil ich bis jetzt noch kein Problem mit Defekten hatte. Diese KSQ viewtopic.php?f=31&t=1652 hat auf Anhieb funktioniert. Sie funktioniert sogar immer noch !! Dementsprechend hatte ich nicht daran gedacht. Ich werd mein Bestes geben beim Löten und aufpassen nichts kaputt zu machen. Müsste funktionieren!!

[Karl_Heinz]

Hätte vieleicht doch noch ne Frage zur Schaltung. Wenn ich die Lampe mit nicht ganz vollen Akkus einschalten möchte, sagen wir mal die Spannung leigt bei 13V, würde sie angehen oder brauche ich 14V?
Oder wenn ich mit einem Netzteil ( http://www.reichelt.de/Schaltnetzteile- ... 244b6c0120 ) die Spannung auf unter 12.6V senke, könnte ich es mit selbigem nicht wieder aktivieren (Vmax ist 13.8V)??? Würde es überhaupt mit diesem Netzteil funktionieren?

[Borax]

Wenn alles so wie in der Simulation läuft, dann würde die Lampe erst mit 14V starten. Bei Akkus ist das aber vmtl. kein Problem, weil die immer eine recht hohe Leerlaufspannung haben. Bei dem Netzteil würde es dann aber eher nicht klappen. Das kannst Du aber natürlich ändern, indem Du den entsprechenden Widerstand (R9=75K) etwas kleiner wählst. Wobei es wie schon erwähnt die große Frage ist, wie gut die Simulation die Realität auch wiedergibt, es kann gerade bei der Unterspannungsgrenze (die ist sehr sensibel: bei 74K sind es laut Sim nur noch 13.8V, bei 73K etwa 13.65V) durchaus um etwa ein Volt 'danebenliegen'. Prinzipiell ist das Netzteil gut geeignet, Du musst nur ggf. die Unterspannungsgrenze etwas anpassen.

[Suntrader]

Mach R9 ca 5kOhm kleiner, dann schaltest du nen Trimmpoti ca 10kOhm mit Ihm in Reihe (genauere bzw sinnvollere Werte kann dir evt Borax sagen), dann kannst du ganz einfach den Wert den du haben willst einstellen. Das freie Ende des Trimmpoti mit an den Schleifer legen.

[Karl_Heinz]

Danke für die Antworten.
Die Unterspannungsgrenze ist nicht so schlimm, da ich einen zusätzlichen Schalter einbauen werde, welcher die Akku-Reihe unterbricht.
Im Datenblatt des Bridgelux steht die Befestigungslöcher hätten 3.2mm Durchmesser aber dennoch soll man die mit M2.5 Schrauben festmachen. Kann mir da jemand helfen? Würde es auch mit M3 Schrauben gehen?

[eyeled]

Ich habe diese Bridgelux und habe gerade probiert, M3 geht ohne Knirschen durch. Eine zweite habe ich allerdings mit M2,5 befestigt. Es könnte sein, dass man bei Verwendung eines Reflektors mit dem M3-Schraubenkopf oder einer Unterlegscheibe den Fuß des Reflektors stört?
Gruß Klaus

[Karl_Heinz]

Danke, das wollte ich wissen. Ob der Reflektor (den ich bei der Taschenlampe ja auf jeden Fall drauf mache) dann nicht mehr passt weiß ich nicht aber ich glaub das passt. Im Datenblatt http://www.leds.de/out/media/DataSheet_ ... 283%29.pdf kann man bei den Maßzeichnungen sehen, das da Einkerbungen sind, oder?