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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED 8x8 Matrix Schaltplan mit ULN2803 BC337


Autor: Klaus (Gast)
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Hallo,

ich habe mich durch die Menge der LED-Matrix Beiträge durchgekämpft und 
bin zu einer Schaltung gekommen, bei der ich denke, dass sie 
funktionieren könnte.

Wobei ich durch die große Menge der Beiträge und meiner Unerfahrenheit 
in großere Mengen LEDs schalten (BC337, MOSFET, PowerMosfet, HighSide 
Treiber, spezieller IC...) und besonders den auf den Punkt gebrachten, 
meistens wahrscheinlich gerechtfertigten, auf Tutorials und 
Datenblättern verweisenden, humorvollen, manchmal gar ironischen 
Kommentaren schon etwas verunsichert bin, ob ich denn überhaupt die xte 
LED-Matrix-Schaltung posten sollte.

Nun denn.
Die Frage ist also, ob die Schaltung im Anhang so funktioniert, um ein 
8x8-Matrixmodul anzusteuern (mit einem Atmega8 der die beiden 
Schieberegister ansteuert), mit 1:8 Zeilenmultiplex.

Für die Widerstände habe ich an 20 Ohm bei 5V Versorgungsspannung 
gedacht (2V Abfall über den LEDs). Das scheint mir sehr wenig und ist 
auch der Punkt wo ich mir am unsichersten bin. Doch MOSFET?

Die Zusatzfrage wäre, ob es auch möglich ist mit dieser Schaltung eine 
PWM zu benutzen. Wäre eine tolle Möglichkeit sich in dieses Gebiet 
einzuarbeiten und die Theorie aus Tutorial und Beiträgen in Licht 
umzusetzen.

Ich bin offen für jeden Kommentar,
ihr dürft mich auch auf die Schippe nehmen, falls der Schaltplan so 
unnütz ist, dass ihr euch über die Zeit ärgert ihn euch angeguckt zu 
haben bzw. dies hier zu lesen.
Falls der okay ist, würde mich das natürlich auch freuen.

Also, vielen Dank für das darüber gucken
und vielen Dank für das hochinteressante Forum und deren Teilhabenden
Klaus

Autor: TSE (Gast)
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Hallo,
wenn du 8 fach multiplext und den 8 fachen Strom durch die LED schicken 
willst dann achte darauf das diese das auch aushalten.
Die Flusspannung der LED steigt bei solch hohen Strömen auch enorm an!

bezüglich PWM... Rechne dir mal die PWM Frequenz aus die du bei 50Hz 8 
fach multiplexing und 8 bit PWM brauchst ;)

evlt noch Widerstände und Dioden in den Basiszweig, Widerstände zur 
Strombegrenzung und Dioden zur erhöhung der Schaltfrequenz

Autor: MaWin (Gast)
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> ich habe mich durch die Menge der LED-Matrix Beiträge durchgekämpft

Wohl nicht aufmerksam genug.

Nehmen wir an, die LEDs brauchen 20mA.
Da sie nur 1/8 der Zeit leucten 160mA (das schafft der ULN2803)
Davon 8 in einer Reihe 1.25A. Killt den BC337. An dessen Stelle wäre eh 
ein PNP-Transistor mit Basis-Vorwiderstand besser. Selbst so einer 
braucht aber 125mA Basisstrom, also kein HCMOS-Ausgang sondern auch 
ULN2803.

Statt der beiden ULN2803 hinter 74HC595 könntest du dann TPIC6B595 
nehmen.

Falls du weisse/blaue LEDs verwendest, haben deine Widerstaende R9.. 
keinen Spannungsabfall mehr, 5V - 1V (ULN2803) - 0.5V (gestättigter 
Transistor) - 3.6V (LED) macht 0V übrig.
Damit regeln deine Widerstaende den Strom nicht mehr.

Entweder VCC muss groesser werden, 6V oder 7V, damit 6 oder 12 Ohm 
passen, oder du musst effektivere Schalter nehmen, keine ULN2803 
Darlingtons  sondern saturated driver, Power-MOSFETs oder LowSat 
Bipolartransistoren. (oder eben rote Leuchtdioden).

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Klaus (Gast)

>Für die Widerstände habe ich an 20 Ohm bei 5V Versorgungsspannung
>gedacht (2V Abfall über den LEDs).

Mal Rechnen.

5-1-0,5-2=1,5

I=U/R = 1,5/20= 75mA

Macht bei 8:1 MUX etwa 9mA pro LED. ist OK.

>Die Zusatzfrage wäre, ob es auch möglich ist mit dieser Schaltung eine
>PWM zu benutzen.

Nicht wirklich. Durch die PWM + das Schieberegister wird das alles zu 
schnell, als das man es mit einem AVR/uC wirklich hinbekommt, erst recht 
nicht als Anfänger.

> Wäre eine tolle Möglichkeit sich in dieses Gebiet
>einzuarbeiten und die Theorie aus Tutorial und Beiträgen in Licht
>umzusetzen.

Mach es lieber erstmal mit direkt angesteuerten LEDs. MUX+PWM ist schon 
was für höhere Semester.

>Ich bin offen für jeden Kommentar,

Wie Mawin andeutet, sind die Widerstände in den falschen Leitungen. Die 
müssen hier an die Emitter der BC337. Dann kann/muss man spaltenweise 
muxen, nicht wie in deiner Schaltung geplant zeilenweise. Denn das 
halten die BC337 nicht aus. 8x75=600mA schafft der ULN gerade noch so. 
Mosfets wären besser, vor allem wie sie eine deutlich geringere 
Sättigungsspanung hätten, je nach Typ vielleicht 100mV und weniger. Der 
ULN hat etwas mehr als 1V, weil es ein Darlington ist.

@TSE (Gast)

>Die Flusspannung der LED steigt bei solch hohen Strömen auch enorm an!

Wohl wahr.

>evlt noch Widerstände und Dioden in den Basiszweig, Widerstände zur
>Strombegrenzung und Dioden zur erhöhung der Schaltfrequenz

Nein, das ist eine Kollektorschaltunf, da hat ein basiswiderstand nix 
verloren.
Siehe Transistor.

@  MaWin (Gast)

>Da sie nur 1/8 der Zeit leucten 160mA (das schafft der ULN2803)
>Davon 8 in einer Reihe 1.25A. Killt den BC337. An dessen Stelle wäre eh
>ein PNP-Transistor mit Basis-Vorwiderstand besser. Selbst so einer
>braucht aber 125mA Basisstrom, also kein HCMOS-Ausgang sondern auch
>ULN2803.

Naja, bei solchen Strömen nimmt man heute sowieso lieber MOSFETs.

MfG
Falk

Autor: MaWin (Gast)
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> Wie Mawin andeutet, sind die Widerstände in den falschen Leitungen. Die
> müssen hier an die Emitter der BC337. Dann kann/muss man spaltenweise
> muxen, nicht wie in deiner Schaltung geplant zeilenweise.

Auf die Idee bin ich eigentlich gar nicht gekommen, für mich war klar, 
dass die Widerstaende auch die Mux-Richtung vorgeben.

Aber auch wenn man die Mux-Richtung umdreht, kommt man nicht aif 20mA 
pro LED sondern wie du (unter gnadenvoller Dehung der Datenblattwerte) 
errechnest nur 9mA.

Wenn die LEDs bei 9mA schon hell genug wären, kann man das natürlich 
machen.

Autor: Vlad Tepesch (vlad_tepesch)
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TSE schrieb:
> Hallo,
> wenn du 8 fach multiplext und den 8 fachen Strom durch die LED schicken
> willst dann achte darauf das diese das auch aushalten.
> Die Flusspannung der LED steigt bei solch hohen Strömen auch enorm an!
>
> bezüglich PWM... Rechne dir mal die PWM Frequenz aus die du bei 50Hz 8
> fach multiplexing und 8 bit PWM brauchst ;)
>
> evlt noch Widerstände und Dioden in den Basiszweig, Widerstände zur
> Strombegrenzung und Dioden zur erhöhung der Schaltfrequenz

50Hz ist svhon unangenehm.
du brauchst 150Hz, wenns wirklich gut aussehen soll
Ich hatte das schon mal woanders erklärt:

>100Hz PWM ist bei LEDs grenzwertig.
>150 sollten es schon sein.
>
>Begründung:
>leds haben keine engbaute Trägheit. das heißt sie glühen nicht nach.
>wenn eine LED mir weniger als 150 Hz pulst und man bewegt seinen Kopf,
>gibt es den so genannten "Perlenschnureffekt".
>Besonders oft bemerkt man dies bei LED-Rückleuchten von Fahrzeugen.
>wenn die Nachts vor einem Fahren und man schaut nach rechts oder links,
>ist das bei älteren LED-Leuchten enorm störend.
>
>Das kommt daher, das normalerweise das Auge (eigendlich das Gehirn) das
>Licht über eine Weile integriert, wodurch man das flackern ab ca 100Hz
>nicht mehr sieht.  Bewegt sich dieses Objekt aber im Gesichtsfeld
>funktioniert das nicht mehr so gut.
>Auch an manchen Beamer fällt das auf, wenn man direkt auf die
>Projektionsöffnung schaut (wenn man daneben, nicht davor, sitzt), sieht
>man einfach weißes Licht. Schaut man aber im Raum hin und her, nimmt man
>oft einen Regenbogen war.

Autor: Sven Stefan (stepp64) Benutzerseite
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Wenn es nicht so sehr auf den Preis ankommt, könntest du auch einen 
MAX7219 nehmen. Du würdest dir die ganzen zusätzlichen Bauteile sparen 
und könntest die Helligkeit der gesamten(!) Anzeige in 16 Stufen regeln.

Sven

Autor: MaWin (Gast)
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Du wolltest sagen:

> Wenn es nicht so sehr auf

die Helligkeit

> ankommt ...

> in 16 Stufen regeln

zwischen dunkel, ganz dunkel und duster.

Autor: RABIS49 (Gast)
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MAX 7219, wär doch auch was, oder ?

Gruß
RABIS49

Autor: Klaus (Gast)
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Moin,

vielen Dank für die schnellen und zahlreichen Antworten und Kommentare.

Dann werde ich mir direktes PWM später angucken.

Die speziellen ICs (MAX7219) sind mir etwas zu kostspielig, trotzdem 
Danke für den Hinweis.

Anbei ein geänderter Schaltplan.
Hier sollen jetzt die Spalten gemultiplext werden.
Um auf Nummer sicher zu gehen und höhere (Puls-)Ströme verwenden zu 
können kommen nun Mosfets zum Einsatz. IRF7104 für Zeile und IRF7103 für 
die Spalte, die Infos dazu habe ich größtenteils aus diesem Thread
Beitrag "12x12 LED Matrix"

Bei der Berechnung der Widerstände bin ich mir allerdings nicht so 
sicher.
Aus dem Datenblatt ist mir nicht ganz klar wieviel Spannung über den 
Mosfets abfällt. Max 1,2V, bzw. ca. 0,8V bei 1A? (IRF7103ipbf)

Angenommen ich  will einen Strom von 120mA fließen lassen (entspricht 
durchschnittlich 120mA/8 = 15mA), dann fallen ca. 0,7V ab.
Also (5V-0,7V-2V-0,7V)/ 120mA = 13 Ohm
Passt dies?

Vielen Dank nochmal
Grüße
Klaus


PS: gibt es eigentlich so einen Standard-Schaltplan wie in dem 
LED-Matrix Artikel, nur für die Problematik mit höheren Strömen? So wie 
er dort ist funktioniert er doch nur mit der dortigen Anzahl an LEDs, 
bzw. Low-Current-LEDs, oder? Könnte man diesen, wenn er denn erfolgreich 
(praktisch) funktioniert dort reinstellen, um den nächsten ähnlich 
Unerfahrenen direkt die Infos bereitzustellen?

Autor: MaWin (Gast)
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Die IRF7104 sind falschrum angeschlossen.
Am 7103 fallen bei 1A so 0.16V ab, am 7104 bei 120mA so 0.036V, bleiben 
bei 2V LEDs also 2,8V für den Widerstand, der für 120mA also 24 Ohm 
bekommen sollte. Diese 2.8V sind genug, damit auch Schwankungen der 
Spannung und vom Spannungsbedarf von LED und MOSFETs zu nicht zu grossen 
Schwankungen des LED-Stroms führen. Passt also.
Allerdings sind bei 120mA die MOSFETs Overkill, nimm an der Stelle 
TPIC6B585 und spare die 8 MOSFETs. (Leider musst du dazu die 
Spalten/Zeilenrichtung wieder ummdrehen).

LED-Matrix Artikel: Boh, da hast den den falschen Schaltplan her. Ja, 
Emitterfolger sind zweifelhaft, viel zu hoher Spannungsverlust, für 
blaue/weisse LEDs reicht das nciht mehr. Ähnlich dem dort genannten 
UDN2981. Die 68 Ohm führen zu 22mA und damit ist die Schaltung nur für 
low current LEDs brauchbar. Das sollte man mal überarbeiten, 5*20mA sind 
100mA und 800mA für die BC337 Spalten - zu viel, auch zu viel 
Basisstrom, da reichen dann die 470 Ohm nicht, nicht mal 20mA aus dem 
595, sondern es müssten Darlingtons (wieder Spannungsverlust) oder eben 
MOSFETs her. leider ist auch dein Schaltplan noch nicht ideal.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Klaus (Gast)

>preview image for matrix_mosfet.png

Passt soweit, ausser den verdrehten P-Kanal MOSFETs.

>PS: gibt es eigentlich so einen Standard-Schaltplan wie in dem
>LED-Matrix Artikel, nur für die Problematik mit höheren Strömen?

Nein, weil das von vielen Faktoren abhängt.

> So wie er dort ist funktioniert er doch nur mit der dortigen Anzahl an LEDs,
>bzw. Low-Current-LEDs, oder?

Ja.

> Könnte man diesen, wenn er denn erfolgreich
>(praktisch) funktioniert dort reinstellen, um den nächsten ähnlich
>Unerfahrenen direkt die Infos bereitzustellen?

Mach mal.

MFG
Falk

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