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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED stabil anteuern ohne Hitzeentwicklung bei 8Volt


Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Hallo zusammen,

Hat mir jemand einen guten Rat: ich möchte 3Watt LEDs (700mA) über einen 
ATMEGA ansteuern. Jetzt ist bei einer Eingangsspannung von 8V (2sLipo) 
das Problem dass der Vorwiderstand sehr heiß wird (zu heiß) also möchte 
ich diesen vermeiden! Eine Stromquelle habe ich heute getestet bestehend 
aus einem LM317, allerdings wird dieser selber sehr heiß (78°C) und der 
geregelte Strom bricht ein sobald Die Spannung unter 7,1Volt fällt. Der 
2SLipo fällt aber auf 6V bis er aus Sicherheitsgründen abgeschaltet wird 
(das ganze soll bis 6V stabil laufen), also ist der LM317 auch nicht 
geeignet!

So was nun??

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Stichwort: getaktete Stromquelle.

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Heißt das ich soll die LED an einen FET anschließen, volle 8V drauf los 
lassen und diese Spannung dann mittels PWM Regelung auf die richtige LED 
Spannung einstellen?

Autor: hans (Gast)
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Ich habe auch lange eine steuerbare Stromquelle gesucht.

Hier meine Grundschaltung: - E1 0-5 Volt zum regeln
                           - R1,R3 100K
                           - R2,R4 10K
                           - R5 Shunt bestimmt den Strombereich
                           - C 120pF (gegen Schwingen)
                           - T1 NPN nach Leistung gewählt
                           - E2 Versorgungsspannung A1 und Verbraucher
                           - OP single Suply


Die Leistung ist (fast) nur von T1 beschränkt.
Der Regelverlauf ist linear von 0 bis Imax.

E1 ist als PWM mit Filter vom µC möglich.

Auslegungen von Imax einige mA bis einige A möglich.

E2 ist hier deine Akkuspannung


gruß hans

Autor: gast (Gast)
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in dieser Schaltung wird aber die ganze Energie an T1 vernichtet die 
zuviel ist. Matthias Lipinsky hat da schon den Richtigen vorschlag 
gemacht.

schau dir das mal an:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantst...

Wenn du platz für eine "relativ" große Spule hast kannst du auch deinen 
Atmega als Regelung nutzten.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Ich habe auch lange eine steuerbare Stromquelle gesucht.

Die verbrät auch alles.


http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantst...



Ich hatte mal eine gebaut, die geht zwar, hat aber noch 
Optimierungsbedarf.
(wird demnächst überarbeitet)
Die bekommt 12V Eingang, und versorgt 10LEDs in Reihe mit je ca 3V Uf.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Hier der ANhang

Autor: gast (Gast)
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Vieviele LED's hast du denn und was für eine Flussspannung haben die 
denn?

Autor: gast (Gast)
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Wie viele LED's hast du denn und was für eine Flussspannung haben die 
denn?

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Also ich brauch das ganze 16mal nebeneinander und da das ganze klein und 
leicht werden muss scheiden Spulen eigentlich aus... gibt es eine 
Möglichkeit Energieeffizient (ohne viel Erwärmung) aber auch sehr klein 
zu regeln? Was haltet Ihr von der Idee die Eingangsspannung per PWM 
einfach runterzuregeln zB brauche ich 4V dann könnte man die 8V mit 
50%PWM runterregeln funktioniert die Idee?

Ich muss 16mal 3Watt Emitter nebeneinander ansteuern, jeder wird 
zusammen mit seiner Stromquelle an einen Port angeschlossen.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>funktioniert die Idee?

Ja, aber nur mit Spulen. Das sind dann Schaltregler.

Autor: gast (Gast)
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Kannst du nicht einfach auch ein paar LED hintereinander schalten?
Spulen sind doch nicht so groß, du baust ja keinen Transformator für 
50Hz...

Und wenn du dafür keinen Platz hast, reicht der Platz auch nicht für die 
Wärmeentwicklung...

Autor: Mike J. (Gast)
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Also ich habe hier SMD-Spulen die sind echt winzig (3x3mm) und können 
bis zu 100mA durchlassen.

7,1/2 = 3.5V
Also deine LED zieht bei 700mA 3.5V und eine LiIon-Zelle gilt bei 3.6V 
als leer.
An deiner Stelle würde ich nur eine Zelle nehmen, denn die zusätzliche 
Spannung von der 2. Zelle muss zu 100% verbraten werden und von der 1. 
müssen maximal 0.6 und minimal 0.1V verbraten werden.

2 Zellen hintereinander zu schalten bei dieser Last ist wirklich doof.

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Zum Betrieb mit 2sLipo bin ich praktisch gezwungen!

@Matthias Lipinsky: Die LED DIREKT mit PWM anzusteuern und so die 
Flssspannung zu regeln wäre DIE platzeffiziente Lösung für meine kleine 
Platine. Warum meinst Du braucht man hier auch noch eine Spule?? Ich 
hätte die LED jetzt direkt an den FET geschlossen und das PWM richtig 
eingestellt. Oder ist die verbratene Leistung im FET dann zu groß? (ich 
meine also 8V via PWM auf 3,6VOlt regeln, Strom 700mA).

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Ich hätte die LED jetzt direkt an den FET geschlossen und das PWM richtig
>eingestellt. Oder ist die verbratene Leistung im FET dann zu groß? (ich
>meine also 8V via PWM auf 3,6VOlt regeln, Strom 700mA).

Das funktioniert nicht !

An deiner LED faellt nach wie vor die Flussspannung ab. Wenn du jetzt 
diese LED mit FET an 8 V anschliesst dann fliess da ein riesiger Strom.
Bis irgend was nach gibt.
Du kannst da machen was du willst aber ohne Spule funktioniert das ganze 
nicht. Fuer sowas hat die Industrie doch LED Treiber IC entwickelt. IC , 
kleine Spule dran und das wars. Um die Spule kleiner zu kriegen must man 
nur die Schaltfrequenz erhoehen.

Gruss Helmi

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Okay kannst Du mir da Bausteine empfehlen die mit 700mA klarkommen und 
hier in Frage kommen (hohe Frequenz möglich damit kleine Spule? Wäre 
super!

Nur zum Verständnis (man will ja was lernen): Warum geht das nicht, die 
LED wird doch nicht direkt an 8V angeschlossen sondern SOFORT via 
PWM-Signal (30%) runtergeregelt?!? Ich habe zwar 8V Peaks aber nur 30% 
der Zeit, die restlichen 70% sind 0V (als Beispiel). Oder hab ich da 
einen generellen Denkfehler?

Viele Grüße

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Warum geht das nicht, die
>LED wird doch nicht direkt an 8V angeschlossen sondern SOFORT via
>PWM-Signal (30%) runtergeregelt?!? Ich habe zwar 8V Peaks aber nur 30%
>der Zeit, die restlichen 70% sind 0V (als Beispiel).

Nein. Ein Transistor bei PWM schaltet nur AN oder AUS.

Wenn du also Anschaltest, liegen deine 8V komplett über der Last.
Wie Last muss somit aus LED+VOrwiderstand bestehen.
Und somit fallen über dem Vorwiderstand 8-3,6V ab! => Verluste!
Das Tastverhältnis spielt hier keine Rolle. 8V über der Last. Fertig.

Baust du allerdings eine Spule rein, dann begrenzt die SPule den Strom.
Anders formuliert:
Wenn du Anschaltest, liegen die 8V wieder über der "Last". Diesmal 
gehört aber die Spule zur Last dazu! Dadurch sorgt die Spule, dass der 
Strom nur langsam steigt (in obigen Beispiel steigt der Strom theor. 
unendlich schnelle auf Nennwert), somit bekommt die LED+Rv nur langsam 
Strom/Spannung. Bevor allerdings kritische WErte überschirtten werden, 
ist das PWM wieder aus...

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Nur zum Verständnis (man will ja was lernen): Warum geht das nicht, die
>LED wird doch nicht direkt an 8V angeschlossen sondern SOFORT via
>PWM-Signal (30%) runtergeregelt?!? Ich habe zwar 8V Peaks aber nur 30%
>der Zeit, die restlichen 70% sind 0V (als Beispiel). Oder hab ich da
>einen generellen Denkfehler?

Was macht denn eine Diode die 3.5V Flussspannung besitzt an 8V ?
Da fliesst theoretisch ein fast unendlicher Strom. Ich sage nur 
theoretisch denn irgendwas gibt schon nach.
Eine Diode ist nun mal klein linear Widerstand. Da bekommst du keine 8V 
Peaks sonder nur 3.5V (wenn die LED das aushaelt was ich aber 
bezweifele) und der Rest wird dann im FET in waerme umgesetzt. Sieh dir 
die Kennlinie einer Diode mal an. Da steigt der Strom exponetiell mit 
der anliegenden Spannung an. Da hilft es dir auch nichts die Spannung 
nur 30 % der Zeit einzuschalten. Was du brauchst ist eine Spule zwischen 
FET u. LED die die Spitzenstroeme integriert.

Zu den LED Treibern:

Siehe mal bei hier vorbei

http://www.national.com/cat/index.cgi?i=i//223

Autor: DerWarze (Gast)
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Der LM3404 zB.

In den 30% liegen aber die vollen 8V an der LED das macht die nicht lang 
mit.
Im Datenblatt seht auch der max Peak Current, wird der überschritten 
wars das für die LED. Bei kurzzeitig 8V an der LED dürfte der erreicht 
werden.
Also ohne Spule gehts nicht.

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Wäre dann das hier ein guter Treiber?

http://www.national.com/pf/LM/LM3404HV.html

Sind diese Treiber schnell genug dass man eine LED auch flashen kann?

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ja

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Habt Ihr noch mehr Links zu Treiber Herstellern? Die Teile von National 
sind toll aber ich brauche für 16 Ausgänge 16 Treiber und das Modul 
möcht eich 4 mal machen das ist mir etwas zu teuer bei einem Stückpreis 
von 4Euro (farnell).

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Und seh ich es richtig, dass bei diesen Treibern der Strom durch die LED 
auch über die Spule geht, sprich dass die ebenfalls bis zu 1000mA 
abkönnen muss? (Ich beziehe mich auf diesen Fall: 
http://www.national.com/ds/LM/LM3405.pdf )

Autor: pillepalle (Gast)
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Zetex hat gute

aber es wäre vielleicht eine Überlegung wert gleich fertige Module zu 
nehmen ,
ich hab letztens mal ein paar von den LEDWarrior von Code Mecanaries 
verbaut .
Die sind 2*2,3cm gross und es gibt sie in 350mA 700mA und 1A ausführung 
zum Preiss von ca. 12Euronen das Stück . Lassen sich schalten und per 
PWM dimmen.
Und man profitiert davon das man keine Platinen machen muss sondern ein 
gutes effizentes Layout bekommt.

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Aber ich muss bei meinem Studi-Projekt ein Ergbenis in Form einer 
eigenen Schaltung abliefern deshalb kommt diese gute Idee leider nicht 
in Frage :)

Ich habe im Moment eigentlich nur noch eine Frage: Fließt der LED Strom 
auch über die Spule? Wenn ja kommen ja keine Minispulen (SMD 1206) in 
Frage...

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Ich habe im Moment eigentlich nur noch eine Frage: Fließt der LED Strom
>auch über die Spule?

JA

> Wenn ja kommen ja keine Minispulen (SMD 1206) in
>Frage...

Witzbold ! Irgendwo muss die Energie gespeichert werden

Autor: Jan K. (madengineer)
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Ich habe auch Ewigkeiten nach einer LED Ansteuerung gesucht.
Die meisten LED-Treiber die man bei den ganzen Firmen so findet haben 
alle nicht gerade einfach lötbare Gehäuse: Von BGA über LLP bis TSSOP 
mit Exposed Pad, alles dabei.

Einzig bei On, Prema und Zetex findet man auch gut lötbare Bauformen:

Bei On gibt es den NCP3066 im DIP und SOIC Gehäuse
https://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?i...

Bei Prema gibts den PR4101 im SO-14
http://www.prema.com/Application/pr4101_d.html

Und Zetex hat die ZXLD13xx Reihe im TSOT23-5 Kasten.
Für deine Anwendung wäre der ZXLD1362 optimal:
http://www.zetex.com/3.0/product_portfolio.asp?pno...

Ich selber benutze den ZXLD1350er als Ansteuerung für meine 3,5W 
RGB-LEDs mit 350mA. Auf der Seite findest du eine Exceltabelle zur 
Berechnung der Schaltung. Um die LEDs zu Ein- und Auszuschalten oder zur 
PWM Dimmung braucht man nur einen Transistor, der den ADJ Eingang nach 
Masse kurzschließt.
Ich komme für mit meiner Schaltung etwa auf einen Preis von 2,50€ pro 
Kanal, wobei der Chip selber nur 1,20€ kostete. Und eine 3Kanal Platine 
ist ca 46x46mm groß.

Gruß Jan

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Hallo Jan,

Vielen Dank :) Du hast mir sehr geholfen, die Sache mit dem Package ist 
mir nämlich auch schon durch den Kopf gegangen.

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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Was für eine Impedanz darf denn die Induktivität bei den LED Treibern 
haben, oder ist das relativ egal?

Autor: Bernd Hallinger (bhallinger) Benutzerseite
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Bei deinen 16 LEDs sind die alle gleich an oder unterschiedlich? event 
könnte man ein paar Led in Reihe schalten. Dazu ist es halt event 
erforderlich die Spannung der Akkus erst mal auf eine höhere Spannung zu 
bringen. Auch hierzu ist ein entsprechender Schaltregler geeignet. Die 
größe der Spule ist ja eher vom Strom abhängig als von der Spannung. So 
könnte man event etwas an Spulenvolumen einsparen....

Autor: Jan K. (madengineer)
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Also bei den Zetex-Treibern sind die Induktivitäten recht unkritisch, 
das was sich dadurch ändert ist die Schaltfrequenz. Ich habe bei mir 
100µH ausgesucht. Einfach mal ein bisschen mit dem Exceltool spielen...

Für Bernds Vorschlag wäre der NCP3066 eine Überlegung wert, da man ihn 
auch in Boost-Konfiguration betreiben kann.

Gruß Jan

Autor: Bernd Hallinger (bhallinger) Benutzerseite
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Ich dachte eher an einen Schaltregler in Sepic Schaltung. Wenn man den 
abschaltet (Shutdown Pin) dann fließt wirklich kein Strom mehr. (Wegen 
dem Kondensator im Signalpfad.)

Damit also eine relativ hohe Spannung von sagen wir 30V erzeugen und 
dann 8 LEDs drann. Dann das ganze 2 mal parallel.

Obwohl die 30V schon recht viel sind und daher manche Regler schon nicht 
mehr geeignet sind. Also vielleicht auch 4 Schaltungen a 4 Leds und 
dafür nur 15V das ist zwr etwas teurer wegen der 2 extra Ledregler, 
dafür gibts mehr Auswahl und der Wirkungsgrad ist event auch höher....

Der LM3404 wurde weiter oben schon mal vorgeschlagen. Der kann in der 
Standardvariante 42V und ich hab damit Gute erfahrungen gemacht. sowohl 
zum Dimmen als auch zum schnellen Schalten der Led (Blitzen)

Ich stell das hier mal so zur Diskussion.

Autor: Daniel B. (scheinleistung)
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@ Jan:  Die Zetex Treiber sind sehr gut für meine Anwendung, aber ich 
finde die Modelle die in Frage kommen entweder gar nicht oder Sie sind 
nicht lagernd (farnell, digikey) sind die so besonders oder schau ich 
bei den falschen Quellen? Wo besorgt Ihr die Teile??

Autor: Jan K. (madengineer)
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Also ich hab meine bei Weisbauer Elektronik in Dortmund gekauft.
Ich habe sie jedoch persöhnlich dort vor Ort abgeholt und Bar bezahlt. 
Es kann sein, dass die dort auch gegen Vorkasse versenden, aber genau 
kann ichs dir nicht sagen. Musste einfach mal nett nachfragen:

http://www.weisbauer.de/

Autor: ralf123 (Gast)
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Wie verhält sich der Zetex-IC in der von Jan gezeigten Schaltung nach 
dem anlegen der Versorgungsspannung (VIN) und nicht angesteuertem 
Transistor Q1? Da der ADJ-Eingang ja dann "floatend" ist, wird die LED 
volle Leistung bekommen, oder?

Autor: Jan K. (madengineer)
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Hallo Ralf,
du hast recht, ohne den Transistor wird die mit voller Leistung 
angesteuert. Der Pin ist aber nicht floatend, sondern wird hat einen 
internen Pullup zur Referenzspannung. So dass er ohne Prbleme offen 
gelassen werden kann. Es wird nur empfohlen, dann einen kleinen 
Kondensator anzuschließen, um den Pin zu entkoppeln oder eine 
Softstartfunktion zu erreichen. Steht aber alles im Datenblatt:
http://www.zetex.com/3.0/pdf/ZXLD1350.pdf

Autor: David (Gast)
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Du verwendest 2 LiPo zellen... sprich 2*3.6V...
äh hab vielleicht was verpasst, aber frag einfach mal blöd, wiso nicht 
die mitte abgreiffen, und die LED's jeweils an 3.6V betreiben?

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