Verlustleistung klein halten...

[Kameltreiber]

Hallo ich möchte gerne eine Konstantstromquelle selbst bauen.

Vom Aufbau her wäre es am besten wenn ich die LED´s als Array schalte (4 in Reihe = 11,21 V an 800mA, davon 6 Parallel).
Zur Verfügung hätte ich hier ein HalogenTrafo out: 12V AC = ca. 17V DC (140VA) nun ergibt sich aus dieser Konstellation alleine schon mal der Umstande:

17V - 11,2V = 5,8V
0,8A * 6 = 4,8A
5,8V * 4,8A = 27,84 W Verlustleistung.

17V * 4,8A = 81,6W Gesammtleistung.

ergo :

27,84 / 0,816 = 34% Verlustleistung.

Oder sehe ich das Falsch?

Meine Alternativen Wären der Kauf eines 9V Trafos welcher knappe 12V DC liefert, aber das wird dann SPannungstechnich nicht mehr ausreichen.
Weitere Alternativen wäre natürlich andere Schaltung, Problem die in Reihe geschalteten 4 LED sollen zusammen in je 6 einzelne Gehäuse.

Möchte mir jemand einen Ratschlag geben, ich Grübel gerade schon ne Weile und würde halt ungern so viel Verlustleistung haben?

[Borax]

Außer Schaltregler oder LEDs anders verschalten (also nicht 4 sondern 5 oder 6 in Reihe) fällt mir da auch nichts ein. Allerdings glaube ich nicht an die 17V. Im Mittel dürften es eher nur 15V sein. Und dann ist der Verlust schon nicht mehr soo groß.
Wenn die LEDs wirklich 11.2V brauchen (hast Du das gemessen oder dem Datenblatt entnommen?), dann könntest Du auch ein 12V DC (Schalt-)Netzteil nehmen und Low-Drop-KSQs für je 4 LEDs.

[Kameltreiber]

Wenn die LEDs wirklich 11.2V brauchen (hast Du das gemessen oder dem Datenblatt entnommen?)

Dem Datenblatt entnommen, es handelt sich um Rote und Blaue Golden Dragon Plus von Osram,an den Roten sollen jeweils 2,57V Abfallen an den Blauen 3,5V jeweils laut Kennlinie bei 800mA abgelesen mittels Hilfslinien in einem Grafikprogramm (also recht genau).

Die Kombination der 4 Reihen-LED´s soll aus 3 Roten und einer Blauen bestehen also 3 * 2,57V + 3,5V = 11,21 V.

Zu den 15Volt im Mittel.. ok das Wäre Vertretbar, Ich wollte eigentlich schon sowas:
http://www.reichelt.de/Gleichrichter/B1 ... r=B125C25A

und 10 mal sowas:
http://www.reichelt.de/Elkos-radial/RAD ... 4.700%2F35;

mit verbauen... die 47mF sollte ich auf Umax = 15,6 V und Umin = 14,8 V = Ubrumm = 5,2 % ==> Ueff = 15,2
kommt also Gut hin, stimmt hatte ich nicht mit bedacht, sorry.

Danke fürs Antworten:)

[Borax]

jeweils laut Kennlinie bei 800mA abgelesen mittels Hilfslinien in einem Grafikprogramm (also recht genau).

Ist trotzdem ein theoretischer Wert. Die Golden Dragon Plus von Osram kenne ich jetzt nicht, aber bei CREE und Nichia hatten wir schon Abweichungen von mehr als 0.3V von dem im Datenblatt als typische Flussspannung angegebenen Wert (Messung mit konstantem Strom!).

[Sailor]

Die Überlegungen zum Halo-Trafo stimmen, wenn es ein konventioneller ist.

Auf elektronische Halo-Trafos kannst Du sie nicht unhinterfragt übertragen. Die Unterschiede fangen schon in der Wellenform an (Rechteck oder angedeuteter Trapez statt Sinus) reichen über die Spitzen/Oberwellen bis zur Frequenz.
Da nicht alle elektronischen Halo-Trafos das gleiche Ausgangssignal haben und dieses auch noch nach Last veränderlich ist, musst Du unbedingt messen, sowohl die Spannung nach Gleichrichtung bei unterschiedlichen Lasten im möglichen Lastbereich deiner Schaltung als auch die Wärmeentwicklung der Gleichrichterdioden und ggf. des Siebelkos (Spannungsbereich würde ich bei diesem > 40 Volt wählen).

Zu den LED´s: Deren Spannung solltest Du im gewünschten Arbeitspunkt messen. Der typische Wert aus dem Datenblatt taugt nicht zur Betrachtung der LED in allen Fällen. Schon gar nicht, wenn es in der Wahl der Versorgungsspannung eng wird.

[ustoni]

Die Frage nach der Vorwärtsspannung hatten wir schon in dem Thread geklärt, den Kameltreiber gestern aufgemacht hat:

viewtopic.php?f=34&t=13795

Die Golden Dragon Plus hat sogar eine Toleranz laut Datenblatt von +/- 0,5 V.

Warum Kameltreiber heute mit dem offensichtlich gleichen Projekt in einem neuen Thread weitermacht kann ich nicht verstehen. Bereits vorhandene Informationen gehen dadurch verloren.

Aufgrund der hohen Toleranzen der LEDs wird die geplante Parallelschaltung von 6 Reihenschaltungen mit Betrieb an einer selbstgebauten 4,8 A-KSQ auf keinen Fall funktionieren.

Jede Reihenschaltung braucht eine eigene KSQ von - wie hier gewünscht - 800 mA, z.B. diese:

http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... 800mA.html

Damit würde sich dann auch sein Wirkungsgradproblem lösen.

[Kameltreiber]

Warum Kameltreiber heute mit dem offensichtlich gleichen Projekt in einem neuen Thread weitermacht kann ich nicht verstehen. Bereits vorhandene Informationen gehen dadurch verloren.

Gleiches Projekt, anderes Thema = anderer Titel welcher ggf. nicht zum Thema passt... In den einen Foren mag man es so in den anderen so... sorry, werde es beim nächsten mal beherzigen.

Zu den Konstantstromquelle, ich würde das wirklich alles gerne selber entwerfen klingt Kindisch aber ich habe schon lange nichts mehr im Berreich elektronik gemacht und Black Box denken liegt mir beim Programmieren zwar aber sonst bin ich eher Pragmatisch...

Dein Einwand mit den Spannungstolleranzen hatte ich nicht bedacht bei den Paralellschaltungen, ergo bleiben mir als Alternativen ein Trafo mit höherer Ausgangsspannung und eine Reihenschaltung aller LED(was ich bei Lichterketten schon Hasse wegen dem Suchspass bei defekten...) oder wie DU vorschliegst getrennte KSQ.

Danke für den Einwand. Ich werd mal Überlegen was für mich der beste Kompromiss ist, Danke schon mal.

[Borax]

...oder wie DU vorschliegst getrennte KSQ.
Das ist die einzig sinnvolle Lösung. War für mich so selbstverständlich, dass ich es nicht eigens erwähnt habe.
6 Stück 2-Transistor-KSQs kosten ca. 5€ ( bei Selbstbau ohne Versand). Da würde ich nicht weiter drüber nachdenken.

[Kameltreiber]

ja auf mehrere 2-Transistor KSQ mit IRLZ34 und BD546C wird es wohl hinaus laufen.

Ich habe mal aber noch eine Frage dazu... ich habe als ich begonnen habe mir alles anzuschauen, einige Schaltungen mit IC´s gefunden von denen man sagen kann das sie bei keinem gängigen elektonik Versand bestellbar sind (digikey ok aber conrad, reichelt....)
CAT4101, AP8802, LM3410, LT3405A ...


Mal ne blöde Frage gibt es dazu auch Modelle die man bestellen kann, bzw. Bezugsquellen?

Sinn der Frage... das ganze will ich Später mit und mit mal Ausbauen, irgendwann (in nicht absehbarer zeit, zeit hab ich viel) soll ein AVR die PWM steuern, wegen der Modularen aufbauweise und der Beschränkungen die AVR meist im Bereich Anzahl an Hardware PWM Channels mit sich Bringen werde ich dann wohl sowas wie einen http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCA9685.pdf für die PWM Geschichten an die AVR hängen. aber das hat alles noch Zeit, trotzdem wäre es jetzt schon Schön zu wissen Was man überhaupt an Beuteilen Einplanen kann:).

Daher möchte ich auch ALLES selbst bauen... ich möchte falls ich nachher in Komplex aufgebauten Modularen Baugruppen nach Fehlern suchen muss nicht in die Verlegenheit geraten in einem Forum danach Fragen zu müssen was Ich für mist gebaut habe den ich selber nicht Verstehe...

[Borax]

Wenn die PWM-Frequenz nicht zu groß gewählt wird (< 500Hz) kann man auch die 2-Transistor KSQs gut per PWM steuern.
Der PCA9685 kann die auch direkt treiben (die haben einen totem pole output). Wegen den anderen Chips:
Ich hab mich nie darum gekümmert. Linear kann man genauso gut die 2-Transistor KSQ verwenden (falls nötig in Low-Drop Variante) und Schaltregler sind mit Hobby-Mitteln nur schwierig 'gut' hinzukriegen (wenn man überhaupt den Chip kriegt, dann braucht man auch noch passende Spulen, Low-ESR Kondensatoren, ggf. Schottky Dioden und ein gut optimiertes Layout auf 70µ Platine). Ansonsten ist die Effizienz eher mäßig (meist < 70%). Und da ist dann eine gut passende (Versorgungsspannung nahe der Flussspannung) lineare KSQ wieder überlegen.

[Kameltreiber]

Hallo und Danke nochmal.

Ich habe mal mit LTSpice was gebastelt... (ich kenne mich damit noch nicht aus also nicht all zu sehr Meckern bitte...)



Den Trafo Habe ich, der Rest wird Summa Sumarum 41 und Zerquetschte kosten (platinen, kleine gehäuse und montagematerial....) ich Schätze mal mit 60 Euro wäre ich für alles (ohne LED´s) dabei.

Kann man das so genehmigen?

[Borax]

Kann man genehmigen. Allerdings hast Du bei R_CURR eine 'Übergenauigkeit'. Hier würde ich eher die Widerstände so wählen, dass zwischen 0.8 und 0.9 Ohm ein bestimmter Wert 'eingestellt' werden kann. Der genaue Strom hängt vom BC546 ab, genauer gesagt ab welcher Spannung der anfängt zu leiten. Das ist zwar für einen bestimmten Transistor eine Konstante, aber nicht für einen Typ (ähnlich wie die Flussspannung der LEDs allerdings nicht soo weit auseinander). Wir hatten hier im Forum aber auch schon Werte zwischen etwa 0.55V und 0.65V.
Langer Rede kurzer Sinn: Wenn es so genau sein soll, dann kommt man bei so einfachen Schaltungen am einmessen nicht vorbei. Dagegen würden nur (vergleichsweise aufwändige und teure) Schaltungen mit Referenz helfen (OP-KSQ mit 1% Spannungsreferenz und Luxus-Operationsverstärker).

Und noch was... Wenn Du alle IRLZ auf einem Kühlkörper montieren willst, dann brauchen die eine elektrische Isolation (Glimmerscheibe o.ä.). Die 'Kühlfahne' ist mit Drain verbunden.

[Kameltreiber]

Das mit der Glimmerscheibe werde ich beherzigen, Danke für den Hinweis.

Ich habe anbei nochmal den R_CURR verändert, er besteht nun aus
4 * 4,3 Ohm (1% Tol.) Parllel...
dazu Parallel:
2 * 9,1 Ohm (1% Tol.) Paralel zu einem Präzisionspoti mit 10 Ohm und Hierzu in Reihe ein 2,7 Ohm (1% Tol.)



Einstellbereich von :
R = 0,76 Ohm - 0,91 Ohm
I = 668 mA - 800 mA ( 0,61 V )
I = 769 mA - 921 mA ( 0,7 V )
I = 835mA - 1 A (0,76 V )

ERGO --> Ube von BC546 MUSS zwischen 0,61 V und 0,76 V liegen!!!

Das würde sich dann bei 0,55 V schon schlecht ausgehen.
Ich denke die Einfachste Lösung hierzu ist dann einfach 4 stück mehr zu kaufen dann dürften 4 Stück Ausserhalb von 0,61-0,76V liegen damit es (Idiotensicher) ist.

Grüsse

[Borax]

ERGO --> Ube von BC546 MUSS zwischen 0,61 V und 0,76 V liegen!!!
Das würde sich dann bei 0,55 V schon schlecht ausgehen.

Solltest Du wirklich eine Charge mit 0.55V Ube 'erwischen', dann nimm doch einfach noch 1-2 von den 4.3Ohm anstatt den 9.1Ohm. Dann passt das wieder Normalerweise ist Ube in einer Charge ziemlich identisch. 4 zusätzliche haben dann mit hoher Wahrscheinlichkeit auch den gleichen Ube wie die anderen. Dann besser ein paar cent für zusätzliche/andere Widerstände vorsehen.

[Kameltreiber]

Jo das ist auch eine Idee... werde ich auch so machen.

Noch eine andere Zwischenfrage, gibt es eine "bessere" PCB Software als Eagle?
Mein Problem mit Eagle ist, im schaltungs Fenster gezogene Wire werden irgendwie nicht immer ganz korrekt verbunden, beispielsweise bei Parallel geschalteten Widerständen, da gehen die Leitungen auf dem Board dann nachher Querbeet, man hat zig Masseleitungen usw. Ich finds sehr Mühseelig alle Leitungen teils 4 mal nachzuziehen und dann stimmt es immer noch nicht.


Grüsse

[Borax]

'Besser' ist hier ein relativer Begriff. Du kannst Target versuchen. Aber ob es 'besser' ist kann ich nicht beurteilen. Ich verwende auch Eagle. Aber mich nervt es genauso...

[Kameltreiber]

Mein Gott was ein Krampf... Eagle ist ja so gesehen gar nicht so schlecht nur Benutzerunfreundlich, aber egal.

Ich hab das erste Layout Fertig...
Die Anzahl der Kondensatoren habe ich aus Platzgründen geändert, ich müsste nochmal nachrechnen aber ich denke das würde so hinhauen.
Die Kondensatoren stimmen von der Bauform nicht ganz, ich hab leider noch eine Runden Radialen ELKOS in Eagle gefunden .
Sonst hoffe ich einfach mal die Dimensionen stimmen.
Leiterbahnen müssen noch Dicker...

Die Pad´s Oben an den Fet´s sind der LED Ausgang (am Fet selbst) und der PWM Eingang (links danben), je Konstantstromschaltung.
EDIT(bevor das wer falsch versteht): ""LED-Ausgang"" bezeichnet allerdings in dem Zusammenhang den Kathoden Anschluss der Reihenschaltung von je 4 LED. Anode der LED direkt an "Plus" (PAD 1-6 o. 29 )

Pad 1-6 sowie Pad 29 müssten dann noch mit dem Verbunden werden was Ringerntrafo und Brücke so rausspucken, Ich denke ich werde Unten dafür noch einen Connector machen.

Pad 19 ist die Masse, wegen der Leiterbahnführung bin ich mir nicht ganz sicher Aber soooo hohe Frequenzen werden ja auf der Platine nicht genutzt.

Hier noch das Bild:
Bitte Meckern was ich sonst noch Falsch gemacht oder übersehen habe.



Wie gesagt bis auf die Reduzierte Anzahl der Kondensatoren, ist es die Gleiche Schaltung wie Oben mit LT Spice.

Grüsse, bin für jede Kritik dankbar...

[Borax]

Du erwartest jetzt hoffentlich nicht, dass ich das Layout prüfe... Wie oben schon gesagt, nervt mich das 'verdrahten' bei meinen eigenen Schaltungen schon hinreichend. Aber vielleicht findet sich jemand anders dafür...

[Kameltreiber]

Nö an eine (Funktions) Prüfung hatte ich nicht gedacht nur ob man Grobe Fehler beim Aufbau/Anordnung (thermische Probleme , Führung der Masseleitung könnte Fehler Verursachen... sowas in der Art) sieht... oder etwas das auf Fehlerhafte Bedienung hinweist und Fehler verursachen könnte.

Wie dem Auch sei Danke für alles und Grüsse

[Kameltreiber]

Nochmal Zwei Dumme Frage spricht irgendwas gegen den Einsatz von 4 in Reihe geschalteten (5,5) Gold Caps als Puffer Elkos?
UND
Wiedermal die Kühlkörperberechnung... undzwar für die FET´s

Womit wir wieder bei der Verlustleistung wären...

Das Netzteil war ausgerechnet mit ca. 15 Volt DC,
An den LED fallen ca. 11,2 Volt ab,
Am Widerstand / NPN nochmal ca 0,7,
bleiben ca 3,1 Volt bei 0,8mA = ~2,5 Watt
mit kleinen Reserven = ca 3 Watt

Laut Datenblatt hat der IRLZ 34 N einen Tj to Case von 2,2 K/W.

Wenn ich nun sage ich will auch hier wie bei den LED nur 63°C Max haben und gehe auch von 35°C Umgebungstemperatur aus dann komme ich bei Delta T auf 28°.

28K/3W = 9,33333 K/W

Ich habe aber 6 Stück davon, jetzt kommt der Punkt wo ich mir nicht sicher bin...

9,33K/W /6 = 1,555 K/W ???

... dann blieben aber nochmal 2,2 K/W Tj zum Case die ich Abziehen müsste ???

Wärmewiderstand der Glimmerscheibe mal nicht mitgerechnet...

Hab ich mich Verrechnet? Käme ich mit 2 solcher Kühlekörper hin?

Vor allem wo hätte ich mich da verrechnet?


Grüsse

[ustoni]

Zur Kühlkörperberechnung:
In Deiner Rechnung steckt noch ein logischer Fehler:

Die 2,2 K/W kannst Du von den berechneten 9,3 K/W abziehen.Das wäre dann ein Kühlkörper mit 7,1 K/W je IRLZ, also insgesammt:

7,1 K/W / 6 = 1,18 K/W

Wenn Du Deine Rechnung von Deinen 1,56 K/W fortführen willst, darfst Du in diesem Fall keine 2,2 K/W abziehen. Die thermischen Widerstände sind parallel geschaltet, insgesamt ergibt sich deshalb ein thermischer Widerstand von

2,2 K/W / 6 = 0,37 K/W

Daraus ergibt sich ein erforderlicher thermischer Widerstand von

1,56 K/W - 0,37 K/W = 1,19 K/W

(Der Unterschied von 0,01 K/W entsteht durch Rundungsfehler.)

Ich persönlich finde die Berechnung des erforderlichen thermischen Widerstands über die Temperatur viel übersichtlicher. Den erforderlichen Kühlkörper je Transistor würde ich wie folgt berechnen (die Leistung von 3 W übernehme ich dabei von Dir; ein wenig Reserve ist immer gut.):

Gegeben laut Datenblatt:

Zulässige Betriebstemperatur Sperrschicht: -55 bis +175 Grad Celsius
Wärmewiderstand Sperrschicht/Gehäuse: 2,2 K/W
Wärmewiderstand Gehäuse/Kühlkörper: 0,5 K/W

Summe der Wärmewiderstände: 2,7 K/W

Bei 3 W ergibt das eine Temperaturdifferenz von 2,7 K/W x 3 W = 8,1 K.

Bei Leistungstransistoren macht es keinen Sinn, die Sperrschichttemperatur unnötig kühl zu halten. Diese Bauteile sind auf eine hohe Betriebstemperatur ausgelegt. Da auch ich gerne mit einer satten Sicherheitsreserve rechne, würde ich bei der Berechnung von einer maximalen Sperrschichttemperatur von 120 Grad ausgehen:

120 Grad - 35 Grad - 8,1 Grad = 76,9 Grad

76,9 Grad / 3 W = 25,6 K/W

Mit der Bestellnummer 65 B 476 bietet Bürklin einen Kühlkörper mit 15 K/W an:

https://www.buerklin.com/default.asp?ev ... tNr_65B475

Mit diesem Kühlkörper wird eine Sperrschichttemperatur von

15 K/W x 3 W +35 K + 8,1 K = 88,1 Grad Celsius

erreicht, damit ist man also bereits auf der absolut sicheren Seite.

Von einer Montage aller 6 Transistoren auf einem gemeinsamen Kühlkörper würde ich abraten, da die Kühlfläche mit dem Drain-Anschluss verbunden ist. Die Transistoren müssten deshalb mit Glimmerscheiben etc. elektrisch isoliert montiert werden.

Das bedingt nicht nur weitere thermische Widerstände, sondern auch erhöhte Kosten und erhöhten Aufwand.

Für die einzelnen Kühlkörper (Kosten: je 65 Cent) benötigst Du nur je Transistor etwas Wärmeleitpaste, eine M3-Schraube, einen Federring und eine M3-Mutter.

[Kameltreiber]

Hm nun klingt die Berechnung logisch, und auch Ich hab Verstanden wie das mit Mehreren Bauteilen an einem Kühlkörper geht.

Nun aber direkt noch eine Frage auch wieder zu dem Thema, im Datenblatt der Metallbrücke (Brückengleichrichter) finde ich leider keinen Wärmewiderstand, bei einem anderen Hersteller steht etwas von 2,0 K/W wäre das ein Repräsentativer Wert?

Edit: hier noch der Link der Metallbrücke... http://www.reichelt.de/Gleichrichter/B2 ... ;OFFSET=50;

Die 2 K/W hatte ich aus diesem Datenblatt entnommen: http://downloads.cdn.re-in.de/500000-52 ... _de_en.pdf

Nochmal Edit: http://stegem.de/Elektronik/Kuehlkoerper/ vielleicht auch für andere Interressant wenn es um Kühlkörper berechnung geht.


Danke Nochmal

[ustoni]

Bei mehreren vergleichbaren Typen habe ich ebenfalls einen Wert von 2 K/W gefunden. Statt mit diesem Wert kann man aber auch mit der Grafik auf Seite 2 des Datenblatts des von Dir angegebenen Gleichrichters (Typ KBPC25) arbeiten:

Die Kurve für den zulässigen Ausgangsstrom abhängig von der Gehäusetemperatur habe ich rot nachgezogen.

Du verwendest den Gleichrichter bei einem Strom von knapp 5 A (blaue Linie). Aus der Kreuzung der blauen und roten Linie ergibt sich eine maximale Gehäusetemperatur von 110 Grad (grüne Linie).

Ebenfalls dem Datenblatt kann man entnehmen, dass die Vorwärtsspannung der Dioden bei 5 A ca. 0,9 V beträgt. Da bei einem Brückengleichrichter immer 2 Dioden gleichzeitig durchgeschaltet sind, ergibt sich die Verlustleistung zu P = 1,8 V x 5 A = 9 W.

Ausgehend von einer maximalen Umgebungstemperatur von 35 Grad ergibt sich die Temperaturdifferenz zu 110 Grad - 35 Grad = 75 Grad.
Der erforderliche Widerstand des Kühlkörpers wäre demnach

Rth = 75 K / 9 W = 8,3 K/W

Ein geeigneter Kühlkörper wäre z.B. dieser hier (mit 6,8 K/W ergibt sich ein Delta-T von 61,2 Grad):

https://www.buerklin.com/default.asp?ev ... tNr_65B490

Eine Alufläche von 10 x 10 cm hätte allerdings auch schon einen Wärmewiderstand von etwa 7 K/W. Wenn Deine Schaltung in ein Metallgehäuse eingebaut wird, reicht es daher auch aus, den Gleichrichter (mit Wärmeleitpaste) mit dem Gehäuse zu verschrauben.

Bei Einbau in ein Gehäuse gilt übrigens für alle darin enthaltenen Kühlkörper: für gute Luftdurchflutung sorgen!

[Sailor]

Bei Einbau in ein Gehäuse gilt übrigens für alle darin enthaltenen Kühlkörper: für gute Luftdurchflutung sorgen!

Oder geeignete Wände des Gehäuses werden mit Kühlkörpern gebaut, so dass das Bauteil innen ist und die Kühlrippen außen sind. Meist sind Rückwand und Seitenwände geeignete Kandidaten.

Auch von diesen Kühlkörpern muss die Wärme natürlich weg, das Gehäuse darf nicht in einem engen geschlossenen Raum stehen.

[Strumboe]

Moin.
Die Problematik für die Beschaffung von elektronischen spezial Bauteilen haben wohl alle, die kein entsprechendes Gewerbe betreiben und sich aus Interesse diesem Hobby verschreiben haben. Ich gehöre auch dazu.
Es gibt zumindest einen Händler, der die fast die gasamte Produktpalette von Farnell auch für uns Hobbyisten zugänglich macht.

http://www.hbe-shop.de/

Einziger Wehrmutstropfen: 30€ min. Bestellwert. Aber das ist meistens sowieso erreicht.

Gruß