KSQ für 3x Nichia219 aus einer 18650?

[Dunuin]

Moin,

Ich suche jetzt schon seit Wochen nach einem passendem LED-Treiber, aber ich finde da einfach nichts.
Ziel ist es möglichst viel Licht aus drei Nichia219er herauszuholen, dimmbar, aus nur einer 18650er und das ganze nicht breiter wie 20mm.

Ich habe bisher:
- Tripple XP-G Kupfer-PCB ohne Sperrschicht mit 20mm Durchmesser (LEDs in Serie oder parallel anschließbar und die Nichia ist ja zur XP-G baugleich)
- Nichia NVSL219B R85 D220 Bin (4500k, CRI 92, Vf 3,09V bei 700mA und dabei 230 Lumen, max bei ca Vf 3,4V, 1500mA und 420 Lumen)
- Tripple-Linse passend zum oberen PCB mit 20mm Durchmesser in klar und frosted

Das ganze soll wie gesagt aus einer einzigen geschützen 18650er betrieben werden. Die Platine mit dem Mikrocontroller zur Helligkeitsregelung (Tastenabfrage, UI, Temperaturregelung, Spannungssprüfung etc) wollte ich mir selber ätzen und programmieren. NTCs, Atmel-uC etc sind auch schon alles da. Der Treiber muss also dimmbar sein.

Erst dachte ich an AMC7135er, wo ich auch noch welche herumliegen habe, aber die haben ja einen Spannungsabfall von 0,2V. Die Akkuspannung darf also unter Last nicht unter 3,6V fallen, was aber schnell erreicht ist. Ein reiner Buck-Treiber ist da also nicht das ideale, da die Nichias schon eine recht hohe Vf haben und ich gerne jederzeit kurzzeitig viel Licht können machen will, auch wenn sich der Akkus schon dem Ende neigt.
Ein reiner Boosttreiber wäre in Ordnung, aber da kann ich einfach nichts finden. Weder fertige Treiber, noch LED-Treiber-ICs. Da müssten ja aus 3-4,2V gute 700-1500mA bei 10,2V gemacht werden, wenn ich die LEDs in Serie anschließe. Auch sind Boosttreiber ja nicht gerade die effizientesten.
Am liebsten wäre mir noch ein Buck-Boost-Treiber und da dann die drei Nichias parallel ran. Die sind aber entweder alle nicht dimmbar oder schaffen die Last nur in der Buck- aber nicht in der Boost-Funktion.

Der Led Senser V2 / R.2 hätte mir da schon gefallen und da hätte ich die 3 Nichias mit 700mA oder knapp drunter noch betreiben können, aber der ist wieder 24mm breit und damit 4mm breiter wie die Optiken.

Mit je 1A würde ich die LEDs schon ganz gerne betreiben, auch wenn es dann nicht heller wie 2 LEDs am maximum wäre. Vom Licht her sollte das auch reichen und dann sind die wenigstens effizienter, besonders wenn man noch eine gute Schalt-KSQ hätte.

Was mache ich da also jetzt? Hat jemand eine Idee?

[BMK]

- Von 1,5A ist dringend abzuraten. Es sei denn, du hältst die Die-Temperatur dauerhaft <= 25°C (Stickstoffkühlung).

- Die Diferenz von 700mA zu 1000mA wird überdimensional in Wärme umgewandelt; weniger viel in zusätzliche Helligkeit.
Dafür steigt der Kühlbedarf ordentlich an. Größerer Kühlkörper, mehr Gewicht.

- Bei 700mA ist die zu erwartende Vf typische 3,09V. Das stimmt 'in echt' meistens recht gut.

- Bei 18650er Zellen geht die Entladekurve unter 3,3V rapide nach unten; also nur noch ein paar % Restkakazität vorhanden.
Gilt natürlich bei moderaten Entladeströmen, etwa 0,7A. Weiteres Entladen macht wenig Sinn.

So, jetzt haben wir den Boden für eine Low-Drop KSQ vorbereitet; da passt 0,2V Drop gut
Oder die Ultra-Low-Drop KSQ hier aus dem Forum.
Mal sehen, ob dir der Kompromiss schmeckt...

[Dunuin]

- Von 1,5A ist dringend abzuraten. Es sei denn, du hältst die Die-Temperatur dauerhaft <= 25°C (Stickstoffkühlung).

1,5A müssten die eigentlich schaffen. Die 219B ist ja die überarbeitete Version der 219A und davon stecken 6 Stück in meiner MX25L3C die 2500 LED-Lumen bzw. 1500 ANSI-Lumen bringt. Dazu müssten die Nichias eigentlich auf annähernd 1,5A laufen. Und das Ding hätte im gegensatz zu mir nicht mal eine Temperaturregelung.

- Die Diferenz von 700mA zu 1000mA wird überdimensional in Wärme umgewandelt; weniger viel in zusätzliche Helligkeit.
Dafür steigt der Kühlbedarf ordentlich an. Größerer Kühlkörper, mehr Gewicht.

Bei der Nichia ist das ja noch recht human die Effizienzkurve bis 1,5A (ca 180% Lumen bei 200% Stromverbrauch im Vergleich zu 700mA). Da habe ich schon ganz anderes gesehen, wo das wirklich ineffizient wird. Z.B. bei 6-7A bestromten XM-Ls oder 3-4A bestromten XP-Gs, die ja weit außerhalb ihrer Parameter betrieben werden. Die Effizienz wäre da aber auch nicht so wichtig. Gerade bei AMCs kann ich ja verschieden viele zur LED hinzuschalten und so den LED-Stromfluss in 350mA-Schritten erhöhen. Da kann die LED dann in den niedrigen Modi mit effizienten 350mA betrieben werden und wenn man mal kurz viel Licht braucht, dann lässt man halt mit 1A oder 1,4A die LED "boosten". So könnte man es dann wenigstens mal kurzzeitig richtig hell machen, ohne zu viel an Laufzeit zu verlieren.

Bei 18650er Zellen geht die Entladekurve unter 3,3V rapide nach unten; also nur noch ein paar % Restkakazität vorhanden.
Gilt natürlich bei moderaten Entladeströmen, etwa 0,7A. Weiteres Entladen macht wenig Sinn.

So, jetzt haben wir den Boden für eine Low-Drop KSQ vorbereitet; da passt 0,2V Drop gut
Oder die Ultra-Low-Drop KSQ hier aus dem Forum.

Ja, bei 700mA würde das wohl wirklich noch gehen, wenigstens wenn man die Samsung oder Sanyozellen nutzt, welche eine recht hohe Spannungslage haben. Bei der NCR18650B wäre das wohl schon etwas kritischer.

[Achim H]

- Von 1,5A ist dringend abzuraten. Es sei denn, du hältst die Die-Temperatur dauerhaft <= 25°C (Stickstoffkühlung).

1,5A müssten die eigentlich schaffen.

Das schafft sie auch, allerdings nur wenn diese auch ausreichend gekühlt wird.

Schau Dir mal das Datenblatt auf Seite 11 an (Ambient Temperature vs. Allowable Forward Current).

Die Led darf mit 1,5A betrieben werden, wenn sie nicht heißer als 74°C wird und der Wärmewiderstand JA (Junction to Ambient) max. 15°C/W beträgt.

Der innere Wärmewiderstand JS (Junction to Measure Point, siehe Seite 2 im PDF) beträgt schon typ. 6°C/W bis max. 11°C/W. Wie hoch der Wärmewiderstand tatsächlich ist, ist nicht bekannt.
Folglich müsste man vom Maximalwert ausgehen.

Der Kühlkörper darf nur noch die Differenz zwischen diesen beiden Werten haben:
15°C/W - 11°C/W = 4°C/W --> gleichbedeutend mit 4K/W

Damit Du mal einen Vorgeschmack bekommst, wie groß ein Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 4K/W ist:
geschwungener Kühlkörper Ø 70mm

Für 3 Leds muss der Wärmewiderstand des Kühlkörper deutlich besser sein.
4K/W / 3 Leds = 1,33K/W

[Dunuin]

Mit was für einem Wärmewiderstand muss ich denn da rechnen? Die LED wird ja mit ihrem mittleren wärmeabführenden PAD direkt auf die Kupfer-Platine gelötet. Die Kupferplatine an sich wird dann mit minimal Wärmeleitpaste auf das bankpolierte Taschenlampengehäuse geschraubt. Da müsste die Wärmeabfuhr von LED zur Platine doch super sein und die Platine hat 2cm Durchmesser, also auch eine große Auflagefläche um die Wärme dann an das Alu-Lampengehäuse abzugeben. Das Gehäuse an sich hat dann wenig Wärmeabgabe (gibt die Wärme eher durch die Blutzirkulation an die Hand ab) aber braucht ja auch etwas Zeit um die Masse des Gehäuses erst einmal aufzuheizen. Wie gesagt, ich will hohe Lichtleistung nur stoßartig, um mal 10 Sekunden oder so weit in die Ferne leuchten zu können. 99% der Zeit laufen eh nur 350mA durch die LED und das dann noch meist per PWM gedimmt.
Dimmen wollte ich die Stromstärke dann selbst und das abhängig von der Temperatur. Dazu wollte ich einen NTC möglichst dich neben einer der LEDs auf die Kupferplatine kleben, damit der Treiber runterdimmt, sobald 60 Grad oder so überschritten werden.

[Borax]

Die LED wird ja mit ihrem mittleren wärmeabführenden PAD direkt auf die Kupfer-Platine gelötet.

Was für eine Kupfer-Platine?

[Dunuin]

Die hier.

Vergoldet, 20mm Durchmesser, 1.75mm Stärke und nur die beiden äußeren Pads für Anode und Kathode sind tatsächlich Leiterbahnen. Das mittlere Pad für die Wärmeabfuhr hat keine Leiterbahn dadrunter und die LED wird da halt wirklich direkt auf das 1,75mm Starke Kupferblech gelötet.

[Borax]

Das sieht allerdings SUPER aus. Leider auch schweineteuer

Die Platine mit dem Mikrocontroller zur Helligkeitsregelung (Tastenabfrage, UI, Temperaturregelung, Spannungssprüfung etc) wollte ich mir selber ätzen und programmieren. NTCs, Atmel-uC etc sind auch schon alles da.

Und das willst Du alles auf einer eigenen Platine unterbringen die kleiner als 20mm ist???
Buck-Boost-Treiber in der Größe (und mit dieser Leistung) halte ich für nahezu aussichtslos (oder nur mit miserabler Effizienz machbar). Der LT3478: http://www.linear.com/product/LT3478 kann immerhin gute 4A schalten und arbeitet angeblich bis runter auf 2.8V. Das würde theoretisch für knapp 1A bei 3 LEDs in Serie reichen. Du kannst ja mal versuchen das mit LTSpice zu simulieren.
BTW: Man kann auch mit einem AVR Chip einen Boost Treiber machen... Ist hier beschrieben: http://thhe01.th.ohost.de/lader/lader.htm