Hallo, ich habe eine Frage zu steuerbaren "Konstant"stromquellen. Ich habe euer Forum durchstöbert, habe allerdings noch nichts gefunden was (soweit ich das beurteilen kann) für mein Problem passt. Problem: Ich habe mehrere Pfade (momentan 2, später 3 oder sogar 4), in denen fertige LED-Module hängen. Das ganze läuft mit max. 12V. In jedem Pfad hängen 90 Module mit je 3 LEDs, jedes Modul zieht 18mA. Das macht also 1,62A in jedem Pfad. Ich möchte gerne über einen µC jeden Pfad getrennt dimmen können. Soweit ich das verstehe, geht das am Besten über den Strom. Daher dachte ich daran, eine programmierbare Konstantstromquelle zu bauen. Auf einer Seite [1] habe ich schon so eine Schaltung entdeckt, die - soweit ich das verstehe, das PWM-Signal eines Atmel als Eingang nimmt. Was ich nicht verstehe/dem Text entnehmen kann: - mit welchem Strom ist die Schaltung max. belastbar? - wenn ich als Eingang ein PWM-Signal habe, ist der Ausgang dann genauso "rechteckig"? Vorzugsweise hätte ich am Ausgang einen wirklich konstanten - aber eben regel-/einstellbaren Strom. Die Idee ist, dass die Lebenserwartung der LEDs nicht allzu groß ist, aber sie sich dramatisch erhöht, wenn man nur mit 8V an die Module rangeht. Das mit dem regelbar kommt daher, da ich gerne schöne Effekte mit den LEDs machen würden (also Sinus-förmiges ein- und ausschalten der LEDs). Auf dem Atmel würde ich gerne wieder Ethersex [2] laufen lassen, damit habe ich sehr gute Erfahrungen. Damit ist - in Software - auch eine PWM mit 200Hz möglich. Als Spannungsquelle wollte ich ein normales 12V Schaltnetzteil (vorläufig wohl einer ATX-Netzteil) einsetzen. Ein gewisser Spannungsdrop ist i.O., sprich wenn max. nur noch so um die 11,5V anliegen würden, wäre das absolut ok. Vielleicht habt ihr ja eine Idee oder Anregung, wie ich das umsetzen könnte. Vielen Dank Meinhard [1]: http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Komparatoren [2]: http://www.ethersex.de
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Hallo Meinhard, evtl. ist das angehängte was für dich. Mit R5 legst du den max. Strom fest. Für 2 A sind es 0,25 Ohm. Die Spannung E1 (0-5V) wird linear zum Strom I1 (0- Imax). Gruß Hans
So wie gezeigt, hat man ziehmlich viel Spannungsverlust, wenn der OP nicht mit mehr als 12 V versorgt wird. Besser die LEDs auf die Kollektorseite des Transistors legen. Bei 2 A wird es schon sehr knapp, das der OP genug Basisstrom liefern kann. Deshalb besser ein N-Mosfet nehmen. Sonst halt die Schaltung aus dem ersten Link nehmen. Bei den Modulen muß man aber auch noch Widerstände haben, damit sich der Strom gleichmäßig aufteilt. Also die LEDs nicht einfach parallel schalten.
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Ich nehm für sowas immer die Schaltung im Anhang als Ausgangsschaltung. Funktioniert recht einfach, der Strom wird über V2 und R1 eingestellt. Hab auf Basis dessen erst letzte Woche ein Stromquelle für bis zu 2A aufgebaut.
Hallo, vielen Dank für eure Antworten! Michael schrieb: > Ich nehm für sowas immer die Schaltung im Anhang als Ausgangsschaltung. > Funktioniert recht einfach, der Strom wird über V2 und R1 eingestellt. > Hab auf Basis dessen erst letzte Woche ein Stromquelle für bis zu 2A > aufgebaut. Das sieht ja sehr interessant aus. Reicht es aus, die Spannung V2 zu variieren (z.B. über einen PWM-Ausgang des Atmel) und den R1 konstant zu wählen? Oder alternativ: konstante Spannung an V2 und einen programmierbaren Widerstand? Kannst Du für die Schaltung mal konkrete Dimensionen bzw. Bauteile benennen? Viele Grüße Meinhard
Beides ist möglich. Ich halte immer R1 konstant, primär kommt da bei mir ein 0.1 bzw. 0.2 Ohm Widerstand rein, Leistungsmäßig kommts dann drauf an wie ich die V2 wähle. Oft hab ich da einen 25W Widerstand da ich oft viel Strom brauche, der aber nicht sonderlich konstant sein muss, er darf dann ruhig mal um 0.1 A schwanken. Da reicht dann ein 5% Widerstand. Machen wir mal eine Beispielrechnung für einen fiktiven Verbraucher: I_max: 2A R_max @ 2A: 10 Ohm => U_last @ 2A & R_max: 20 V V_steuer: 0...5V @ 0...2A => R1 = 5V/2A = 2.5 Ohm Ok, hier bräuchte man also einen 2.5 Ohm Widerstand...wenn da 2A durch gehen verheizen wir an dem Widerstand so Pi mal Daumen 10W...das ist ne Menge. 1W oder besser 0.1W wäre viel schöner. Außerdem kämen bei 2.5 Ohm und 2A auch 5V Spannungsabfall zustande, auch nicht schön. Gehen wir mal einen 1W Widerstand an: R1 = 1W/4A² = 0.25 Ohm hieraus folgt nun, dass wir als Referenzspannung leider nicht mehr 5V haben sondern 0.5V. Unsere Steuerspannung soll aber von 0-5V gehen. Entweder man behilft sich hierbei eines ohmischen Spannungsteiler oder aber man nimmt einen OP mit dem man die Spannung entsprechend anpasst (oder halt über einen ganz anderen Weg, wie es beliebt). Nimmt man einen 0.1W Widerstand bräuchte man einen Wert von 0.025 Ohm, dann verbrät man nicht so viel Leistung aber die Referenzspannung muss genau eingestellt werden, 0.5V oder 0.05V ist schon ein erheblicher Unterschied => mehr Aufwand beim Erzeugen der Refernzspannung. Oft nutze ich als Shunt einen 0.1 Ohm Widerstand und max. 1 V Steuerspannung. Da hat man dann 10W die man maximal verheizt und Widerstände, die das können, gibts wie Sand am Meer. Natürlich nicht für 10ct, 5 Euro plan ich da immer ein als Minimum. Aber der Rest ist hierbei dann lächerlich einfach.
Hallo Michael, schon mal vielen Dank für Deine ausführlichen Antworten. Ich konnte soweit Deinen Ausführungen folgen. Mir scheint es am sinnvolsten, die V1 über einen DAC zu erzeugen. Das hat - soweit ich es verstehe - den Vorteil, dass der DAC ein permantes Signal am Ausgang hat, selbst wenn der µC abstürzen würden (bzw. ich brauche vom µC nur dann Befehle an den DAC schicken, wenn die Ausgangsspannung am DAC verändert werden soll). Auf der Mikrocontroller-Seite habe ich als Standardbauteil den LTC1257 gefunden. Der macht - als Kurzschlussstrom Vout bezogen auf GND - max. 60mA. Kannst Du beziffern, wie groß der Strom ist, der durch V2 zur Verfügung gestellt werden muss? Ich habe keine Ahnung, was der OP so braucht... Hinsichtlich der Steuerspannung: spricht irgendwas dagegen, die Steuerspannung nicht auf TTL-Niveau sondern nur mit 0 bis 0,5V zu nehmen (das lässt sich ja ganz simpel mit einem Spannungsteiler erreichen)? Viele Grüße Meinhard
In der Theorie muss V2 gar kein Strom liefern da in den OP keine Ströme fließen. In der Praxis schauts etwas anders aus da der OP ja schon einen kleinen Eingangsstrom hat. Wie groß der ist hängt vom OP ab, es schimpft sich Input Bias Current...oder war das der Input Offset Current? Ich verwechsel die beiden immer (der eine bezeichnet den Strom in einen Anschluss, der andere die Summe beider Ströme (+ & - Eingang). However, für gewöhnlich liegen diese Ströme im Bereich von einigen nA (je nach OP gehts von 0.x nA bis einige 100 bis 1000 nA, kommt halt echt auf den OP an. LM1458 hat bis zu 800 nA mein ich, beim OP07 irgendwas um die 10 nA um nur mal ein Beispiel zu nennen. Lange Rede, kurzer Sinn: Wenn V2 1mA liefern kann brauchst du dir hier keine Gedanken zu machen. Das Signal sollte kontinuierlich anliegen, eine PWM also mit geeignetem Filter in eine Gleichspannung umwandeln. Du könntest auch die Slewrate des OPs ausnutzen, wenn die gering genug ist kannste den OP ja als Quasi-TP nutzen. Wenn du magst kann ich dir hier mal ein LTSpice-File zur Simulation reinpacken, dann kannst du ein wenig experimentieren.
Hallo Michael, vielen Dank für Deine zusätzlichen Ausführungen. Das mit der Simulation hört sich toll an, mich interessiert besonders, wie linear der Ausgangsstrom V2 folgt. Du sagtest, dass Du die Schaltung schon öfters benutzt hättest. Kannst Du die Bauteile mal mit Namen versehen? Mir ist in die Zusammenhang wichtig, dass die Schaltung lange, zuverlässig und autark läuft - also gebe ich gerne ein paar Euro mehr aus und kaufe solide Bauteile. Vielen Dank nochmal für Deine Hilfe! Viele Grüße Meinhard
Als OP hatte ich letzes mal nen LT1006 verwendet (ist ein Single-Supply, man braucht also keine negative Spannung) andere gehen aber auch. MOSFET waren drei IRLZ34N die auf nem alten, ausrangierten, CPU-Kühler drauf gepappt worden sind. Und der Shunt ein 25W Widerstand (ohne KK kann man an dem 12.5W verheizen was der wohl nie sehen wird, RS 160-635 hatte ich hier rumliegen und diente ein paar Jahre als Staubfänger, jetzt tut er mal wieder was seinem ursprünglichem Verwendungszweck angemessen).
vergleichbar mit obiger Schaltung ist auch eine elektronische Last, die ich gerade baue. Hier wird der Strom aber über einen Stromsensor auf Halleffektbasis gemessen. Bei Strömen von 50 Ampere ist ein Shunt sehr unhandlich groß und obiges Problem, die Referenzspannung genau genug einstellen zu müssen, tritt nicht auf.
Das ist klar, ab gewissen Stromgrößen sollte man auf andere Messmethoden gehen als mit Widerstand es sei denn man mag ne Heizung bauen. Aber hier gehts ja nicht um 50A sondern um 2A und Ziel ist auch LEDs zu dimmen und dafür ist es nicht erfoderlich, dass die Stromquelle auf 10 ppm genau ist. 1% tuts auch.
Hallo Michael, ich habe gestern die benötigten Teile bestellt. Als R1 haben ich von Ohmite einen 0,25 Ohm Widerstand für 5W genommen. Das sollte ja wohl dicke reichen. Noch eine Frage zur Schaltung: nach was bemisst sich R2? Gibt da einen formelhaften Zusammenhang? Viele Grüße Meinhard PS: Mal schauen, vielleicht komme ich am Wochenende dazu, das Ganze auf einem Steckbrett zusammen zu bauen...
Nein, gibt es nicht. Mit 10k machst du vermutlich nichts falsch.
R2 dient lediglich dazu, den MOSFET sicher abzuschalten. 10k gingen auch. Bemessen tut er sich nach dem maximalen Strom, den der OP liefern kann. Kann der OP z.B. nur 20mA liefern und er kann den Ausgang auf 5V hoch bringen dann darf der Widerstand nicht kleiner sein als 5V/20mA=250 Ohm. Sonst würde ja der OP überlastet werden. Erstmal aus dieser Sicht. Die andere Sicht ist die Frage, wie schnell sich der Transistor abschalten können muss. Das hängt dann auch wieder von R2 ab, je kleiner der ist desto schneller kann er abschalten. However, 1k bzw 10k sind Erfahrungswerte, die mir bisher immer genügten. R1 mit 5W sollte reichen, Worst Case: 2A=>P=I^2*R=2A*2A*0.25Ohm=1W. 5W passen also locker. Achte auf die Kühlung für die die 5W gelten: Mein Beispielwiderstand oben ist immer mit 25W angegeben. Erst das Datenblatt verrät, dass das nur in Verbindung mit einem Kühlkörper mit einem Rth<4K/W gilt. Ohne Kühlkörper darf der nur 12.5W. Also, schau für was deine 5W beim Widerstand gelten. Mit Kühlkörper oder Ohne oder muss dafür ein Lüfter mit z.B. 30ft^3/min drauf pusten. Ebenfalls musst du die Leistung bei den MOSFETs bedenken, die da verheizt wird. Für deren Auslegung gehe ich immer vom Worst Case aus, d.h. die Quelle ist kurzgeschlossen, die komplette Leistung wird über den MOSFETs verbraten. Da nehm ich dann immer soviel FETs, dass einer bei gleicher Belastung höchstens 20W verbraten muss. Natürlich kommen auch die FETs auf einen Kühlkörper. Bei passender Auslegung kommt man dann auf einen Rth der FETs von 3K/W, d.h. der jeweilige FET wird 60 K heißer als die Umgebung wenn alles an ihnen verbraten wird. Bei 40°C sind das 100°C im innern, das halten die meisten FETs aus (vgl. Datenblatt, die meisten vertragen so 125-150°C).
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Hallo allerseits, ich habe mal meine Ideen zusammen geklickt. Die Idee für die eigentliche Konstantstromquelle habe ich natürlich bei Michael "geliehen". Ich vermute mal, dass die Optokoppler viel zu träge sind. Auf Lager hätte ich sonst noch CNY17, aber die sind wohl auch zu lahm. Vermutlich brauche ich schon 6N137 o.ä. Oder was meint ihr? Viele Grüße Meinhard
Mal ein paar generelle Anmerkungen zu deinem Vorhaben: Du willst LEDs über konstanten Strom dimmen. Bei 2 A sind das bestimmt High Power LEDs. Wenn das zufällig weiße LEDs sind, ist das ein schlechte Idee, denn die ändern ihre Farbe mit dem Strom. Allgemein werden heute Leistungsleds mit PWM über die Pulsbreite gedimmt. Hat auch den Vorteil, daß der Wirkungsgrad besser ist. Ich würde mal nach LED Ansteuer-ICs schauen. Ich denke auch der benötigte Platz (die Ansteuer-ICs sind teilweise auch nicht größer als der OP) wird nicht mehr. Gruß Ralf
Hallo Ralf, Danke für Deine Hinweise. Gast schrieb: > Du willst LEDs über konstanten Strom dimmen. > Bei 2 A sind das bestimmt High Power LEDs. [...] Nein. Es geht um ca. 90 LED-Module (fertig vergossen, 3 SMD-LEDs in Reihe mit Vorwiderstand), die sich direkt an 12V betreiben lassen. Ich habe die Module hier schon liegen und das Ganze an meinem regelbaren Netzteil mit dem Strombegrenzungs-Regler probiert. Das geht genau so, wie ich mir das vorstelle, wunderbar. Viele Grüße Meinhard
Hab ich das grad richtig verstanden? Du willst x LEDs parallel über eine einstellbare Stromquelle betreiben? Wenn das der Fall ist, dann solltest du folgendes bedenken: Nehmen wir mal an wir haben drei LEDs die parallel an einer Stromquelle hängen. Fällt nun eine LED aus dann müssen die verbliebenen zwei LEDs den Strom übernehmen, der eigentlich durch die dritte LED gefallen. Das wiederum erhöht die Ausfallwahrscheinlichkeit einer der verbliebenen LEDs. Fazit: Fällt eine LED aus ist eine hohe Wahrscheinlichkeit gegeben, dass als Folgefehler alle anderen LEDs an einer Stromquelle ebenfalls ausfallen. Bei einer Parallelschaltung von LEDs, wie hier wohl geplant, sollte man immer mit Konstantspannung arbeiten und nicht mit Konstantstrom. Konstantstrom ist nur bei Reihenschaltung von LEDs zu empfehlen.
Hallo Michael, auch Dir nochmals Danke für Deine Hinweise. Michael schrieb: > Hab ich das grad richtig verstanden? Du willst x LEDs parallel über eine > einstellbare Stromquelle betreiben? Wenn das der Fall ist, dann solltest > du folgendes bedenken: [...] Das hab ich mir schon alles überlegt. Deshalb ist bereits die Spannungsquelle V1 schon so "schwach" ausgelegt, dass man die LEDs damit auch direkt treiben könnte. Daher halte ich es nicht für so schlimm, wenn ein paar Module ausfallen (jedes der 90 Module zieht 18mA bei 12V), dann steigt halt der Strom in den anderen Modulen geringfügig an (also bei 10 defekten Modulen würde der Strom pro heilem Modul von 18mA auf 20mA steigen). Abgesehen davon will ich die Module eigentlich so oder so nur maximal mit einem Strom von 8 oder 10mA/Modul betreiben, von daher fällt die Belastung bei Ausfällen eh noch geringer aus. Kurz um: ich halte die Belastung der heilen Module durch den zusätzlichen Strom der defekten Module für absolut vertretbar. Und: wenn Module kaputt gehen, werde ich diese raus schneiden und Ersatz einlöten (sprich es wird auch nicht allzu viele Module auf einmal geben, die defekt sind). Viele Grüße Meinhard PS: Über eine Schaltung für eine Konstantspannungsquelle - nach dem gleichen Prinzip wie die Konstantstromquelle über eine regelbare Spannung - können wir uns ja ein andern Mal unterhalten ;-)
Hallo, > Ich habe die Module hier schon liegen und das Ganze an meinem regelbaren > Netzteil mit dem Strombegrenzungs-Regler probiert. Das geht genau so, > wie ich mir das vorstelle, wunderbar. Das ist aber keine Konstantstromquelle, sondern ein Strombegrenzung. Was passiert den wenn du den Strom begrenzt? Die Ausgangsspannung am Netzteil geht zurück, oder? > ...(also > bei 10 defekten Modulen würde der Strom pro heilem Modul von 18mA auf > 20mA steigen)... Aber nur in der Theorie, in der Praxis kann ein Modul mehr, das andere weniger übernhmen. > Bei einer Parallelschaltung von LEDs, wie hier wohl geplant, > sollte man immer mit Konstantspannung arbeiten und nicht mit > Konstantstrom. Konstantstrom ist nur bei Reihenschaltung von LEDs zu > empfehlen. Dem würde ich zustimmen. Ich würde eine regelbare Spannungsquelle bauen und nicht ein Konstantstromquelle. > Und: wenn Module kaputt gehen, werde ich diese raus schneiden und Ersatz > einlöten (sprich es wird auch nicht allzu viele Module auf einmal geben, > die defekt sind). Bis dort können ja schon wieder andere Module vorgeschädigt sein, das sieht man ja nicht sofort. Gruß Ralf
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