LED-Multiplexer per Konstantstromquelle(IC) betreiben?

Wolfgang H. schrieb:
> Das wird bei etwa 4,3V sein.
> Da ich geplant hatte mit 5V Betriebsspannung zu arbeiten, wird das wohl
> eng mit einem Vorwiderstand..
Eng wird das vor allen Dingen, da sich die Transitoren auch noch ein 
wenig Spannung gönnen. Die 4,3V wirst du sowieso nicht erreichen. Da 
hilft dir dann eine KSQ auch nicht weiter.
Ich würde einen Vorwiderstand von 1 Ohm reinsetzen und mir das Ergebnis 
anschauen. Von der Helligkeit sollte das wohl reichen. Der Unterschied 
zwischen 80 und 100% ist gar nicht so groß.

mfg.

Wolfgang H. schrieb:

> gibt es für die im Titel erwähnte Frage einen vernünftigen Ansatz?

Details!

> Ich habe einen Aufbau mit 11 npn- und 10 pnp-Transistoren geplant, die
> über drei kaskadierte Schieberegister angesteuert werden.

Bahnhof. Sag doch mal an, wieviele LED in welcher Anordnung.

> Die
> verwendeten LEDs vertragen gepulst 100mA. Das wird bei etwa 4,3V sein.

Welche LED braucht denn 4.3V?

> Die erste Idee war, mit 12V für die LEDs zu arbeiten. Die Transistoren
> werden allerdings mit max. 5V angesteuert. Also dachte ich an einen
> Baustein mit einer Konstantstromquelle, die die 100mA halbwegs konstant
> (bedingt durch das ständige Schalten) liefert. Ist das realistisch? Gibt
> es eine vernünftige Lösung ohne alles Bestehende über den Haufen werfen
> zu müssen?

Wie es aussieht, willst du Konstantstromquelle und Multiplex-Schalter 
trennen. Allerdings kannst du mit einer Stromquelle auch immer nur 
eine LED angeschaltet haben. Wenn man eine Matrix mit Zeilen und 
Spalten hat (und erst dann ergibt Multiplexen einen Sinn) dann braucht 
man für die eine Dimension der Matrix (geschaltete) Stromquellen und für 
die andere Dimension simple Schalter. Mit nur einer Stromquelle kommt 
man nicht hin.

Stromquellen kann man problemlos schaltbar machen. z.B. die Schaltung 
hier:

http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_bipolaren_Transistoren

Wenn man R2 nicht nach Vcc legt, sondern an den Ausgang eines µC (oder 
Schieberegisters), dann kann man den Strom ein- und ausschalten. So eine 
simpel-Stromquelle braucht mindestens ca. 1V; wenn weniger Spannung da 
ist, geht aber nix kaputt, sondern nur der Strom zurück.

Wenn wir mal mit den üblichen 3.5V pro LED rechnen, 0.2V für den 
high-Side Schalter und o.g. Schaltung als low-Side Schalter, dann 
bleiben bei 5V Versorgung noch 1.3V für die Stromquellen, also alles im 
grünen Bereich.


XL

Thomas Eckmann schrieb:
> Eng wird das vor allen Dingen, da sich die Transitoren auch noch ein
> wenig Spannung gönnen.

0,3 .. 0,5V fallen da schon ab.
Besser ists mit MOSFETs, die können <0,1V Abfall.


Peter

Wolfgang H. schrieb:

> Die hier verwende ich:
> 
http://www.led1.de/shop/standard-leds/led-48mm-ultrahell-strawhat/strawhat-led-48mm-warmweiss-wedww03-cm.html

> Das Problem ist, dass ich weiß: Ich kann 100mA durchschicken.

Bin ich blind oder ist da tatsächlich kein Datenblatt verlinkt? Die 
Kurzdaten sagen jedenfalls 3.2V @ 20mA. Und I_max=30mA. Damit ist weder 
klar, ob die LED 100mA bei Tastung 1:10 aushält (vermutlich ja). Welche 
Flußspannung sie bei 100mA hat, können wir nur raten. Aber 4.3V 
erscheint mir zu viel.

> Aber ich weiß nicht genau bei
> welcher Spannung. Und die kann bei jeder LED ja auch leicht
> unterschiedlich sein.

Deswegen ja Konstantstromquellen (bzw. -Senken)

>>Bahnhof. Sag doch mal an, wieviele LED in welcher Anordnung.
> 11 Spalten, 10 Zeilen und jeweils eine LED. Also 110 Stk. insgesamt.
> Mein Grundgedanke war folgender: Es leuchtet jeweils nur eine LED.

Wie kommst du darauf? Es leuchten maximal alle LED einer Zeile, minimal 
keine. Siehe LED-Matrix. Achtung: das dort geschriebene bezieht sich 
auf das Multiplexen der Spalten. Ich gehe hier davon aus, daß die Zeilen 
gemultiplext werden.

>>http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_bipolaren_Transistoren

> Das klingt interessant. Danke. Wie schnell pendelt sich der Wert denn
> ein? Mit welcher Frequenz kann man das Teil takten?

So schnell, wie die Transistoren sind. Einige Hundert kHz sicherlich. 
Aber wegen der Störungen und Schaltverluste geht man mit der Frequenz 
nicht höher als nötig. Mit 1kHz Multiplexfrequenz und 10 Zeilen kämst du 
auf 100Hz Wiederholrate. Reicht gerade aus. Notfalls geh auf 2kHz.

>>Besser ists mit MOSFETs, die können <0,1V Abfall.
> Stimmt wahrscheinlich. Aber dafür könnte evtl. wieder ein Treiber
> notwendig sein, was ich mir sparen möchte.

Mit 100mA pro LED und 11 Spalten muß dein Zeilentreiber maximal 1.1A 
stemmen. Das schafft ein IRF7416 mit 5V Ansteuerung problemlos. Und bei 
den in Frage stehenden Frequenzen reicht ein CMOS-Ausgang als Treiber.

> Vor allem habe ich die pnps und npns schon hier rumliegen ;-)

Wenn du davon ausgegangen bist, daß immer nur eine LED pro Zeile 
leuchtet, dann sind die vermutlich zu schwach dimensioniert.


XL

Axel Schwenke schrieb:

> Bin ich blind oder ist da tatsächlich kein Datenblatt verlinkt? Die
> Kurzdaten sagen jedenfalls 3.2V @ 20mA. Und I_max=30mA. Damit ist weder
> klar, ob die LED 100mA bei Tastung 1:10 aushält (vermutlich ja).

Wenn man sich die Datenblätter aktueller Standard-LEDs ansieht,
ist ein 10-facher Strom eher nicht zulässig. Zumindest wird er
die Lebensdauer der LEDs stark verkürzen.
Gruss
Harald

Harald Wilhelms schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>
>> Bin ich blind oder ist da tatsächlich kein Datenblatt verlinkt? Die
>> Kurzdaten sagen jedenfalls 3.2V @ 20mA. Und I_max=30mA. Damit ist weder
>> klar, ob die LED 100mA bei Tastung 1:10 aushält (vermutlich ja).
>
> Wenn man sich die Datenblätter aktueller Standard-LEDs ansieht,
> ist ein 10-facher Strom eher nicht zulässig.

Es ist ja auch nur das 5-fache des empfohlenen (und das 3.3-fache des 
maximalen) Dauerstroms. Bei 1:10 gemittelt 10mA. Rein thermisch geht das 
sicher. Aber es gibt halt auch nichtthermische Limitationen.


XL

Wolfgang H. schrieb:

>>Bin ich blind oder ist da tatsächlich kein Datenblatt verlinkt?
> Ich hatte bei dem Shop angefragt und das ausführlichere Datenblatt
> zugeschickt bekommen. Ich hoffe, es spricht nichts dagegen, das hier in
> den Anhang zu packen(?).

Das ist ja mal ein schlechtes Datenblatt. Peak-Durchlaßstrom ist nur für 
einen einmaligen Impuls angegeben, für kontinuierlich gepulsten Betrieb 
gibts gar keine Angeben. Zu den 30mA If max von der Shopseite paßt keine 
der Angaben aus dem Datenblatt.

Bei der Durchlaßspannung steht nicht dabei, für welchen Strom. Beim 
Diagram If/Uf steht nicht dabei ob das die typische Kennlinie sein soll 
oder was. Überdies sind die Werte inkonsistent. Wenn wir annehmen, daß 
die Uf-Zahlen (min 2.8V, typ 3.2V, max 3.6V) für 20mA gelten, dann 
stimmt das in keiner Weise mit der Kurve überein, die 3.7V @ 20mA sagt.

> Die 4,3V scheinen halbwegs realistisch zu sein, wie ich finde.

Dem Datenblatt kann man diese Angabe jedenfalls nicht entnehmen.

> Aber das interessiert bei einer Stromquelle dann natürlich nicht mehr.

Es interessiert schon. Zum einen muß die Betriebsspannung mindestens

U_b >= U_sat_zeile + U_f_max + U_min_spalte sein.

Anderseits wird in jeder Stromsenke (bei integrierten Treibern: je 
Kanal) eine Leistung von bis zu

(U_b - U_f_min - U_sat_zeile) * I_f

verheizt.

Mal am Beispiel des STP16CP05: der kann bis 80mA liefern und braucht 
dann 1V am Ausgang (typisch 750mV). Mit Uf=4.3V und U_sat_zeile=0.1V 
reichen 5V dann nicht mehr, es müßten mindestens 5.4V sein.

Nehmen wir mal an, du wölltest deine LED lieber mit 12V versorgen. Dann 
würde der Spaltentreiber 11  80mA  (12V-0.1V-4.3V) = 6.7W verheizen 
müssen. Schafft der STP nicht.


XL

@  Wolfgang H. (Gast)

>geeignet. Kann man die auch "umdrehen", sodass der konst. Strom zwischen
>V_out und Masse fließt? Geht das so, wie ich das im Anhang probiert

Ja.

>habe? Auch mit dem ENABLE-Eingang?

nein, und viel zu kompliziert. Dein Enable geht einfach an R2!

>2) Als low-side-Mosfet würde ich den IRF7413 verwenden. Gibt's daran was
>auszusetzen?

Nö.

Ähh, ich hoffe du hast mich richtig verstanden. Die Masse von R2 wird 
aufgetrennt und DORT dran geht dein low aktives Enable. Dann fließt nur 
der Strom durch R2 auch durch deinen Enable-IO, und zwar gegen Masse.

Wolfgang H. schrieb:

>>nein, und viel zu kompliziert. Dein Enable geht einfach an R2!

> Na wenn das geht, mache ich das natürlich. Ich hatte die Befürchtung,
> damit vielleicht den Ausgang vom Schieberegister zu überlasten. Aber im
> Prinzip geht ja nur der Strom durch den 4k7 und minimal was durch die
> Basis vom rechten pnp.

Das Schieberegister muß den Basisstrom für den rechten Transistor 
liefern, der durch R2 fließt und von R2 auf (U_b - 2*0.7V) / R2 
begrenzt wird.

Mit Basisstrom sollte man hier nicht geizen, sondern die gleiche 
Auslegung wie für eine gesättigte Schaltstufe verwenden. Mal ein 
Beispiel: Vorgabe I_konst = 100mA, U_b = 5V. Transistor hat B=100. Macht 
rein rechnerisch I_B = 1mA. Wir wollen den Transistor sättigen, 
übersteuern ihn also 5-fach: I_B = 5mA. Nach obiger Formel ergibt sich 
R2 zu 740 Ohm. Da der Logik-Ausgang selber auch noch einen kleinen 
Spannungsabfall produziert, wählen wir R2 = 680R. 4.7K sind auf jeden 
Fall zu viel.

PS: und wie Falk schon schrieb: Der Steueranschluß geht an das untere 
Ende von R2, das dafür natürlich von GND getrennt werden muß.


XL