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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik RGB-LEDs-Streifen Ansteuerung


Autor: Rick D. (rick222)
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Hallo,

ich möchte mir eine RGB Ansteuerung samt zugehörigen RGB Streifen 
basteln. Ich hab ein Prinzipbild mit 3 beispielhaften RGB-LEDs 
angehängt.
Eigentlich ist mir alles klar, jedoch werd ich mir dem Sinn der KSQ 
(Konstantstromquelle) nicht ganz klar.Vielleicht hab ich nur einen 
Denkfehler aber eine KSQ bringt mir doch nur was, bei einer Ansteurung 
von einer LED, denn im angehängten Beispiel kann ich doch nicht von dem 
Gesamtstrom, der aus der KSQ entnommen wird, auf den Strom durch eine 
einzelne LED rückschliessen.(Bauteilschwankungen, Ausfall etc. , 
Streifen soll ja auch verschiedene Anzahlen von LEDs haben) Die KSQ 
müsste dann ja jedesmal bei einen anderen Streifen auf einen anderen 
Strom eingestellt werden, oder? Brauch ich denn überhaupt eine KSQ oder 
reicht ein entsprechendes 12VDC bzw 24VDC Spannungsnetzteil mit 
ausreichender Leistung aus?

Eine weitere Frage bezüglich PWM: Welche Pulsfrequenz ist in dem Fall 
Ideal? Hat dies Einfluss auf die Lebensdauer der LEDs?

Bleibt der Strom während der Schaltvorgänge konstant oder wird doch die 
besagte KSQ benötigt?

Mit freundlichen Grüßen
Rick

Autor: Julian W. (julian-w) Benutzerseite
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Also den Schaltplan kannst du schonmal total vergessen.
Wenn du es so machen willst, brauchst du eine Stromquelle mit konstanter 
Spannung und Vorwiderständen vor den Zweigen, ist aber bei 
HighPower-LEDs nicht sehr ratsam.

Im Grunde brauchst du 3 KSQ, und zwar für jeden Zweig eine, dann aber 
natürlich ohne Vorwiderstand.

Rick D. schrieb:
> Eine weitere Frage bezüglich PWM: Welche Pulsfrequenz ist in dem Fall
> Ideal? Hat dies Einfluss auf die Lebensdauer der LEDs?

Als Pulsfrequenz nehme ich immer 200Hz, das reicht dicke und den LEDs 
macht das auch nichts aus.

Rick D. schrieb:
> Bleibt der Strom während der Schaltvorgänge konstant oder wird doch die
> besagte KSQ benötigt?

Der Strom, der durch den Strang fließt, ist auch immer konstant 
(vernünftige KSQ vorausgesetzt). Nur im "Durchschnitt" wird durch die 
PWM der Strom geringer.

Autor: Joachim B. (jojo84)
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Moin,

was ist denn dein bisheriger Kenntnisstand? Mir scheint, als hättest du 
dir schon recht viel angelesen (sehr löblich) aber du bringst noch etwas 
viel durcheinander.

Stichwort Fertigungstoleranzen: nichtn schlecht, daß du dran denkst. Bei 
deiner Anwendung aber ziemlich egal :) . Die würden eine Rolle spielen, 
wenn du x LEDs parallel hast, aber nur einen Gesamt-Vorwiderstand 
spendieren willst. Dann weiß man nicht, wieviel Strom jetzt wirklich 
durch die einzelnen LEDs fließt. Klar soweit?

Wie Julian schon sagte, dein "Schaltplan" ist Unfug :) . Aber das hat er 
ja schon erläutert...

Zur PWM lies dir dies hier nochmal durch, das hilft:
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_PWM

oder googeln.

Versuch mal noch konkreter zu Fragen, kriegen wir alles hin!

Gruß

Autor: Rick D. (rick222)
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Danke schonmal für die Antwort. 200Hz hätt ich jetzt nicht gedacht, hört 
sich ziemlich wenig an. Nagut da kann man ja noch rumexperimentieren.

Ok aber bezüglich der der KSQ heisst ja dann das ich immer einen fest 
vorgegebenen Strom einstellen muss.

Wie machen das dann die Hersteller von den Steuergeräten, ich kann ja 
sagen wir mal an ein  übliches RGB Steuergerät mit 4A pro Kanal 
verschieden lange Streifen anschliessen. Bei 1m Streifen mit 
entsprechender LED Anzahl und 4m Streifen mit 4mal höherer Anzahl an 
LEDs fliesst demzufolge ein höherer Strom.

Autor: avion23 (Gast)
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Hallo Rick,
du schreibst, es wäre nur ein Prinzipschaltbild. Handelt es sich 
vielleicht um die typischen RGB-Strings für 12V? Wenn ja, dann hast du 
dort schon eine Konstantstromquelle in Form eines Vorwiderstands. Die 
ist nicht perfekt, reicht aber in der Praxis mehr als aus.

Für die PWM solltest du die Hardwaremodule auf deinem µC verwenden 
(falls du einen verwendest). Die Frequenz sollte nicht mehr sichtbar 
sein. LEDs haben kein Nachleuchten, 50Hz sind deswegen zu wenig. Alles 
über 100Hz ist IMO okay.

Für die Schalter solltest du n-channel logic level mosfets verwenden. 
Source kommt an Masse, Drain kommt an LED Minus. LED Plus kommt an 12V 
Versorgungsspannung (vorausgesetzt du verwendest die typischen 12V 
Strings mit Vorwiderstand).
Das Mosfet Gate kommt über 120Ω direkt an einen Port pin.

In der mosfetübersicht findest du geeignet mosfets, die schon bei 5V 
durchschalten.

Autor: Rick D. (rick222)
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Ja das mit dem Parallelschalten von Dioden, dass das nicht gut weiss ich 
ja, wegen NTC Verhalten, deswegen hab ich ja auch jeweils nen 
Vorwiderstand vor jeden Zweig.

Also ich hätt das jetzt so gemacht; einfach nen 12VDC Spannungsnetzteil 
mit 4A pro Kanal und dann die Zweige so aufgeteilt mit Reihen und 
Parallelschaltung, dass ich jeweils einen möglichst geringen 
Vorwiderstand habe. Aber das ist nicht korrekt so?

Autor: Rick D. (rick222)
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Ok danke für die Hilfreichen Tipps. Ja also die PWM will ich sowieso mit 
einem Mic machen. Der C167 bietet sich an, da wir den grad sehr 
ausfühlich in der HS hatten.^^

@  avion23 ja genau, im Prinzip greif ich auf diese Streifen zurück oder 
bau sie mir selbst.

Also ist der Ansatz so korrekt mit dem Spannungsnetzteil? Wie gesagt 
durch geschicktes aufteilen kriegt man ja die Vorwiderstände und die 
entsprechende Verlustleistung relativ günstig hin.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Rick D. schrieb:

> Ok aber bezüglich der der KSQ heisst ja dann das ich immer einen fest
> vorgegebenen Strom einstellen muss.

Ja

> Wie machen das dann die Hersteller von den Steuergeräten, ich kann ja
> sagen wir mal an ein  übliches RGB Steuergerät mit 4A pro Kanal
> verschieden lange Streifen anschliessen. Bei 1m Streifen mit
> entsprechender LED Anzahl und 4m Streifen mit 4mal höherer Anzahl an
> LEDs fliesst demzufolge ein höherer Strom.

Nein.
Da alle LED in Serie hintereinander hängen, fliesst durch alle LED 
derselbe Strom. zb 30mA
Ob das jetzt 10 oder 100 LED sind spielt keine Rolle. Durch den Strang 
werden 30mA durchgejagt.
Allerdings ist die Spannung die dazu notwendig ist je nach LED Anzahl 
unterschiedlich. Aber darum kümmert sich ja die KSQ. Die erhöht oder 
erniedrigt die Spannung soweit, dass wieder 30mA fliessen. Und zwar 
durch alle 100 LED in diesem Strang.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Rick D. schrieb:

> Also ich hätt das jetzt so gemacht; einfach nen 12VDC Spannungsnetzteil
> mit 4A pro Kanal und dann die Zweige so aufgeteilt mit Reihen und
> Parallelschaltung, dass ich jeweils einen möglichst geringen
> Vorwiderstand habe. Aber das ist nicht korrekt so?

Dein begrenzendes Element ist nicht der Strom, sondern die Spannung die 
du erzeugen kannst.

Edit: Das heißt - in einem Strang. Mit jeder LED erhöht sich die 
notwendige Spannung um die Flusspannung der LED
Natürlich kann man mehrere Stränge parallel schalten. Dann erhöht sich 
der Stromverbrauch entsprechend.
So gesehen hast du natürlich recht.

Autor: Rick D. (rick222)
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Mit 4A pro Kanal meinte ich den Maximal Strom.

Aber das würde ja heissen bei 100LEDs müsste mir die KSQ ca. 300V 
speisen. Und sind die Leds nicht auch parallel in den Streifen 
geschaltet?

Ich hätt gedacht, es ist so wie in meiner Prinzipdarstellung. --> Leds 
in Reihe um 12V günstig auszunutzen und dann die Stränge jeweils 
parallel...
Erscheint für mich auch am günstigsten.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Rick D. schrieb:
> Mit 4A pro Kanal meinte ich den Maximal Strom.
>
> Aber das würde ja heissen bei 100LEDs müsste mir die KSQ ca. 300V
> speisen.

Solange alle LED in Serie sind - ja

> Und sind die Leds nicht auch parallel in den Streifen
> geschaltet?

Kommt auf den Streifen an

> Ich hätt gedacht, es ist so wie in meiner Prinzipdarstellung. --> Leds
> in Reihe um 12V günstig auszunutzen und dann die Stränge jeweils
> parallel...

So kannst du das machen.
Aber dann sollte jeder Strang seine eigene KSQ oder eben einen 
Vorwiderstand haben. Oder eine KSQ für alle paralleln Stränge und 
Widerstände zum symetrieren.

Autor: Rick D. (rick222)
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Hat nicht jemand so einen Streifen rumliegen oder verbaut und kann was 
zur Anordnung sagen?

Also wenn ich das jetzt mal alles zusammenfasse, dann kann man entweder 
eine KSQ nehmen sofern die LEDs in Reihe sind bzw für jeden einzelnen 
Zweig. Vorteile liegen darin, dass keine Vorwiderstände benötigt werden 
und damit für HighPower LEDs vorteilhaft sind. PWM über hohe Spannung 
aber niedriger Strom. NT: Hohe Spannung,

Mit Spannungsquelle und Vorwiderstand: Schaltung noch Prinzipbild ok. 
PWM über kleine Spannung aber großen Strom. NT: Verlustleistung über 
Vorwiderstände

Ist das Korrektamente so?

EDIT:
Also ich glaub jetzt ist der Groschen gefallen. Also wie schon gesagt 
wurde arbeitet eine Spannungsquelle mit Vorwiderstand quasi als KSQ in 
den jewiligen Abzweigen. Desweiteren ist eine KSQ bei RGB Streifen nicht 
möglich da die LEDs und die entsprechenden Farben in den meisten Fällen 
eine gemeinsame Anode haben -> mit KSQ und ohne neue Stromeinstellung 
nicht erweiterbar (s. Prinzipschaltbild).

Autor: Joachim B. (jojo84)
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Rick D. schrieb:
> Hat nicht jemand so einen Streifen rumliegen oder verbaut und kann was
> zur Anordnung sagen?
Na, das ist doch eigentlich recht einfach :) : diese Streifen sind ja 
(meist) zusammensteckbar oder zerschneidbar. Das bedeutet ja, daß hier 
schonmal keine Reihenschaltung der einzelnen Segmente vorliegt. Pro 
Element sind die LEDs in Reihe, aber nicht die Segmente zueinander, die 
sind parallel. Der Strom wird über Vorwiderstände eingestellt, das ist 
das billigste. Die "Stromversorgung" liefert in diesem Fall eine 
konstante Spannung. Der Strom der da raus kommt ergibt sich durch die 
anzahl der Segmente, die ja alle parallel sind.

> Also wenn ich das jetzt mal alles zusammenfasse, dann kann man entweder
> eine KSQ nehmen sofern die LEDs in Reihe sind bzw für jeden einzelnen
> Zweig. Vorteile liegen darin, dass keine Vorwiderstände benötigt werden
> und damit für HighPower LEDs vorteilhaft sind.
kann man so sagen, ja.

> PWM über hohe Spannung
> aber niedriger Strom. NT: Hohe Spannung,
häh? Als eigentlich macht die PWM ja nur an und aus. Und zwar ganz 
schnell. Das hat mit dem Strom und der Spannung erstmal nix zu tun.

> Mit Spannungsquelle und Vorwiderstand: Schaltung noch Prinzipbild ok.
nein, Prinzipbild kappes. Das würde gehen, wenn das alles die gleichen 
LEDs wären (Karl-Heinz´ Stichwort "Symmetrierwiderstände")

> Ist das Korrektamente so?
begrenzet :)

Wenn du diese ollen STreifen hast, dann nimm ne Spannungsquelle und 
Vorwiderstände und gut ist. PWM zum dimmen. PWM hat bei der Anwendung 
aber nix mit KSQs oder so zu tun. PWM ist nur an-aus-an-aus.....

Gruß

Autor: Rick D. (rick222)
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Ich werd mal einen Schaltplan machen mit angesprochenen MOSFETS.

Autor: Rick D. (rick222)
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Ja mit dem Prinzipbild meinte ich es wär korrekt wenn man anstatt der 
eingezeichneten KSQ eine 12VDC Spannungsquelle nimmt.


und mit hoher Spannung über PWM meinte ich dass es ein Nachteil sein 
kann hohe Spannungen zu schalten (Bauteilgrenzwerte usw.). Was eine PWM 
ist weiss ich ja^^

Autor: Joachim B. (jojo84)
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Rick D. schrieb:
> und mit hoher Spannung über PWM meinte ich dass es ein Nachteil sein
> kann hohe Spannungen zu schalten (Bauteilgrenzwerte usw.).
och, wenn du den richtigen Schalter hast, dann würde ich mir um die 
"hohen Spannungen" keine Sorgen machen. Wir hoffen hier ja alle, daß du 
dein Gerät da nicht aus einer 300 VDC Quelle befeuern willst -_O !!!
Der Strom ist eigentlich interessanter, weil der dir deinen Schalter 
warm macht... Aber ich finde Schalter für viel Strom sind einfacher zu 
beschaffen, als für viel Spannung...

> Was eine PWM ist weiss ich ja^^
Dann ist ja gut :)

Autor: Rick D. (Gast)
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Deswegen hab ich es ja auch als Nachteil eingeordnet hohe Spannungen zu 
schalten

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