Eigentlich eine Frage, die schon tausende Male besprochen wurde, aber
ich stelle mich zu doof an die passende Frage mit der passenden Antwort
zu finden.
Ich möchte LED-Strips schalten. Fürs erste 40W auf einem Kanal (sind 5m
nur weiße Strips). Gewünscht wären dann 256kHz 8-Bit PWM. Später gerne
auch mehr Kanäle und längere Strips / Aufbauten.
Ich habe schon unzählige Seiten durch und drehe mich immer wieder
gefühlt im Kreis, da mir ein paar Grundlagen fehlen um selber die
richtige Entscheidung zu treffen. Wie sollte ich so eine Schaltung
aufbauen?
Ich finde verschiedenste Ansätze, Transistoren (doof, da zu viel
Verlustleistung?), Mosfets (doof da bei PWM zu hohe Verlustleistung?),
Motorsteuerungen (können kein ausreichendes PWM?), ...
Wie gesagt drehe ich mich im Kreis. Wenn ich z. B. den Ansatz folge
Mosfets zu nutzen, dann kommt irgendwann der Punkt auf dass die bei
hohen Frequenzen eine doch recht hohe Verlustleistung haben und ein
anderes Bauelement / Schaltung empfohlen wird. Dann lese ich wieder so
lange über eine alternative bis auch hier wieder Schwachstellen
aufgezeigt werden, so dass ich mich wieder der nächsten Alternative
hingebe.
Übliche mikrocontroller.net-Threads halt :D Für mich gerade jedoch eher
sehr frustrierend, da ich nicht weiterkomme.
Ich befürchte auch dass gleich mein Punkt mit min. 1kHz PWM zerissen
wird - viel zu hoch, braucht doch keiner, ... Wobei ich das einfach
gerne einmal ausprobieren würde.
IRLZ34N, IRLZ44N, IRFZ34N und IRFZ44N sind mittlerweile vorhanden,
genauso wie ein haufen anderer Bauteile. Was nun noch fehlt ist "nur
noch ein Plan".
Kann mir jemand dabei helfen mich nicht weiter im Kreis zu drehen? Mir
ist schon schwindlig ;)
Wie? Irgendwas. Link zu EINEM passenden Artikel, Schaltung,
nachvollziehbarer Vorschlag mit welchem - und warum mit diesem - Bauteil
ich die Schaltung (idealerweise verlustarm) umsetzen sollte, ...
Vielen Dank
Fredie schrieb:> Mosfets (doof da bei PWM zu hohe Verlustleistung?)
Wie kommst du darauf? 125kHz sind für die MOSFets doch gar kein Problem.
Das grössere Problem ist, das du da einen Langwellensender mit 5m
Antenne baust.
Und ab etwa 4kHz PWM sieht man die Strips auch nicht mehr flimmern.
Einen sinnvollen Grund gibt es also nicht für 125kHz.
Fredie schrieb:> 1kHz PWM zerissen> wird - viel zu hoch, braucht doch keiner,
Da hast du allerdings recht, 256KHz braucht kein mensch, 1KHz kann je
nach Anwendung aber auch zu wenig sein.
Fredie schrieb:> Gewünscht wären dann 256kHz 8-Bit PWM.
Mit einem anständigen FET ist das kein Problem, wie machen das wohl die
ganzen Schaltregler mit 300KHz und mehr?
Die max 256kHz kommen durch ein gedachtes lineares hochskalieren der
PWM-Frequen um um keinen
https://de.wikipedia.org/wiki/Perlschnur#Perlschnureffekt zu haben.
Also 256 kHz max sind nicht nötig, die sehe ich auf keinen Fall. Aber
zumindest mehrere hundert Hz, vielleicht auch wenige kHz (Grenze wäre zu
testen) kann ich noch sehen - und machen einen wahnsinnig.
Ab wenigen (einem ?) kHz sehe ich aber auch nur noch ein
kontinuierliches Licht. Ich würde als untere Grenze der Frequenz gerne
eine Frequenz nehemn, welche mir als kontinuierliches Licht erscheint,
soweit möglich.
Wenn der Strip heller sein soll muss die Frequenz nicht unbedingt linear
hochskaliert werden.
Matthias S. schrieb:> Das grössere Problem ist, das du da einen Langwellensender mit 5m> Antenne baust.
Ich bin ja nicht der erste, der gerne etwas längere LED-Strips bauen
möchte.
HF ist für mich "Magie", aber gelesen habe ich schon mehrmals von der
Problematik, dass man sich eine Antenne / einen Sender baut. Wie
vermeidet man dies denn? Wie kann man dem entgegenwirken?
Kevin M. schrieb:> Mit einem anständigen FET ist das kein Problem, wie machen das wohl die> ganzen Schaltregler mit 300KHz und mehr?
Keine Ahnung, wahrscheinlich auch Magie :D Oder warum ist das Kabel,
welches an dem 300kHz Schaltregler hängt keine Antenne?
Fredie schrieb:> Oder warum ist das Kabel,> welches an dem 300kHz Schaltregler hängt keine Antenne?
Weil der eigentliche Teil, der mit 300kHz schwingt, sehr kompakt
aufgebaut ist und von der Schwingung nicht viel auf der Leitung landet,
die nach außen führt. Da ist im Prinzip hinter der Spule mit dem
Glättungskondensator Ruhe und (nahezu) perfektes DC. Die Leiterbahnen
mit Strom+300kHz sind wenige Millimeter lang.
Wenn du nun 300kHz und ein paar Ampere über mehrere Meter schickst,
sieht das schon anders aus.
Fredie schrieb:> Wie> vermeidet man dies denn? Wie kann man dem entgegenwirken?
Indem man die LEDs nicht mit PWM dimmt, sondern mit Konstant Strom
betreibt.
Mit PWM wird das bei entsprechend niedrigen Frequenzen gemacht, da es
einfach und billig ist und es bei so niedrigen Frequenzen keine
signifikanten Abstrahlungen gibt. Das Problem ist aber weniger die
eigentliche Grundfrequenz von beispielsweis 1KHz, schlimmer sind die
Schaltflanken, die deutlich höhere Frequenzanteile haben und so
abstrahlen. Da gibt es verschiedene Möglichkeiten diese abzuschwächen,
schön wird es trotzdem nicht.
Sebastian R. schrieb:> Weil der eigentliche Teil, der mit 300kHz schwingt, sehr kompakt> aufgebaut ist und von der Schwingung nicht viel auf der Leitung landet,
Weil die Flanken / Schwingungen durch Kondensatoren o. Ä.
herausgefiltert werden?
Kevin M. schrieb:> Fredie schrieb:>> Wie>> vermeidet man dies denn? Wie kann man dem entgegenwirken?> Indem man die LEDs nicht mit PWM dimmt, sondern mit Konstant Strom> betreibt.
...
> Da gibt es verschiedene Möglichkeiten diese abzuschwächen, schön wird es
trotzdem nicht.
Also wenn das so einfach funktioniert, dann habe ich mich zu viel im
Kreis gedreht. Das sollte ich mit nem Mosfet ja passend hinbekommen.
Ich dachte dass das Regeln von Strips (vielleicht nur RGB LED/s bzw.
Strips) zu einem schlechteren Ergebnis führt wenn man die Helligkeit
über den Strom statt über Duty-Cycle / PWM regelt.
Fredie schrieb:> Also wenn das so einfach funktioniert, dann habe ich mich zu viel im> Kreis gedreht. Das sollte ich mit nem Mosfet ja passend hinbekommen.> Ich dachte dass das Regeln von Strips (vielleicht nur RGB LED/s bzw.> Strips) zu einem schlechteren Ergebnis führt wenn man die Helligkeit> über den Strom statt über Duty-Cycle / PWM regelt.https://shelly.cloud/products/shelly-rgbw2-smart-home-automation-led-controller/
Hier könnte man sich ein paar Sachen abschauen :-)
kenny schrieb:> https://shelly.cloud/products/shelly-rgbw2-smart-home-automation-led-controller/>> Hier könnte man sich ein paar Sachen abschauen :-)
Kannst du spezifizieren, was du meinst? Ich finde hier nur ein fertiges
Produkt mit App zum kaufen inkl. vieler, schöner, bunter
marketing-Bildchen. Falls du ausdrücken wolltest ich solle mir so eine
Lösung kaufen: ich würde gerne etwas lernen, gerne auch Bauteile
(Mosfets o. Ä.), mit welchen ich noch nicht gearbeitet habe,
kennenlernen.
Falls du etwas anderes meinst würde ich mich über einen Fingerzeig
freuen.
Kevin M. schrieb:> Fredie schrieb:>> Wie>> vermeidet man dies denn? Wie kann man dem entgegenwirken?>> Indem man die LEDs nicht mit PWM dimmt, sondern mit Konstant Strom> betreibt.
Wie bekomme ich eine vernünftige Konstantstromquelle für den
Anwendungsfall 12V und viele Ampere hin?
Wenn ich mir jetzt den LM317 anschaue dann fällt da ja einiges an
Leistung ab
I x (12V - Flussspannung - 1,25V)
=> da kommen bei hohen Strömen ja sehr schnell sehr hohe Verluste hinzu.
Wie löst man so etwas vernünftig? Habe da keine Erfahrung; meine liegt
eher im Bereich nA-mA, vielleicht mal das eine oder andere Ampere. Aber
nicht viele und vor allem auch nicht dutzende wenn man mal weiterdenkt
:D
Fredie schrieb:> Wie löst man so etwas vernünftig?
Mit Schaltreglern.
Die speichern die Energie in einer Spule und geben sie dann wieder ab,
statt sie zu verheizen. Das passiert dann so ca. 100000 mal pro Sekunde.
Fredie schrieb:> Gewünscht wären dann 256kHz
Warum das? Andere dimmen mit Frequenzen um 1kHz.
> 8-Bit PWM
Warum das? Damit bekommst du im dunklen Bereich ziemlich grobe
Abstufungen, denn das Auge sieht Helligkeit logarithmisch.
> Transistoren (doof, da zu viel Verlustleistung?)> Mosfets (doof da bei PWM zu hohe Verlustleistung?)
MOSFET sind Transistoren und beide haben nicht zu viel Verlustleistung,
wenn man die Schaltung korrekt auslegt.
Viel problematischer sehe ich allerdings, dass deine PWM gedimmten
Leitungen jede Menge Radiowellen abstrahlen werden und so ziemlich alle
drahtlosen Kommunikationen beeinträchtigen werden. Ich bin nicht einmal
sicher, ob solche Aufbauten überhaupt legal sind. EMV regeln kannst du
damit jedenfalls nicht erfüllen.
Was du brauchst, ist ein via PWM dimmbares LED Netzteil. Nur damit lässt
sich so etwas sinnvoll umsetzen. Und komme gar nicht auf die Idee, so
ein gerät selber bauen zu wollen. Es kann nur teurer und schlechter
werden, als handelsübliche Produkte.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Fredie schrieb:>> Gewünscht wären dann 256kHz>> Warum das? Andere dimmen mit Frequenzen um 1kHz.
Perlschnureffekt, s. o. Muss auch nicht 256kHz sein, s. o.
>>> 8-Bit PWM>> Warum das? Damit bekommst du im dunklen Bereich ziemlich grobe> Abstufungen, denn das Auge sieht Helligkeit logarithmisch.
Gerade im dunklen Bereich fällt es jedoch besonders auf. Abstufung muss
nicht linear sein. Eine vernünftige Steuerung, welche im unteren Bereich
- für diejenigen die es sehen können - nicht flackert, ist gewünscht.
Stefan ⛄ F. schrieb:> MOSFET sind Transistoren und beide haben nicht zu viel Verlustleistung,> wenn man die Schaltung korrekt auslegt.
Wie legt man die Schaltung denn vernünftig für, sagen wir 12V und 3A,
aus? Würde ich es wissen würde ich nicht fragen ;) Wenn es dann mal mehr
werden soll, wie legt man die Schaltung für 6A aus? 10A? Will ja nicht
jedes mal neu fragen sondern gerne auch selber kapieren wie die Lösung
skaliert bzw. bis zu welchen Grenzen diese sinnvoll ist und wann ein
anderer Ansatz gewählt werden sollte.
> Viel problematischer sehe ich allerdings, dass deine PWM gedimmten> Leitungen jede Menge Radiowellen abstrahlen werden und so ziemlich alle> drahtlosen Kommunikationen beeinträchtigen werden. Ich bin nicht einmal> sicher, ob solche Aufbauten überhaupt legal sind. EMV regeln kannst du> damit jedenfalls nicht erfüllen.
"Meine Leitungen" müssen ja nicht meine Leitungen sein (?). Ich will
keinen sinnlosen Ansatz umsetzen, sonst würde ich nicht hier fragen. Ich
freue mich über Input wie ich einen vernünftigen Ansatz umsetzen kann.
> Was du brauchst, ist ein via PWM dimmbares LED Netzteil. Nur damit lässt> sich so etwas sinnvoll umsetzen. Und komme gar nicht auf die Idee, so> ein gerät selber bauen zu wollen. Es kann nur teurer und schlechter> werden, als handelsübliche Produkte.
Kenne noch keine Netzteile unter dem Begriff "PWM dimmbares LED
Netzteil". Sind das KSQ welche mittels PWM gesteuert werden?(*)
Wahrscheinlich nicht, aber wenn diese dann PWM auf den Ausgang / die
Strips legen, ist dann nicht wieder das Problem mit der Antenne und dem
Sender vorhanden?
(*) So etwas?
https://www.led-konzept.de/TRIAC-LED-Netzteil-150W-dimmbar
Lothar M. schrieb:> Dort stehen ein paar Stichworte drin:> https://docs.rs-online.com/0360/0900766b8135f1fd.pdf
Danke für den Link, aber ich muss etwas übersehen. Der Wandler hat zwar
weniger Verlustleistung als der LM317 in der Schaltung als KSQ
(https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle), aber
bringt mich nicht sonderlich weiter, oder?
Oder war es nur ein simples Beispiel und es wird einfach bei so hohen
Strömen immer aufwändiger als einen simplen 78xx, LM317, ... zu
verwenden? Meine bisherigen Projekte sind eher Leistungsarm, wenn da mal
ein oder zwei Watt insgesamt zusammenkommen ist das i. d. R. schon viel.
Wenn ich mir nun so einen 10A Schaltregler
(https://www.st.com/resource/en/datasheet/l4970a.pdf) anschaue braucht
der doch schon etwas mehr Platz und Peripherie als meine sonstigen
Energieversorgungen.
Wenn du nach dem Schalttransistor noch eine Spule+Diode einbaust, hast
du eine (halbwegs) geglättete Spannung an den Lampen. Es versaut dir
aber ein wenig die Linearität.
Für geschaltete Anode:
1
V+ --- FET --- Spule --- LED+
2
|
3
Diode LED-
4
| |
5
GND GND
(Sorry für das hingehunzte Blockschaltbild, keine Zeit/Lust für mehr)
Für geschaltete Kathode entsprechend umdrehen alles, im Bild ist es ein
P-FET. Die Spule treibt den Strom weiter während das FET aus ist, das
Stromverhältnis stellt sich mehr oder weniger nach dem Tastverhältnis
ein.
Disclaimer: Das ist keine fertige Schaltung sondern ein funktionierendes
Konzept.
Ich habe bei 4kHz gute Erfahrungen gemacht, da flimmert nix mehr und ein
3A Strip erhitzt den hier arbeitenden IRLZ44N überhaupt nicht. Der
Ausgang geht über eine Ringkerndrossel und verrundet die steilen Flanken
der PWM.
Vermutlich macht es keinen großen Unterschied und ist praktisch
vernachlässigbar, aber:
Wenn du nur eine Ringkerndrossel nimmst, verheizt du die darin
gespeicherte Energie über den Durchbruch vom FET. Zum einen muss der FET
das abkönnen (was meist kein Problem ist), zum anderen ist die
Abschaltflanke dadurch wesentlich zackiger wegen der vergleichsweise
hohen Spannungsdifferenz über die Spule.
Mit einer zusätzlichen Diode bist du bei dem obigen Blockbild und die
Energie landet in den LEDs.
Fredie schrieb:> Wie legt man die Schaltung denn vernünftig für, sagen wir 12V und 3A,> aus?
Siehe
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf
Kapitel 2.2
Ab 500mA aufwärts bevorzuge ich heute ganz klar MOSFET.
Es ist aber auch mit bipolaren Transistoren möglich. Da muss man dann
aber mehrere verketten, weil einer alleine nicht genug
Verstärkungsfaktor hat.
Fredie schrieb:> Kenne noch keine Netzteile unter dem Begriff "PWM dimmbares LED> Netzteil".
Dann gebe das mal bei Amazon ins Suchfeld ein.
> Sind das KSQ welche mittels PWM gesteuert werden?
Ja genau. Da kommt eine halbwegs glatte Gleichspannung heraus. Nicht so
glatt wie aus einem Labornetzteil aber doch so, dass es nicht nebenbei
als Radiosender wirkt.
> Wahrscheinlich nicht, aber wenn diese dann PWM auf den Ausgang / die> Strips legen, ist dann nicht wieder das Problem mit der Antenne und dem> Sender vorhanden?
Nein, weil da Gleichspannung heraus kommt - nicht pulsierend, das ist
der Entscheidende Vorteil.
Kapitel 2.4.2 könnte dich auch interessieren, da ist die Sache mit der
Spule kurz erklärt. Genau das befindet sich in den LED Netzteilen. Dazu
gibt es auch ganz tolle Erklärungen im Web, teilweise mit Animierten
Zeichnungen.
