switching voltage regulator voor power leds.

Er klopt van alles niet aan de gegevens.
Je hebt het over 12V/7A , dat is 84 Watt terwijl zij het over 54 Watt hebben.

Die ledjes doen meestal 20 mA bij zo'n 3 Volt, dat is 0,06 Watt per stuk.

Dat keer 500 leds = 30 Watt...

En waarom moeten er 25 schakelaars achterop dat ding?
Leds zijn stroomgestuurd, dus daar bouw je een regelbare stroombron voor.

Ik sluit me aan bij Zonnepaneeltje: je maakt het veel te ingewikkeld. Je wilt constante lichtsterkte dus wat je eigenlijk zoekt is een (of meerdere?) bron(nen) van constante stroom.

Nee nee, dit heeft niets met de zaklamp uit het filmpje te maken.
Geloof me, ik heb echt die voltage regulator nodig voor mijn nieuwe design, geen twijfel mogelijk, ben er al maanden mee bezig.

En omdat je er al maanden mee bezig bent, weet je zeker dat je het bij het rechte eind hebt?

Voor LEDs heb je stroombronnen nodig, punt. Je kunt een primitieve stroombron maken door een spanningsbron te nemen met een weerstand in serie, maar dat is alles behalve handig of efficiënt.

Je kunt lineaire of schakelende stroombronnen maken, eventueel met meerdere strengen parallel, met elk een weerstandje om het geheel wat te balanceren.

Een spanningsregelaar *kan* natuurlijk wel, maar er is "geen twijfel mogelijk" dat dat zeker niet de beste of zelfs de enige oplossing is.

Dan zal ik het samenvattend uitleggen...

in totaal 6 powerleds, spanningsval 3.7 tot 4.2v, max stroom 2800mA.
Stroombron 4cell lipo 14.5 tot 17v output.

Lichtsterkte word bepaald door microprocessor gestuurd PWM Mosfet schakel. Heb ik getest, werd perfect, ga ik 100% zeker gebruiken.

Die 6 leds wil ik in 2 series plaatsen. Dat maakt de spanningsval minimaal 11.1v per serie.
Uitgerekent, een weerstand van 12v naar 11.1v verbruikt bijna niets, dus efficientie is geen punt.

Maar omdat de lipo een groot spanningsverschil kent tussen bijna leeg en net opgeladen van min. zo'n 2v is alleen een weerstand niet goed. Daarbij van ongeveer 15.5v naar 11.1v is een grote sprong waarbij de weerstanden een stuk minder efficient worden.

Dus, Als ik nu de spanning efficient terugbreng naar een constante 12v is mijn probleem gefix. Ik kan dit met lineare regulator doen, maar dan verbuikt het evenveel energie als de weerstanden van 15.5v naar 11.1v zonder regulator, maar de stroom blijft dan wel constant. Dus is al een betere oplossing.

Een switching regulator is de beste keus naar mijn idee. Hoge efficienty om de lipo naar 12v te brengen, en daarna een lichte weerstand die ongeveer 1 a 2 watt verbruikt om de stroom te begrenzen. 1 a 2 watt is niets, de leds verbuiken minimaal 60 watt.
Maar zonder regulator verbruiken de weerstanden al snel 15 tot 20 watt.

Dus mijn vraag blijft, kan iemand mij helpen met de bouw van deze switching regulator.

12V / 12A ipv de trafo + brugcel Lipo's aansluiten:

Aan de MAX724 en de spoel kan ik je wel helpen, heb dit in het verleden als bouw kitje verkocht.

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op vrijdag 11 juni 2010 12:04:26 (14%)

En toch is je probleem daarmee echt niet opgelost; de spanningsval over de LEDs is namelijk afhankelijk van de temperatuur. Hoe groot de temperatuursquotient is, staat waarschijnlijk wel in de datasheet.

Als je toch al een microcontroller gebruikt, waarom dan geen spoel en vrijloopdiode erbij zetten, de stroom terugmeten, en de pulsbreedte aanpassen afhankelijk van de gemeten stroom? De regellus mag ontzettend traag zijn, omdat zowel de bron als de last maar heel traag kunnen veranderen.

Ziet er veel belovend uit. Maar ik zie best veel componenten. Zijn er eenvoudiger schakelingen, die dan ook iets compacter zijn. Want het moet ik een kleine behuizing, en ik zie bv 6800uF en 2200uf onderdelen staan die best groot zijn. Die 6800uF is toch niet nodig bij een lipo? Bij de lineare regulators moch ik die altijd weg laten als het niet van AC komt.
Weet je misschien ook waar ik zo'n bouwkitje kan kopen? Zou erg leerzaam zijn, en misschien kan ik het in die kleine behuizing krijgen.

Dit werk in feite:

De weerstanden en de torren rechts van de fan kunnen vervallen.
Door de spanningsval over de fet te meten icm de Rdson kun je de stroom berekenen. Plaatje is (c) van Pros.

Ik heb bij Niels (samenkopen) van die Highpower LED drivers 6-26V/ 1A gekocht. Kun je ook een PWM signaal op aanbieden.

Deze switch mode DC to current converter kan gebruikt worden met een
ingangsspanning van 6-26V. De uitgangsstroom kan worden ingesteld op 350mA,
700mA of 1000mA.

Hierdoor is deze driver geschik voor 1W, 3W, 5W, de K2-12 LEDs en Cree
LEDs.

De pcb is switch mode en heeft een rendament van ongeveer 90%.

Formaat is 3,37cm bij 2,4cm en 1,3cm hoog
Op de 2 pinnetjes kun je een PWM signaal aanbieden, of natuurlijk de
PWM module die erbij hoort.

Gewicht: 10 gram

Led's Buy verkoopt exact dezelfde (voor de dubbele prijs helaas).

Ziet er veel belovend uit. Maar ik zie best veel componenten. Zijn er eenvoudiger schakelingen, die dan ook iets compacter zijn.

Overstappen op smd, maar een spoel/fet/diode & uitgangs condensator blijf je houden. Kleiner kan ook door hogere schakelfreq (mhz) maar dat geeft weer extra eisen aan je printlayout.

max stroom 2800mA

Hmmm dan is 12A wel wat overkill, de max724 gaat tot 5A, dus dit zou ook moeten kunnen:

[Bericht gewijzigd door Roland van Leusden op vrijdag 11 juni 2010 12:25:14 (28%)

"Als je toch al een microcontroller gebruikt, waarom dan geen spoel en vrijloopdiode erbij zetten, de stroom terugmeten, en de pulsbreedte aanpassen afhankelijk van de gemeten stroom? De regellus mag ontzettend traag zijn, omdat zowel de bron als de last maar heel traag kunnen veranderen."

Dat gaat mij echt te ver hoor, geen idee.
Ik ben niet zo thuis in microcontrollers, ik gebruik nu de Arduino. En daarmee kan ik netjes de PWM regelen voor de lichtsterkte.
Maar ik kan toch een gemiddelde spanningsval van zo'n 3.8v aanhouden bv? Ik zou het anders ook niet weten.
Of kun je de spanningsval per led meten als de temperatuur niet zoveel uitmaakt?

De leds zijn overigens de Seoul Semiconductors P7 leds, hiervan D-bins. http://www.acriche.com/en/product/prd/zpowerLEDp7.asp
Ik zie nu in de datasheet voor zover ik het begrijp, bij 2800mA is de forward voltage 3.6v. Maar niets bij welke temp.
Maar de max wattage staat op 11.8W. Maar current max 2800mA, dan haal je met die 3.6v toch niet die 11.8W. Dan moet je uitgaan van 4.2v met 2800mA. Erg onduidelijk allemaal.
maar die paar procent dat hij misschien feller brand wanneer ik rekening houd met temperaturen vind ik te ver gaan.

Voor nu is het het belangrijks dat ik constante voltage kan maken.

Die max724 ziet er al simpeler uit, maar ik moet minimaal 6A hebben. 10A lijkt mij dan safe.
Maar als ik bv. die max724 schakeling zie dan weet ik niet hoeveel volt daar uit gaat komen, is dat bij die max724 altijd 12v dan?

Ik heb er niet veel verstand van, vandaar mijn vraag om hulp.

Die kant-en -klare led driver heb ik niets aan, gaat maar tot 1A, en ik zou er dan 6 moeten hebben, geen optie.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op vrijdag 11 juni 2010 12:35:52 (14%)

Op 11 juni 2010 12:27:01 schreef mwhens:
Voor nu is het het belangrijks dat ik constante voltage kan maken.

Nee, een constante stroom... Leddrivers zijn stroombronnen. En als je gaat PWM-en dan maakt de voedingsspanning ook niet zoveel uit.

Edit: maar goed, je wil het niet anders...

Constante stroom behaal ik met een hele lichte weerstand. Maar ik wil eerst die voltage stabiel krijgen van die lipo.
Dan kan ik met een led calculator uitrekenen hoeveel Ohm de weerstand moet worden.
Een alles-in-één oplossing als een leddriver zie ik niet echt als een optie. mede omdat ik met een IRF540n mosfet de stroom PWM schakel. En omdat ik min. 6A nodig heb. En per led 1 driver word te gek.
Ik denk nogsteeds dat een voltage regulator met weerstand het beste werkt.

@ Ronald

Die max724 is misschien wel een goede optie, ik kan twee paralel maken. Die TO-220 package komt ook goed uit, heb ik coperen heatsinks voor, en past makkelijk in mijn design.
Maar wat bepaald de uitgang volage? En blijft die voltage stabiel, ookal varieerd in input voltage?
Weet je misschien een bouwpaket door die max724? En/of kan ik makkelijk aan de onderdelen komen bv. de spoel?

Ik heb zojuist gelezen, hier onderaan... http://book.opensourceproject.org.cn/embedded/oreillyedsignbed/opensou…
dat bij die MAX724 R1 en R2 het voltage bepalen...

"
The output voltage is set by resistors R1 and R2. The equation for calculating the output voltage is:

VOUT = 2.21 * (R1 + R2) / R2
R2 should be less than 4kW. Maxim recommends choosing 2.21kW for R2, as it simplifies the previous equation:

VOUT = (R1 + 2.21k) / 1000
So, the equation to calculate R1 becomes:

R1 = 1000 * VOUT - 2.21k
"

Ik begrijp het niet helemaal, maar ik denk dat wanneer ik R1 en R2 weet, en die spoel kan vinden ik wel een werkende 12 switching regulator kan maken. Daar zet ik dan twee outputs paralel. Moet ik dan ook 2x 470uF gebruiken? En 2x input 220uF?
Moeten die 470uF's dan iets van 16v zijn? En input iets van 22v minimaal?
Moeten alle weerstanden 1/4 watt zijn?
Zou je eventueel op Conrad site een product code aan kunnen geven welke spoel ik moet gebruiken. Ze spreken over "The inductor chosen should have a high saturation current. If it doesn't, the effects will be disastrous. The Maxim datasheet provides detailed information on selecting an appropriate inductor"

"En als je gaat PWM-en dan maakt de voedingsspanning ook niet zoveel uit"

Ik werk met de Arduino, die kan ik 255 stappen PWM gebruiken. Daarmee kan ik de stroom niet begrenzen volgens mij.

Ik heb hier een test setup. 1 serie 3 P7 leds met een weerstand. Op een 12v lood accu. Lijkt perfect te werken. Ook met de mosfet PWM ertussen.

Reactie op hieronder, sorry, zal voortaan aanpassen, maar wanneer ik iets poste stond er al een nieuw bericht, vandaar.

[Bericht gewijzigd door mwhens op vrijdag 11 juni 2010 13:00:30 (32%)

Even de huisregels zolang je blijft kicken: http://www.circuitsonline.net/forum/faq en voor nu vooral http://www.circuitsonline.net/forum/faq#topickicks

Ik krijg de indruk dat je perse bij je idee van constante spanning wilt blijven, omdat de de andere voorgestelde oplossingen niet begrijpt. Een Buck converter kan in principe alleen stroom leveren, daarmee wordt een condensator opgeladen, en de spanning over die condensator wordt gemeten en gebruikt voor de regeling.

Je kunt ook een Buck converter direct gebruiken als stroombron, maar dan kun je geen strengen meer parallel zetten. Je zou dan 3 Buck converters nodig hebben.

@Roland van Leusden: de stroom meten over de FET kan op zich wel, maar niet bepaald nauwkeurig. FETs hebben een redelijk grote temperatuursquotient, waardoor je zomaar een afwijking van 40% kunt krijgen over het hele temperatuursbereik. Daarbij is de Rdson ook nog afhankelijk van de gate spanning en de drain stroom, maar als de gate spanning hoog genoeg is, zijn die effecten meestal verwaarloosbaar.

Maar 12v is toch 12v?
Met een lichte weerstand werken de leds dan toch constand vanaf een variable lipo voltage? En met een goede efficiency?

Maar bedoel je dat ik bv. met die max724 ook zonder weerstand zou kunnen werken? En vervolgens de output van de max724 een mosfet voor de PWM kunnen gebruiken?

@SparkyGSX ik heb deze methode in commerciële voedingen gezien.

Op 11 juni 2010 13:11:17 schreef mwhens:
Met een lichte weerstand werken de leds dan toch constand vanaf een variable lipo voltage? En met een goede efficiency?

Nee en nee.

het probleem ven een weerstand is dat deze erg onefficient is. hij stookt het vermogen dat je niet nodig hebt op in warmte.

bij jou is dit als je al een 12v regulator gebruikt:

12v-11.1v=0.9v
0.9v*6A= 5.4W
dat worden dus dikke weerstanden moet je nagaan als je al geen regulator gebruikt.

Als je een geschakelde stroombron gebruikt stookt deze zo min mogelijk energie in warmte. Deze is dus veel efficiënt dan een weerstand.

Een draagbaar apparaat moet zo efficiënt mogelijk met zijn energie omgaan zodat hij langer werkt op een accu. Daarom raden de meesten jou de weerstand af.

@mwhens: Dat LEDs met een constante stroom gestuurd worden heb je blijkbaar al door. Het lijkt mij persoonlijk dus handiger om een constante stroombron te gebruiken in plaats van een constante spanningsbron en daar met een weerstand een stroombron van te maken.

Het idee met de weerstand zal trouwens niet lukken. Volgens een online LED calculator heb je voor 3 LEDs in serie op 12V een weerstand van 1 Ohm nodig. Je arme weerstand moet dan een kleine 8W verstoken!

Wat ik zou doen is twee aparte strengen maken van 3 LEDs in serie en elke streng een aparte driver geven. Op die manier moet elke driver ook maar 2.8A leveren, wat je opties wat breeder maakt.

Als je een kant en klare oplossing wil, heeft DX een driver, je mag dan wel mat 8.4V gebruiken (dus 3 strengen van elk 2 LEDs): http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.20330

Zelfbouw met een Arduino kan ook, je leest dan de spanning die over een weerstand valt uit met de ADC en stuurt een MOSFET met de PWM. In feite niet veel verschillend met wat je nu hebt, alleen moet je twee aparte PWM uitgangen hebben en er het circuitje van
Roland van Leusden eraan knopen (een buck convertor).

Bedankt voor alle reacties zover...

@ Jeroen

Een weerstand verbruikt inderdaad energie, maar zolang de voltage dichtbij de voltage van de leds ligt, des te minder verbruikt de weerstand. Daarom wil ik het eerst naar een constante 12v terug brengen, en daarna een zo licht mogelijke weerstand. Ik heb een tekening gemaakt hoe ik het nu zou aanpakken met de kennis die ik nu heb...

Afhankelijk van de te gebruiken voltage drop van de leds zal ik het voltage van de switching regulator afstellen. In het geval van het plaatje ben ik uitgegaan van de minimale voltagedrop van 3.6v. In dat geval verstookt de weerstand 3.36 Watt.
Zou ik bijvoorbeeld een output voltage van 11.1v instellen, en de totale voltage drop is 10.8v (wanneer elke led 3.6v is) dan heb ik een weerstand van 0.1 Ohm nodig, en verbruikt nog maar 0.84 Watt. Dat is helemaal niets.

Overigens is deze tekening 1 serie, ik heb ik dalijk twee, dan word alles dubbel.

@ big_fat_mama

Dank voor je duidelijke samenvatting.
Ik dank ieder voor hun inbreng.
Het idee LiPo, weerstand, LED's is inderdaad een gesloten boek.
De lineare volage regulator is dat ook.

Ik begrijp dat het meest ideale is een stroom regulator spciaal voor de P7 led met PWM erin het beste is voor de lipo.
Maar ik wil in ieder geval mijn programeerwerk met de arduino aanhouden. Dus de mosfet die tussen de stroombron en de leds zit die de leds helderheid bepaald.
Dus een stroom regulator met PWM is uitgesloten.

Ik zou wel een stroom regulator met daarachter de PWM mosfet kunnen gebruiken, klinkt goed, absoluut. Maar ik heb al aardig wat led drivers voorbij zien komen, maar ook de zojuist genoemde led driver was maar voor 1 led, max 8.4v INPUT. Ik wil niet voor elke led 1 driver gaan gebruiken. 1 super driver zou "super" zijn, maar die kan ik nergens vinden helaas.

Mijn huidige plan met de weerstand is niet zo heel in-efficient. Wanneer ik de voltage regulator op bv. 11.1v instel (uitgaande van 3.6v per led spanningsval) dan verbruikt de weerstand van 0.1Ohm nog geen 1 watt. Dat is op 30 watt aan led verlichting toch geen enkel probleem, en niet eens in-efficient te noemen.

maar als iemand een stroom regelaar weet die 2x2800mA, dus 5.6A kan leveren op 10.8v, en waar ik nog een PWM schakeling tussen kan zetten, dat zou het beste zijn.

[Bericht gewijzigd door mwhens op vrijdag 11 juni 2010 14:51:38 (41%)

Op 11 juni 2010 13:11:17 schreef mwhens:
Maar 12v is toch 12v?
Met een lichte weerstand werken de leds dan toch constand vanaf een variable lipo voltage? En met een goede efficiency?

Tsja, wat jij een goed rendement noemt dat maak je zelf uit, natuurlijk. Nogal wat mensen probeerden je te helpen het beste rendement te behalen...

Ik probeer het nog één keer:

Je hebt zelf wel door dat het simpelste opzet (LiPo, weerstand, LED's) niet optimaal is. De volgende stap is
LiPo-LED's-iets schakelends.
Dat is veel gunstiger want iets schakelends regelt OOK het vermogen dat in de LED's gaat, maar niet door de rest van het vermogen in warmte om te zetten. Warmte wil je nl. niet, want alle energie die je daaraan besteedt daar kun je geen licht meer uit maken, en dat is net de bedoeling.

Tothiertoe is er weinig discussie mogelijk, denk ik. Maar nu wordt het lastiger:
In jouw optiek is de "iets schakelends" een zwarte doos, waarvoor je een schema vroeg in je originele vraag. Je ziet in dat er buiten die zwarte doos ook nog een serieweerstand nodig is, die je dan weliswaar als klein omschrijft. Tsja, wat is klein? Het kàn wel, op die manier, maar het is een halfslachtige oplossing. Want eigenlijk behandel je de LED's nog steeds als een gloeilamp (maar dan efficiënter); je wilt per sé voeden uit constante spanning. De weerstand, waarvan je aanvaardt dat hij nodig is zonder echt goed te snappen waarom, die wil je dan wel in koop nemen.

De oplossing die je hier van verschillende kanten werd aangereikt ging verder, door uit te gaan van het stroomgestuurde karakter van LED's: de "iets schakelends" werd nu de volledige oplossing, die zowel de spanningsvariatie van je Lipo('s) opvangt als de noodzaak om de stroom te regelen. Weliswaar is er nog steeds een weerstand nodig, om betrouwbaar de stroom te kunnen meten als basis van regeling, maar deze kan nu nóg kleiner zijn dan wat jij al aanvaard had, waardoor je rendement nóg beter wordt en je batterijen dus nóg langer zullen meegaan.

Inderdaad was er zelfs een idee om de schakelende FET zelf als meetweerstand te gebruiken maar daarvan is niet iedereen overtuigd. Zelf heb ik er niet genoeg verstand van om iets zinnigs bij te dragen. Als dit lukt dan zal het zeker het rendement nog verder opdrijven, en daarmee de levensduur van je batterijen.

Aan jou om te kiezen: je kan koppig vasthouden aan je eigen idee, het is niet onbruikbaar, en je vooral toeleggen op mechanisch geknusel (waarin je erg knap lijkt, overigens... knapper dan ik, toch zeker) of je kan dankbaar gebruik maken van de ruimschoots aangereikte hulp en iets bijleren van electronica. Daarover gaat het hier, tenslotte...

Op 11 juni 2010 14:35:48 schreef mwhens:
Een weerstand verbruikt inderdaad energie, maar zolang de voltage dichtbij de voltage van de leds ligt, des te minder verbruikt de weerstand.

En des te minder heeft de weerstand nut, en branden de leds als nog door.

Een led is geen gloeilamp of weerstand, maar een diode.