Neues zur LED-Beleuchtung

[Lukas LH]

Hallo zusammen,

 

ich war in letzter Zeit aufgrund diverser Umstände leider nicht mehr viel hier im Forum unterwegs.

Zum Glück scheint sich die Situation etwas zu bessern, wodurch ich wieder ein paar freie Minuten hab, um hier mal wieder öfters rein zu gucken.

 

Ich habe über die vergangenen Monate einige Nachrichten bekommen, was das Thema LEDs betrifft.

Es gab tatsächlich ein paar Neuigkeiten auch von Seiten der großen Halbleiter Hersteller.

Deshalb dachte ich mir, ich mache mal ein kleines Thema auf, in welchen ich die nächsten Wochen einfach mal ein paar Neuigkeiten kund tun kann.

Vielleicht sind ja ein paar Infos dabei die auch mehrere Leute aus dem Forum hier interessieren.

 

Falls jemand über irgendwelche neuen Produkte mit guten Erfahrungen oä. gestolpert ist, kann er das hier auch gerne rein schreiben. Ich dachte mir das sollte einfach ein Thema werden, in welchen man erkennen kann, was in Sachen LED Beleuchtung aktuell ist.

 

Zum eröffnen dacht ich mir, ich poste erstmal eine Bastelei an der ich selber gerade beschäftigt bin.

Vor ein paar Wochen hat Cree eine neue Generation von COB LEDs auf den Markt gebracht. Diese haben vorallem eine bessere thermischen Anbindung der LED-Chips, und einer großen Lebensdauer mit sich gebracht. Mit COB LEDs gibt es hier bereits ja einige gute Erfahrungen. Ich persönlich habe bisher nur mit kleinen COB LEDs experimentiert. (2-4 Chips in einem Gehäuse)

Ich dachte mir deshalb ich versuche mich auch mal mit den größeren Bauformen. (15W-60W) Diese Leistungen sind immernoch eher gering. Es gibt derzeit effiziente LEDs in der COB Bauform mit 500W und mehr. Aber man soll ja klein anfangen

Ich habe mir überlegt ein Experiment zu starten, in dem ich eine rot/blau Beleuchtung mit COB LEDs kombiniere. Mit ersterer Beleuchtungsmethode habe ich bereits gute Erfahrungen gemacht.

Da sollten die Ergebnisse mit den beiden Technologien gemischt nur besser werden können.

 

So hab ich mich also ans konstruieren gesetzt. Dabei rausgekommen ist ein kleiner Prototyp den ich die nächsten Wochen mal testen möchte. Der Aufbau nimmt etwa 60W auf.

Davon verbraten die COB LEDs etwa 42W. Ich hab mich für 4000K Typen entschieden. Wenn es demnächst noch andere Farbtemperaturen in dieser Bauform gibt werde ich die auch mal antesten. Die restlichen 18W werden in rot/blauen LEDs mit einem Farbverhältnis von 5:2 umgesetzt. Die LEDs haben eine Wellenlänge von 660nm und 430nm.

 

Getrieben werden die LEDs von einer kleinen selbstgebastelten Schaltung. Da werd ich mal nicht näher drauf eingehen, da ich nicht glaube das dass jemanden weiterhilft.

Ich werde den ersten Versuch nächstes Wochendende starten, und bin mal gespannt wie eine Mischung von mehreren LED-Technoloien abschneidet.

Wenn diese Methode einen Vorteil hat werde ich hier gerne weiter berichten.

 

Hier ein paar Bilder des noch unfertigen Prototypen. (Treiberplatine ist noch nicht montiert, un die COB LEDs noch nicht angeschlossen)

 

 

 

 

 

 

Grüße

Lukas

 

[Nicky Westphal]

Hallo Lukas,

 

erstmal wieder sehr interessant. Welches Lm/W-Verhältnis haben die neuen COB? Das ist ja, nach dem Spektrum, das Wichtigste an der Geschichte.

 

Grüße Nicky

[Beautytube]

vor 2 Stunden schrieb Lukas LH:

Getrieben werden die LEDs von einer kleinen selbstgebastelten Schaltung. Da werd ich mal nicht näher drauf eingehen, da ich nicht glaube das dass jemanden weiterhilft.

Oh doch!!!

 

Konstantstromquelle mit Leistungselektronik als Prinzip?

 

Peter.

[Beautytube]

Super geniale Arbeit übrigens!

 

Peter.

[Lukas LH]

Hallo zusammen,

 

Zitat

Welches Lm/W-Verhältnis haben die neuen COB

 

Also gesamt werde ich bei den weißen LEDs wohl auf 170lm/W kommen. (gesamt bedeutet inkl. Netzteil) Das klingt im ersten Moment nach nicht viel. Das liegt vorallem mit an der Farbtemperatur. Je wärmer das Licht wird, umso mehr Rotanteil enthält es auch. Da das Auge rotes Licht ja schlechter wahrnimmt als grünes, und die Einheit Lumen sich auf grünes Licht stützt, wird z.B. eine 3000K LED gemessen am lm/W Verhältnis nie so effizient sein wie eine 5000K LED bei gleicher Eingangsleistung. Wenn man statt lm/W die tatsächliche Strahlungsleistung betrachtet macht sich dieser Effekt nicht bemerkbar.

 

Zitat

Oh doch!!!

 

Konstantstromquelle mit Leistungselektronik als Prinzip?

 

Die Treiberplatine habe ich derzeit recht einfach Aufgebaut:

Ein kleiner 8-Bit Controller wird aus der Versorgung über einen Linearregler gespeist. Der Drop auf den µC Pegel ist hier zwar recht groß, aber aufgrund der sehr geringen Ströme macht sich hier keine große Verlustleistung bemerkbar. Der Controller überwacht die Eingangsspannung, die Temperatur, und tastet zudem den Eingang für die Dimmung des Strahlers ab.

Als Dimmung hab ich bisher einen 0-10V Pegel oder ein PWM Signal bis 5kHz vorgesehen. (Auch 0-10V Pegel und 2V Hysterese. An der Schnittstelle will ich noch ein paar Änderungen vornehmen)

Die LED Treiber selbst sind zwei Boost-Controller. Je einer für die COB LEDs, und einer für die Rot/Blau Emitter. Die Regelschleife ist über einen High-Side Shut aufgespannt, und regelt somit auf den durchschnittlichen LED Strom. Der Feedback Spannung kann dabei ein Offset vorgegeben werden, wodurch ich mit dem µC den Strom analog regeln kann. (Über ein glatt gezogenes PWM Signal vom Controller)

Die Controller takten derzeit recht schnell auf 800kHz. Ich musste die Frequenz so hoch wählen, um die Induktivität in den geringen Platzverhältnissen unterbringen zu können.

Die Eingangsspanung hab ich dennoch recht großzügig mit einem Polycap und mehreren Kerkos gestützt, damit der Eingangsrippel auch bei einer hochinduktiven Zuleitung händelbar bleibt.

Die FETs werden recht hart geschalten, wodurch sich die Verlustleistung noch in Grenzen hält. Die Switchnode musste ich gut snubbern, da sie dadurch noch deutlich nachgeschwungen hat. Da werde ich vermutlich auch der EMV zuliebe noch ein bisschen über die Gatewiderstände am Schaltverhalten drehen.

 

Die gesamte Treiberplatine liegt auf der Aluplatine auf, und ist mit einem Thermokleber fixiert. Den Leistungsteil entwärme ich durch Via-Stiching duch den Multilayer in die Aluplatine. Der elektrische Kontakt zur Aluplatine wird über Lötungen an angefrästen Pads hergestellt.

Hier noch ein Modell der ersten Version der Treiberplatine. (Ohne µC, und einer Diode statt eines zweiten FETs.)

Bilder vom fertigen Aufbau mit der kompletten Treiberplatine kommen noch nach.

 

 

Grüße

Lukas

 

[Lukas LH]

Hallo zusammen,

 

ich habe von meinem kleinen Strahlerprojekt noch ein paar Bilder zum ergänzen.

Mit der Performance der neuen Treiberplatine bin ich noch nicht ganz zufrieden. Den Test werde ich deshalb mit der "alten" Version starten.

Der Treiber und der gesamte Strahler sehen so aus:

 

 

 

 

Neben dem Strahlerprojekt habe ich noch ein bisschen an den LED Leisten rumgebastelt.

Ich hab mir dafür neue LEDs ausgewählt, und einen neuen Treiberbaustein ausgesucht. Die Platinen für die neue Version sind heute gekommen. Ich bin mal gespannt um wie viel die sich im Vergleich zum Vorgänger verbessert haben. 

 

 

Das nächste mal werde ich mich mit ein paar mehr Infos zum Betrieb melden.

 

Viele Grüße

Lukas

[Lukas LH]

Hallo zusammen,

 

ich wollte mal ein kleines Update geben.

Am meinem kleinen Strahler Projekt habe ich ein paar Änderungen vorgenommen. Die Ansteuerelektronik habe ich noch ein bisschen ergänzt. Diese befindet sich momentan samt Strahler im Stresstest.

 

 

 

Der Strahler ist nun fast fertig. Ein paar Neuheiten sind eine Soft-Level Funktion. So wird der Strahler beim Einschalten, oder beim ändern des Dimmer-Wertes innerhalb von 1.5 Sekunden langsam auf das gewünschte Level gefahren. Dadurch möchte ich sprunghafte Stromanstiege vermeiden. Des weiteren kann ich nun auch statt der rot/blauen LEDs die neuste Generation der Nichia NF2L757 COB LEDs bestücken. Die letzte Änderung die ich noch eingefügt habe, war das der Dimmer Eingang nun auch ein RS-232 Protokoll auswerten kann. Dadurch kann man den Strahler nun auch mit einem Industriestandard-Bus ansprechen. Das sollte für mich das testen deutlich einfacher machen.

Die Auswertung des Dimmer Signals habe ich auch ein bisschen verbessert. So läuft das Dimmen jetzt bei allen PWM Frequenzen von 50Hz-10kHz absolut geräuschlos und flackerfrei ab. Über den Dimmer Eingang ist es auch möglich die rot/blauen LEDs abzuschalten.

 

Auf der To-Do Liste steht nun nur noch das neue Gehäuse. In diesem wird den LEDs keine Plexiglasscheibe mehr im weg sein. Dadurch erhoffe ich mir die gesamte Lichtleistung der LEDs ungehindert an die Umgebung weitergeben zu können.

 

Das nächste Update auch zu den Leisten folgt in Kürze.

 

Güße

Lukas

[Lukas LH]

Hallo zusammen,

 

ich wollte mal ein kurzes Update zu den Strahlern geben.

Ein paar Änderungen habe ich noch durchgeführt. Die Gehäusestrategie habe ich nocheinmal durchdacht. Dabei habe ich mich nun dazu entschieden doch weiterhin bei der Plexiglasabdeckung zu bleiben. Durch Messungen hat sich gezeigt das ein Verguss, und eine Plexiglasabdeckung keinen großen Unterschied in den optischen Werten machen.

Da eine Kunststoffabdeckung wartungsfreundlicher ist, und leicht ausgetauscht werden kann, werde ich weiterhin mit dieser fahren.

 

Ebenso gab es nochmal einen großen Umstieg bei den LEDs. Da es neue monochromatische LEDs gibt, werde ich diese in den Strahler einsetzen. Die Messungen sind bisher sehr vielversprechend. Die Treiberelektronik habe ich bei der Gelegenheit auch mit überarbeitet.

Der Mikrocontroller auf den Treiberboard verschafft viele Möglichkeiten was die Steuerung und Regelung des Strahler betrifft. Mit dem Integrierten Lichtsensor kann man den Strahler nun super parametrieren. Je nach einstellbaren Licht-Level schaltet sich der Strahler selbstständig ein. Die Grenzwerte lassen sich alle über eine Computerschnittstelle festlegen. Das gilt auch für die individuelle Dimmung der monochromatischen und der weißen LEDs.

 

Bisher bin ich ganz zufrieden mit dem Ergebnis. Ich denke ich werde noch eine Revision bis zum Endresultat brauchen. Wenn das soweit ist, werde ich alle technischen Daten zu dem Strahler hier dokumentieren.

 

 

 

Die Teiberplatine ist mit der Sensorik, und Regelungstechnik ausgestattet:

 

 

Eine 100W Version des Strahlers habe ich bei der Gelegenheit auch gleich aufgesetzt.

 

 

 

Grüße

Lukas

[Nicky Westphal]

Hallo Lukas,

 

schaut gut aus. Wo ich immer ein wenig Bedenken habe ist, wenn die Treiber mit unter der Abdeckung verbaut sind. Dort ist m.E. die Wärmeabfuhr doch eher schlecht. Wenn es machbar ist setze ich die KSQ und Co. außerhalb des Gehäuses separat. 

 

Grüße Nicky

[Lukas LH]

Hallo Nicky,

 

prinzipiell ist das nicht verkehrt die Stromquelle thermisch vom Rest des Aufbaus zu entkoppeln.

In meinem Falle spielt das allerdings keine große Rolle. Die Stromquelle ist über den Kühlkörper sehr gut an die Umgebung angebunden.

Somit ist auch die Wärmeabfuhr sehr gut.

Einen Einfluss den diese Bauweise hat, ist das die Stromquelle von der Abwärme der LEDs "aufgeheizt" wird.

Da der Treiber aber nur sehr geringe Verluste generiert, und die Bauteile mit einem geringen thermischen Widerstand ausgewählt wurden, entstehen hier keine nennenswerten Temperaturerhöhungen.

 

Prinzipiell hast du aber recht. Wenn man die Verlustleistungen seiner Netzteile nicht kennt, ist es ratsam sie so kühl wie möglich zu betreiben.

 

Grüße

Lukas

[Hannes]

Dann warten wir Mal auf mehr... Ich bräuchte jetzt sofort schon eine (leider hast du ja noch keine zum Verkauf...?)

[Christoph Pohling]

Lukas, danke fürs Zeigen, das ist ein sehr interessanter thread!

Gibt es heute wenigstens annährend so gute LED Treiber frei zu kaufen?

Oder führt noch kein Weg an so einer Sonderanfertigung vorbei ?

(von der IT Anbindung und den "comfort-Funktionen" mal abgesehen,

ich meine jetzt wirklich nur die Ansteuerung der LED's....

 

Gruß,

 

Christoph

[BaFi]

Bezüglich Lichtquellen haben wohl alle das gleiche im Sinn. 

 

- keine Placebo-Beleuchtung

- Individuell (Größe/ Bauform)

- bezahlbar

 

Wenn es jetzt noch smartHome fähig ist, wäre es wohl perfekt.

 

Hat schonmal jemand über „Growdfunding“ nachgedacht?

 

Da würden sich bestimmt welche finden, die solch ein Projekt unterstützen.