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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ca. 200LEDs in 6 Gruppen (=1200 LEDs) schalten


Autor: Hans Meier (Gast)
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Hallo,

zur Beleuchtung eines Automodells (das Modell ist eigentlich nur ein
Drahtgittermodell an welchem viele LEDs befestigt sind), würde ich mich
für eine LED Ansteuerung interessieren. Bei dem Modell sind jeweils ca.
200 LEDs parallel geschaltet und es stehen ca. 9,6V DC zur Verfügung.
Nun würde ich also gerne mit einem Portpin auf einmal 200 LEDs
einschalten (und das ganze 6mal, d.h. 6 zu schaltende Kreise = 1200
LEDs). Um die Ströme und die Akkulaufzeit mache ich mir dann später
Sorgen ;=)
Kein Problem wenn man verschwenderisch sein will: aus meinen ersten
Tests hatte ich noch eine Ansteuerung durch einen MOSFET: den MOSFET
durchgeschaltet, ein Haufen Leistung an X Widerständen verbraten (so
dass halt die 9,6V auf "verträgliche" 2,5V reduziert wurden) und die
LEDs dahintergehängt.
Aber das muss doch auch besser gehen... Nur wie?

Tipps, Tricks?

Vielen Dank,

Hans

P.S: Mosfet Ansteuerung:

            Schottky Diode zum Schutz parallel
GND ----------MOSFET--------Rs-----LEDs----- Vcc +
Portpin---------|

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Damit würdest du 170 Watt verbraten.

Da würde sich ein Step-Downregler empfehlen, der aber statt Spannung-
stromgeregelt ist.

Autor: Dirk (Gast)
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Ja, ich pflichte Herrn Ganter bei. Ich verwende sehr gerne die sog.
"Simple-Switcher" von National oder für AC/DC die Bausteine von Power
Integrations.

Auf jeden Fall solltest Du die stromsparenden LEDs verwenden, benötigen
nur ca. 2mA.

Die Simple-Switcher kann man auch in den stromregelnden Betrieb
bringen, da sie auch gegen 1,27V regeln.

Also, einfach einen Simple-Switcher am Eingang, von 9,6V herab auf die
1,8 /2,0 / 2,2V (je nach Farbe der LED); plus der sog.
Drop-Down-Spannung des zweiten Simple-Switchers. Das müsste eine
einwandfreie Schaltung ergeben.

Viel Erfolg!
Dirk.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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LEDs haben eine Z-Dioden Charakteristik, d.h. eine realtiv konstante
Brennspannung, die aber je nach Temperatur und Fertigungstoleranzen
unterschiedlich ist.

Deshalb schaltet man LEDs nie parallel, da es sonst zu einer sehr
ungleichmäßigen Stromverteilung und Helligkeit kommt, selbst wenn die
LEDs aus dem gleichen Fertigungslos sind.

Also entweder schaltest Du die LEDs in Reihe oder Du brauchst für jede
LED einen eigenen Vorwiderstand für die gleichmäßige Stromaufteilung.


Peter

Autor: Hans Meier (Gast)
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Vielen Dank für die Antworten.

@Fritz Ganter: ich sagte ja bereits, dass die Ansteuerung durch einen
einfachen Vorwiderstand Vernichtung pur ist, die ich ja auch abstellen
möchte. Werde mir mal entsprechende Regler ansehen und vor allem was
die kosten. Denn die Ströme sind ja nicht so ganz ohne, also
wahrscheinlich eher teure Bauteile :=(

@Dirk: Danke für die Tipps und Ratschläge. Allerdings "liegen die LEDs
hier schon rum", leider keine (teuren) Low Current LEDs. Wäre sicher
besser gewesen, vor allem auch wegen der (Akku-)Laufzeit... Wäre
gewesen, argh...

@Peter Dannegger: Und ich bin wieder etwas schlauer geworden. Bis jetzt
habe ich es nur mit 10 LEDs und einer Halogenlampe (um auch ein wenig
Strom fleißen zu lassen) probiert. Da war noch alles gleich hell. Die
Erklärung leuchtet aber ein.
Also wird wohl noch mal neu verdrahtet, diesmal aber in Reihe. Wie
schnell gehen die LEDs kaputt (die Fehlersuche bei 200
Reihenschaltungen dürfte ja recht aufwendig sein)? Wenn alle LEDs in
Reihe geschaltet sind, wie schalte ich dieses dann am Besten? Wenn an
jeder LED ein paar V abfallen, bleibt von den 9,6V Vcc nichts mehr
übrig.

Noch ein schönes (Rest-)Wochenende,

Hans

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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200 LEDs in Reihe würden 500V bedeuten, da bleibt wirklich nicht viel
von den 9,6Volt.

Das Problem der Parallelschaltung ist mir bewusst, ist halt die Frage
wie störend der Helligkeitsunterschied ist.

Ich würde vorschlagen für jede LED ein Widerstand mit 22 Ohm in Serie,
und das ganze dann parallel schalten und das mit Stromgesteuertem
Schaltregler betreiben. Den Strom von 24A kannst dann mit einem
Stepdown schalten. Wennst eh einen µC verwendest, kann der das regeln,
dann brauchst nur einen Mosfet und eine Spule die für den Strom
geeignet ist.

Bei 16kHz brauchst eine Spule mit 15µH und 3,2mm Drahtdurchmesser :-(

Siehe  http://henry.fbe.fh-darmstadt.de/smps_e/smps_e.asp

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Hab ich vergessen: Der 22Ohm um die Toleranzen auszugleichen, die werden
dann auch nicht warm.

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

wieso nicht beide Welten kombinieren?

Jeweils drei LED's in Reihe an einen gemeinsamen Vorwiderstand.

Allerdings reagiert das ganze dann etwas empfindlich auf
Spannungsschwankungen des Akkus. D.h. die LED's werden bei sinkender
Akkuspannung relativ schnell dunkler. Der Vorteil ist natürlich das man
keinen Schaltregler braucht. Bei 25A ist deren Konstruktion nämlich
alles andere als trivial wenn der Regler effizient sein soll.

Von Linear gibt es da z.B. http://www.linear.com/pdf/3729fas.pdf


Matthias

Autor: MasterD (Gast)
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Hallo,
ich würde folgende schaltung empfehlen, falls das noch möglich ist.
Wenn man für eine LED 2,4V vorsieht, kannst du jeweils 4 in reihe
schalten, und dann 50 solche "Pakete" paralell. dann brauchst du
keine Widerstände und Spannungsregler.
Allerdings dürfen es keine weissen oder blauen, oder sonst irgendwelche
"Superhellen" sein, denn die leuchten erst ab 3,6V
mfg
MasterD

Autor: Hans Meier (Gast)
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Hallo,

da hat sich das Forum ja (schon) wieder sehr gelohnt. Danke für die
neuen Anregungen und Vorschläge.

@Fritz Ganter: Ok, dann bräuchte ich also einen Atmel mit min. 6 PWM
Ausgängen. Bleiben nur noch die "großen" über, aber meinetwegen darf
es auch ein 128(L)er werden. HAbe ich zwar keine Erfahrung mit, aber
das bekomme ich schon hin(gebastelt). Bin momentan mit Spaß und Eifer
dabei (sofern es die Zeit zuläßt).
Wozu noch extra den Widerstand? Könnte man nicht "einfach" die PWM
Frequenz und den duty cycle so einstellen, dass effektiv 2,4|2,0|XV
nach dem Mosfet anliegen? Dann könnte ich mir zum einen die
Widerstände, zum anderen die extra Lötarbeiten an den LEDs
(Vorwiderstände) sparen (freue mich eh schon auf den Lötkolben und ein
ruhiges Wochenende), da ich nur einen "großen" Kondensator + Spule
zur Glättung an zentraler Stelle benötige. Wenn das nicht geht, reichen
1/4W SMD Widerstände (z.B. 1206) aus (die könnte man noch "gut" an die
LED Beinchen löten)?
Danke für den Link, habe mal ein paar Werte durchgespielt und komme
auch auf deine Induktivität. Aber warum gerade 16kHz und nichts
anderes?

@Matthias: Soweit ich das sehe, macht der Regler (ist ja "nur" ein
Stück Draht/Spule das als Induktivität dient und ein MOSFET) mir keine
Probleme. MOSFETs habe ich hier (IRFZ44N), bei den Spulen muss ich halt
mal wickeln und testen. Dafür hätte ich dann auch keine
Helligkeitsunterschiede (oder kaum).

@MasterD: Ich habe nicht "so" die große Ahnung von der Theorie: aber
müßte man den Strom nicht begrenzen? So würde ja mehr als 20mA fließen
und die LEDs "blitzen" lassen, oder irre ich da? Für die superhellen
und anderen Spannungen könnte man dann ja entsprechend weniger LEDs
zusammenschalten und evtl. noch Dioden einfügen.

Erst noch mal vielen Dank für die Tipps, muss jetzt erst mal weiter
Datenblätter lesen und Theorie über PWM und LEDs nachholen. Da fehlt
mir (glaube ich) ein großes Stück Wissen. Was ich letztendlich bauen
werde, weiß ich immer noch nicht. Momentan tendiere ich aber zu der PWM
Lösung, da ich da (evtl.?) später über die duty cycle auch noch
dimmen/Helligkeit ändern könnte.

Grüße,

Hans

Autor: uli (Gast)
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bringe sie doch mit einem step-up regler auf angeneme 120V (gem. VDE0100
/ sichere Spannung) und dann mittels Vorwiderstand auf einen konstanten
strom. Du kannst dir für diese arbeit ja ohne weiteres die LED Stränge
selektieren und den Strom mittels poti begrenzen.

selektieren würde ich die sowiso in jeder Ausführung dieser Art.

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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"Aber warum gerade 16kHz und nichts anderes?"

Wennst mehr nimmst, wird die Spule kleiner, aber die Verluste im MOSFET
grösser. Du kannst mit einem ATmega, 16MHz und normales 8-bit PWM (also
kein Fast-PWM) max. 32kHz PWM erzeugen.

"Wozu noch extra den Widerstand?"
Damit kannst du Fertigungstoleranzen der LED-Durchflussspannung
ausgleichen. Der Wert ist nur geschätzt, aber ich denke 0.5V über den
Widerstand sollte reichen. Wenn die LED-Durchflussspannung etwas anders
ist, dann ändert sich der Strom nicht so sehr als wenn du mit konstant
2.5V drauffährst.

Autor: Andreas F. (Gast)
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Hallo,

hier auch noch eine sehr intressante Schaltung:

http://home.t-online.de/home/520031454336-0001/Dow...

viele Grüße

Andi

Autor: Hans Meier (Gast)
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So langsam werde ich immer schlauer (zumindest denke ich das ;=))
Von der Parallelschaltung bin ich weg, da die Ströme einfach zu groß
werden und ich "nur" Wärmeverluste habe. Werde mich folglich mal mehr
mit der Reihenschaltung befassen (müssen), so dass es letzendlich wohl
ein Mix aus beiden wird.
Habe mir einmal http://henry.fbe.fh-darmstadt.de/smps_e/aww_smps_e.html
durchgelesen und denke noch ein wenig über die Theorie dahinter nach,
vor allem auch über die Absicherung und Kurzschlussschutz. Wollte bis
60V gehen, dann müsste ich bei einem Fehler auch nicht zu lange suchen
und hätte noch "kurze" LED-Ketten.

@uli: Danke für den Tipp, so langsam merke ich: Parallelschaltung war
ein großer Fehler... Dimmen wird bei der Reihenschaltung zwar stark
eingeschränkt, bzw. ist gar nicht mehr mögich, aber egal. Das wäre eh
nur ein "nice-to-have" feature gewesen. Selektieren: warum? Wenn
"viele" LEDs in Reihe liegen, bekommt doch jede "ihre" Sapnnung,
egal ob mal eine 1,7|2,35|2,4|1,8V braucht. Einzig der Strom muss bei
den verschiedenen Farben gleich sein. Oder meinst du die (evtl.) leicht
unterschiedliche Helligkeit in einer Serie (bei gleichem Strom)?

@Fritz Ganter: Danke für die Erklärungen. Vor allem dein Link zu den
Anwendungen mit MOSFETs ist klasse. Muss mir jetzt allerdings neue
MOSFETs bestellen, da die ursprünglichen für große Ströme ausgelegt
waren, aber nicht sonderlich Spannungsfest sind. Aber das bleibt ja
auch noch im Rahmen des bezahlbaren. Für den PWM MOSFET muss ich wohl
eh erst noch eine Ansteuerung/Treiber bauen, bzw. hier aus dem Forum
abkupfern.

@Andreas F: Danke für den Link. Nach ein wenig suche habe ich noch die
Weiterentwicklung gefunden:
http://www.flugmodellbau.de/download/LED-Scheinwer...
Im Prinzip ist das was ich auch bauen möchte, bzw. suche.

So, habe erst mal wieder genug auf der "to-do" Liste.

Grüße,

Hans

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