LED Treiber für Taschenlampe
Bei einer LED Taschenlampe fielen nach und nach die LEDs aus. Da mir das recht robuste Gehäuse zu schade zum Wegwerfen war also mal aufgemacht, ob man das reparieren kann.
Nach kurzer Inspektion war klar, woran der frühzeitige Ausfall lag. Die 12 verbauten 5mm LEDs waren parallel geschaltet und ohne Vorwiderstand direkt an den 3 Micro-Zellen angeschlossen.
Also ehrlich - sowas baut man nicht. Die LEDs werden damit weit außerhalb ihrer Spezifikation betrieben und der Innenwiderstand der (vollen) Zellen ist einfach zu klein, um auch nur annähernd eine Strombegrenzung in der Nähe der üblichen 20mA für diesen LED Typ zu gewährleisten.
Das Lampengehäuse bietet glücklicherweise noch etwas Platz - also mit dem was in der Werkstatt gerade so verfügbar war schnell mal einen LED Treiber zusammengefrickelt. Der passt sogar konventionell bestückt noch in das Gehäuse.
Das Konzept beruht auf einem Flusswandler, der die 4,5V Batteriespannung in die Größenordnung von 33V umsetzt; in der neuen Lampe sind dann alle 12 LEDs in Serie geschaltet.
Die Steuerung übernimmt ein kleiner Microcontroller aus der Microchip PIC Serie, ein 12F675. Dieser steuert den Flusswandler über eine Pulsweiten-Modulation mit ca. 15kHz an, wobei der Strom durch die LEDs auf ca. 20mA geregelt wird.
Dazu vergleicht der im Controller verbaute Komparator die am shunt-Widerstand R2 abfallende Spannung mit einer Controller-internen Referenzspannung und gibt der Software damit eine Rückmeldung, die On-time der PWM entsprechend zu steueren. Die Referenzspannung des Controllers wird leider aus der Versorgungsspannung abgeleitet, so dass die Referenzspannung mit nachlassender Spannung der Batterien ebenfalls geringer wird. Damit sinkt mit zunehmender Erschöpfung der Batterien auch der Strom duch die LEDs. Bei 3V Batteriespannung sind das dann noch ca. 13mA. Der damit verbundene Helligkeitsverlust ist allerdings recht gering, so dass mit Rücksicht auf den Bauteileaufwand keine exerne Referenzspannung zum Einsatz kommt.
Die Beschaltung mit R3, R4, R5 sowie D2 und D3 stellt eine Überspannungs-Sicherung dar. Sollte eine LED ausfallen, steigt durch die Wegfallende Last am Flusswandler die Spannung an C1 sehr schnell an, was einerseits C1 nicht bekommen würde, andererseits den Strom durch L2/T1 schnell ansteigen ließe. Sofern die Spannung an C1 die mit D2 und D3 definierte Spannung von ca. 42V übersteigt, beginnt ein Strom zu fließen, der an D3 eine Spannung von ca. 2,7V anfallen lässt. Der Controller erkennt dies über einen Interrupt on change über Port GP4 und schaltet den Wandler daraufhin aus. Der Controller versucht, nachdem die Überspannung an D3 abgesunken ist, im ca. 1sec Takt den Regler wieder anzufahren. Sofern das nicht gelingt bleibt der Controller in diesem Modus, so dass die Elektronik (hoffentlich) überlebt.
Eine weitere Schutzfunktion besteht für den Fall, dass die Batteriespannung soweit absackt, dass der Controller nicht mehr zuverlässig arbeiten kann. In diesem Fall wird Controller-intern ein brown-out-reset ausgelöst. Der Controller erkennt dies nach dem Reset und versucht dann ebenfalls, den Wandler im 1sec-Takt wieder anzufahren. Dies geschieht bei einer Batteriespannung von ca. 2,5V, also zu einem Zeitpunkt, wo die Batterien ohnehin getauscht werden müssen.
Ansonsten sollte die Schaltung keine Geheimnisse bieten, Details zur Steuerung können dem unten verlinkten Quelltext (in Assembler) entnommen werden.
Für die LEDs kamen 5mm Typen mit 15° Abstrahlwinkel und ca. 23000 mcd zum Einsatz. Das macht ganz ordentliches Licht.
Die Schaltung zieht aus den (vollen) Batterien ca. 200mA, was einen Dauerbetrieb von mindestens 6h bei Standard-Micro-Zellen ermöglichen sollte.
Hier ein paar Bilder der Elektronik - Klick auf die Miniatur öffnet größere Ansicht.
Die Steuerelektronik wird konventionell bestückt.
Es ist nicht mehr viel Platz im Gehäuse, passt aber.Downloads
SchaltplanPlatinenlayout Treiber und Platinenlayout LEDs und Bestückungsplan
Quelltext in Asm und übersetzter Code in Hex
Für die Funktion der Schaltung kann ich trotz sorgfältiger Prüfung keine Gewährleistung übernehmen. Nachbau und Nutzung also auf eigenes Risiko!