Heute kam mein Paket…

…mit einem 10W Power-LED-Modul an. Dieses Paket hatte ich testweise einfach wieder über einen ebay-Shop, dieses Mal über li198598 bestellt.

(10W High Power Bright LED 1100LM Bulb Cool White 10000K Lamp Light, € 1,26 inklusive Versand).

Da mir der Preis für eine weiße 10W Power-LED angemessen erschien, hatte ich gleich 3 Stück davon geordert. Nach erster optischer Inspektion, machen alle qualitativ einen sehr guten Eindruck. Die Kennzeichnung der Anode und Kathode erfolgt hier durch eine +/- Gravur auf dem Kühlträger. Über die beiden 3mm Bohrungen kann das LED-Modul mittels 2mm bis 2,5mm Schrauben bequem mit einem größeren Kühlblech verbunden werden. Etwas Wärmeleitpaste dazu dünn auf dem Metallboden verstrichen kann sicher nicht schaden. Bei 10W fließen bereits rund 1A durch das Diodenarray. Ohne eine adäquate Kühlung raucht das Teil bei Dauerbetrieb vermutlich innerhalb von Sekunden ab. Deshalb habe ich eines meiner Module mittels Sekundenkleber auf ein 2mm starkes 100*100mm großes Alublech geklebt. Inwieweit die angegebene Farbtemperatur von 10000K der Realität entspricht, kann ich derzeit zumindest noch nicht messen und nachvollziehen.

Sicherheitshinweis: Unbedingt vermeiden direkt oder indirekt in die LED zu schauen!

Die technischen Daten des LED-Moduls in Kurzform

•  Vcc:                          Typ. 9V – max. 12V
• I max:                         900mA – 1050mA
• Betriebstemperatur:  0°C – + 70°C
• LED-Farbe:                Weiß 10.000K – 15.000K
• Helligkeit:                   950lm – 1100lm
• Abmessungen
• Kühlblech:                 20mm * 22mm
• Anschlussfahnen:     29mm

Die Schaltung und der Aufbau

Um kein unnötiges Risiko einzugehen, das Power-LED-Modul gleich mit den ersten Versuchen abrauchen zu lassen, habe ich eine Konstantstromquelle aufgebaut. Eine sehr simple, preiswerte und doch relativ genaue Konstantstromquelle kann mittels des 3-poligen einstellbaren Spannungsreglers LM317 aufgebaut werden. Dieser hat eine interne 1,25V Bandgap-Referenzspannungsquelle zwischen dem Ausgang und dem Anschluss für die Spannungsabstimmung ADJ (Adjust), bzw. in nebenstehender Schaltung über R1. Wegen dieser konstanten Spannung über R1 fließt durch ihn auch ein konstanter Strom I1. Um es einfach zu gestalten, nehmen wir für R1 einen 1Ohm Widerstand. Bei einem konstanten Spannungsabfall von 1,25V können  maximal 1,25A fließen. I=U/R = 1,25V/1R = 1,25A. Das ist aber doch etwas zu viel des Guten für unser LED-Modul. Nehmen wir daher einen 1,5R Widerstand fließen gemäß Ohmschen Gesetz I=U/R = 1,25V/1,5R = 0,8A. Das sollte für den Anfang erst einmal reichen. Bei rund 0,8A und 1,25V Spannungsabfall sollte der Widerstand mindestens 1,5W entsprechen. Im Bereich zwischen 0,8Ohm bis 120Ohm für R1 erreichen wir hier übrigens recht gute Regelungseigenschaften.

Die Betriebsspannung kann so in weiten Grenzen zwischen etwa 12V und knapp 30V betragen, ohne das ein Bauteil Schaden nimmt. Auf ausreichende Kühlung ist jedoch sowohl für die LED als auch den Regler zu achten.

Was nun aber mit so einem leistungsfähigen LED-Modul halbwegs sinnvolles anstellen? Also nehmen wir uns jetzt einen Arduino und bauen uns ein Stroboskop.

Wir bauen uns ein Stroboskop

Stückliste

• Arduino
• N-Kanal MOSFET ähnlich IRF1404
• 1k Widerstand
• 1,5R Widerstand
• 10k Trimmpoti 2 Stück
• Div. Verbindungsleitungen

 

Sofern wir die Versorgungsspannung für das LED-Modul direkt aus einem stabilisierten 12V Steckernetzteil beziehen, können wir vorerst auf weitere Vorsichtsmaßnahmen zur Strombegrenzung weitgehend verzichten und das LED-Modul über einen 1,5Ohm Vorwiderstand direkt an diesen 12V betreiben. Wir müssen nur auf entsprechende Kühlung achten und die Spannung keinesfalls über 12V ansteigen lassen. Der N-Kanal Power MOSFET dient hierbei nur als simpler elektronischer Schalter im Fußpunkt. Über das Gate wird bei positiver Spannung die Drain-Sourcestrecke niederohmig geschaltet. Die 5V aus dem Arduino Pin 12 über einen 1k Vorwiderstand an das Gate reichen dazu aus. Bei deutlich höheren Strömen empfehle ich allerdings einen entsprechenden Logiklevel MOSFET, weil diese bereits bei 5V Gate Sourcespannung vollständig durchschalten. Standard MOSFET wie hier auch der IRF1404 brauchen dazu etwa 10V. Da wir hier aber nur einen Bruchteil des Stromes benötigen und der RDSon Widerstand zwischen Drain und Source extrem klein ist, spielt das für diesen Versuch nur eine untergeordnete Rolle. Über die beiden an A0 und A1 angeschlossenen Potis kann die Frequenz und die Pulsdauer in weiten Grenzen eingestellt werden.

Beispielcode für die Arduino IDE1.xx

/*****************************************************************************************/
/* Simple Stroboscope with 10W Power-LED-Module white via N-Channel MOSFET
*
* Origin Author:        Olaf Meier
*
* Hardware connection:  Pin 12 to LED via MOSFET
*                                      2 poti 10 k to A0 and A1
*
* ToDo:
*
*/
/*****************************************************************************************/
/***  Declaration of global constants and initialization of variables. Add includes.  ***/
/*****************************************************************************************/
/***  Software release and date  ***/
const char* sketchname            =  „Stroboscope“;
const char* revision                   =  „R.1.0“;
const char* author                     =  „Olaf Meier“;
const char* date                        =  „2014/03/09“;

/*****************************************************************************************/
/***  Declare constants and variables for the stroboscope  ***/
#define LEDPIN            12                      // Connect LED via N-Channel MOSFET here
#define PULSEPOTI    A0                      // Connect 10k pot here for brightness
#define DELAYPOTI     A1                      // Connect 10k pot here for frequency

unsigned int pulse     =  0;
unsigned long cycle  =  10;                     // 1s = 1.000.000 microseconds = 1.000ms

/*****************************************************************************************/
/*****************************************************************************************/
void setup() {

pinMode(LEDPIN, OUTPUT);
pinMode(PULSEPOTI, INPUT);
pinMode(DELAYPOTI, INPUT);

}                                                  // End of void setup()
/*****************************************************************************************/
/*****************************************************************************************/
void loop() {

pulse = map(analogRead(PULSEPOTI), 5, 1000, 10, 1);// Create a pulse 1ms and 10ms
/***  Create a cycle length between 10ms and 100ms, according 10Hz to 100Hz  ***/
cycle = map(analogRead(DELAYPOTI), 5, 1000, 10, 100);
digitalWrite(LEDPIN, HIGH);
delay(pulse);
digitalWrite(LEDPIN, LOW);
delay(cycle-pulse);

}                                                  // End of void loop()
/*****************************************************************************************/

Der Beispielsketch

Obiger Beispielsketch ist bewusst sehr simpel gehalten und sollte durch die Kommentare weitgehend selbsterklärend sein. Die Einstellung von Frequenz und Pulsdauer erfolgt über die beiden Potis, deren Analogwerte des 10-bit AD-Wandlers zwischen 0 und 1023 über die Funktion map() entsprechend konditioniert werden. Die Werte für die Pulsdauer, also die Einschaltdauer der LED habe ich hier zwischen 1ms und 10ms festgelegt, kann aber auch vergrößert werden. Es empfiehlt sich diesen Werte nicht größer werden zu lassen als die kleinste Zykluszeit, hier zwischen 10ms und 100ms. Für Partyeffekte kann

cycle = map(analogRead(DELAYPOTI), 5, 1000, 10, 500);

der obere Wert der Zykluszeit auch gut auf 500ms erhöht werden.

Für einige technische Anwendungen, beispielsweise der Messung von Rotationsgeschwindigkeiten von Modellbaumotoren, werden allerdings deutlich kürzere Zykluszeiten im Bereich von Microsekunden anstatt Millisekunden benötigt. Hierbei habe ich festgestellt, dass die internen Ausführungszeiten des Arduino Controllers bereits einen erheblichen Einfluss haben. Eine jetzt erkannte Quelle die zu Ungenauigkeiten führt, ist die Funktion analogRead(). Das werde ich zu einem späteren Zeitpunkt aber noch genauer untersuchen.

Hier meine Zusammenfassung

•  Bauteil:             10W High Power Bright LED 1100LM Bulb Cool White 10000K
• Artikelnummer: ohne
• Lieferant:          eBay
• Verkäufer:         li198598
• Preis:                1,26 €
• Lieferzeit:          etwa 3-4 Wochen
• Versandkosten: inklusive
• Sonstiges:         keine Beanstandungen
• Bewertung:        bin sehr zufrieden

Agenda zur Bewertung
*=Ganz Mies            **=Mies        ***=Akzeptabel      ****=Gut      *****=Sehr gut
Verkäufer:                         *****
Produkt:                            *****

Olaf Meier

Arduino Hannover       http://Arduino-Hannover.de

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