Elektronikfragen zu Aquarium Power-LED Beleuchtung

[Christian]

Servus,

 

ich hab da mal eine Frage die nur indirekt mit TF Zutun hat. hier sind ein wenig Elektroniker Kenntnisse gefragt. Mein Halbwissen hier ist da ziemlich begrenzt und hätte hier gern ein Paar Tipps der Profis :-)

 

Zu meinem Projekt:

Gebaut werden soll eine Hochleistungs LED Aquariumsbeleuchtung für das neue Seewasser Aquarium von meinem Schwiegervater. das Becken wird ca. 350 Liter fassen und ist ca. 150*50*50 cm groß. Die Beleuchtung wird in einem Kasten hängend darüber platziert.

 

Aufbau:

auf einer Alu-Platte mit den Maßen 120-130*45 cm werden die LED's plaziert. diese sitzt mittig in einem Holzrahmen. Darunter evtl eine Diffusor PlexiPlatte.

Die LEDs sind allesamt wahrscheinlich 10Watt-COB Module aus China mit Lichtleistungen von 500 bis 800 Lumen. Experimentiert hab ich bereits mit 2 solcher Module 6500K und 800Lm. Um dem Aquarium gerecht zu werden werde ich die Farbtemperaturen/Wellenlängen mischen. von 2800K warmweiß über 6500K Tageslicht/Kaltweiß bishin zu 25000K Arcticweiß und zusätzlich 405nm UV Licht, 455nm Royalblau und 655nm rot.

 

Die Problematik:

Die Beleuchtung wird extrem Lichtstark sein und vorraussichtlich um die 10000 Lumen leisten und zwischen 100 und 130 Watt verleuchten. Hier brauch ich natürlich entsprechend ein Leistungsfähiges Netzteil bzw Netzteile. Für mich stellen sich folgende Fragen:

[*] Was ist das besondere an eine KSQ/Konstantstromquelle (was respektive auch als LED Driver bezeichnet wird, oder???)

 

[*]wie gleiche ich am besten die unterschiedlichen Spannungen an? Meine weißen LEDs brauchen zwischen 11V und 12V und 900-1100 mA und die roten z.B glaub ich 6,8-7,2V... wie würdet ihr das angehen? Was nehm ich für Hauptstromquelle/en?

 

[*]Wie Dimme ich die LED's am besten? Ich hab auch schon 50W Netzteile mit Drehdimmerer gesehen... Wir könnte ich das Realisieren?

[*]Geplant ist auch mal eine Steuerung und Überwachung mittels Tinkerforge. Diverse Bauteile, LCD und RaspberryPi hab ich ja schon. Wie könnte man Z.b. einzelne LED Teilbereiche automatisiert Dimmen lassen um so z.B einen Sonnenuntergang und einen Nachtmodus (in Blau) simulieren? Was ist hier der Ansatz?

Ich weiß, Fragen über Fragen. Evtl kann mich der ein oder andere bei diesem interessanten Projekt unterstützen :-D.

 

Evtl werd ich mal den Fortgang dieses Projekts in meinen Blog schreiben . Aber da muss ich auch noch a bissl dran arbeiten

 

Gruß

Christian

[BorgelMorgel]

Hallo,

 

für LEDs gibt es doch geeignete Vorsteuer- bzw. Vorschaltgeräte die den passenden Strom und die passende Spannung ausgeben. Kann natürlich sein das du dann für die einzelnen LED-Paare verschiedene brauchst. Dort kommen dann schon konstante Werte raus.

 

Eine Automatisierung ist von den gestellten Aufgaben abhängig. Problem ist ja, dass du dann immer einen Rechner daneben haben musst welcher die Bricks steuert. Besser bedient wärst du glaube mit einer kleinen industrie Automatisierung, wie zum Beispiel der Siemens LOGO! die es schon zu humanen Preisen gibt. Dort hast du Relais die geschaltet werden können, oder Analog In/Out über Erweiterungsmodule, sowie Netzteile. Der Vorteil ist das du einen interne Logik anlegen kannst, welche im Gerät gespeichert wird und automatisch abläuft. Das ist denke ich eher geeignet. Du kannst dort auch verschiedene Sensoren anschließen, deren Signale dann verarbeitet werden und eine entsprechende Reaktion auslösen. Zum Beispiel Licht ein/aus abhängig von der Zeit oder Heizung ein/aus abhängig von einem Temperaturwert eines Sensors usw.

[Christian]

Die Geschichte mit dem Rechner ist schon richtig. Aber genau das Problem löst ja der RaspberryPi den ich schon habehabe

 

Mein Problem ist entsprechend die Elektronik und Stromversorgung.

- mache ich eine großs KSQ und Regel die 12V Spannung dann runter Vol nötig, oder macht diese Idee vielleicht sogar gar keinen Sinn?

 

Ich will nur nicht für jedes LED Modul ein eigenes Netzteil betreiben...

 

Gruß Chris

[ThomasKl]

Hier gibt es ein paar Hintergrundinformationen.

http://www.led-treiber.de/html/leds_grundlagen.html

 

Im Prinzip geht es darum das die Lichtmenge einer LED von dessen Stromdurchfluss und nicht von der angelegten Spannung abhängt. Möchte man also reproduzierbare konstante Ergebnisse muss man die Strommenge regeln (KSQ) und nicht die Spannung.

 

Auch wenn eine KSQ die reproduzierbareren Ergebnisse liefert, wird es für dein Projekt denke ich nicht so wichtig sein eine KSQ zu betreiben. Von meiner Seite würde ich sagen, dass dir die 12V Schiene eines alten Computernetzteils reichen sollte, um alle Dioden mit Strom zu versorgen. Die unterschiedlichen maximalen Spannungen könnte man dann mit 2 Widerständen (Spannungeteiler) herstellen. Aber wie gesagt ist nur ein "billiger" Vorschlag, um auf der sicheren Seite zu sein bieten sich KSQen an, da bräuchtest du dann vermutlich für jeden Diodentyp eine eigene.

 

Wie auch immer du deine Stromquelle einrichtest, lässt sich zur Steuerung (Dimmung) der Dioden das Servobrick verwenden, dass dir 7 PWM Signale ausgibt. Dioden bis 5V und etwa 20mA Strombedarf lassen sich sogar direkt über einen Anschluss des Servo-Brick steuern ("+" der Diode an die Steuerleitung (gelb), "-" der Diode an Masse (braun) und dem mittleren PIN (rot) möglichst fern bleiben). Für die großen Dioden benötigt man einen Transistor, der sozusagen als Schalter für den Strom aus dem Netzteil dient.

Das PWM Signal schaltet dann die Diode z.B. alle 2 ms für eine bestimmte Zeit an. Diese bestimmte Zeit lässt sich frei (1µs-2ms) wählen. So ist die Diode entweder fast ganz aus oder komplett an oder nur halb an usw. 

Das sollte sowohl mit einer KSQ als auch mit einem normalen Netzteil funktionieren.

Zur Schaltung mit der KSQ müssen alle Dioden die den gleichen Strom erhalten sollen in Reihe geschaltet sein, die KSQ regelt dann die Spannung entsprechend dem Spannungsabfall über alle Dioden der Reihe hoch, da muss man schauen wie viele Dioden die KSQ treiben kann.

[Christian]

Vielen Dank für deine Tipps. Der Link ist echt aufschlussreich.

 

Ich habe am Wochenende noch einiges gelernt was mir viel gebracht hat. Zum Thema "keine KSQ" kann ich aktuell nur sagen, dass man dies unbedingt vermeiden sollte um die LED's nicht zu schrotten... Es ist wohl so, dass die LED's bei höheren Temperaturen immer mehr Strom ziehen und wiederum heißer werden bis letztendlich das Teil abraucht. Mit dem Strombegrenzer/KSQ verhindert man genau das wohl

 

Zudem hab ich noch folgendes Teil entdeckt: CoolTWILED

 

Das Teil ist eine Platinen-Bausatz samt Software, was einem ermöglich über 12 Ausgänge HighPower LED's mit ettlichen Watt zu befeuern und per PWM zu regeln. Das Teil ermöglicht es wohl auch Temperaturen zu messen auf einem LC-Display auszugeben und Diverse Simulationen (Sonnenauf-/untergang) usw. Genau das was ich mit Tinkerforge hätte auch machen wollen nur "fast-fertig"...

Spart mir extrem viel Hirnschmalz und wahrscheinlich auch noch ein paar €...

 

naja, mal schaun. Aktuell ist meine geplante Konstruktion etwas geschrumpft auf 114x35cm. Lichtleistung liegt mit meinen geplanten Modulen aktuell bei ~8300Lumen bei 110-130Watt...

 

Naja, mal schaun wie's nu weiter geht... heut kam auch mein Lux-Meter um das ganze auch "verifizieren" zu können ;-).

 

Jetzt muss ich mit mir nur mal einig werden was letztlich für LED's auf mein Panel kommen und dann muss "schleunigst" bestellt werden, weil die China Ware ja immer so seine 2 WOchen braucht :/

 

Gruß

Christian

[ThomasKl]

sieht nach einem coolen Teil aus.

Je nachdem was für einen Transistor du zum Schalten verwendest, begrenzt der auch den Strom nach oben. Aber ein fertiger Bausatz hat natürlich auch seinen Charme.

 

Viel Erfolg

[BorgelMorgel]

Hier gibt es vielleicht auch geeignete LED Treiberbausteine:

 

http://ledsee.com/index.php?page=shop.product_details&flypage=flypage.tpl&product_id=150&category_id=12&option=com_virtuemart&Itemid=27&vmcchk=1&Itemid=27

[Christian]

Servus,

 

ja genau, das sind scheinbar coole Teile. sieht nicht schlecht aus.

 

Und könnte ich jetzt hier vom Servo-Brick das Signal an die PWM-Pins anlegen und dann Dimmen??

Der Servo-Brick hat doch glaub ich 7 Ausgänge, oder?

 

Gurß

Christian

[ThomasKl]

also im Moment kann der Servo-Brick PWM mit bis zu 500Hz aber borg wollte das noch etwas hoch schrauben 8kHz wurden da mal genannt.

 

Allerdings sollte das Dimmen auch bei 500Hz gut funktionieren.

Die Angaben zu den Anforderungen an die PWM sind ja nicht gerade üppig also nehme ich mal an, dass es mit einem Standard PWM Signal (3-5V) wie es der Servo liefert funktionieren wird.

[Christian]

Also wenn man aufs Bild klickt kommen noch ein paar Daten:

PWM max: 5V / 1 KHz

 

Wenn er das Teil nun mit 500 Hz beflackert läuft er dann auf "Halber" leistung oder wie stell ich mir das vor? 1000 Hz ist ja die maximal-Rate von dem kleine KSQ. ist das dann volle Helligkeit oder nur die 10% minimum?

Hatte mit PWM bisher noch nicht wirklich Berührungspunkte

[ThomasKl]

Eigentlich sollte dem Treiber die Frequenz der PWM egal sein, die Menge an Strom wird nicht durch diese Periode (1ms bei 1kHz, bzw 2ms bei 500 Hz) bestimmt sondern wie lange pro Periode "angeschaltet" bleibt.

PWM heißt praktisch das du in einem festen Rythmus einen Schalter anmachst, z.b immer am Anfang einer Minute, und dann eine gewisse Zeit wartest bis du wieder ausmachst z.b. 30 Sekunden.

 

Wie viel Strom dann fließt ergibt sich aus dem Verhältnis von Anzeit pro Periode zur Periodendauer.

Den vollen Strom erhälst du also wenn du einfach die gesamte Periode über anbleibst, unabhängig davon wie lange die Periode ist.

Bei Lichtquellen brauchst du natürlich eine gewisse Frequenz damit man kein Flackern sieht aber 500Hz sollten da dicke ausreichen.

 

[Christian]

aja,

 

dachte das ist quasi - bei 500 Hz - dass der Servo 500mal pro Sekunde den Schalter kippt... also 2ms aus, 2ms an, 2ms aus... usw.

 

Gruß

Christian

[ThomasKl]

Ja dass gibt es auch und nennt sich PFM (pulse frequency modulation) da ist die Pulsbreite dann vorgegeben und die Frequenz wird verändert.

[Christian]

Naja morgen werd ich mal wahrscheinlich die LEDs bestellen. Diese Bastelplatine muss ich dann auch noch ordern.

 

Evtl dokumentier ich mein Projekt im Blog. Dazu muss ich aber meine Seite noch ein bisschen pimpen ;-)

 

Upgrade von Joomla und a schöneres Template ;-)

[borg]

In der neuesten Servo Brick Firmware können alle 7 Pinne eine minimale Periode von 1us! Die Auflösung der Pulsweite lässt hierbei jetzt natürlich nach im unteren Periodenbereich.