Vorwiederstand bei 24 parallelen LEDs an Dynamo (=KSQ)

[off-the-wall7]

Hallo
Ich Plane grade an meinem neuen Rücklicht, dafür habe ich 24 Super Flux LEDs gekauft welche ich zwecks möglichst geringem Spannungsabfall parallel schalten muss (muss ich das überhaupt? wenn ihr anderer Meinung seid bitte melden) Dazu würde ich vor jede LED einen kleinen Widerstand in Serie schalten...
Nur habe ich leider überhaupt keine Ahnung wie ich den Dimensionieren muss das er was bringt.
Könnt ihr mir da weiterhelfen?
Ein weiteres Problem ist das ich nicht weiß wie ich ein effizientes Standlicht per SuperCap hinbekommen soll wenn hinten nur ca. 2V abfallen und nur ein 2 adriges Kabel nach hinten laufen soll.

zur restlichen Anlage:
Es wird wohl wie die Schaltung 7 aussehen
Vorne habe ich 3 XML in Reihe
hinten 20-24 Superflux LEDs Parallel und in Reihe zu den 3 XML

Ich betreibe schon fast 2 Jahre ein ähnliches Setup mit 4 XPG vorne und 10 Superflux hinten

Das neue Licht soll aber vorne und hinten ein Standlicht per meheren (ca. 6) SuperCaps bekommen

 

[JuergenH]

Ich würde es so machen: je 12 Stück parallel, und die zwei 12er-Packs antiparallel. Das Ganze kannst du dann in Reihe mit dem Frontlicht schalten. Wenn alle LEDs aus einem Gurt stammen, haben alle eine ziemlich ähnliche Spannung, also kannst du sie parallel schalten. Bei 12 parallel verteilt sich de STrom auch passend.

Standlicht ist etwas schwieriger, weil dir dazu die höhere Spannunge fehlt. Wenn du aber die roten Rücklicht-LEDs in Reihe mit dem Frontlicht hast, könntest du aus der höheren Spannung, die am Frontlicht abfällt, einen Goldkap speisen. Das wäre halt eine weitere Leitung zum Rücklicht.

Jürgen

 

[off-the-wall7]

Hallo Jürgen,
Ich hatte gehofft, dass du antwortest
Ok wenn ich mein Rücklicht hinten antiparallel schalte heißt das dann nicht, dass mein Rücklicht gar keinen Gleichrichter etc. braucht?
Kann ich das dann einfach in reihe in meine Wechselstromleitung reinhängen?
Daran habe ich noch nie gedacht...
Irgendwie dachte ich immer ich kann das nur parallel machen.

Wenn ich jetzt doch ein Zweites Kabel nach hinten lege würde...
Könnte ich dann ein Standlicht für vorne und hinten mit den Gleichen Caps machen?
Und wie speise ich dann die GoldCaps?
Etwa so wie hier?
(Bild von Fahrradzukunft)

Sowiei ich weiß ist diese Schaltung für 5V am GoldCap ausgelegt, mir wären 5,5V lieber...
Wie müsste ich die 2 Widerstände für meine Schaltung auslegen? Wie passe ich die auf die Spannung meiner LEDs an...
Um ehrlich zu sein verstehe ich nicht genau was die 2 Widerstände so wie sie da geschaltet sind machen...

Grüße Simon

 

[panicmechanic]

Ok wenn ich mein Rücklicht hinten antiparallel schalte heißt das dann nicht, dass mein Rücklicht gar keinen Gleichrichter etc. braucht?

Die Antiparallelschaltung ist ein selbstleuchtender Gleichrichter. Jeweils eine Halbwelle bringt eine Hälfte der LEDs zum Leuchten, während die anderen LEDs sperren.

 

[DerFalke]

Grundlegend:

Dein Widerstand wird nach R = U/I bestimmt.
I ist der Betriebsstrom der Diode, üblicherweise 20mA.
U ist hier die Spannung die NICHT an der Diode abfällt. Dioden haben eine sog. Schleussenspannung, diese liegt weitgehend konstant über der Diode an, egal wie groß die Speisespannung ist. Bei roten LED ca. 1,8V. Datenblatt lesen oder mit beliebigen Vorwiderstand (bsp. 1KOhm) anschliessen und messen.

Das bedeutet die restliche Spannung wird über den Widerstand verheizt. Bei meinen ca. 1,8V und einer Ub von 5V also 3,2V. Guck mal nach ob du nicht je 2 LED in Reihe schalten kannst, statt alle einzeln parallel. So kannst du möglichst wenig Spannungsfall über den Widerstand erzeugen. Dann wäre z.B. 3,6V über den Dioden und nur noch 1,4V über dem Widerstand. Dies verringert die Leistung die über den Widerstand sinnlos verbraten hat und zusätzlich halbiert es den gesamten Strombedarf! Weil 2 LED in Reihe den gleichen Stromfluss haben wie eine - lediglich die Betriebspannung muss hoch genug sein.
Daran siehst du das deine Überlegung mit möglichst geringen Spannungsfall nicht den optimalen Betriebszustand darstellt.

Die Schaltung ist für ein Standlicht und bezweckt folgendes:

1. Begrenzung der Spannung über dem Goldcap durch Parallelschaltung zu EINER LED. Damit kann die Spannung über dem Goldcap nie größer als ULED werden. Der 39 Ohm Widerstände begrenzt nur den möglichen Strom über die untere LED, damit der Goldcap die LED nicht nur kurz und heftig zum Leuchten bringt.

2. Schottky-Diode und 22 Ohm dienen zum Laden des Goldcap.
Beim Stehenbleiben (Standlichtfunktion) entlädt sich durch die in Sperrrichtung eingebaute Schottky der Goldcap nur über die untere LED, diese leuchtet weiter. Aber eben nur die untere, die obere ist hier raus.

Schreib mal bitte wie du das ganze betreiben willst, also Betriebsspannung Dynamo, Daten der LED´s und so etwas.
Da kann man bzgl. Tipps noch konkreter werden.

Evt. schreib ich heute nacht noch was zu Konstantstromquellen, muss jetzt erstmal auf Arbeit.

 

[off-the-wall7]

Also Meine Planung sieht derzeit in etwa so aus...

mir fällt grade auf, dass ich die Kondensatoren C2 und C3 wie in Schaltung 7 vergessen habe aber das Prinzip ist das gleiche...

 

[JuergenH]

deine letzteSchaltung ist gar nicht mal so schlecht. Ich rechne das mal durch.

Jürgen

 

[yellow_ö]

Ich halte die Anzahl der Led für total krank ...

und den Bauaufwand für eine Katastrophe.

Bei den Strömen bringen Dir die XM-L jetzt nicht wirklich soooo viel mehr (in real),
eine Lampe mit einer entsprechend verdrahteten MC-E in einem schön tiefen Reflektor lässt sich einfacher aufbauen

 

[off-the-wall7]

Ich halte die Anzahl der Led für total krank ...

und den Bauaufwand für eine Katastrophe.

Bei den Strömen bringen Dir die XM-L jetzt nicht wirklich soooo viel mehr (in real),
eine Lampe mit einer entsprechend verdrahteten MC-E in einem schön tiefen Reflektor lässt sich einfacher aufbauen

die LEDs hinten werde ich hinten sauber auf einer Platine verlöten (in 2 Reihen). Außen werden LEDs mit einem Großen Abstrahlwinkel sitzen, innen welche mit nem kleineren.
Der Grund warum ich das mache ist das ich gerne so eine Lichtleiste hätte anstatt einem hellen Punkt...
Den Arbeitsaufwand hinten schätze ich als recht klein ein, vorne das Gehäuse wird mir auf jeden Fall mehr Arbeit machen.

 

[JuergenH]

yellow, das ist schon ok. Lass ihn das erst einmal ausprobieren.

off-the-wall, das Prinzip der Schaltung mit den zwei Widerständen ist, dass man den Goldkap möglichst auf seine maximale Spannung auflädt, aber dabei eine LED-Spannung speisen sollte, die deutlich unter den 5,5V liegt, die der Goldkap anfänglich hat. Die Widerstände dienen einerseits als Spannungsteiler, damit eben nicht mehr als 5,5V am Goldkap ankommen. Andererseits begrenzen sie den Strom für den Goldkap.

Weil die Spannungen der LEDs in Reihe leider etwas zu nahe an den 5,5V liegen, schlage ich dir eine Schaltung mit zwei Goldkaps vor. Einen fürs Frontlicht, einen fürs Rücklicht. Details anbei.

Dass der Goldkap fürs Rücklicht nur auf 4V aufgeladen wird, ist deswegen nicht so schlimm, weil die roten LEDs eine geringere Spannung haben.

Schau dir die Schaltung an. Wenn du Fragen hast, morgen bin ich wieder da.

Jürgen

 

[off-the-wall7]

Ok ich hab mich mal ein Bisschen am rechnen versucht und bei mir kahm raus, das der Rechte GoldCap nur (3,2V-1,8V=) 1,4V abbekommt, kann das sein?
Was mich außerdem an diesen Schaltungen wundert, geht nicht ein Teil des Stroms einfach an den LEDs vorbei? (über die Widerstände) Wenn ja, kann man das irgendwie minimieren?
In deinem Schaltplan sind jetzt keine Schottky drinnen muss man die 0,5V die an denen Abfallen bei der Wahl der Widerstände berücksichtigen?

 

[DerFalke]

@JuergenH

Nicht die Widerstände dienen hier als Spannungsteiler. Diese begrenzen lediglich die fliessenden Ströme. Der Spannungsteiler wird durch die Schleussenspannung der LED bestimmt.
Edit: Du hast recht. Ist ja die Rede von der Spannung am Goldcap. Hab auch jetzt erst deinen Entwurf gesehen. Nichts für ungut.
Edit: Absatz ohne weitere Relevanz entfernt.


@ off-the-wall7

Sieht erstmal brauchbar aus mit Verbesserungspotentail im Detail. Erstes wichtigstes Detail: Du brauchst zw. C1 und LED 1 noch einen Vorwiderstand der den Strom begrenzt. Vor der Berechnung hätte ich aber noch eine Frage: 30V Generatorspannung!? Ganz sicher?

Denn wenn das korrekt ist, wäre das Schaltungstechnisch, gelinde gesagt, geil. Dabei wäre zu klären wie stark diese Spannung unter Last und minimaler Drehzahl schwankt, also wo die untere sinvoll nutzbare Grenze ist.
Auch wenn diese Frage dich jetzt verwirrt: Sind die 30V der Effektivwert der Generatorspannung?

Zweites wichtiges Detail: Dein C1 muss bei Umax = 30V eine Spannung von 30V * 1,3 >= 39V aushalten. Da reicht ein 16V Kondensator nicht.

Drittes wichtiges Detail: Kondensatoren addieren sich sich in ihrer Kapazität wenn sie parallel geschaltet werden und verringern nach 1/Cgesamt = 1/C1 + 1/C2 +1/C3 + . . . 1/Cn die Gesamtkapazität wenn sie in Reihe geschaltet werden. Daher heben sich dort die Hälfte deiner Goldcaps gegenseitig auf. Für maximale Kapazität alle parallel schalten!

Viertes wichtiges Detail: eine Cree XML mit 700mA und eine Superflux mit 30mA kannst du nicht einfach so in Reihe schalten.
Bei Reihenschaltung sind die Ströme gleich, d.h. deine Superflux würde bei Anpassung des Stromes auf 700mA sofort überlastet.
Aber da findet sich schon eine Lösung.
Edit: Sehe grade den Entwurf von JuergenH und verstehe. Du hast vor, alle 24 Stück dort wo du LED4 gezeichnet hast, parallel zu schalten. Das geht natürlich und ist sehr sinnvoll.

 

[off-the-wall7]

@DerFalke, danke für all die Tips
Also Nein 30V kann der Dynamo nicht aufrecht erhalten aber die können anliegen wenn er keine Last hat... (hab ich zumindest mal gemessen)
Aber bei meinem anderen licht fallen ca 14-16 Volt ab und da fließen ca. 500-700mA (ist alles etwas schwer zu messen weil sich das Rad ja drehen muss)

Der C1 ist eigentlich nur dafür da die Welligkeit des Gleichstroms zu reduzieren. Ist da ein Widerstand dann noch sinnvoll oder eher kontraproduktiv? Ich gehe nicht davon aus, dass an dem C1 mehr anliegt da die LEDs immer verbunden sein werden...

Oh ich hatte gehofft/gedacht, dass die Kapazitäten gleich bleiben und die Spannungen sich einfach addieren :-/
Ok das heißt ich bäuchte 4 Stück um auf 11V und 1F zu kommen wohingegen ich mit 4 Stück auf 5,5V und 4 F kommen würde...
Habs mal nachgerechnet so oder so bleibt die gespeicherte Energie die gleiche... (man bekommt ja nichts geschenkt ;D )
Also bleibt nur die Frage: Wo nutze ich die GoldCaps besser aus (näher an den 5,5V bzw. 11V)?

Ich will nicht zu sehr abdriften aber, was mich gewundert hat: kann man nicht einen Transistor nutzen der Abfühlt ob der Dynamo läuft, und wenn dieser aus ist macht er auf und lässt den gespeicherten Strom des Goldcaps über die LED abfließen.
Den Vorteil sehe ich darin das im Betriebszustand kein Strom an LED 1 und 2 über die Widerstände vorbeifließt.
Wenn man geschickt ist wählt man den Transistor gleich so, dass man keinen zusätzlichen Widerstand braucht oder man macht gleich ne KSQ (wobei die natürlich effizienter sein muss als ein Widerstand das wäre)

Meine Maxime ist: Möglichst viel aus meiner Muskelarbeit raus holen, und wenn ich stehe ein helles, lang anhaltendes Standlicht zu haben.

@JürgenH wenn ich das Standlicht aufteile, würde ich für hinten lieber einen 22F 2,3V GoldCap nutzen der kann 7 mal soviel Energie speichern wie ein 1F bei 4V

 

[DerFalke]

Ist schon okay wenn der so "stark" einbricht. Damit war zu rechnen, aber es reicht ja unter Last noch vollkommen für deine Schaltung aus.

Theoretisch ist deine Schaltung eine Leistungsanpassung auf den Dynamo. Wenn deine Schaltung mehr Strom zieht steigt der Innerwiderstand des Dynamos. Damit begrenzt sich theoretisch der Strom über deine Schaltung weil mehr Spannung über dem Dynamo abfällt. Praktisch sollte ein relativ niederohmiger Widerstand den Strom zusätzlich begrenzen, denn wenn dein Generator nicht ziemlich genau deinen Strom bei der Nennspannung der Schaltung liefert. Oder eine KSQ. Aber mit den 14V-16V kann man da ja rechnen.

Oh, du wolltest mehr Spannung. Wenn ich jetzt drüber nachdenke ist das sogar von Vorteil, weil die Spannung der Goldcaps ja beim entladen fällt. Je näher die Spannung der Goldcaps an der Schleussenspannung der LED liegt umso kürzer leuchten diese. Überschlagsweise dürften die LED trotz halber Kapazität länger leuchten.

Eine KSQ ist immer effektiver als ein Widerstand.

JuergenH seine Schaltung ist m.M. sehr schön gelöst. Hab ich nur zu spät gesehen.

Edit: Ach ja, sind die 14V-16V im Wechselspannungsbereich des Messgerätes am Dynamo gemessen worden?

 

[JuergenH]

Falke, du machst ja unserem Schnellsprech Oettinger Konkurrenz. Erst in Ruhe alles anschauen, dann ...

Also: der Nabendynamo ist so konstruiert, dass er wie eine Stromquelle wirkt. Das heißt, proportional zur Geschwindigkeit wird eine Leerlaufspannung von fast 2V/km/h erzeugt.

Schließt man eine Reihe von LEDs an, bricht die Spannung natürlich sofort ein und wird auf die Durchlassspannung de LEDs begrenzt. Das ergibt eine fast rechteckförmige Spannung.

Daher ist ein Elko nach dem Gleichrichter fast wirkungslos. Ich hatte bei Messungen mit und ohne Elko den Eindruck, dass mit Elko eher weniger Strom floss.

Wegen der Stromquelleneigenschaften brauchst du keinen Vorwiderstand.

Die Widerstandsteiler: klar fließt da Strom an der LED vorbei. Aber sie kommt ja der unteren LED zu Gute. Je mehr Querstrom fließt, umso heller ist das Standlicht.

10F brauchst du nicht. Probiere meine Schaltung aus, und du wirst dich wundern, wie lange die LEDs leuchten. Das in Reihe-Schalten von Goldkaps würde ich nicht machen. Das kann nur schiefgehen. Sobald einer der Goldkaps eine zu hohe Spannung bekommt, ist er hinüber.

Jürgen

 

[off-the-wall7]

@DerFalke Die 14-16V habe ich an meinen LEDs gemessen also im Gleichstrombereich von meiner Schaltung Außerdem kann man sie errechnen 4 Cree XP-G minimal 12V (bis 12,8V@700mA) + 1,8V-2V an meinen jetzigen SuperFlux macht 14V die 30V sind glaub ich im Wechselstromteil meiner Schaltung gemessen und nicht ganz repräsentativ da ein Dynamo keinen hübschen Sinus Strom ausgibt sondern ne recht verrückte kurve für die mein Multimeter nicht ausgelegt ist...

@JürgenH
Gut da hast du recht... (mit dem "vorbeifließen")
Aber da bleibt noch die Sache, dass wenn ich ausrechne welche Spannung am Vorderlicht GoldCap herrscht ich auf einen recht kleinen Spannungsunterschied von 1,4 Volt komme, habe ich mich da verrechnet?
Ich werd die Schlatung mal ohne den GlättungsKondensator bauen, wenns mir zu sehr flackert kommt der doch rein.
Und zu guter letzt du hast deinen Plan ganz ohne schottky dioden gezeichnet, funktioniert das so? Wäre natürlich prima...

 

[JuergenH]

@JürgenH
Gut da hast du recht... (mit dem "vorbeifließen")
Aber da bleibt noch die Sache, dass wenn ich ausrechne welche Spannung am Vorderlicht GoldCap herrscht ich auf einen recht kleinen Spannungsunterschied von 1,4 Volt komme, habe ich mich da verrechnet?
Ich werd die Schlatung mal ohne den GlättungsKondensator bauen, wenns mir zu sehr flackert kommt der doch rein.
Und zu guter letzt du hast deinen Plan ganz ohne schottky dioden gezeichnet, funktioniert das so? Wäre natürlich prima...

In der Schaltung gibt es einen 33 Ohm-Widerstand, der direkt zum Goldkap führt. Von diesem Punkt gehts zur dritten LED. Zwei Crees in Reihe sind 5,8V. Jetzt rechnest du die Knotenspannung aus (Pluspol des Goldkaps):

U (knoten) = 8,7V * 27/(27+33) = 2,6V. Weil der Minuspol des Goldkaps nochmals 2,9V tiefer liegt, sind das:

U (Goldkap) = 2,6V + 2,9V = 5,5 V.

Die Widerstände lassen einen Querstrom von 100mA fließen. Das ergibt eine Leuchtdauer von:

t = (C * dU) / I = (1F* (5,5V-2,9V)) / I = 26 Sekunden. Weil aber die Spannung sinkt und damit auch der Strom, ist die wirkliche Zeit deutlich länger.

Wenn du magst, verdoppelst du die Widerstandswerte, und es fließt nur der halbe Strom, bei doppelter Leuchtdauer.

Ich würde natürlich einen MosfetGleichrichter nehmen. Aber bei weißen LEDs drei plus einer roten LED merkt man den positiven Effekt kaum noch. Ob Si- oder Schottky macht auch kaum Unterschied.

Jürgen