Stroboskop-Daten: An-Zeit, maximale rise-Zeit

Overclocker_5a68f8 · 2. März 2009 um 20:09

Hi,

Ich bin gerade dabei mir ein µControllergesteuertes LED-Stroboskop zu bauen (mit Golden Dragons von Osram und Luxeons, also im 2-3 stelligen Wattbereich).

Nun brauche ich aber folgende Angaben:

Wie lang ist ein normales Stroboskop normalerweise an? z.B. 500µs, 2ms oder 15ms? Mit google fand ich leider garnichts, aber vielleicht hat ja jemand ein Strobe mit geeigneter Messausstattung und kann es messen.
Ändert sich die An-Zeit mit ändernder Frequenz? Ich bin mir eig sicher, dass die An-Zeit immer gleich bleibt, aber ich frage lieber noch einmal nach.
Welche „rise“-time ist maximal „erlaubt“? Die rise-time ist die Zeit, die die LEDs brauchen, um von 0% Helligkeit auf 100% zu kommen. Die LEDs an sich sollten kein Problem sein, aber der Spannungsregler is je nach Konfiguration recht langsam. (je nach Einstellung 100µs - 2ms rise-time)

Am Wichtigsten ist mir die erste Angabe, da ich die LEDs mit 170% oder mehr betreiben könnte, wenn sie unter 1ms an sind und danach mindestens 9ms abkühlen dürfen. (Dazu gibts im Datenblatt der GoldenDragons ein tolles Diagramm)
Dadurch hätte ich kostenlos mehr Helligkeit =)

Danke schonmal im Voraus für die Beantwortung der wohl nicht ganz einfachen Fragen

Reinhard_Kern_4bc529 · 3. März 2009 um 00:16

Hallo,

kommt drauf an, was du sehen willst. Übliche Elektromotoren drehen mit 3000 u/min, Automotoren auch, also 50 U/sec. Eine Umdrehung dauert 20 msec, um noch was zu sehen, sollte also die Belichtungszeit sicher kleiner sein als 1 Grad der Umdrehung, also 20 msec/360 = 55 µsec, möglichst sogar viel kleiner, umso schärfer wird das Bild. Eigentlich sollte man die Umlaufgeschwindigkeit heranziehen, also je grösser der Durchmesser, desto kürzer die Belichtungszeit. Man kommt so in Richtung einzelner µsec.

Mit Entladungsblitzlampen geht das, mit LEDs nicht so ohne weiteres. Bei obigen Drehzahlen hast du 50 Blitze / sec zu je 5 µsec, also insgesamt 250 µsec Beleuchtung pro sec oder ein Einschaltverhältnis von 1 : 4000. Da wird es schwierig, mit LEDs eine ausreichende Helligkeit zu erzeugen.

Ausserdem gibt es Elektromotoren, die mehr als 100000 U/sec schaffen, da müsste alles 30 mal schneller gehen.

Wenn du ein Disco-Stroboskop brauchst, nehme ich natürlich alles zurück, die machen nur ein paar Blitze / sec.

Gruss Reinhard

Overclocker_5a68f8 · 3. März 2009 um 06:52

Ja, leider habe ich ein Disco-Stroboskop gemeint, also mit 1…10Hz, höchstens 20Hz.
Aber danke trotzdem für die interessante Antwort.

(Meine Fragen sind damit nicht beantwortet)

StefanS_8166b2 · 3. März 2009 um 09:37

Morgen!

Wie lang ist ein normales Stroboskop normalerweise an? z.B.
500µs, 2ms oder 15ms? Mit google fand ich leider garnichts,
aber vielleicht hat ja jemand ein Strobe mit geeigneter
Messausstattung und kann es messen.

Naja ein Blitz von einer Kamera ist bei Vollgas etwa 2ms an.

Ändert sich die An-Zeit mit ändernder Frequenz? Ich bin mir
eig sicher, dass die An-Zeit immer gleich bleibt, aber ich
frage lieber noch einmal nach.

Nein, warum sollte sie sich ändern. Das geht auch gar nicht bei
Xenon Blitzröhren, die Dinger steigen typisch in 0,1ms auf den
normalen Entladestrom an.

Welche „rise“-time ist maximal „erlaubt“? Die rise-time ist
die Zeit, die die LEDs brauchen, um von 0% Helligkeit auf 100%
zu kommen.

s.o.

Die LEDs an sich sollten kein Problem sein, aber
der Spannungsregler is je nach Konfiguration recht langsam.
(je nach Einstellung 100µs - 2ms rise-time)

s.o. 100µs

Wenn du mal Tante google nach Xenon Blitzröhren fragst findet man
so einiges.

Gruß
Stefan

Uwi · 6. März 2009 um 22:59

Hallo,

Ja, leider habe ich ein Disco-Stroboskop gemeint, also mit
1…10Hz, höchstens 20Hz.

In dem Fall ist die Helligkeit nicht nur von der Peakleistung abhängig,
sondern eher von der integralen Helligkeit.
Je länger du also die LED einschaltest, desto heller erscheint das Stroboskop.
Natürlich soll es auch wieder nicht zu lang werden, weil sonst der
Stroboskopeffekt verloren geht. Ich würde mal von 10…50ms ausgehen.
Da du es per uC machen willst, probiere es doch einfach aus.

Bei Stroboskopen mit Blitzlampen werden die Eigenschatenn eher durch die
technischen Randbedingungen festgelegt. Bei LED hast du deutlich mehr
Freiheitsgrade, weil LED quasi statisch betrieben werden können.

Gruß Uwi

Overclocker_5a68f8 · 6. März 2009 um 23:21

10 bis 50ms, im Vergleich zu den vorher erwähnten 2ms ziemlich lang…
Bisher ist die Software auch so ausgelegt, dass ich die An-Zeit in Echtzeit einstellen kann. Ich wollte einfach nur wissen, wie es bei normalen Strobes ist. Das blöde ist nur, dass ich mit LEDs, die insgesamt auf 20Watt ausgelegt sind, selbst mit 80% Überlastung nur ca. 1Watt Helligkeit hätte (bei 10Hz und 2ms Anzeit pro Biltz). Bei 50ms könnte ich zwar kaum noch Überlasten, aber dann wirds ja automatisch 10-20x heller
Außerdem ist mir aufgefallen, dass Spannungsregler für (2x) 17…21V @ 1300…1700mA (Output an einen Strang mit 5 LEDs, ich hätte dann 2 Stränge mit 2 identischen Spannungsreglern) recht komplex im Aufbau sind, während 600mA-Regler mit nur 10 kleinen Bauteilen schon realisierbar sind. (Imax der LEDs ist eig 500mA). Dewegen baue ich mir jetzt erst einmal zwei Regler mit knapp 600mA bei 18V und spiele dann mit der Software ein bisschen herum. Meine Ergebnisse kann ich ja dann hier reinschreiben, falls die Nachwelt so etwas brauchen kann. Ich bin aber vermutlich erst im April so weit.

Danke für die Antworten

Uwi · 7. März 2009 um 17:49

Hallo,

10 bis 50ms, im Vergleich zu den vorher erwähnten 2ms ziemlich lang…

ja, aber solange es vom Auge als kurz empfunden wird, ist es wohl egal.

Bisher ist die Software auch so ausgelegt, dass ich die
An-Zeit in Echtzeit einstellen kann. Ich wollte einfach nur
wissen, wie es bei normalen Strobes ist.
Das blöde ist nur, dass ich mit LEDs, die insgesamt auf 20Watt
ausgelegt sind, selbst mit 80% Überlastung nur ca. 1Watt Helligkeit
hätte (bei 10Hz und 2ms Anzeit pro Blitz).

Solange du die integrale Leistung deutlich unter der Nennleistung der LED
hälst, kannst du die LED auch um einiges überlasten.
LED, welche z.B. für max. 700mA angegeben sind, halten auch mal kurze Zeit
ein ganzes Stück über 1 A aus.

Bei 50ms könnte ich zwar kaum noch Überlasten, aber dann wirds
ja automatisch 10-20x heller :

Ja, ist so.
Wenn du aber eine uC-Steuerung hast, dann kannst du in Abhängigkeit
der Pulsbreite auch den Strom anpassen.
Also z.B. bei 2ms mit 1,5A und bei 50ms nur mit 1A oder so.

Außerdem ist mir aufgefallen, dass Spannungsregler für (2x)
17…21V @ 1300…1700mA (Output an einen Strang mit 5 LEDs,
ich hätte dann 2 Stränge mit 2 identischen Spannungsreglern)
recht komplex im Aufbau sind, während 600mA-Regler mit nur 10
kleinen Bauteilen schon realisierbar sind. (Imax der LEDs ist eig 500mA).

Ich verstehe nicht, wo da ein Problem sein soll.
Spannungregler kannst du als Linearregler sehr primitiv aufbauen.
Das Problem mit einschwingen der Regler ist völlig unkritisch, weil
man da natürlich hinreichend große (schaltfeste)Elkos hinten dran setzt.
Parallele Regler sind auch kein Problem, wenn man die etwas entkoppelt.

Statt Spannungsregler kannst du auch gleich Stromquellen machen.
-> z.B. mit Transistor oder FET.

In Geräten die ich entwickelt habe, werden auch Power-LED mit 10kHz
und max. ca. 0,7A geschaltet. Die Helligkeit kann mit DA-Wandler
von 0…255 Digit gesteuert werden.
Gruß Uwi

Overclocker_5a68f8 · 9. März 2009 um 16:46

Solange du die integrale Leistung deutlich unter der
Nennleistung der LED
hälst, kannst du die LED auch um einiges überlasten.
LED, welche z.B. für max. 700mA angegeben sind, halten auch
mal kurze Zeit
ein ganzes Stück über 1 A aus.

Bei 50ms könnte ich zwar kaum noch Überlasten, aber dann wirds
ja automatisch 10-20x heller :

Ja, ist so.
Wenn du aber eine uC-Steuerung hast, dann kannst du in
Abhängigkeit
der Pulsbreite auch den Strom anpassen.
Also z.B. bei 2ms mit 1,5A und bei 50ms nur mit 1A oder so.

Dazu gibt es im Datenblatt ein recht aufwändiges Diagramm, das zeigt, bei welcher Anzeit mit welcher prozentualen Dauer wieviel Ampere zulässig sind.

Außerdem ist mir aufgefallen, dass Spannungsregler für (2x)
17…21V @ 1300…1700mA (Output an einen Strang mit 5 LEDs,
ich hätte dann 2 Stränge mit 2 identischen Spannungsreglern)
recht komplex im Aufbau sind, während 600mA-Regler mit nur 10
kleinen Bauteilen schon realisierbar sind. (Imax der LEDs ist eig 500mA).

Ich verstehe nicht, wo da ein Problem sein soll.
Spannungregler kannst du als Linearregler sehr primitiv
aufbauen.
Das Problem mit einschwingen der Regler ist völlig unkritisch,
weil
man da natürlich hinreichend große (schaltfeste)Elkos hinten
dran setzt.
Parallele Regler sind auch kein Problem, wenn man die etwas
entkoppelt.

Statt Spannungsregler kannst du auch gleich Stromquellen
machen.
-> z.B. mit Transistor oder FET.

In Geräten die ich entwickelt habe, werden auch Power-LED mit
10kHz
und max. ca. 0,7A geschaltet. Die Helligkeit kann mit
DA-Wandler
von 0…255 Digit gesteuert werden.
Gruß Uwi

Mein Controiller (basierend auf einem AtMega1280) hat übrigens 12 PWM-Outputs mit je 16Bit (0…65536
Aber die paar zusätzlichen Bit sieht man wahrscheinlich sowieso nicht…
Aber das Stroboskop werde ich über einen normalen Ausgang ein- und ausschalten, damit mein 16MHz-µC nicht einschläft

Um nochmal zum Thema zurückzukommen: Ich habe gerade eine total simple Schaltung mit einem LT1085 simuliert - mit nur 5 Bausteinen kann ich die Spannung und die Stromstärke bis zu mehreren Ampere steuern. Ist es so einfach oder hat das einen Haken?

Hier ein Screenshot von der Simulation:
Übrigens regelt er ab 23,1V(In) stabil; mein 24V-Netzteil wird wohl sowieso nie so stark Spannung verlieren.
Die LEDs sind nur beispielhaft gewählt, aber ich denke weiße GoldenDragons werden nicht besonders anders sein…

http://img5.imageshack.us/img5/1291/lt1085.png

Uwi · 9. März 2009 um 21:03

Hallo,

Statt Spannungsregler kannst du auch gleich Stromquellen machen.
-> z.B. mit Transistor oder FET.

Aber das Stroboskop werde ich über einen normalen Ausgang ein-
und ausschalten, damit mein 16MHz-µC nicht einschläft

Das kannst du ja machen.
Die Stromquelle zur Regelung der Helligekeit kann man ja auch statisch
einstellen. Da brauchst man natürlich keinen 16Bit-DAC

Um nochmal zum Thema zurückzukommen: Ich habe gerade eine
total simple Schaltung mit einem LT1085 simuliert - mit nur 5
Bausteinen kann ich die Spannung und die Stromstärke bis zu
mehreren Ampere steuern. Ist es so einfach oder hat das
einen Haken?
http://img5.imageshack.us/img5/1291/lt1085.png

Nö, das halte ich für Murks.
Der LT1085 ist als Spannungsquelle beschaltet, LED sind stromgesteuert.

Um die LED mit einem def. Strom zu betreiben brauchst du aber am besten
eine Stromquellenschaltung. Sowas kann man auch sehr einfach mit
4 BE machen (2 Transistoren und 2 Widerstände).
Dann brauchst du auch keine Spannungsregler.
Ich schicke dir mal paar Schaltungsbeispiele.

Die LEDs sind nur beispielhaft gewählt, aber ich denke weiße
GoldenDragons werden nicht besonders anders sein…

Wenn du richtig super helle LED haben willst, dann rate ich zu den
Power-LED von CreeLamp (z.B. XR-E7090) oder Luxeon (z.B. K2 ).

Gruß Uwi

Overclocker_5a68f8 · 9. März 2009 um 23:01

Um die LED mit einem def. Strom zu betreiben brauchst du aber
am besten eine Stromquellenschaltung.

In der Simulation meiner Schaltung sah aber alles wunderbar aus. Bekomme ich Probleme, wenn Wärme ins Spiel kommt, oder wo liegt das Problem?

Sowas kann man auch sehr einfach
mit 4 BE machen (2 Transistoren und 2 Widerstände).
Dann brauchst du auch keine Spannungsregler.
Ich schicke dir mal paar Schaltungsbeispiele.

Wow, danke, ist echt super =)

Die LEDs sind nur beispielhaft gewählt, aber ich denke weiße
GoldenDragons werden nicht besonders anders sein…

Wenn du richtig super helle LED haben willst, dann rate ich zu den
Power-LED von CreeLamp (z.B. XR-E7090) oder Luxeon (z.B. K2).

Die K2 habe ich schon als Fahrradlicht und bin sehr zufrieden, war aber auch recht teuer (6€, 3W, ca. 100lm);
Die Seoul P7 scheint auch interessant (10 Watt, unglaubliche 900lm und somit sehr effiziente 90lm/W, aber kostet leider 29 Euro…)
Die GoldenDragons habe ich geschenkt bekommn, deswegen benutze ich sie. Und zum Testen habe ich mir noch eine weiße PlatinumDragon bestellt (3,00 Euro, 4.5W, 112lm), die ist zwar recht günstig aber auch uneffizient, 50% mehr Abwärme als die K2 (bei gleicher Helligkeit).
Und die von dir empfohlene XR-E7090 kann 230lm hell sein und kostet nur 5,63 €… Wurde hiermit in meine Bestellliste aufgenommen

Danke =)