www.mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik High Power RGB LED analog dimmen mit spezial IC


Autor: stero (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Ich möchte eine high power RGB LED mit 3x350mA 
http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Seoul%2...
mit einem regelbaren Strom betreiben. PWM Ansteuerung geht nicht, weil 
die Farbe auch mit Videokamera erhalten bleiben soll und da würde man 
bei PWM leider das Umschalten der LED sehen.
Ein IC, das das zu können scheint ist der LT3496 
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId... 
das kostet €6,49+Märchensteuer  bei Digikey.

Ich muß dem IC bei Analogbetrieb auch für jede LED eine Analogspannung 
in Höhe des gewünschten Stroms zur Verfügung stellen. Da ich das ganze 
von einem ATMega328P ansteuern möchte, bräuchte ich dann noch 3 
Digital-Analog Wandler. Kennt jemand eine einfache Möglichkeit diese 3 
Analogspannungen zu erzeugen, oder gibt es noch ein anderes LED IC, was 
das einfacher beherrscht? Am liebsten würde ich den Strom einfach per 
I2C digital an das LED IC schicken.

Wichtig noch zu wissen, daß das ganze aus einer LiPo Batterie mit einer 
Spannung zwischen 3.0 und 4.2V betrieben werden muß.

VG Stephan

Autor: Michael H. (michael_h45)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nimm einen DAC, einen Multiplexer und 3 Smaple&Hold-Schaltungen. Wenn du 
möglichst wenig Pins am µC hergeben willst, nimm zum Ansteuern des 
Multiplexers ein Schieberegister, das kannst du an I2C hängen.
Oder ein Multichannel DAC.

Autor: Stephan R. (stephan_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Micheal,

vielen Dank für die Antwort.

Ich habe folgenden Quad DAC gefunden: 
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22187d.pdf (ca. 2USD bei 
Digikey), der das Problem lösen würde.

Kennt vielleicht jemand ein digital ansteuerbares all-in-one-IC, dass 
analog eine highpower RGB LED treiben kann?

Autor: Michael H. (michael_h45)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
http://www.google.de/search?client=opera&rls=en&q=...
Da findet sich einiges!

STCF03
High power white LED driver with I²C interface
Allerdings wieder nur 1 Kanal =)

Nachtrag: Ach tut mir leid, das Ding macht ja wieder PWM. 
Entschuldige...

Autor: Ulrich P. (uprinz)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hmmm,

spricht eigentlich was dagegen eine schnelle PWM zu verwenden? Also wenn 
Deine Kamera 50 oder 60 FPS macht, dann kann man doch eine PWM 
verwenden, die 63..125kHz macht oder? Das ganze an einen PWM-fähigen 
Microcontroller. Einige AVR, PIC und STM8 oder STM32 haben recht 
intelligente PWM-Ausgänge, teilweise mit zwei invertierten Ausgängen an 
einer PWM-Stufe, bei denen man die Dead-Time einstellen kann, damit 
HiSide und LowSide nicht gleichzeitg oder zu dicht bei einander 
umschalten. Aber ich denke eine einfach LowSide PWM tut es für Dich. 
Einfach noch einen Gate-Driver dazwischen und fertig.

Ok, für die selbst einstellende Luxus Variante kann man auch noch in 
jeden Kanal einen Shunt und einen Strom-OP stecken und das per ADC 
auswerten...

Aber alles in allem spricht nichts gegen eine PWM mit ungleich höherer 
Frequenz als die Bilder/s Deiner Video-Kamera.

Es gibt auch integrierte DC/DC Controller (Analog, TI) die irgendwo um 
die 700kHz schalten und, wenn ich mich recht erinnere, von TI und MAXIM 
auch welche, die keine feste Frequenz nutzen, sondern ein Spektrum um 
eine Mittenfrequenz. Letztere sollten auch mit super-teuren Kameras und 
Bildmessgeräten keinen nachweisbaren Effekt mehr auf das Bild haben.

Gruß, Ulrich

Autor: Michael H. (michael_h45)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ulrich P. schrieb:
> spricht eigentlich was dagegen eine schnelle PWM zu verwenden? Also wenn
> Deine Kamera 50 oder 60 FPS macht, dann kann man doch eine PWM
> verwenden, die 63..125kHz macht oder? Das ganze an einen PWM-fähigen
Da muss dann aber auch der Schaltregler für die LEDs schnell genug 
einschwingen. Je schneller er einschwingen soll, desto größer der 
Stromrippel, desto geringer die LED-Lebensdauer.
Wäre zum Beispiel ein Argument.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael H. schrieb:
> desto größer der Stromrippel, desto geringer die LED-Lebensdauer.

Wo hast du den Quatsch denn her.
Den größten Ripple hast du bei PWM und da hast du auch keine 
Lebensdauerverkürzung.

Autor: Michael H. (michael_h45)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alexander Schmidt schrieb:
> Wo hast du den Quatsch denn her.
Hui =)
Ich hab das mal in einem Datenblatt oder einer AN zu einer Power-LED 
gelesen. Auf die Schnelle hab ichs aber nicht mehr gefunden...
Auf alle Fälle stand da definitiv drin, dass sich ein Ripple-Current von 
über X% negativ auf die Life-Time auswirkt. Es war sogar eine 
schematische Kurve mit Lebensdauer bei festem Leuchtkraftverlust über 
dem Stromrippel aufgetragen.
Also da bin ich mir sehr sicher.

> Den größten Ripple hast du bei PWM und da hast du auch keine
> Lebensdauerverkürzung.
Es ging dabei definitiv um den Zustand bei leuchtenden LED.
Es macht also scheinbar einen Unterschied, ob der Bandübergang eben 
schon vorgespannt ist oder nicht.

Tut mir leid, dass ich auf die Schnelle nichts belegen kann.


Nachtrag: Jetzt hab ich doch noch was aus einer National AN. Allerdings 
war das sicherlich nicht das, was ich im Kopf hatte:
The true upper limit for ΔiF comes from the nonlinear proportion
of heat to light that is generated as the peak current through the LED
increases. Above approximately 40%P-P ripple, the LED can experience
more heating during the peaks than cooling during the valleys, resulting
in higher die temperature and reduction in LED lifetime.
Auch kommen mir 40% etwas viel vor...

Möglicherweise hängt es auch von der Sperrschichtkapazitätsbelastung bei 
vorgespanntem Übergang ab, die bei Ripple natürlich steigt.

Vielleicht finde ich ja doch noch etwas, wenn mir das Produkt wieder in 
die Hände fällt...

Autor: Stephan R. (stephan_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Ulrich,

vielen Dank für die sehr hilfreiche Antwort.

Ulrich P. schrieb:
> spricht eigentlich was dagegen eine schnelle PWM zu verwenden? Also wenn
> Deine Kamera 50 oder 60 FPS macht, dann kann man doch eine PWM
> verwenden, die 63..125kHz macht oder? Das ganze an einen PWM-fähigen
Ich denke du hast recht. Die Sensorfläche in dem Kamerachip sammelt ja 
1/50 Sekunde lang den Lichteinfall, bevor die einzelnen Bildpunkte 
ausgelesen werden. Da müßte es egal sein, ob die Lichtleistung in einem 
oder mehreren kurzen aber starken Impulsen, oder 1/50 Sekunde 
gleichmäßig schwach kommt. Theoretisch müßte dann schon eine PWM 
Frequenz von 50Hz ausreichen, sicherheitshalber mit einem mehrfaches 
dieser Frequenz sollte es aber mit PWM genauso gut gehen wie mit 
analoger Dimmung.

VG Stephan

Autor: Michael H. (michael_h45)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und noch einen hab ich, den ich aber auch eigentlich nicht gemeint hab 
=)
Benefi ts of Constant Ripple
The luminous fl ux and dominant wavelength (or color
temperature for white LEDs) of LED light are controlled
by average current. Th e constant-ripple LED driver in
Figure 1 is much better at controlling average LED current
over changes in both input voltage and changes in output
voltage because it fi xes the valley of the inductor current
and also fi xes the current ripple.
Controlling LED ripple current implies control over peak
LED current, which in turn aff ects the luminous fl ux of
an LED. All LEDs have a relationship between their
luminous fl ux and forward current, IF, that is linear up to
a point. Beyond that point, increasing IF causes more heat
than light. High ripple current forces the LED to spend
half of the time at a high peak current, putting it
in the lower lm/W region of the fl ux curve. Th is reduces
the light output when compared to a purely DC drive
current even though the average forward current remains
the same.
Close inspection of LED datasheets also reveals that the
absolute maximum ratings for peak current are close to or
often equal to the ratings for average current. High current
density in the LED junction lowers lumen maintenance,
providing yet another incentive for keeping the ripple current
under control.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sorry für die harten Worte.
Bei der Lebenserwartung ist die Temperatur der größte Faktor. Die Led 
wird im gedimmten Betrieb auch bei einem großen Ripplestrom nicht wärmer 
werden als im Volllastfall mit DC, wenn der RMS-Strom kleiner ist.
Daher ist die Lebensdauer zwar etwas kleiner als im DC Fall, aber immer 
noch größer als im Volllast DC Fall.
Konkrete Zahlen habe ich nicht, doch denke ich das sich die
Lebensdauerveringerung im einstelligen Prozentbereich abspielt.

Außerdem dürfte die Einschwingzeit bei einigen Schaltperioden liegen was 
bei z.B. 10kHz nur einige ms sind.


Michael H. schrieb:
> Auf alle Fälle stand da definitiv drin, dass sich ein Ripple-Current von
> über X% negativ auf die Life-Time auswirkt. Es war sogar eine
> schematische Kurve mit Lebensdauer bei festem Leuchtkraftverlust über
> dem Stromrippel aufgetragen.

Ich nehme an das gilt nur für den Fall das der mittlere Strom gleich dem 
maximalen Strom ist.

Autor: Ulrich P. (uprinz)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also ok,

ich habe ja nicht unbedingt geschrieben, dass auf eine Drossel bei einer 
reinen LoSide FET Schaltung verzichtet werden kann. Auch ein Kondensator 
kann natürlich gerne nach Anforderung und Geschmack hinzugefügt werden.

Worauf es mir ankam war die Tatsache, dass eine Video-Kamera keine 
linear geregelten LED Treiber (mit folglich gigantischen Kühlkörpern) 
erforderlich macht, sondern 'moderne' DC/DC Technik eingesetzt werden 
kann.

Natürlich gibt es bei Power-LEDs sehr viel mehr zu beachten als man das 
von den kleinen Funzelchen am Pin eines Controllers so kennt.

Wenn man also seine 5W powersuperfluxLED mit einer eigenen Schaltung 
betreiben möchte, dann muss man halt doch eine DC/DC Schaltung aufbauen, 
die HiSide und LoSide schaltet, eine Drossel dahinter und ein paar 
mittlere LoESR Kondensatoren für die Glättung. Es kommt halt darauf an, 
was man möchte. Bei einer Photo/Video-Leuchte muss man halt auch die 
Farbtemperatur einer LED bei unterschiedlichen Spannungen beachten, 
jedenfalls in dem Rahmen, in dem der Weißabgleich der Kamera noch 
mitspielt.
Außerdem hat man ja keine Lust bei veränderter Beleuchtung jedes Mal 
einen neuen Weißabgleich durchzuführen.
Ich denke, dass sich deswegen gerade eine selbst entwickelte Steuerung 
für eine RGB-LED anbietet, weil man eben die einzelnen PWMs für R, G und 
B in verschiedenen Helligkeitsstufen auf einander abgleichen kann und 
zwar mit der Kamera als Monitor/Referenz. Dann kann man sich die nötigen 
Tabellen im Controller hinterlegen und auf Knopfdruck abrufen. Neben der 
Option viele Helligkeitsstufen für Weiß mit optimaler Farbmischung kann 
man dann auch noch gezielte Verfärbungen hinzufügen, die z.B. blasse 
Haut brauner erscheinen lassen oder bestimmte Farben für besondere 
Stilleben betonen (Blumen, Holz, Metall...)

Ist an sich ne jecke Idee und ich überlege glatt, ob ich da auch mal was 
in der Richtung angehe, aber nicht für Video sondern als Ring- oder 
Zangen-Blitz für meine SLR-Kamera.
Über den DC/DC Controller ein paar dicke Elkos auf eine programmierbare 
Spannung aufladen und dann an die LEDs abgeben... Keine schlechte Idee.

Gruß, Ulrich

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Teilnehmer,

ich moechte hier nur noch mein Schaerflein beitragen, da vieles, wie in 
allen Foren hier, nicht falsch aber auch nicht ganz richtig ist.

1. Das abgestrahlte Spektrum einer LED ist abhaengig vom Momentanstrom, 
deshalb bei PWM anders als bei linearer Steuerung
Diese Abweichungen sind aber sehr gering und normalerweise nicht 
Fotorelevant

2. Auch wenn eine PWM-gesteuerte LED gleich hell aussieht und viel 
schneller geschaltet wird als die Belichtungsdauer, so bedeutet das 
nicht, das sie fotografisch i.O. ist.
Der Bildsensor ist naemlich viel schneller als die Verschlusszeit und 
kann durch PWM-Spitzenleistungen der LEDs leicht uebersteuert werden, 
wenn auch der mittlere Beleuchtungswert niedriger liegt.
Das Empfangsverhalten eines Sensors ist voellig unterschiedlich zu 
unserem Auge oder einer Filmemulsion weil er nicht wie diese mittelt! 
Professionelle LED-Leuchten werden deshalb nicht PWM gesteuert sondern 
linear!

3. Eine weisse LED macht kein weisses Licht. Eine weisse LED liefert 
wenige verschiedene spektrale Komponenten (siehe Datenblaetter) die von 
unserem Auge zu WEISS zusammengesetzt werden, voellig unterschiedlich 
z.B. zur Sonnenstrahlung, die sehr breitbandig ist.

Fuer Profi-LED-Leuchten im Fotobereich werden LEDs eingesetzt, deren 
spektrale Verteilung am besten an die Charakteristika der Sensoren 
angeglichen ist. Schwierig zu bekommen und teuer!

4. RGB-LED zu verwenden ist genau aus diesem Grund noch viel kritischer!
Ich kann zwar die Farbe fuer's Auge prima einstellen, aber die 
Spektralverteilung wird noch viel schlimmer!




Gruss

Michael

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael Roek-ramirez schrieb:
> Der Bildsensor ist naemlich viel schneller als die Verschlusszeit und

Was verstehst du darunter das der Bildsensor schneller ist?
Dann bräuchte man ja keinen mechanischen Verschluss.


> Das Empfangsverhalten eines Sensors ist voellig unterschiedlich zu
> unserem Auge oder einer Filmemulsion weil er nicht wie diese mittelt!

Das Auge mittelt nicht sondern integriert das einfallende Licht.

Wie es bei einem CCD aussieht weiß ich nicht, kann mir jedoch vorstellen 
dass dort auch das einfallende Licht über die Zeit integriert wird.

Autor: Ulrich P. (uprinz)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Michael,

danke für diese interessante Aufklärung. damit wird das Projekt 
sicherlich noch etwas komplexer.

Gruß, Ulrich

Autor: Stephan R. (stephan_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich freue mich, wie hochwertig die einzelnen Beiträge sind. Ein 
herzliches Dankeschön an alle!

Sehr interessant fand ich die leichte Farbveränderung der LED bei 
höheren Strömen und die erhöhte Wärmeerzeugung bei Stromimpulsen, die 
über den Maximalstrom deutlich herausgehen.

Für mich reicht eine ungefähre Genauigkeit der Farbe aus. Mittlerweile 
bin ich aus einem andereren Grund von der PWM abgerückt. Ich habe eine 
Laser Datenübertragung (sendet Kennung) mit rotem Licht parallel laufen, 
die durch PWM gestört werden könnte. Für die Interessierten:
Ich wollte die Farb-LED in meine ferngesteuerten kleinen Mini-Panzer 
einbauen http://twitter.com/youtank . Mittlerweile habe ich die Pläne 
geändert, so dass nicht mehr jeder dieser Modelle selbst so eine 
leistungsstarke LED mit raumgreifender Elektronik an Board haben muß. Es 
reicht aus, wenn eine starke RGB LED pro Spielfeld von der Decke her das 
Spielfeld in "Feuerfarben" bunt ausleuchtet, damit die Mitspieler 
mitbekommen, daß einer der Modellpanzer getroffen wurde. An jedem 
einzelnen Panzermodell gibt es dann nur noch eine 20mA LED in gelber 
Farbe, die einen Treffer signalisiert. Es liegt mir übrigens fern mit 
den Panzermodellen kriegsverherrlichend zu sein - im Schützenverein wird 
schließlich auch geschossen. Ich mag einfach diesen Wettstreit und ich 
mag die technischen Raffinessen von Panzermodellen. Vielleicht geht das 
anderen auch so :)

VG Stephan

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.