Hallo zusammen, ich hoffe ich bin im richtigen Forum gelandet. Gleich vorneweg ich habe eigentlich nicht viel mit Elektronik am Hut und bin daher auch nicht übermäßig bewandert, weshalb ich hier Hilfe suche. Meine Projekt: Ich würde gerne High Power LEDs über einen Raspberry Pi steuern. Dabei habe ich 4 LED cluster mit je max. 4 LED. Insgesamt werden es nicht mehr als 12 - 15 LEDs werden. Die Stromaufnahme je LED beträgt max. ca. 750mA bei 2,3V. Die Aufgabe besteht darin diese LED Cluster mit dem Raspberry zu dimmen. D.h. ich brauche 4 Kanäle, die je ein Cluster ansprechen. Soweit ich gelesen habe, ist die eleganteste Methode zum Dimmen von LEDs, die Stromaufnahme zu limitieren. In dem Zusammenhang fällt der Begriff Konstantstromquelle sehr häufig (Quelle: http://www.elektronikpraxis.vogel.de/themen/hardwareentwicklung/powermanagement/stromversorgung/articles/377381/index2.html). Jetzt habe ich mir angeschaut, was der Raspberry an Ausgängen bietet. An/Aus Ausgänge fallen aus. Dann habe ich gesehen, dass es einen PWM Ausgang. Aber da es ja nur einer ist, nützt es relativ wenig. Insofern scheint der I2C recht interessant. Jetzt fallen mir folgende Ideen ein. Entweder ich habe 4 Schaltungen, die über ein Signal des I2C Buses mir einen bestimmten Maximalstrom zur Verfügung stellen, um die LED zu dimmen. Oder falls das so nicht funktioniert, könnte man doch über den I2C Bus einen IC ansprechen der ein bestimmtes PWM Signal erzeugt aus dem dann wieder über einen weiteren IC/Schaltung ein bestimmter Strom generiert wird. Fragen: 1. Sind meine Gedankengänge überhaupt so richtig? 2. Wenn ja, was haltet ihr von meinen Vorschlägen zu Realisierung? Macht das überhaupt so Sinn? 3. Geht es vielleicht einfacher? 4. Wo kann ich konkrete Beispiele finden, um meine Idee umzusetzen? Vielen Dank für eure Hilfe! Peter
Peter schrieb: > 3. Geht es vielleicht einfacher? Raspberry Pi weglassen und ein Kommerzielles Steuergerät einsetzen.
Peter schrieb: > 4. Wo kann ich konkrete Beispiele finden, um meine Idee umzusetzen? Vor knapp 2 Jahren gab es bei ELV mal ein Modul für 16 LED über I2C Ausgangsleitung war geringer, kann man jedoch zusammenfassen. Module anderer Leistung:--> Datenblatt des Herstellers auf dem Modul. Oder Internet: PWM,I2C LED .....
Hallo, wie bastelig soll/darf es denn sein? Willst Du ein fertiges Modul, oder hast Du Lust, selbst was zu bauen? Arbeite grade an einem änlichen Projekt: per I²C gesteuerte Konstantstromquellen für LED-Leisten. Als Grundlage möchte ich Step-Down Spannungsregler Module von ebay verwenden und eine externe Stromstärkenbegrenzungsregelung dranbauen, deren Soll mit einem Mikrocontroller eingestellt wird. Das könntest Du für Dein Projekt auch verwenden. Hat bestimmt schonmal jemand so gemacht - evtl. hat ja jemand einen Link zu einem ähnlichen Projekt. Ich stelle meine Ergebnisse auf jeden Fall hier im Forum vor, wenn sie dann vorliegen. Lukas
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Puh...das waren jetzt schon allerhand Antworten. @Holger: Kannst du denn ein kommerzielles Produkt empfehlen? Ich möchte ja eine Software schreiben, die die Dimmung in Abhängigkeit verschiedener Faktoren (z.B. Tageszeit) vornimmt. Ich kann mir nur schwer vorstellen, dass man einen freiprogrammierbaren LED Dimmer kaufen kann. @Ich selber: Hast du einen Link dafür? @Lukas P.: Ich hätte schon Lust auch etwas selber zu bauen. Würde mich freuen, wenn du dein Projekt online stellt, sodass man es sich anschauen kann. Ich habe im Netz jetzt eine Schaltung gefunden, die ein PWM Signal in einen Konstantstrom umwandeln kann. Sowas wäre ja schon mal ein Ansatz. Ich habe die Schaltung als Bild angehangen. Leider habe ich sie noch nicht ganz verstanden. Soweit ich es laienhaft einschätzen kann, würde ich sagen, dass es sich um einen Impendanzwandler (OPV1) mit angeschlossenen Integrier (OPV2) handelt. Je länger die PWM Impulse desto höher die Spannung am MOSFET je mehr Strom kann fließen. Ist dieser Gedanke richtig? Warum sind am Eingang der Schaltung Widerstände und Kondensatoren? Sieht für mich aus wie 2 Tiefpässe. Welche Rolle spielen R7, R8 und R10?
Peter schrieb: > Soweit ich es laienhaft einschätzen kann, würde > ich sagen, dass es sich um einen Impendanzwandler (OPV1) mit > angeschlossenen Integrier (OPV2) handelt. Je länger die PWM Impulse > desto höher die Spannung am MOSFET je mehr Strom kann fließen. Richtig erkannt sind die beiden RC-Glieder am Anfang Tiefpässe, die machen aus der PWM-Spannung eine fast konstante Gleichspannung. Der Impedanzwandler danach ist dafür da, dass der Spannungsteiler aus R9, R11 und R13 die mit der PWM und den Tiefpässen erzeugte Spannungsquelle nicht so sehr belastet. Die Widerstände R5, R6 sind zusammen 100kOhm, der Spannungsteiler zusammen 410kOhm. D.h., ohne den OpAmp IC2b als Puffer, könnte am Ausgang des Spannungsteilers nur 410/(200+410)=2/3 der Spannung erzeugt werden. R10 ist ein Shunt; er wird verwendet, um den Strom durch die LED zu messen. Nach dem Ohmschen Gesetz: wenn über den Widerstand R10 ein Strom Iled fließt, fällt über ihn eine Spannung Ushunt = R10 * Iled ab. Bei 750mA sind das Ushunt = 0.2Ohm * 750mA = 150mV. Der OpAmp IC2a vergleicht diese Spannung mit der per PWM und Tiefpass erzeugten und durch den Spannungsteiler reduzierten Spannung (Sollspannung). Liegt sie höher, reduziert er die Spannung am Ausgang und damit die Leitfähigkeit des MOSFETs, bis der Strom soweit sinkt, dass die Spannung, die über R10 abfällt, wieder der Sollspannung entspricht. Ohne den Spannungsteiler könntest Du nicht die volle Auflösung des PWM-Ausgangs nutzen, z.B. 5V-0V in 256 Schritten, sondern müsstest Spannungen von 0.15V-0V erzeugen, das entspräche nur ~8 Schritten. Du hättest also anstatt 256 nur 8 Helligkeitsstufen zur Verfügung. R7 sorgt dafür, dass nicht jedes kleine Zittern am Ausgang von IC2a den Mosfet in Aufruhr versetzt. R8 tut das gleiche, nur für Shuntspannung -> +-Eingang von IC2a. So zumindest verstehe ich die Schaltung. Korrigiert mich, wenn ich falsch liege. Mein Ansatz ist Ähnlich: ich würde, statt mit dem MOSFET Leistung zu Verbraten, direkt die Spannungsquelle (Buck-Regler) drosseln. Außerdem würde ich glaube ich auf IC2b verzichten und die Tiefpässe niederohmiger dimensionieren. Über ~500kOhm Spannungsteiler fließen bei 5V Ausgangsspannung nur 0.1mA, das kann der PWM-Ausgang von jedem Controller problemlos liefern. Der OpAmp-Eingang schluckt maximal 0.001mA, sollte also den Spannungsteiler auch nicht zu sehr belasten. Wie eilig hast Du es denn? Meinen Ansatz testen und die richtigen Bauteilwerte ermitteln kann ich frühestens in zwei Wochen, muss noch auf eine Bestellung warten. Lukas
Und mal so am Rande: Der Raspberry bringt KEIN Hardwarebasierenden PWM mit sich. Die die verfügbar sind, werden für das Soundmodul auf dem Raspi verwendet - es ist kein PWM Kanal auf die GPIO ausgeführt. Eine Softwarelösung dürfte aber rein theoretisch für deinen Anspruch, ein paar LEDs zu dimmen, ausreichen. Halt falsch... gelogen: GPIO18 scheint wohl ein HW PWM Chanel enthalten.. doof nur das er da auch den SCL CLK führt.
> doof nur das er da auch den SCL CLK führt.
Ist kein Problem. Peter möchte ohnehin mehr als einen Kanal betreiben,
also muss er die PWM extern generieren.
Lukas P. schrieb: > Ist kein Problem. Peter möchte ohnehin mehr als einen Kanal betreiben, > also muss er die PWM extern generieren. Korrekt. Ich habe es eigentlich überhaupt nicht eilig. Mich interessiert nur das Thema gerade. Es ist mehr die Neugierde die mich antreibt als der Drang das Projekt sofort umzusetzen. Deswegen bin ich dann auch auf deine Ergebnisse gespannt;) Ich würde gerne noch ein paar Fragen loswerden. Soweit ich informiert bin ändert der Tiefpass nichts an der Frequenz des Eingangsignals (PWM). Lediglich die Amplitude verkleinert sich mit ansteigender Frequenz. Eventuell entsteht auch noch eine Phasenverschiebung. Mein Schaltungsbeispiel ist angeblich für ein 15kHz Signal ausgelegt. Wenn ich jetzt von einem 15kHz Rechtecksignal ausgehe, dass zwischen 0 und 5V schwingt, komme ich rechnerisch (1/(1+(2*pi*f*R*C)^1)^1/2) für die Ausgangsspannung auf ca. 1,7% der Eingangsspannung. Da es zwei Tiefpässe hintereinader sind auf sogar nur 0,028% der Eingangsspannung. Für 5V würde das eine Amplitude von gerade mal 1mV ergeben. Ist die Rechnung/der Gedanke so richtig? Selbst, wenn sich jetzt die Pulsweite ändert, ändert sich ja die Frequenz nicht und damit auch nicht die Spannung nach dem doppelten Tiefpass!? Ich dachte IC2-a ist ein Integrierer, aber deiner Aussage nach gleicht er zwei Spannungen an. Woher weißt du das? Wie kann ich das sehen? Btw die PWM Signal kann ich wohl ganz gut mit dem PCA9685 erzeugen. Hat 16 Kanäle und lässt sich mit I2C ansprechen. Gibt es sogar als Modul zu kaufen.
Zum Themenkomplex LED dimmen siehe diesen Artikel, da steht drin, wie es geht und wie nicht: LED-Fading Peter schrieb: > Soweit ich informiert bin ändert der Tiefpass nichts > an der Frequenz des Eingangsignals (PWM). Korrekt. > Lediglich die Amplitude verkleinert sich mit ansteigender Frequenz. Falsch, das Signal wird nur geglättet. Siehe die Grundlagenartikel: Pulsweitenmodulation PWM-Glättung/Digital-Analog-Wandlung mit RC-Tiefpass Wenn du der Sache wirklich auf den Grund gehen willst, empfehle ich dir eine LTspice Simulation. > Ich dachte IC2-a ist ein Integrierer, aber deiner Aussage nach gleicht > er zwei Spannungen an. Um die Schaltung um IC2-a zu verswtehen, lass erstmal R7, R8 und C13 weg, dann erschließt es sich vielleicht. Dazu auch diesen Artikel durcharbeiten: Operationsverstärker-Grundschaltungen > Woher weißt du das? Wie kann ich das sehen? Lange Erfahrung.
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Alexander: Der 'LED-Fading'-Artikel berücksichtigt aber in keinster Weise, dass die Flussspannung der LED stark mit der Temperatur variiert. Mit dem im Artikel gewählten Aufbau werden in der LED (worst case rot) maximal ~6mW Wärmeleistung frei (I=~3mA), die kann man aber idR. bei 36mW (20mA) betreiben. Die Demo wird also in einem sicheren Leistungsbereich durchgeführt, deshalb ist der Betrieb bei Konstantspannung ok. Peters LEDs hingegen (~750mA, mutmaßlich bei Spannungen >10V), werden sich schon deutlich aufheizen. Er will sie (denke ich) auch nicht nur bei unter halber Leistung laufen lassen oder den Kühlkörper überdimensionieren. Wenns blöd läuft, gehen die LEDs ihm mit einer Konstantspannungsquelle thermisch durch und verbraten. Es gibt also drei Optionen: ausreichend niedrig gewählte Konstantspannung mit Vorwiderstand und dann mit in Serie geschaltetem MOSFET per PWM dimmen, eine schnell schaltbare Konstantstromquelle und damit per PWM dimmen, oder eben doch eine variierbare Stromquelle. Der Erste Ansatz hat den Nachteil, dass bei den Strömen im Vorwiderstand schon deutlich Leistung verbraten wird. Je kleiner man ihn wählt, desto mehr variiert der LED-Strom mit der Flussspannung. Außerdem braucht man eine Konstantspannungsquelle, die die schnellen Leistungssprünge ausregulieren kann, oder muss die PWM-Frequenz senken. Den zweiten Ansatz werde ich mal in meine Versuchsreihe aufnehmen, den dritten habe ich aktuelle in Planung. Wenn meine Ausführungen fehlerhaft sind, widersprich mir gerne - habe das nicht studiert. Peter: die Dämpfung durch den Tiefpass ist, wie Du schon gesagt hast, frequenzabhängig. Stell Dir das Prozedere einfach so vor: Der PWM-Ausgang vom IC lädt (Ausgang high) und entlädt (ausgang low) den Kondensator durch den Widerstand. Der Widerstand begrenzt die maximale Lade-/Entladegeschwindigkeit. Es fließt umso mehr Lade/Entladestrom, je größer die die Differenz zwischen der Spannung am Kondensator und der des PWM-Ausgangs ist (siehe Ohmsches Gesetz). Dadurch bewegt sich die Kondensatorspannung in jedem PWM-Taktzyklus etwas näher an den Mittelwert der Spannung am PWM-Ausgang. Wenn Du das nicht verstehst, überlege Dir mal für verschiedene Extremfälle, wie Lade- und Entladestrom wären. Z.B. Kondensator a) komplett entladen, b) auf Vhigh geladen, c) auf Vhigh/2 geladen, jeweils das PWM-on/off-Verhältnis bei 50/50. Wie groß (qualitativ) ist der Ladestrom jeweils im on-Abschnitt, wie groß der Entladestrom im off-Abschnitt. Wie ist das Verhältnis der Ströme? Lädt oder entlädt der Kondensator unterm Strich? >> Woher weißt du das? Wie kann ich das sehen? > Lange Erfahrung. Naja ... :) Habe vor ein paar Tagen ähnliche Schaltungen aus Shunt, OpAmp und 'Leistungsdrossler' gesehen, bei denen der Leistungsdrossler nicht mit einem MOSSFET, sondern mit einem Schaltnetzteil realisiert wurde. Habe nur interpretiert, dass hier das gleiche Prinzip umgesetzt worden ist. Was genau die Aufgabe des Kondensators ist, bin ich mir nicht sicher. Ich vermute, er soll die Steuerspannung des MOSFET stabilisieren. EDIT: Wobei, dann hätte man ihn mit dem anderen Beinchen an Masse gelegt. Hat also schon was mit Rückkopplung zu tun. Hm ...
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Lukas P. schrieb: > Alexander: Der 'LED-Fading'-Artikel berücksichtigt aber in keinster > Weise, dass die Flussspannung der LED stark mit der Temperatur variiert. > [...] deshalb ist der Betrieb bei Konstantspannung ok. Das muss er auch nicht, dort wird die LED exemplarisch über einen Vorwiderstand betrieben, nicht mit einer Konstantspannung wie du schreibst. >> eine LED mittels Vorwiderstand von ca. 1 kΩ an Pin D5 anschliessen Bei größeren Leistungen würde man eine Konstantstromquelle verwenden und diese per PWM takten. > Es gibt also drei Optionen: [...] Korrekt. > Der Erste Ansatz hat den Nachteil, dass bei den Strömen im > Vorwiderstand schon deutlich Leistung verbraten wird. Je kleiner man > ihn wählt, desto mehr variiert der LED-Strom mit der Flussspannung. Richtig. > Wenn meine Ausführungen fehlerhaft sind, widersprich mir Das stimmt so schon. Auch deine Ausführungen zum Tiefpass sind schön anschaulich und korrekt.
Mein Plan wäre es grade das: http://www.aliexpress.com/item/16-Channel-12-bit-PWM-Servo-shield-I2C-interface-PCA9685-Adafruit-Compatible-new/32230165641.html mit denen zu kombinieren: http://www.ebay.de/itm/161668576454 leider lässt der chinese mit dem i2c pwm modul noch auf sich warten...
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