Hallo!
Ich hätte eine kurze Frage an die Elektroniker.
Undzwar haben mein Freund und ich die Idee eine Rundenanzeige für
unseren Verein zu bauen.
Nun haben wir ca. 70 10mm LEDs auf einer Holzwand montiert in der Form
einer 7-Segmentanzeige.
Mein Part wäre die Steuerung:
Ich möchte es wie folgt lösen:
Die LEDs in die 7 Gruppen/Segmente unterteilen und mit dem Raspi über
die GPIOs die Segmente ansteuern, sprich 7 GPIOs verwenden. Das Problem
wäre nur, dass der Raspi max 8mA liefern kann. So davhte ich mir, dass
ich einen Transistor an den GPIO hänge und über den Transistor ein 12V
DC Relais anhänge, welche Versorgungsmässig an einer Motorradbatterie
hängt.
Ein Relais sollte dann eine Gruppe von LEDs einschalten.
Kann ich pro Gruppe die LEDs parallel an das Relais und die Masse der
Autobatterie schliessen?
Oder habe ich generell einen Denkfehler?
Da du mit den Raspi nicht alle LEDs direkt einzeln ansteuern kannst,
wirst du multiplexen müssen und dann sind Relais die denkbar
schlechteste wahl.
Beim Multiplexen am besten alle gleichen Segmente der Ziffern (also z.B.
oben) parallelschalten und dann die Ziffern schnell genug nacheinander
ansteuern. Als Treiber würden sich Transistoren, Mosfets oder spezielle
TreiberICs anbieten.
LEDs nur parallel wenn jede ihren eigenen Vorwiderstand hat. Bei 12V
würde ich je 3 mit Vorwiderstand in Serie schalten und diese
Serienschaltungen dann parallel.
Für die paar LEDs brauchst du kein Relais, da reicht ein einfacher
Transistor.
Wenn du nur eine einstellige Anzeige realisieren willst, dann kannst du
das so machen, wie du beschrieben hast.
Mit 7 GPIOs steuerst du je ein Segment welches aus 10 LEDs besteht.
Allerdings würde ich die Ansteuerung nicht mit Relais machen, sondern
über Logic-FETs. Diese kannst du einfach direkt mit dem Ausgang des Pi
ansteuern.
Wie Max geschrieben hat, würde ich auch die LEDs in Reihen- und
Parallelschaltung gruppieren.
Wenn dir z.B. 12V zur Verfügung stehen (die ggf auch auf 11V abfallen
können) und die LED 2V hat, dann könntest du z.B. 4 LEDs in Reihe
schalten
und die "übrigen" 4V an nem Widerstand abfallen lassen.
Alternativ könntest du auch pro Strang eine KSQ aus nem Transisotr und
ner Z-Diode bauen, welche du über den GPIO des Pi direkt ein und
ausschalten kannst. "Vereinigst" du die Funktion des FET und des
Vorwiderstandes in der KSQ mit dem Vorteil, dass die Helligkeit der LEDs
unabhängig von der Spannung deiner Batterie ist.
Max H. schrieb:> Bei 12V> würde ich je 3 mit Vorwiderstand in Serie schalten und diese> Serienschaltungen dann parallel.
Kommt drauf an wie groß die Flusspannung der LEDs ist. Bei roten LEDs
mit ca. 1,6V kann man problemlos je 5 in Reihe schalten, das passt auch
gut zu den insgesamt 10 Stück pro Segment.
Und Relais sind überflüssig, ein ULN2003 wird reichen.
Danke schonmal für die Vorschläge!
Ja es soll nur eine einstellige Anzeige werden.
Ich habe mir bereits gedacht, dass ein Relais ein Overkill ist.
Ja wahrscheinlich werde ich je 5 in Reihe schalten undso 2 Parallele
Kreise pro "Segment" haben.
Kann mir jemand eine Schaltung empfehlen, welche ich direkt am Pi GPIO
amschliessen kann um so ein Segment mit genügend Saft zu versorgen?
Welche Farbe haben die LEDs? Abhängig von der Farbe könnten 5 in Reihe
an 12V zu viel sein.
Um die LEDd zu schalten würde ich ein paarLogL N-Mosfets oder einen
ULN2003 an den Pi hängen.
Es sind rote 10mm (jumbo) LEDs.
Jetzt habe ich aber ein kleines denkerisches Problem:
Wenn ich kein 12V Relais brauche, kann ich dann den ULN an die 5V und
GND des Raspi hängen?
Liefert der ULN dann trotzdem 5V am Ausgang und genügend Strom?
Markus schrieb:> kann ich dann den ULN an die 5V und> GND des Raspi hängen?
Der ULN braucht keine Versorgungsspannung, der Diodenanschluss kann bei
LEDs als Last frei bleiben.
> Liefert der ULN dann trotzdem 5V am Ausgang und genügend Strom?
Der ULN verhält sich wie Schalter nach GND. Also Minuspol des Akkus an
GND, Pluspol über LED-Kette und Widerstand an Ausgang des ULN.
Hallo nochmal!
Ich hab jetzt noch ein bisschen hin und her überlegt und hab mich
eigentlich auf die Variante mit dem ULN2003 festgeschossen. Jedoch will
ich 2 ULNs pro Segment, sprich 5 LEDs als Last für einen nehmen.
Da ich 12V zur Verfügung habe und die LED laut Datenblatt eine
Flussspannung von 2,2V hat (ja ich weiss, dass dies sehr ungenau ist und
jede LED anders)
Müsste ich noch 1V an einem Vorwiderstand abfallen lassen und somit den
Strom auf 20mA begrenzen.
Doch daraus ergibt sich ein sehr kleiner Widerstand, was bei
Spannungsschwankungen des Netzteilsassive Änderungen des Stromes
bewirken kann :S
Nun dachte ich mir, dass ich einen LM317 als KSQ verwende, jedoch
bräuchte diese mehr als 1V Spannung oder?
Markus schrieb:> Jedoch will ich 2 ULNs pro Segment
Wieso? Der ULN kann bis zu 500mA pro Kanal und gesamt bis 2.5A
Markus schrieb:> Da ich 12V zur Verfügung habe und die LED laut Datenblatt eine> Flussspannung von 2,2V hat (ja ich weiss, dass dies sehr ungenau ist und> jede LED anders)> Müsste ich noch 1V an einem Vorwiderstand abfallen lassen und somit den> Strom auf 20mA begrenzen.
Der ULN2003 hat noch ein Vce(sat) von ca. 1V, dann bleibt nichts für
den Widerstand übrig.
Markus schrieb:> Nun dachte ich mir, dass ich einen LM317 als KSQ verwende, jedoch> bräuchte diese mehr als 1V Spannung oder?
An Shunt müssen 1.25V abfallen und dann kommt noch eine Dropout Voltage
von ca. 1.5V @ 20mA dazu, gesamt also ungefähr 2.75V
Sh!t.
Das heisst, dass ich mit einer 12V Spannungsquelle garnicht auskomme?
Denn mit ULN habe ich keine Spannung mehr Für den Vorwiderstand und mit
LM317 hab ich sowieso zu wenig Spannung. Ich möchte schon gerne immer 5
LEDs in Reihe schalten.
Ok und angenommen ich nehme ein 15V Netzteil:
Die 5 LEDs brauchen 11V.
Der LM317 braucht ca. 3V
Und der ULN benötigg 1V.
Somit würde ich schön auskommen?
Und wenn du einfach die Anzahl der LEDs / Segment auf 2 Stränge a 4 LEDs
reduzierst?
Dann sollte es mit der Batterie doch wieder klappen.
Ne KSQ kann man auch mit einem Bipolartransistor bauen. So eine KSQ
könnte man so bauen, dass sie mit ca 2V auskommt und für die Versorgung
von LEDs ausreichend genau ist.
Bei dieser Lösung sollte es dann auch gehen, den Transistor der KSQ
gleichzeitig als Schalter zu verwenden, indem du mit dem uC seine Basis
auf Masse ziehst, wenn du den Strang abschalten willst.
Hallo Markus,
die von Schlumpf vorgeschlagene Lösung scheint die Beste zu sein.
Einen bipolaren npn-Transistor (z.B. einen Klassiker wie BD135) mit
einem Emitterwiderstand entsprechend des LED-Stroms als
Konstantstromquelle (KSQ) schalten. Natürlich einen Basis-Vorwiderstand
entsprechend dem Beta des Transistos.
Ggf. kannst Du über ein Poti am RasPi-Ausgang sogar die Helligkeit der
LEDs einstellen. Wenn Du zwei Gruppen a 5 LEDs über jeweils eine eigene
KSQ parallel schaltest wird das sogar notwendig sein um die Helligkeiten
abzugleichen.
Viel Erfolg, Gruß
Gerd
Schlumpf schrieb:> Und wenn du einfach die Anzahl der LEDs / Segment auf 2 Stränge a> 4 LEDs reduzierst?> Dann sollte es mit der Batterie doch wieder klappen.>> Ne KSQ kann man auch mit einem Bipolartransistor bauen. So eine KSQ> könnte man so bauen, dass sie mit ca 2V auskommt und für die Versorgung> von LEDs ausreichend genau ist.>> Bei dieser Lösung sollte es dann auch gehen, den Transistor der KSQ> gleichzeitig als Schalter zu verwenden, indem du mit dem uC seine Basis> auf Masse ziehst, wenn du den Strang abschalten willst.Schlumpf schrieb:> Und wenn du einfach die Anzahl der LEDs / Segment auf 2 Stränge a> 4 LEDs reduzierst?> Dann sollte es mit der Batterie doch wieder klappen.>> Ne KSQ kann man auch mit einem Bipolartransistor bauen. So eine KSQ> könnte man so bauen, dass sie mit ca 2V auskommt und für die Versorgung> von LEDs ausreichend genau ist.>> Bei dieser Lösung sollte es dann auch gehen, den Transistor der KSQ> gleichzeitig als Schalter zu verwenden, indem du mit dem uC seine Basis> auf Masse ziehst, wenn du den Strang abschalten willst.
Ich steh jetzt etwas auf der Leitung.
Ich dachte eine KSQ muss aus 2 bipolaren Transistoren bestehen?
Könntest du mir bitte eine Schematics von dieser Schaltung schicken?
Hallo Markus,
zur Schaltung:
Du findest zwei Versionen, eine mit zusätzlicher Helligkeitseinstellung.
R2 (R5) ist so zu bemessen dass dort der gewünschte Strom für die LEDs
(z.B. 20mA) fließt.
Dazu muss die Basis-Spannung des Transistors so eingestellt werden dass
am Emitter die Spannung anliegt die den gewünschten Strom durch R2 (R5)
fließen lässt.
Beispiel:
Nehmen wir eine Emitterspannung von 1V an, also ist R2 = 1V/0,02A = 50
Ohm.
Die Basisspannung liegt ca. 0,7V darüber (Schwellenspannung). Der
Basisstrom sollte entsprechend Beta des Transistors (laut
Siemens-Datenblatt 40 bis 250) bemessen werden. Bei angenommen einen
Beta von 100 und ca. 20mA Kollektorstrom hätten wir bei einer
GPIO-Spannung von 3,3V den Wert (3,3V - 1,7V)/(20mA/100) = 1,6V/0,0002A
= 8000Ohm.
Bei Variante 2 mit Poti solltest Du ein Poti R3 mit z.B. 1kOhm nehmen,
den Basis-Widerstand R4 kannst Du auf ca. die Hälfte reduzieren.
Das ist zwar eine Sparlösung, für Deine Anwendung sollte es aber
reichen.
Natürlich kannst Du für die Widerstände auch den nächsten Wert aus der
E-Reihe einsetzen.
Im Prinzip kannst Du für R1 auch gleich ein Poti nehmen, riskierst damit
aber RasPi wie LEDs.
Gruß
Gerd
noch eine Ergänzung:
Da der Beta des konkret eingesetzten Transistors eigentlich erst
bestimmt werden muss wäre eine praktikabele Lösung für R1 vorerst ein
Poti einzusetzen (ca. 20-25kOhm) und dieses so einzustellen dass der
gewünschte Kollektorstrom fließt.
Das Poti kann dann gegen einen entsprechenden Festwidrstand ausgetauscht
werden.
Dabei solltest Du unbedingt darauf achten dass beim Einschalten das Poti
auf den höchsten Wert gestellt ist, sonst gehst Du besagtes Risiko ein
den RasPi, die LEDs oder gar den Transistor zu zerstören.
Gruß
Gerd
Dachte eigentlich eher an eine Schaltung wie z.B. hier beschrieben:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm
An den Knoten zwischen D1 und Rv kommt dann der Ausgang des uC.
Sinnvollerweise sollte das ein OD-Ausgang sein.
Wird der OD-Ausgang auf Low gezogen, so werden D1 und D2 kurzgeschlossen
und der Transistor sperrt.
Wird der OD-Ausgang hochohmig, ist er für die KSQ quasi nicht vorhanden.
die Schaltung stellt eine standard-KSQ dar. Der Strom wird über Re
eingestellt da die Basisspannung durch die Dioden konstant gehalten
wird.
Ähnlich arbeitet mein Vorschlag, nur dass die Basisspannung durch den
Strom durch R2 (und damit durch den Spannungsabfall an R2) bestimmt
wird.
> An den Knoten zwischen D1 und Rv kommt dann der Ausgang des uC.
Der RasPi hat P&P-Ausgänge, das wäre eine schlechte Lösung. Hier müsste
mindestens eine Diode (Kathode zur GPIO) dazwischen. An Besten eine
Schottky mit niedriger Schwellenspannung.
Gruß
Gerd
Die Transistorlösung gefällt mir eigentlich am besten!
Ich hätte das jetzt so überlegt (siehe Bild - sorry bin am Handy)
Die 3,3V Quelle soll den GPIO auf High signalisieren (:
Nur eine kurze allgemeine Frage noch:
Angenommen ich verwende ein 24V Netzteil,
Würde dann die zusätzliche Spannung auf der Kollektor-Emitter-Strecke
abfallen und die Schaltung nicht ändern oder?
Markus schrieb:> Die Transistorlösung gefällt mir eigentlich am besten!> Ich hätte das jetzt so überlegt (siehe Bild - sorry bin am Handy)>> Die 3,3V Quelle soll den GPIO auf High signalisieren (:>> Nur eine kurze allgemeine Frage noch:> Angenommen ich verwende ein 24V Netzteil,> Würde dann die zusätzliche Spannung auf der Kollektor-Emitter-Strecke> abfallen und die Schaltung nicht ändern oder?
Sorry auf dem Screenshot stehen noch Voltzahlen von vorherigen
Spielerein :P
> Würde dann die zusätzliche Spannung auf der Kollektor-Emitter-Strecke> abfallen und die Schaltung nicht ändern oder?
Richtig!
Die Verlustleistung am Transistor steigt dadurch, der ist mit einem
BDxxx aber sowieso überdimensioniert.
Selbst bei schlimmstenfalls 15V Uce liegt diese gerade mal bei 15V*0,02A
= 0,3W.
Ach - sehe mir gerade Deine Schaltung an ...
So klappt das nicht. LEDs kann man nicht ohne Weiteres parallel
schalten.
Du musst für jeden LED-Strang einen eigenen Transistor samt
Basis-Vorwiderstand und Emitterwiderstand nehmen.
Gerd P. schrieb:> Ach - sehe mir gerade Deine Schaltung an ...> So klappt das nicht. LEDs kann man nicht ohne Weiteres parallel> schalten.> Du musst für jeden LED-Strang einen eigenen Transistor samt> Basis-Vorwiderstand und Emitterwiderstand nehmen.
Okay das heißt, dass ich pro Segment 2 Transistoren nehmen sollte. Das
sollte ja kein Problem darstellen.
Aber noch mal zurück zu meinem Verständnisproblem bei
Betriebsspannungserhöhung.
Wenn die überschüssige Spannung an der Kollektor-Emitter-Spannung
abfällt, so ist dich die Dimensionierung für R2 hinfällig und somit auch
der Strom oder?
Langsam fängt mein Kopf an zu reichen bei dem Thema :P
die überschüssige Spannung fällt nur deswegen an der
Kollektor-Emitter-Strecke ab weil der Transistor versucht die
Basis-Emitter-Spannung auf der Schwellenspannung von ca. 0,7V zu halten.
Steigt der Kollektorstrom fällt eine höhere Spannung am
Emitterwiderstand ab was zur Folge hat dass Ube sinkt und dadurch der
Transistor zuregelt, d.h. den Kollektorstrom verringert - vice versa.
Das ist eine typische Gegenkopplung, also eine Regelung.
Die Dimensionierung des Emitterwiderstands bestimmt den Emitter- und
damit auch den Kollektorstrom.
Gruß
Gerd
