Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik RGB LED-Würfel 4x4x4


von katz (Gast)


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Hallo zusammen,

ich möchte mir einen LED Würfel(4x4x4) mit 64 RGB leds bauen.
Zur Steuerung werde ich einen PIC µC verwenden.
Es soll 1:8 gemultiplext werden und jeweils die 3 Farbwerte(RGB) über 3 
Latches an die LEDs kommen.

Mein Problem ist die Auswahl der passenden Transistoren oder Treiber.
Das Gesammtwerk soll mit einem 2,5A 5V Steckernetzteil betrieben werden 
(das habe ich noch hier rumliegen).
Die LEDs haben einen PeakForwardCurrent von 100mA und eine Vorwärts 
Spannung von max. 3,8V (3,6V typisch)
also bleiben mir nur 1,2V für den Treiber oder Transistor einer Reihe, 
den Vorwiderstand und den FET für die Spalte übrig.

Welche Transistoren oder Treiber könnt ihr mir empfehlen, die möglichst 
wenig Spannungsabfall haben????
Ich habe schon nach DigitalTransistoren geschaut, da ich mir dabei den 
Vorwiderstand spaare, jedoch gehen die bis max. 100mA und 20% reserve 
wäre schon nett.
Die FETs müssen maximal 3x8x100mA also 2,4A schalten können, diese 
werden aber gemultiplext, also keine Dauerbelastung.

Leider habe ich keine Übersicht über die vielen Transistoren und Treiber 
auf dem Markt. Ich hoffe ihr könnt mir weiter helfen.

Insgesammt möchte ich mit möglichst wenig bzw. kleinen Bauelmenten 
auskommen.
Ich werde das ganze warscheinlich in SMD löten.
Der Würfel soll wenn er fertig ist 10x10 cm haben und die Platine soll 
im Sockel sein(mit RS232, SD-Karte und einigen Tastern)

Vielen Dank für eure Hilfe....

von Andreas G. (beastyk)


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Wieviel Ampere zieht das wenn alle 64 RBG-LEDs mit 100mA leuchten?
Ich meine das ist sehr unwahrscheinlich, aber...

von MaWin (Gast)


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> Wieviel Ampere zieht das wenn alle 64 RBG-LEDs mit 100mA leuchten?

Was hast du an Multiplex nicht verstanden, katz aber schon ?

> Welche Transistoren oder Treiber könnt ihr mir empfehlen,
> die möglichst wenig Spannungsabfall haben????

8 P-MOSFETs (oder 4 DoppelMOSFETs wie IRF7329) für die Zeilen,
und Konstantstromsenken wie CAT4016 (Darisus) oder
TLC49xx, STP16CP05 (16*100mA) PCA9626B (24*120mA)
für die Spalten.

von Andreas G. (beastyk)


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Heißt er steuert mit einem Eingang, vom Pic kommend, einen von 8 LEDs 
an?
Dann hat er immer nur 8 RGB-LEDs gleichzeitg an?

von Kümmelkorn H. (mrcrabs_muh)


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Das sollte dir generell weiter helfen:
https://www.das-labor.org/wiki/Farb_Borg_3d

von katz (Gast)


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@Andreas
jawohl ich habe immer 8 von 64 leds an, wechsel des aber sehr schnell.
damit die leds die gleiche läuchtkraft haben wie im normal betrieb 
bekommen sie das 5 fache des stroms der für dauerbetrieb zugelassen ist.
siehe LED-Matrix: Multiplexbetrieb

@MaWin
Vielen dank. ich werd mal die Datenblätter anschauen

von katz (Gast)


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ich habe mich mal unter den Datenblättern umgeschaut und bemerkt, dass 
ich vergessen hab zu sagen, dass die LEDs gemeinsame Kathode haben, also 
benötige ich ne Strom Quelle und keine Strom Senke.
Die einzigen ICs dir mir zusagen sind die Toshiba TB 627XX:
- 8 Kanal
- Konstant Strom Quelle (einstellbar über einen Widerstand) so kann ich 
den abgleich der R G B farbtöne einfach durchführen
- Schieberegister mit Latch: einfach über Controller Ansteuerbar und 
wenig Leitungen, damit komm ich hoffentlich mit einem Layer aus.
- Strom bis 90mA bzw 150mA

aber: kaum bestellbar und hoher Preis (über 4 Euro)

darum werde ich warscheinlich 24 p-kanal fets im sot23 gehäuse nehmen 
und je einen Vorwiderstand. (und natürlich noch 3 8bit Latches)
gemultiplext wird dann über 8 n-kanal fets.

Aber wenn jemand noch eine andere idee hat kann er sich ja gerne melden.
Das Projekt wird jetzt erstmal auf den späten sommer verlegt.

von Andreas D. (andreas_d90) Benutzerseite


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Warum willst du die LEDs übersteuern?
Ich hab auch einen Cube mit einem PIC gebaut, und betreibe die LEDs mit 
Darlington Transistoren BD680 (PNP) an 5V und mit einem 100R für R bzw. 
G und 120R für B. über ein Open Collerctor Schieberegister TPIC6B595 an 
GND. Der Strom pro LED ist ca. 15mA.
Da mein Cube ein 8x8x8 ist und 16x gemultiplext ist, dachte ich auch 
dass ich die LEDs übersteuern muss. Deshalb hab ich nen extra Stromkreis 
für die LEDs gebaut um die Helligkeit einstellen zu können, aber die 
sind auch an 5V hell genug. Wenn die Umgebung dunkel ist, müsste man den 
Cube sogar noch weiter Dimmen.
So siehts bei mir aus wenn der Cube mit 5V betrieben wird:
http://www.youtube.com/watch?v=Oi0ap_jhWTA

von MaWin (Gast)


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> betreibe die LEDs mit Darlington Transistoren BD680 (PNP) an 5V
> und mit einem 100R für R bzw. G und 120R für B. über ein Open
> Collerctor Schieberegister TPIC6B595 an GND. Der Strom pro LED
> ist ca. 15mA. Da mein Cube ein 8x8x8 ist und 16x gemultiplext ist,

Wie leichtes nachrechnen ergibt, sind das 937 uA pro LED, also wohl
etwa 1/20 der Nennhelligkeit.

> So siehts bei mir aus wenn der Cube mit 5V betrieben wird:

Im Dunklen hat das Auge (und deine Kamera) glücklicherweise eine
gute Adaptionsfähigkeit,
es reichen schon Mikrocandela um die LED erkennen zu können.

Darlington ist auf Grund des hohen Spannungsverlust eher ungeschickt,
TPIC6B595 hat leider keine Stromregelung, 1.8V an 120 Ohm sind bei
3.6V LEDs an 5V nicht mehr übrig, also können es gar keine 15mA sein,
denn der Spannungsabfall am Darlington von ca. 0.8V bei 480mA und am
TPIC6B595 von ca. 0.4V wurde noch nicht mal mitgerechnet.

von Andreas D. (andreas_d90) Benutzerseite


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Es war ja eigentlich auch nicht meine Absicht die LED's mit 5V zu 
betreiben sondern einstellbar mit 7V++. Der Cube im Video hängt aber 
definitv an einer 5V Versorgungsspannung und die Schaltung ist wie oben 
beschrieben.

Ein Paar Fehler in deinen Angaben:
LED mit einer Annode und 3 Kathoden mit diesen Werten im Arbeitspunkt:
-Rot 2,3V
-Grün/Blau 3,2 V
Im Datenblatt des TPIC steht bis 100mA ein Widerstand (zw. Drain/Source) 
von 3 Ohm. Es is ja kein Open Collector sondern ein Open Drain, sorry 
ich setz das fast immer als Synonym.
Der BD680 hat ca. 0,7V Verlust laut Messung.

Meine Rechnung:
5V-3,2V-0,7V = 1,1V | 1,1V/103 Ohm = 10,68mA (pro Farbe einer LED)
Da die LED aber nicht im Arbeitspunkt von 20mA läuft, ist die Spannung 
der LED geringer und der Strom kann durchaus höher sein. So erklären 
sich zwar nicht die vollen 15mA die ich messe, aber es kommt ran.
Ich weiß was ich rechne und messe.

Eine LED mit einem 1/16 der normalen Helligkeit zu betreiben, wirkt sehr 
dunkel. Allerdings laufen bei meinem Cube 512 LEDs mit 1/16 der 
Helligkeit. Wenn alle Dioden leuchten, erscheint das wie 32 voll durch 
geschaltene LEDs und das ist im Dunkeln schon wieder viel zu hell.
Hinzukommt das meine LEDs pro Farbe laut Datenblatt ca 3000mc haben und 
das bei einem Abstrahlwinkel von 70 Grad. Zudem sind meine Dioden diffus 
was die Helligkeit an der Diode selbst nochmal erhöht.

von Chris (Gast)


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Andreas D. schrieb:
> Ein Paar Fehler in deinen Angaben:
> LED einer Annode und 3 Kathoden.
> Rot 2,3V
> Grün/Blau 3,2 V

Es gibt auch RGB mit einer Kathode und drei Anoden.
Auch deine Rechnung finde ich hmmm sagen wir interessant...

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