Spannungsabhängige Schaltung einer LED

[Lukas_Baum]

Hallo,
im Rahmen eines Studienprojekts habe ich eine Schaltung zu entwerfen, die eine LED ansteuert. Rahmenbedingungen dazu sind:
-Es liegt eine Gleichspannung im Bereich von 0-440V an
-Die LED muss ab einer Spannung von 60V leuchten und bis zu einer anliegenden Gesamtspannung von 440V gleich hell am leuchten bleiben
-Die Schaltung ist rein über Hardware zu realisieren, keine Software
-Es darf keine Hilfsspannung von außerhalb verwendet werden um etwas zu steuern

Der ursprüngliche Versuch war es über parallele Mosfets zu schalten - parallel um die Leistung aufzuteilen, rückblickend keine clevere Idee, da die offensichtlich aufgrund der Kennlinien sich unterschiedlich aufheizen und einer nach dem anderen durchbrennt.
Meine zweite Idee war es nun über Spannungsteiler und einen Komparator das ganze anzusteuern, allerdings funktioniert das bisher auch nicht so wirklich.

Hätte jemand da vielleicht die ein oder andere gute Idee wie sich das realisieren lässt oder gegebenenfalls sogar eine Zeichnung für die Schaltung parat? Genutzt wird eine LED mit 2,4 V Forward Voltage und 50 mA Forward Current.

 

[Pumukel]

Einfach mal über die Grundlagen zur LED nachdenken ist wohl zu viel verlangt ? Deine LED will da 2,4 V bei 50 mA sehen und das erledigt eine Konstantstromquelle! Diese darf aber eben erst ab 60 V aufwärts den Strom für die Led bereitstellen. Den Weg dahin habe ich dir schon mal gezeigt !

 

[EBC41]

Man muss schon einen einzigen genügend spannungsfesten und leistungsfähigen MOS-FET Transistor als Konstantstromquelle beschalten. Dazu in Reihe eine Z-Diode mit etwa 55 Volt Spannung.

Wie war das gleich wieder? Ein selbstleitender MOS-FET, ein Widerstand, berechnet aus Schwellenspannung des Transistors geteilt durch LED-Strom, am Source-Anschluss?

Müsste erst suchen, ob es selbstleitende MOS-FETs für so große Spannungen gibt?

 

[patois]

Vielleicht ist es ja garnicht so kompliziert und man benötigt gar keinen Transistor für hohe Spannungen.
Also nochmals länger über die zu entwerfende Schaltung nachdenken, bis ein Licht aufgeht !

Und zeigt jemand dem Fragesteller seinen Schaltungsvorschlag als Abbildung ? - Warum eigentlich nicht ?

 

[EBC41]

Vielleicht ist es ja garnicht so kompliziert und man benötigt gar keinen Transistor für hohe Spannungen.

Ohne Transistor sehe ich auf die Schnelle keine Lösung. Die angedachte Lösung würde eh nur aus drei Bauteilen bestehen.

 

[EBC41]

Und zeigt jemand dem Fragesteller seinen Schaltungsvorschlag als Abbildung ? - Warum eigentlich nicht ?

So aus dem Stegreif komme ich auf diese Schaltung.
In der Praxis nicht brauchbar, da zu viel Verlustleistung verbraten wird, aber für das theoretische Projekt des TE eher geeignet:>

 

[patois]

Sind eigentlich die Bauteile vorgeschrieben, die man verwenden darf ?
Zum Beispiel wäre interessant, ob man den TIMER 555 einsetzen dürfte ?

 

[eFuchsi]

An eine 55V Zenerdiode hätte ich jetzt nicht gedenkt.

 

[Pumukel]

Der TE hat schon mal eine Anfrage eingestellt und da wurde ihm auch der Weg gezeigt. Allerdings eben für AV. Wie er die Konstantstromquelle aufbaut ist seine Sache, aber an dieser führt kein Weg vorbei. Ein Z diode verhindert das eben die LED unter 60 V nicht leitet und der Vorwiderstand begrenzt den möglichen Strom.
Auch die Belastbarkeit von Z-Dioden lässt sich durch Transistoren erhöhen.

 

[patois]

Es wundert mich nicht, dass der TE das Thema nochmals ins Forum gebracht hat.
Vermutlich war schon die Antwort in der ersten Anfrage für den TE nicht ausführlich genug.
Besonders erschwerend ist in der jetzigen, zweiten Anfrage der Umstand, dass der Spannungsbereich von 0 bis 400 Volt reichen soll.
Dabei kann man nur raten, dass 400 VDC gemeint sind.

 

[Pumukel]

Die LED braucht DC und wo ist das Problem da eben 400 V Versorgung. Die Konstantstromquelle muss 2,5 V bei 50 mA liefern der Rest der Spannung fällt über die Konstantstromquelle ab. Bzw über die vorgeschaltete Schaltung ab.

 

[EBC41]

Zum Beispiel wäre interessant, ob man den TIMER 555 einsetzen dürfte

Für eine Art Schaltnetzteil-Prinzip, zum Takten des Leistungstransistors, um nicht so viel Leistung unnütz zu verbraten. Wäre durchaus sinnvoll.
Das nächste Problem wäre dann die Erzeugung der Betriebsspannung für den NE555. Hilfsspannungen waren in der Aufgabenstellung nicht erlaubt.

 

[Pumukel]

-Es darf keine Hilfsspannung von außerhalb verwendet werden um etwas zu steuern.
Das bedeutet aber nicht das die Hilfsspannung auch aus den 0 bis 440V DC gewonnen wird.
Interessant ist nur das die Led eben von 60 V bis 440V konstant leuchtet!

 

[Www]

Ich würde da einen Schaltregler einbauen, wie z.B. den lnk306 oder einen anderen DC-DC Wandler.

 

[Pumukel]

jo nur wird da ein Spannungsbereich von 85 V bis 256 V AC angegeben mit 60 V DC wird sich da nichts tun.

 

[Www]

jo nur wird da ein Spannungsbereich von 85 V bis 256 V AC angegeben mit 60 V DC wird sich da nichts tun.

Der erwähnte Schaltregler arbeitet mit gleichgerichteter Wechselselspannung, ergo ~420V Gleichspannung. Der ist in sehr vielen Haushaltsgeräten eingebaut, um damit die 5V DC zu produzieren. Gibt ja noch x-weitere Typen des lnk zB 36x-Typen mit einen Weitbereichseingang. LNK364DN Datasheet(5/16 Pages) POWERINT | Energy Effi cient, Low Power Off-Line Switcher IC

 

[Pumukel]

Begreifst du es nicht die Angabe 85V bis 256V bezieht sich auf AC . Der TE hat hier aber DC von 0 bis 440V
Und 256V * Wurzel aus 2 ergibt 362 V und nicht 440V. Somit liegt sowohl die untere als auch die obere Spannungsangabe Außerhalb der Spezifikation. Die obere Grenze ist keine Hürde aber die untere schon.

 

[Pumukel]

eine Lösung wäre ein Längsregler mit Z-Diode und Transistor.
Spannungsstabilisierung mit Z-Diode und Transistor ( Kollektorschaltung)
Transistoren mit Uce = 600V bzw 800V gibt es, zur Not kann da auch eine Darlington Transistorstufe eingesetzt werden anstelle von T1 . Und wenn du dir die Funktion dieses Längsreglers anschaust findest du auch die Lösung warum der unter 60 V keine Ausgangsspannung abgibt. ( mit einem Zusätzlichem Bauteil! )

 

[Pumukel]

Und den Vorwiderstand für die Led bei konstanter Spannung wirst du wohl selbst berechnen können !
Beachte bei 5 V Ausgangsspannung fallen über T1 435V bei rund 60 mA ca 26 W ab ! Dabei ist der Strom durch Re mit 10 mA gewählt als Grundlast! 55V+5V = 60 V und Ua ist dann 5V -Ube = 4,3 V

 

[EBC41]

eine Lösung wäre ein Längsregler mit Z-Diode und Transistor.

Ja, stimme ich zu, aber diese Schaltung verbrät noch mehr Verlustleistung und benötigt mehr Bauteile als der Vorschlag in #6.

Es kommt ja noch die Verlustleistung in Rv dazu. Ok, bei Darlington kann man sie kleiner halten.