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Eine Beleuchtung für den Reprostand mit LEDs



Wer kennt das nicht: der schöne Reprostand mit den beiden teuren Glühlampen zur Linken und Rechten erweist sich als ungeeignet für Videos. Die 50-Hz-Schwingung der Beleuchtung macht Kuddel-Muddel mit der Kamera, alles schwingt und säuselt im 50-Hz-Rhythmus und macht jede Menge Moiree auf den Videos.

Mit dieser Leuchte hat das nun ein Ende: 140 Leuchtdioden erzeugen ein kräftiges Licht, und ganz ohne 50-Hz, weil mit Gleichstrom. Und die LEDs kriegen immer den gleichen Strom geregelt serviert. Und sogar die Helligkeit lässt sich mit einem kleinen Potentiometer feinfühlig einstellen.

Da Repro-Glühlampen teuer sind, recht rasch kaputt gehen und eine Unmenge Strom brauchen, ist diese Schaltung auch noch zum Sparen geeignet: Zum Preis einer einzigen Lampe kriegt man was ganz Langlebiges und viel weniger Strom Brauchendes. Mit 70 Euro Bauteilen und einem langen Herbsttag mit Löten und Schrauben bist Du dabei.

Schaltbild der Beleuchtungseinheit

Schaltbild der Repro-Beleuchtung Das ist die eigentliche Licht-Macherei.

Je 20 Reihen zu je sieben weißen LEDs werden von je einem Transistor mit 20 mA Konstantstrom angetrieben. Die Mimik mit den beiden Dioden, dem Vorwiderstand und dem Poti dient der Helligkeitseinstellung: je höher die eingestellte Spannung an der oberen Diode desto heller werden die LEDs.

Die Transistoren und die beiden jeweis zugehörigen Widerstände sind auf der Beleuchtungsplatine (vier Euro-Platinen mit 160-mal-100 mm) verbaut und parallel verdrahtet. Die Regelspannung und ihre Einstellung kann mit dem Netzteil verbaut werden, das dann drei Anschlüsse hat:
  1. die Minusseite (GND),
  2. die Plusseite (+27 V), und
  3. die Basisspannung (0,65 bis 1,3 V).
Die Regelspannung wird mit einem Widerstand von 2,2 kΩ aus der LED-Spannung erzeugt. Der verbrät ungefähr 300 mW Leistung und sollte daher ein 0,4 bzw. 0,6W-Metallfilm-Widerstand sein.

Schaltbild des Netzteils

Schaltbild des Netzteils der Repro-Beleuchtung Und schon wieder ein neues Netzteil. Mit 10 Euro bist Du dabei. Dafür gibt es was kräftiges mit Trafo und nicht diese futzeligen Schaltnetzteile.

Der Trafo produziert aus zwei 18V-Spulen, zwei Dioden und einem Elko eine wunderbar gleichgerichtete Gleichspannung mit wenig Brumm. Den Restbrumm von 1,2Vpp machen eh noch die Konstantstromregler-Transistoren platt, die sich von diesem Brumm so rein gar nicht beeindrucken lassen.

Die Schaltung des Netzteils ist exakt auf die verwendeten Leuchtdioden ausgelegt. Verwendet man solche mit höheren Durchlassspannungen oberhalb von 4 Volt, dann kann das zu Engpässen führen (mit Brumm auf den LEDs). Die Transistoren vertragen klaglos noch höhere Betriebsspannungen bis ca. 40 Volt, ohne gekühlt werden zu müssen. Man nehme also eher etwas mehr Spannung (z. B. einen 24-Volt-Trafo, aber Obacht: bei 24 Volt braucht man einen 50-Volt-Elko zum Gleichrichten).

Netzteilspannung bei Volllast Das hier ist die Spannung am Elko bei Vollast.

Netzteilspannung im Leerlauf Und das hier im Leerlauf. Die Auslegung des Elko auf 35 Volt ist dringend nötig.

Ein ähnliches Netzteil habe ich für die mikroprozessor-geregelte Filmleuchte entworfen und gebaut. Die Bauanleitung ist hier beschrieben. Dieses kann hier ebenfalls verwendet werden. Es hat ca. 4 V mehr Ausgangsspannung, geht aber dank der größeren Transistoren in dieser Schaltung genauso gut.

Stückliste

Hier ist die Stückliste von Beleuchtungseinheit und Netzteil.
AnzahlBauteilBestell-Bezeichnung
Reichelt
EinzelpreisGesamtpreis
20Transistor BD439BD 4390,306,00
2Dioden 1N41481N 41480,020,04
140LED 8 mm kaltweißLED LL 8-13500WS0,2230,80
20Widerstand 33 Ohm1/4W 330,030,64
20Widerstand 220 Ohm1/4W 2200,030,64
1Metallfilm-Widerstand 2k2METALL 2,20K0,080,08
1Poti 1 kOhm MonoPIH SMC10H041022,092,09
1Schraubklemme 3-poligRND 205-000130,290,29
4Laborkarte CEM3RE 200-C34,5018,00
Summe58,58
Netzteil
1Trafo 2*18V 10 VAEI 48/16,8 2185,625,62
2Dioden 1N40011N 40010,020,04
1Elko 2200 µF/35VRAD LXZ 35/2K20,850,85
1SicherungshalterPL 1120000,280,28
1Sicherung 100 mA TTR 0,1A0,640,64
1Schraubklemme 3-poligRND 205-000130,290,29
0,5Laborkarte CEM3RE 200-C34,502,25
Summe9,97

Aufbau der Beleuchtung

Design pro Seite So sehen jeweils zwei Europlatinen mit je 35 Leuchtdioden aus. Die Platinen werden an den Verbindungsstellen mit kurzen Drahtstücken unten und oben verbunden, damit beide eine stabile Wand bilden. Die LEDs werden mit beiden Anschlüssen so eingelötet, dass sie in vertikaler Richtung gebogen werden können, damit sie auf die zu beleuchtende Fläche zeigen.

Die Anschlässe GND, +27V und alle Basisanschlüsse gemeinsam werden an einen dreipoligen Schraubanschluss geführt und mit angeschraubtem dreiadrigem Kabel mit dem Netzteil und der Regelspannung verbunden.

Richtungen der LEDs Das hier sind die Winkel, in denen die LEDs verbogen werden müssen, damit ihr Licht gleichmäßig auf die Fläche fällt.

Strahlwinkel der LEDs Die angegebenen LEDs haben einen Strahlwinkel von 30°. Hier ist für die unterste und oberste LED-Reihe einer Seite dieser Strahlwinkel eingezeichnet. Man sieht, dass die resultierende Flächenabdeckung recht gleichmäßig ist.

Helligkeitsverteilung

Helligkeitsverteilung auf einer 36x20 cm Flaeche Das hier ist die Helligkeitsverteilung der LEDs auf der Fläche von 36-mal-20cm. Sie variiert zwischen 48 und 420 mCd/cm2. Die Randbereiche links und rechts und sehr hell ausgeleuchtet, die in der Mitte sehr gleichmäßig.

Anteile der 20 LED-Stapel in der Mitte Dies veranschaulicht die Beiträge der 20 einzelnen Reihen mit jeweils den sieben LEDs der Reihe an der Beleuchtungsstärke in Flächenmitte. Wie zu erwarten sind die Beiträge der beiden äußersten Reihen bescheiden, weil sie durch ungünstige Strahlwinkel der dortigen LEDs nur sehr gering oder gar nicht zur Beleuchtung des Punkts beitragen können.

Anteile der 20 LED-Stapel links von der Mitte Je weiter links von der Mitte der Punkt rückt, desto höher sind die Anteile, die die linken LEDs beitragen. Die rechten LEDs haben dann eine höhere Distanz zu den Punkt und die Abschwächung wächst quadratisch mit der Distanz.

Anteile der 20 LED-Stapel rechts von der Mitte Selbiges gilt, wenn der Punkt rechts von der Mitte liegt.

Richtung und Strahlwinkel der untersten linken LED Das hier zeigt den Winkel, um den die linke unterste LED nach unten gebogen werden muss (in rot). In violett ist ihr Strahlbereich eingezeichnet. Die LEDs haben einen Strahlwinkel von 30°, der sich hier abbildet.

Richtung und Strahlwinkel der obersten linken LED Dasselbe noch für die oberste LED. Diese beleuchtet in Gänze die Fläche und überstreicht einen größeren Flächenbereich.

Alle Bilder hier sind mit einer selbstgeschriebenen Lazarus-Software erstellt. Den Lazarus-Quellcode in Pascal gibt es hier, das Windows-64-Bit-Executable hier.

Erfahrungen

Dies ist erst mal der Plan. Ich muss das erst noch bauen und berichte dann von den Erfahrungen.

Weitere Unterlagen

Die Zeichnungen gibt es als LibreOffice-Draw-File hier, die Berechnungen als LibreOffice-Spreadsheet hier.

©2020 by Gerhard Schmidt