9 LEDs (Cree XR-E Q5) als Fotoleuchte

[joernschulz]

Hallo LED-Forum

Ich würde gerne 9 Stück der LED's Cree XR-E Q5 mit einem Akku betreiben und diese dimmen.

Ich habe schon diverse Posts durchgelesen, bin aber noch am Anfang und benötige grundsätzliche Hilfe.

Ich habe mir gedacht, dass ich den Akku an eine Konstantstromquelle anschliesse und an diese dann den Dimmer. Auf leds.de gibt es ja einen PWM-Regler, der dafür geeignet sein könnte (ArtNr.95019). Und als Konstantstromquelle schwebt mir auch die bei leds.de vor. Ich weiß nur noch nicht, welche davon geeignet ist.

Kann ich die LED's nun alle in Reihe an der Konstantstromquelle anschliessen oder kann ich je 3 in Reihe schalten und 3 Reihen parallel ?

Die LED hat eine maximale Spannung von 3,7 Volt und eine Maximale Stromstärke von 1000 mAh. Kann ich einfach rechnen, daß ich für 3 in Reihe geschaltete LED's 3x3,7 Volt brauche ? Das wären dann 11.1 Volt plus dem Drop an den Vorschaltgeräten. Und wenn ich die 3 Reihen parallel schalte, brauche ich dann 3000 mAh ? Unter Umständen sind ja auch 3 x 700 mAh ausreichend, wenn ich das ganze mit 700 mAh betreibe.

Und zu guter letzt suche ich dann noch eine Lösund für eienn Tiefentladeschutz für den Akku der die genannten Stöme aushält.

Schönen Dank schonmal für Eure Hilfe !

[Borax]

Hi joernschulz ,
welcome on board!

PWM-Dimmen ist bei Fotoanwendung immer ein wenig 'kritisch'. Da würde ich eine Dimmung per Stromregelung vorziehen.

Kann ich die LED's nun alle in Reihe an der Konstantstromquelle anschliessen

Ja, Du kannst. Aber nur wenn Dein Akku die nötige Spannung bereitstellt (~35V)

oder kann ich je 3 in Reihe schalten und 3 Reihen parallel ?

Das geht auch, aber dann brauchst Du eben eine KSQ die ca. 2A liefert, außerdem ist eine Parallelschaltung hinter einer KSQ immer kritisch, da bei Ausfall eines Strangs (wegen Kontaktmangel oder was auch immer), die anderen den zusätzlichen Strom 'abkriegen' und dann gerne dran sterben.
=> Wenn Du es Dir zutraust, eine passende Schaltung selbst zusammenzulöten (Schaltplan kriegst Du), dann würde ich drei KSQs empfehlen, die gemeinsam gesteuert werden. Diese würde auch noch den Tiefentladeschutz beinhalten... Die Bauteilkosten sind sogar niedriger als bei einer 'Fertig-KSQ'

[joernschulz]

Hallo Borax,

Vielen Dank schonmal für die flotte Antwort.

Ich möchte es mal versuchen mit dem selber löten. Würdest Du mich dann ab und zu coachen ?
Und gibt es den Bauplan dann von Dir ?

[turi]

Hallo,

mich würde noch interessieren, was Du mit der Fotoleuchte "beleuchten" möchtest. Es gibt sicher Anwendungen, wo das passt, wobei mir momentan nichts einfällt außer Makro. Dafür habe ich aber z.B. mal ein einfaches Ringlicht mit 5mm-LEDs aufgebaut...

Bist Du mit der Verarbeitung von HighPower-LEDs vertraut? Diese benötigen i.d.R. Kühlung, was bei einer Fotoleuchte aus meiner Sicht ungünstig ist (und 9 Q5 benötigen bei der Höchstbelastung von 1A eine Menge davon!

Abgesehen davon frage ich mich, was man mit einer 2A-KSQ anfangen soll, die bei 3 parallelen Strängen empfohlen wurde. Dass das sehr ungesund für die LEDs sein kann, wurde schon erwähnt. Ich kann es auf keinen Fall empfehlen. Wenn man schon den Aufwand betreibt, dann 3 KSQs für je 3 LED in Reihe. Dann kommst Du auch mit einem 12V-Akku hin (bedeutet aber bei 1A 36Watt!). Also ob und wie lange das mit Akku sinnvoll zu betreiben ist, ist fraglich. Und Akku ist ja deshalb gedacht, da Du mobil sein willst...

[Borax]

Würdest Du mich dann ab und zu coachen ?
Und gibt es den Bauplan dann von Dir ?

Ja und Ja.
Turis Anmerkung ist aber durchaus valide... Wie soll das Ganze denn mechanisch aussehen und wie ist das 'Timing'?
Wenn die 'Lampe' immer nur sehr kurz an ist (z.B. 1 Sek) und dann wieder längere Zeit aus (z.B. 1 Minute) dann ist das mit der Kühlung nicht so wild. Wenn die allerdings minutenlang an sein soll, wird es auf alle Fälle schwieriger.
Als Prinzip würde ich die OP gestützte KSQ verwenden. Hier im Forum auch als 'Münchener KSQ' bekannt.
Beispiele siehe z.B. hier: viewtopic.php?p=104993#p104993
oder hier: viewtopic.php?p=91524#p91524 oder hier: viewtopic.php?p=68046#p68046

[L Bosch]

Ich würde noch gerne Erfahren, wie du die Lampe aufbauen willst und wie dein Kühlkörper beschaffen
sein wird. Bei 9 High Power LEDs kommt mir eine 3x3 Anordnung in den Sinn.

Abgesehen davon frage ich mich, was man mit einer 2A-KSQ anfangen soll, die bei 3 parallelen Strängen empfohlen wurde. Dass das sehr ungesund für die LEDs sein kann, wurde schon erwähnt. Ich kann es auf keinen Fall empfehlen. Wenn man schon den Aufwand betreibt, dann 3 KSQs für je 3 LED in Reihe. Dann kommst Du auch mit einem 12V-Akku hin (bedeutet aber bei 1A 36Watt!). Also ob und wie lange das mit Akku sinnvoll zu betreiben ist, ist fraglich. Und Akku ist ja deshalb gedacht, da Du mobil sein willst...

Ob Akkubetrieb oder nicht hängt ganz von deinen Wünschen ab. Ab aber einer gewissen Leistung
würde aber eine brauchbarere Laufzeit viel Geld verschlingen.

Ich rate daher, soweit möglich, zu Netzbetrieb mit einem 12V (oder höher) Netzteil.

[joernschulz]

Hallo zusammen,

erstmal danke fuer die Beitraege,

ich habe bei einem Bekannten mal eine Flaechenleuchte gesehen, die aus einem LED-Cluster besteht und mit der im Nah- und Makrobereich beleuchtet werden kann (bis zu 5 Meter). das gibt eine schoenere Beleuchtung als mit dem Blitz.

Um mit der Leuchte auch mal etwas weiter entfernte Objekte beleuchten zu können, bin ich dann auf die High-Power-LED's gekommen.

Ich bin im Moment noch nicht mit der Verarbeitung der High-Power-LED's vertraut, habe aber jetzt schon viel gelesen. Ich wollte das ganze auf eine Metallplatte montieren (3x3 Stueck) und jeweils dahinter einen Kuehlkoerper setzen (insgesamt 9), wie er fuer 3-Watt-LED's gebraucht wird.

Die Lampe soll schon jeweils bis zu 1/2 Stunde in Betrieb sein.

Welche Akku-Kapazität brauche ich denn dann, wenn ich die Lampe 1/2 Stunde betreiben möchte ?

Eventuell muss ich eben Abtriche in der Helligkeit machen und LED's mit weniger Leistung nehmen. Ein Betrieb mit Netzteil ist in meinem Fall keine Alternative.

Vielen Dank nochmal fuer die Tips.

[turi]

Ok, also ich habe einen Makro-Ringblitz und ein einfaches Ringlicht. Wenn ich schaffe, mach ich mal ein paar Fotos davon. Mit den HighPower-LEDs entsteht ein zusätzliches Problem: Schatten. Ich denke, ohne eine zusätzlich Diffusor-Scheibe aus Plexi o.ä. wird das nichts. Man hat auch meist von jeder LED einen Schatten, was dann merkwürdig aussieht. Hängt auch vom Abstand ab. Ich habe auch schon ein wenig experimentiert und noch nicht die Patentlösung gefunden. Ich denke, man muss auf jeden Fall von mehreren Seiten beleuchten, um Schatten zu mindern.

Ich hatte ja oben schon mal geschrieben, dass ca. 36Watt verbraten werden. Für eine Stunde bräuchte man also einen Akku mit 36 Wh, ein wenig Reserve ist immer gut.

[Borax]

Das geht schon. Beim Makrobereich ist halt die Frage, was Du darunter verstehst. Typischerweise ist ja der Makrobereich eher <10cm Abstand zwischen Linse und Objekt. Da wird es mit so einer großen LED-Leuchte (9 Leds brauchen schon eine gewisse Fläche - ich würde mal mit mind. 10x10cm rechnen) eher schwierig eine halbwegs gleichmäßige Ausleuchtung zu erhalten. Drum wird hierzu oft ein 'Ringlicht' verwendet. Prinzipiell wäre auch bei den 9 High-Power LEDs eine Ringförmige Anordnung machbar. Weil das Ganze aber schon recht groß wird, wird man vmtl. trotzdem keine sauberere Ausleuchtung eines Objekts bei sehr kurzem Abstand hinkriegen. Hier sind kleine gerichtete Ringleuchten mit vielen LEDs besser geeignet.
Wegen Akku...

Eventuell muss ich eben Abtriche in der Helligkeit machen und LED's mit weniger Leistung nehmen

Nein, aber die LEDs bei weniger Strom betreiben. Erstens steigt dadurch die Effizienz, zweitens sinkt die nötige Flussspannung, was eine bessere Ausnutzung der Akku-Kapazität ermöglicht.
Nehmen wir mal 'gute' LEDs an (Flussspannung bei 700mA=3.4V) => 3 LEDs in Serie brauchen 10.2V; 0.3V Drop der KSQ=>10.5V
Als Akku nehmen wir einen Standard 3S LiPo (Nennkapazität sei 2100mAh; Entladekurven siehe z.B.: http://www.kokam.com/english/product/kokam_Lipo_02.html ). Pro Zelle werden also mind. 3.5V gebraucht (10.5V/3)
Spannung: 12.6V (randvoll)->10.5V (Grenze von LEDs+KSQ bei 700mA) ergibt eine Ausnutzung der Akku-Kapazität von ca. 75% (rote Line in der Entladekurve; Spannung nach etwa 75% der Gesamtkapazität auf unter 3.5V abgesunken)
Für 9 LEDs wird der Strom von 700mA 3x gebraucht ergibt also 2.1A. Der Akku würde also exakt mit 1C entladen. Ausnutzbar sind 75% (ab da wird es dunkler) also ca. 45 Minuten 'volles Licht'.
Wenn es unbedingt 1A sein soll, dann wären es nicht mal 15 Minuten:
LEDs brauchen 3.7V, drei Stück also 11.1V mit Drop der KSQ insgesamt 11.4V (also pro Li-Zelle wieder 3.8V). Der Akku wird mit etwa 1.5C belastet (siehe grüne Line in der Entladekurve; Spannung nach 30% der Gesamtkapazität auf unter 3.8V abgesunken). Wenn man die Akku-Kapazität voll ausnutzen könnte, wären es bei 2100mAh und 1.5C Entladerate ~40Minuten, wir können aber nur 30% nutzen, ergibt 13 Minuten...

[joernschulz]

Ich denke, ich werde mit den LED's und verschiedenen Vorsatzlinsen experimentieren. Es gibt ja welche mit weiteren und engeren Abtrahlwinkel. Und eventuell kommt noch neine Diffusorscheibe dazu. Da werde ich mal experimentieren, wenn ich die Funzel zum Leuchten gebracht habe. Ich kann dann ja mal berichten, welche Erfahrungen ich damit gemacht habe.

Von der elektrischen Seite habe ich wie gesagt wenig Ahnung.

Es müssen nicht unbedingt 1000 mAh sein. Wenn ich die 9 LED's mit 700 mAh betreibe, habe ich also 45 Minuten Zeit am LiPo-Akku. Das hört sich doch gut an.

Ich habe mir die angegebenen Schaltpläne für die KSQ angeschaut, würde mich aber trotzdem freuen, wenn mir jemand genau erklärt, welche Bauteile benötigt werden und welche Werte diese haben müssen. Dann kann ich mal mit 3 LED's anfangen auszuprobieren.

Vielen Dank schonmal !

[turi]

Also ich hab mal schnell hier durch den Shop geschaut, aber nichts so richtig gefunden. Du benötigst zum Test halt 3 Leds Q5 auf Star, einen passenden Kühlkörper, eine dimmbare Konstantstromquelle für 700mA und ggf. noch einen PWM-Dimmer, wenn nicht in der KSQ drin. Ich habe zwar KSQs gefunden, aber nichts von dimmbar gelesen. Vielleicht sagt mal jemand vom Shop was dazu. Es sind vorwiegend Produkte für 230V verfügbar. Mit den Akkus kenn ich mich nicht so gut aus, aber wenn Du irgendwo Conrad vor der Nase hast, die haben ein großes Angebot (bzw. im Web).

Mir ist gerade noch eingefallen, dass Jay hier im Forum einen 1-Kanal-PWM-Dimmer vorgestellt hat. Das wäre ja etwas ...

RGB-Universal-Controller, LED-Panel Bad-Leuchte

[Borax]

Dann kann ich mal mit 3 LED's anfangen auszuprobieren.

Ok. Dafür ist der Schaltplan ja eigentlich schon fertig
Aber gut, hier nochmal...

OP-KSQ-12V_Dimm.png (6.9 KiB) 10292 mal betrachtet

Der Regelbereich liegt bei etwa 20mA bis 900mA
Folgende Teile solltest Du gleich mehrfach besorgen, wenn Du vorhast, auf 3x3 LEDs zu erweitern:
3xMosfet IRLZ34N
3xShunt Widerstand (0.1Ohm)
2xOP LM358
5x10n Kondensator
1,2k und 3k Widerstände (kauft man i.A. sowieso mind. 10)

[Jay]

@joernschulz: wenn du es wirklich selber bauen willst solltest du dafür ein µC verwenden
mit dem kannst du Tiefentladeschutz realisieren, PWM-Dimmung und was sonst noch sein soll

wenn du aber alles aus einzelnen Komponenten bauen willst dann kaufst du die einzelnen Sachen die du schon im Shop gesehen hast.

Ich biete unter anderen auch ein paar sachen, wie CAT4101KSQ und PWM-Dimmer

MfG
Jay

[joernschulz]

Borax meinte ja, dass pwm-dimmung in bezug auf Fotoanwendungen problematisch ist. Deshalb bin ich ja von den angebotenen Dimmern abgekommen und will selbst löten. Würde aber im Grunde lieber eine gedimmten KSQ mit automatischer Abschaltung als Fertiggerät kaufen.

Gibt's denn jemand, der die von Borax beschriebenen KSQ bauen würde oder gibt's etwas änliches von der Stange ? Das wäre natürlich ideal !

[Borax]

Naja, ich bin kein Fotograf... Aber man hört es halt immer wieder. Bei einer hinreichend hohen PWM Frequenz (z.B. 5kHz) sollte es eigentlich kein Problem mehr sein - die üblicherweise verwendeten Verschlusszeiten sind ja gerade wenn man künstlich beleuchten will/muss wohl länger als 1/500 Sekunde (dann wären es bei 5kHz PWM immer noch 10 Takte) . KSQ incl. Dimmer mit automatischer Abschaltung (Tiefentladeschutz) als Fertiggerät wirst Du aber kaum kriegen. Als Einzelkomponenten ggf. schon. Das Hauptproblem ist die 'Ultra-Low-Drop' KSQ. Zu kaufen gibt es meist entweder lineare KSQs (wie z.B. auch der von Jay favorisierte CAT4101) mit einem recht großen Drop (mind. 1V), oder getaktete KSQs, dann müsstest Du aber entweder eine Step-Up KSQ verwenden, oder (bei Step down wie diejenigen hier aus dem Shop) mehr Spannung bereitstellen (3 LEDs an einem 4S Akku). Das wird aber dann auch entsprechend teuer, weil Du für 9 LEDs auch 3 KSQs brauchst...

[joernschulz]

@ Borax,

ich versuch's dann mit Deinem Schaltplan. Welches Kabel kann ich für die meisten Kabel verwenden und gibt es Verbindungen, die ich mit einem Stärkeren Kabel verbinden muss wegen der Stromstärke ? Welche Leistung müssen die Widerstände aushalten können ? Und ist in Deinem Schaltplan ein Tiefentladeschutz intergriert ? Sonst wäre ich über einen Bauplan dafür dankbar.

Vielen Dank !
joernschulz

[Borax]

Und ist in Deinem Schaltplan ein Tiefentladeschutz intergriert ?

Nein, der ist da noch nicht mit drin.
Aufbau ist relativ unkritisch. Die Strecke Akku-Plus, LED, Mosfet, Shunt (0.1Ohm Widerstand), Masse sollte möglichst gut 'leiten', also keine Leitungs/Übergangswiderstände (z.B. von Steckverbindungen) haben, die größer als etwa 0.1 Ohm sind. Sonst steigt der Drop des 'Gesamtsystems', so dass die LEDs ggf. nicht mehr über die anvisierte Akku-Laufzeit den 'vollen' Strom bekommen können (0.1Ohm bei 0.7A = 0.07V <- das stört noch nicht wirklich, viel mehr sollte es aber nicht sein).
Welche Kabel Du da verwenden kannst, hängt sehr stark von den Leitungslängen ab... Bei wenigen Zentimetern würde schon der 0.14er 'Basteldraht' reichen, bis 1m würde ich 0.5er oder 0.75er vorschlagen, darüber ggf. noch dicker. Ich kenne ja deinen 'mechanischen' Aufbau nicht (siehe auch Sailors Erklärungen: viewtopic.php?f=23&t=6444&p=105640 )

Welche Leistung müssen die Widerstände aushalten können

Da reicht überall 1/10W. Selbst der Shunt (0.1Ohm Widerstand) bekommt ja bei 0.7A nur 0.07V ab, also braucht er nur eine Leistung von 0.05W. Alle anderen noch weniger...
Wegen Tiefentladeschutz...
Wie soll der genau aussehen? Anzeige, wenn Spannung am LiPo unter 9V oder unter 10V oder...
Oder 'Abschaltung' unter x Volt (dann brauchen wir eine Hysterese, weil ohne Last die Spannung am LiPo natürlich wieder steigt) oder beides?

[joernschulz]

Hallo Borax,

Vielen Dank fuer Deine Anmerkungen.

Ich werde keine Steckverbindungen vorsehen, da ich alle Verbindungen loeten werde.

Da die Kabellängen 10-15 cm nicht ueberschreiten werden, nehme ich 0.5er oder 0.75er Draht.

Der Tiefentladeschutz sollte idealerweise bei 10 V eine Anzeige bringen und bei 9 Volt abschalten. Und er sollte die gesamte Leistung aller 3 KSQs aushalten, dann brauche ich nur einen

[Borax]

Ok. Ich denk mir was aus. Für 'nur Abschaltung' oder 'nur Anzeige' würde der übrige OP reichen (jeder LM358 hat 2 OPs 'drin' - für 3 KSQs also 2 LM358). Für beides zusammen reicht's dann natürlich nicht. Da würde ich für Anzeige + Abschaltung' einen LM358 nehmen. Mal sehen, wann ich dazu komme. Irgendwann am Wochenende...

[bretti_kivi]

du hast aber ein anderes Problem, die noch nicht angesprochen wurde. CRI.

Color Rendering, besonders dunkelrot, wird unter ein Q5 extrem schlecht, behaupte ich einfach so, und ein Neutralen Weiss wäre da warscheinlich besser. Ja, mann kann vieles aufbessern, aber mann kann auch in ein RAW nicht das wiedererstellen was nicht auf'm Sensor gekommen ist....

Bret

[CRI 93+ / Ra 93+]

Für hohen CRI gibt's leider derzeit nur sehr wenige gute LEDs auf dem Markt, ich glaube Sharp Zenigata und noch ein paar andere, die es hier nicht zu kaufen gibt.

Hier gibt es dafür eigentlich nur die SMD-High-Power-Leiste in warmeiß mit einem CRI von 93 oder neuerdings die Nichia 183-LEDs (für höchsten CRI auch nur in warmweiß), welche deutlich effizienter sind und nichtmal die Hälfte der High-power-Leiste kosten (5 Stück übersteigen deren Helligkeit bereits) und in warmweiß eine [EDIT:] typische initiale Mindestfarbwiedergabequalität von CRI=85% haben, minimal garantiert wird ein CRI von 75, in der Realität könnten sie aber --- zumindest wenn sie noch sehr neu sind --- vermutlich über einen CRI von 90 hinaus kommen.
Datenblatt Nichia NS6L183T-H3-E
[/EDIT]

Das wäre von Lumitronix' Messlabor an einigen Testexemplaren noch auszumessen und auf der Produktseite nachzupflegen.
<stichel>
Die meisten Exemplare der Nichia sind vermutlich besser als im Datenblatt minimal garantiert, die SMD-High-Power-Leiste ist vom Hersteller schließlich auch nicht mit der ausgemessenen Helligkeit und dem ausgemessenen CRI als garantierten Mindestwerten spezifiziert.

[joernschulz]

Sehr interessant, was so alles beachtet werden muss. Im Prinzip kann ich ja auch die Nichia-LED verwenden. Nur scheint es dafür nicht die schönen Linsen zu geben. Weiss jemand, ob es dafür Carclo- oder ander Linsen gibt ?

[Borax]

Da hab ich auch schon dran gedacht... Vielleicht sogar die warmweißen nehmen. Bin wie gesagt kein Fotograf, und prinzipiell scheint es ja ok zu sein:

ich habe bei einem Bekannten mal eine Flaechenleuchte gesehen, die aus einem LED-Cluster besteht... gibt eine schoenere Beleuchtung als mit dem Blitz.

[bretti_kivi]

linsen würden wieder das gegeneffekt eine Softbox wiederherstellen.

mMn wäre eine der besseren Lösungen (wenn du weichen Schatten willst) ein 9x9matrix auf dickes Alublech mit ein 15cm Raster. Das macht dann 45 x 45, darüber Austauschbaren Kunsstofffilter, wie Milch, gefrostet und klares Plexi.

Ich würde auch mit den hohen CRI LEDs wagen, den zentralen mit ein Roten zu ersetzen, aber vieles wird nur durch testen sichtbar.

Eigentlich, wenn ich darüber nachdenke, wäre ein moduläres Licht richtig Cool. Mit farbfilter möglichkeit.

9x9 @ 3 x 3 strings --> 2.1A @ 700mA per LED, 3.5V Vf... 10.5V x 2.1A = 22W output, eff 80% --> 26W in, @12V --> 2.2A. Per String. Von ein 12Ah akku daher ca. 1-1.5 Stunden Betrieb.

Bret

[joernschulz]

Bin gerade dabei mir die benoetigten Teile zu bestellen. Kann ich schon anfangen eine KSQ zusammenzubauen oder wird der Tiefentladeschutz mit in die Schaltung integriert ?