PWM-Dimmer kontra Effizienz

[martin160257]

Ich überlege gerade wie die Regelung einer LED-Leuchte auch effizienter werden kann.
Dazu erstmal die Frage: Ich habe eine Leuchte mit 20 NF2w757 bestückt. Diese will ich regelbar haben.
Versorgt wird mit einem 2A Stecker-Schaltnetzteil, dieses hatte ursprünglich eine Lastspannung von 12,95V.
Bisher habe ich eine PWM-Dimmerschaltung dazwischen geschaltet. Doch der sehr hohe Strom störte mich sehr, da die LEDs
nicht die mögliche Effizienz hatten. Trotz Dimmung wurden sie ja bei "An" hoch bestromt.
Der Strom war für 2xNF2 zu hoch (270mA). Einen Widerstand wollte ich nicht einbauen, daher habe ich das Netzteil
geöffnet und die Sekundär-Schaltung untersucht. Nach etwas suchen im Netz habe ich die Schaltung durchschaut und so
abgeändert dass ich die Spannung zwischen 11V und 12,5V regeln kann.
Nun meine Frage nach dem Effizienz-Vergleich zwischen PWM-Dimmung und Spannungs-Reduzierung.
Eine geringe Farbverschiebung stört mich eigentlich wenig, da ich als Grundbeleuchtung reduziert, wärmeres Licht bevorzuge. Bei minimaler Spannung habe ich je Strang 35mA geschätzt 150L/W. Bei maximaler Spannung 210mA mit geschätzten 100L/W. Mit den 270mA schätze ich etwa 85L/W. Und so schätze ich auch die PWM ein, denn die läuft ja entweder voll oder garnicht und hat daher auch die bescheidene Effizienz. Auf die gleichmäßigere Belastung des Netzteils
bei Spannungsregelung und den geringeren Rückwirkungen ins Stromnetz will ich nicht weiter eingehen.
Nun wie bewertet Ihr diesen Vergleich????

[Fraenk]

Durch den PWM Dimmer hast du Verluste im Mosfet und durch den hohen Strom eine geringere Effizienz, wie du selbst schon erörtert hast.
Also wenn du die LED direkt, ohne Umwege betreibst, ist es effizienter.

In beiden Fällen aber hast du keinen konstanten Strom! Die U-I-Kennlinie einer LED verläuft exponentiell und ändert sich mit der Temperatur (Halbleiter wird warm -> Leitfähigkeit steigt). D.h. bei konstanter Spannung wird sich der anfangs ermittelte Strom mit steigender Temperatur erhöhen, und kann sich im schlimmsten Fall so weit erhöhen und hochschaukeln, dass die LED außerhalb der Spezifikation betrieben wird und defekt wird.

Wenn du das beachtest und bändigen kannst, ist es zwar immer noch etwas Riskant so ganz ohne Begrenzung die LEDs zu betreiben, aber es sollte funktionieren.

Ansonsten kannst du eine getaktete Konstanstromquelle verwenden, die einen Wirkungsgrad von bis zu 95% haben.

[CRI 93+ / Ra 93+]

Alles OK, aber wie schon erwähnt ist der Knackpunkt die nicht vorhandene Strombegrenzung. Derzeit hast Du nur den Widerstand der Zuleitungen als Strombegrenzung. Wenn Du noch einen 0,1 oder 0,05 Ohm-Widerstand einbaust (und drin lässt), an dem Du den genauen Strom im Hochsommer bei geringst anzunemend möglicher Kühlung der Leuchte und mindestens 3 Stunden Dauerbetrieb misst und der unter dem zulässigen Maximalstrom der LEDs liegt, ist alles OK.

Eine KSQ wäre aber sinnvoller!

[martin160257]

Die Einwände will ich nicht von der Hand weisen und sehe ich auch für die meisten LEDs als richtig an.
Doch wie in verschiedenen Foren schon bewiesen, ist diese LED bei ausreichender Kühlung sehr stark
belastbar. Ich habe bei, zugegeben übertriebener Kühlung, auch einen Dauertest von 5 Stunden mit
450mA gemacht. Daher hat der Betrieb mit ca. 200mA noch reichlich reserven. Die PWM Schaltung ist
bei mir 7 Monate im Altagsbetrieb gelaufen bis zu 15 Std. täglich. Jetzt läuft sie mit Spannungsregelung
seit fast 5 Monaten. Einen zusätzlichen Widerstand in der angegebenen Größenordnung sehe ich nicht als
Schutz. Die Erwärmung hält sich bei 25 Grad Umgebungstemeratur und Dauerbetrieb so gering, dass ich
die LEDs noch dauerhaft anfassen kann. Auch wenn das keine definierte Temperatur ist, sollte es OK sein.

PS.: Ich finde es irgendwie befremdlich bei zwei ähnlichen LEDs in der Übersicht bei der einen den
5000Stck. Preis anzugeben und bei der anderen den
1Stck. Preis. Das macht einen Vergleich sehhhhhhr einfach.

[stoske]

Prima Idee, das mache ich ähnlich und schon länger so...

viewtopic.php?f=31&t=13385&hilit=multifluter

Dies war der erste Versuch, und der einzige den ich hier gepostet habe.
Mittlerweile geht das etwas rationaler von statten, das Grundprinzip ist
aber noch dasselbe:

- Sehr viele LP-LED, 1 oder 0.5 Ω zur Begrenzung, Spannung geregelt und
anhand Betriebstemperatur angepasst. Effizienter geht es kaum. Allerdings
spare ich mir mittlerweile den Dimmer und komme mit 3-5 festen Stufen
aus.

[CRI 93+ / Ra 93+]

@Martin: von "reichlich Reserven" würde ich nicht unbedingt sprechen, da LEDs eine näherungsweise exponentiell verlaufende I/U-Kennlinlie haben, spricht: minimale Spannungserhöhung führt (ohne Vorwiderstand) ab erreichen der Durchlasspannung zu extrem steil ansteigendem Strom.

Aber eben nur Näherungsweise, bei höherer Spannung steigt eben doch noch die Durchlasspannung, so dass 200 mA kein Problem sein sollten, wenn 450 mA erlaubt sind.

Dennoch würde ich nicht von "erwiesenermaßen stark belastbar" reden. Die Hersteller geben den Maximalstrom schließlich nicht zum Spaß an --- aber die rechnen eben auch mit 50.000 bis 100.000 Lebensdauer bis 70% Resthelligkeit, das kann niemand in realistischer Zeit testen, Dein Dauerbetriebstest kommt da ja nicht ansatzweise heran.

Den 0,1-Ohm-Widerstand hatte ich nicht als Schutz vorgeschlagen, sondern um den Strom zu messen und drin lassen deshalb, weil der Strom ohne selbigen wieder etwas steigt, so dass die Messung hinfällig ist. Ein Amperemeter in Reihe schalten geht auch eher nicht, das dies i.d.R. einen (nicht vorhersehbaren) Widerstand von ca. 0,1 bis 5 Ohm (je nach Messbereich) einführt. Daher muss man die Spannung an einem selbst eingebrachten, definierten Widerstand messen.

Statt 0,1 Ohm einzufügen, kann man auch eine der Zuleitungen vermessen (dann aber bitte mit Milliohm-Bereich genau) und diese dann als Shunt verwenden, an dem man die Spannung misst und daraus den Strom errechnet. Das wäre nochmal ein Quäntchen effizienter, da kein zusätzlicher Widerstand hinzukommt.

Wenn alles exakt ausgemessen ist und Die Zuleitungen über 0,1 Ohm haben, sollte es keine Probleme geben. (es sei denn, das Netzteil verhaspelt sich mal kurzzeitig mit seiner Regelung... andererseits: einer KSQ könnte das auch passieren... z.B. durch GSM-Einstrahlung o.Ä.)