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LED-Taschenlampe [140066-I]

Status: Finished
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July 27, 2013
1307_LED-Taschenlampe_Foto_1.jpg

Published in Elektor Summer 2014 edition July/August.

LED-Taschenlampen gibt es in verschiedenen Größen und Preislagen zu kaufen, so dass sich die Frage stellt, ob sich ein Selbstbau überhaupt lohnt. Aus der Sicht des Hobbyelektronikers sprechen einige Gründe dafür:

 - Die schaltungstechnische und die konstruktive Ausführung kann den Bedürfnissen  des Nutzers weitgehend angepasst werden.

  - Der konstruktive Aufbau ist relativ einfach: LEDs erzeugen auf Grund des relativ kleinen Abstrahlwinkels ohne zusätzliche optische Mittel einen gebündelten Lichtstrahl, während für Glühlämpchen hierfür immer ein Hohlspiegel erforderlich ist.

 - Nicht zuletzt muß natürlich auch das „Erfolgserlebnis“, das sich nach Abschluss des Projekts einstellt, erwähnt werden.

Ich möchte deshalb hier ein kleines Projekt vorstellen, dass ich bereits vor einigen Jahren realisiert habe. Inzwischen habe ich drei solche Taschenlampen aufgebaut, sie haben sich bisher in der Praxis gut bewährt. Erwähnenswert ist besonders, dass bereits stark entladene Batterien, die in anderen Geräten (z. B. Fotoapparat) nicht mehr arbeiten, hier noch für eine geraume Zeit verwendet werden können und somit sehr gut „ausgenutzt“ werden. Das Projekt bietet zudem einen guten Einstieg in die SMD-Technik.

Für die Ansteuerung einer LED ist - im Gegensatz zur „alten“ Taschenlampe mit Glühlämpchen - etwas Elektronik erforderlich, die wiederum davon abhängt, wie viele LEDs eingesetzt und welche Batteriespannung verwendet werden soll. Meine Vorstellungen hierzu waren: zwei weiße LEDs (in Reihe geschaltet), zwei Mignon-Zellen (wahlweise Primärelement oder Akku) für die Stromversorgung.

Die Betriebsspannung beträgt somit 3,0 V bzw. 2,4 V, die Taschenlampe soll aber auch bei sinkender Klemmenspannung noch mit konstanter Helligkeit arbeiten. Für die Ansteuerung der LEDs ist daher ein Step-up-(Boost-)Regler erforderlich.

Die Halbleiterindustrie stellt hierfür zahlreiche ICs bereit, einige Typen sind speziell für die Ansteuerung von LEDs konzipiert. Ich habe mich für den Typ LT1932 von Linear Technology entschieden. Ausschlaggebend für diese Auswahl war, dass dieser Typ lt. Datenblatt noch bei einer Eingangsspannung von 1 V arbeitet. Außerdem ist er für den Hobbyelektroniker leicht beschaffbar (z. B. bei Reichelt-Elektronik).

Das Datenblatt des LT1932 enthält eine Reihe von Applikationsschaltungen. Die dort vorgestellte Schaltung für zwei LEDs bei einer Betriebspannung von 1,8 ... 3,0 V wurde mit geringen Änderungen für dieses Projekt übernommen. Das von mir aufgebaute Mustergerät arbeitet bis zu einer Spannung von 1,2 V mit konstanter Helligkeit der LEDs. Die Batterien können somit weit entladen werden. Bei weiter sinkender Spannung geht der Strom durch die LEDs und damit deren Helligkeit rapide zurück.

Für die minimale und maximale Betriebsspannung wurde der Wirkungsgrad am Mustergerät ermittelt:

Ue          Ie                Pe          ULED    ILED          PLED          Wirkungsgrad
1,2 V    165 mA    198 mW    6,4 V    18,0 mA    115,2 mW    58,2 %
3,0 V      70 mA    210 mW    6,5 V    19,0 mA    123,5 mW    58,8 %

Der Aufbau der Schaltung erfolgt komplett in SMD-Technik. Die Leiterplatte ist einlagig ausgeführt, die Abmessungen betragen 40 mm x 20 mm.

Die Leiterplatte wird zusammen mit einem Batteriehalter für zwei Mignon-Zellen, einem Schiebeschalter und zwei LEDs in ein passendes Gehäuse (Reichelt-Elektronik Best.-Nr. SP 2099 GR) eingebaut. Auf Grund der einseitigen SMD-Bestückung ist die Montage der Leiterplatte ganz einfach: Sie wird mit doppelseitiger Klebefolie am Gehäuseboden befestigt. Die LEDs werden durch genau passende Bohrungen in der Gehäusewand gesteckt, eine zusätzliche Befestigung ist nicht unbedingt erforderlich. Eine Fixierung mit geeignetem Kleber erhöht jedoch die Stabilität.

Das Leiterplattenlayout kann als PDF-Datei im Maßstab 1:1 heruntergeladen und als Belichtungsvorlage verwendet werden (1307_LED-Taschenlampe_Layout.pdf).

 

Nachtrag vom 04.03.2014

Die in der Tabelle oben angegebenen Werte zum Wirkunsgrad sind so noch etwas unbefriedigend. Im Datenblatt des LT1932 ist für diese Schaltung ein Wirkungsgrad von ca. 75 % angegeben. Im Mustergerät wurde allerdings eine andere Induktivität als im Datenblatt angegeben verwendet (10 µH anstatt 4,7 µH), weil diese zum Zeitpunkt des Musterbaus gerade vorhanden war. Inzwischen habe ich eine Induktivität von 4,7 µH (gleiche Baureihe) beschafft und getestet. Hier ist das Ergebnis:

Wirkungsgrad mit L1 = 4,7 µH

Ue           Ie                Pe         ULED    ILED          PLED          Wirkungsgrad
1,2 V    150 mA    180 mW    6,4 V    19,5 mA    124,8 mW    69,3 %
3,0 V      55 mA    165 mW    6,5 V    20,0 mA    130,0 mW    78,8 %

Der Stromlaufplan Rev. 02 enthält die entsprechende Änderung.

 


 

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Bestückte Leiterplatte
Gehäuse, geöffnet
Gehäuse, geöffnet, Teilansicht
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