K2 im Dauerbetrieb, 2 Fragen dazu

bios-service · So, 02.03.08, 01:56

Hallo zusammen,

ich möchte 3 Stk. K2 weiß in Reihe an 12,00 Volt im Dauerbetrieb an einem stabilisierten Netzteil einsetzen.

Meine Fragen:
- 700 oder 1000 mA?
- über Widerstände oder KSQ einstellen?

Zur Stromversorgung soll ein PC-Netzteil dienen, da etliche dieser Stränge betrieben werden sollen (>= 18 LED's) und einfache Erweiterbarkeit sicher sein soll. (NT liefert genug Strom)

Achim H · So, 02.03.08, 08:54

Über Konstantstromquelle wird das wohl nicht hinhauen, da die KSQ eine Dropspannung von ca. 2,5 Volt hat. Diese Spannung muss zur Summe der Led-Einzelspannungen hinzu gerechnet werden. Eine 12 Volt-Spannungsquelle reicht entsprechend nicht aus. Ergo sind nur Vorwiderstände möglich.

3 * Led-Vorwärtsspannungen (minimal) + Dropspannung:
3,42V + 3,42V + 3,42V + 2,5V = 12,76V

Mit wieviel Strom die Leds betrieben werden sollen, hängt davon ab, wieviel Licht diese erzeugen sollen. Typisch könnten 350mA, maximal 1500mA (bei der 60Lumen warmweiß nur max. 700mA) angelegt werden.

Der Vorwiderstand berechnet sich wie folgt:

UB - Ud
--------- Ohm
Id

UB = Betriebsspannung
Ud = Led-Vorwärtsspannung (bei 3 Leds in Reihe entsprechend die Summe der Leds)
Id = Led-Strom (in Ampere)

Aus dem errechneten Vorwiderstand nimmst Du dann mindestens den nächsthöheren Wert (besser 2 Stufen höher wählen) aus der E12-Reihe.

mfg Achim

leon · So, 02.03.08, 09:09

Achim hat recht. Dabei hat er mit der LED-Spannung noch sehr optimistisch gerechnet

Bei 700mA oder darüber dürfte die Spannung noch höher liegen. Wenn du dann eine gute Kühlung für die LED und lange Anschluss-Litze hast, brauchst Du gar keinen Vorwiderstand. Der liegt dann unter einem Öhmchen.

leon

Fightclub · So, 02.03.08, 10:30

Bei einem PC Netzteil halte ich es aber auch nicht für nötig eine KSQ zu benutzen, da die Spannungen dort meistens sehr gut stabilisiert sind. Und so ein widerstand würde bei 3 K2 nichtmal 1W verheizen. Also sollte man sich da nicht die großen Gedanken machen

Synthy82 · So, 02.03.08, 11:29

12,00 V aus dem PC-Netzteil? In welcher Welt erreicht man das denn? Das liegt meist irgendwo zwischen 11,89 und 12, 26 V und hängt dann auch noch davon ab, welcher Zweig der stabilisierte ist... Wollt dich jetzt nicht desillusionieren, aber die Realistät ist nie so genau, wie man sie gerne hätte...

Fightclub · So, 02.03.08, 11:47

diese 0,11 bis 0,26V abweichung sind denke ich vernachlässigbar. HAt uns unser Physiklehrer immer beigebracht

Alles was man nicht gebrauchen kann oder was abweicht sind messfehler oder kann man vernachlässigen

ferryman · So, 02.03.08, 12:32

Wenn man bein CPU NEtzteil 5V voll belastet geht die Spannung bei 12V stark nach oben- teilweise deutlich mehr als ein Volt.

Ragnar Roeck · So, 02.03.08, 14:30

Bei Widerstandslösungen immer bedenken, Zitat aus dem Datenblatt der K2, "Notes for Table 4", Seite 8:

4. The forward voltage of the LUXEON K2 LED will reduce by up to 0.30V at 350mA during the first few hours of operation after SMT reflow. Due to this effect, Philips Lumileds recommends current source drive for consistent and reliable performance.

Grob Übersetzt: Nach dem Reflow-Löten¹ ist die Vorwärtsspannung für einige Betriebsstunden um bis zu 0,3V geringer bei 350mA. Aufgrund dieses Effektes empfiehlt Philips stromgesteuerte Ansteuerung (Konstantstromquellen/KSQ) für einen anhaltenden und zuverlässigen Betrieb.

Bei einer Widerstandslösung könnte der Spannungsabfall einer eh schon am oberen Limit betriebenen LED (700mA, bzw. 1000mA) zu hoch werden, obwohl eigentlich für Betrieb innerhalb der Spezifikationen berechnet wurde. Bei einer Reihenschaltung von 3 LEDs kämen wir fast auf ein Volt, das mehr am Vorwiderstand abfallen müsste. Eine KSQ regelt das einfach weg, dort ist das überhaupt kein Problem.

¹ Konventionelles Löten ist hier nicht erwähnt, es kann sich aber als Ursache nur um die Erhitzung der LED mit Die handeln und letzteres wird beim konventionellen Löten ja auch erhitzt. Ebenfalls wird nicht erwähnt ob es sich nur um das Löten der Anschlüsse, oder auch der Thermal-pads auf eine Sternplatine handelt und es beim Aufkleben nicht zu dem Effekt kommt.

_nabla · So, 02.03.08, 14:33

Man sollte PC Netzteile auch nie "einfach so" verwenden.

1. Müssen +5V als auch +12V belastet werden
2. erreichten die Spannungen nicht die erwünschten Werte, wenn nur eine Seite belastet wird

Daher ist die einfachste Methode, ein PC-Netzteil als Labornetzteil zu verwenden, zwischen 5V / Masse und 12V / Masse eine Glühbirne mit > 1W zu schalten. Dann hat man an beiden Ausgängen ~ 5V und 12 V.

Ihr könnts auch selber herausfinden. An einem ATX-Netzteil unbelastet die Spannung messen. Ich habe hier eines rumfliegen, was mit unbelastet 3,9V und 10,4V anbietet. Mit Birne 5,1V und 11,8V.

bios-service · So, 02.03.08, 16:23

Hallo,

erstmal danke ich euch allen für die vielen nützlichen Tips.

Ich will eigentlich alle 3 Spannungen verwenden (3,3 / 5 / 12 Volt).

Ja, die Abweichung von den 12 Volt habe ich mal vernachlässigt.

Nach dem empfohlenen Strom habe ich deshalb gefragt, weil ich gerne ein optimales Verhältnis aus Helligkeit und Lebensadauer erzielen möchte. Alles was größer/gleich 5 Jahre liegt, wäre schon nicht schlecht...

Ich habe die K2 mit Star, die sollen auf ein wassergekühltes Alu-Profil Querschnitt 10x10 mm geklebt werden.

Grob Übersetzt: Nach dem Reflow-Löten¹ ist die Vorwärtsspannung für einige Betriebsstunden um bis zu 0,3V geringer bei 350mA.

Tritt dieser Effekt bei 700 mA nicht auf?

Ragnar Roeck · So, 02.03.08, 18:06

Du kannst von mindestens 0,3V bei 700mA ausgehen.

bios-service · So, 02.03.08, 21:20

Ragnar Roeck hat geschrieben:Du kannst von mindestens 0,3V bei 700mA ausgehen.

Hallo Ragnar,

und was bedeutet das für mich in der Praxis?

Ich möchte z.B. die weißen bei 3,72V und entweder 700 o. 1000 mA betreiben.
Wenn ich die Schaltung so berechne, was passiert dann in diesen ersten Stunden?

Fightclub · So, 02.03.08, 21:45

die werden schon bei 3,4V die 1000mA erreichen, dadurch hast du eine höhere am Widerstand abfallende Spannung, wodurch auch der Strom höher wird, sodass du bei 700mA ausgangswert dann schnell bei 1,3A auskommst. von der 1A schaltung ganz zu schweigen.

bios-service · So, 02.03.08, 22:03

Jetzt versteh ich überhaupt nichts mehr, steh grad total auf'm Schlauch.

Ich habe mir das Datenblatt nochmal angesehen:

- wenn ich die weißen K2 mit 700 mA betreiben will, ist die Spannung 3,6 Volt. Richtig?

- 3 Stück in Reihe (=10,8 V) an 12 Volt, brauche ich einen Vorwiderstand von 1,78 Ohm (aus E12). Richtig?

Was bedeutet das

Nach dem Reflow-Löten¹ ist die Vorwärtsspannung für einige Betriebsstunden um bis zu 0,3V geringer

konkret für meine Schaltung?

Betrifft mich das überhaupt? Ich habe die K2-Star, die werden geklebt und nur an den Anschlußpads gelötet.

Fightclub · So, 02.03.08, 22:37

ich habe es doch schonmal erklärt.
Die K2 hat bei 700mA, wie du richtig festgestellt hast 3,6V. Nach der Bemerkung in deinem Quote erreicht die K2 ihre 700mA aber schon bei 3,3V. Das heißt für deine Schaltung, dass die 0,3V, die nicht an der K2 abfallen, am Widerstand abfallen müssen.
Laut Ohmschem Gesetz gilt R = U/I. R ist dein Widerstand, der ist immer Konstant. Wenn du also mehr Spannung am Widerstand hast, dann wird der Strom auch größer.
Habe das eben mal durchgerechnet, wieviel Strom der Widerstand aus deiner Schaltung durchlassen würde, wenn an jeder K2 nicht 3,6 sondern 3,3V abfallen und ich komme da auf einen Strom von 1,3A.

Jetzt soweit klar geworden?

Achim H · So, 02.03.08, 22:54

- wenn ich die weißen K2 mit 700 mA betreiben will, ist die Spannung 3,6 Volt. Richtig?

Wenn es so im Datenblatt steht, dann ja.
Wenn ich mir das Datenblatt bei der Konkurrenz anschaue (habe ich hier nicht gefunden), dann beträgt die Vorwärtsspannung nominal 3,85 Volt.

- 3 Stück in Reihe (=10,8 V) an 12 Volt, brauche ich einen Vorwiderstand von 1,78 Ohm (aus E12). Richtig?

Nein.
Es gibt in der E12-Reihe keine Widerstände mit 2 Nachkommastellen.
Der nächst höhere Wert hat 1,8 Ohm.
Besser jedoch wäre ein 2 Ohm-Widerstand aus der E24-Reihe oder ein 2.2 Ohm Widerstand aus der E12-Reihe. Bedenke auch, dass der Widerstand 1 Watt haben muss.

Bei 3 Leds in Reihe mit je 3,3 Volt Vorwärtsspannung müsste der Widerstand schon 1,5 Watt haben.

Was bedeutet das
Nach dem Reflow-Löten¹ ist die Vorwärtsspannung für einige Betriebsstunden um bis zu 0,3V geringer
konkret für meine Schaltung?
Betrifft mich das überhaupt? Ich habe die K2-Star, die werden geklebt und nur an den Anschlußpads gelötet.

Ich denke nicht (allerdings weiß ich es auch nicht besser).

Die vorrätigen Widerstände aus den Widerstandsreihen (E3 bis E96) und deren Werte kannst Du hier nachlesen:
http://www.elektronik-kompendium.de/sit ... 109071.htm

Ragnar Roeck · So, 02.03.08, 22:59

Ich würde die LEDs zur Sicherheit für ein paar Stunden über eine einfache LM317 KSQ "einbrennen" und wenn sich der Effekt verfüchtigt hat (das kannst Du ja während des Betriebes messen - über einer LED sind dann 3,3V die langsam auf 3,6V ansteigen - bei Starplatinen ist es tatsächlich die Frage, ob es überhaupt auftritt) kannst Du ja auf die richtig berechneten (für 3,6V) Widerstände zurückgreifen.

Da könntest Du Dich auch nochmal an die Lumitronix-Mitarbeiter wenden, die werden sowas entweder wissen, oder schnell erfragen können (bzw. Starplatinen).