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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Probleme beim Simulieren von Power LED mit PWM in LTSpice


Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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Hallo zusammen,

ich möchte jeweils 5 PowerLeds in Reihe mit einem Strom von 700mA in 
Reihe
schalten. Ich habe beigefügte Schaltung aufgebaut und sie funktioniert 
auch.

Dann habe ich das Ganze in LTSpice gezeichnet und wollte an ein paar 
Stellen
Ströme und Spannungen messen um etwas besser zu verstehen was da vor 
sich geht.

Leider kommt in der Simulation kein Strom zustande, da der FET nicht zu 
schalten scheint. Leider sind meine Elektronikkenntnisse etwas 
eingerostet.

Ich weiss dass der Transistor sozusagen den Strom regelt. Mache ich im 
LTSpice was falsch? Eigentlich müsste der FET bei einem 5V Puls 
aufmachen.

Danke im voraus,
Haystack

Autor: Klaus (Gast)
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Was passiert, wenn du Q1 weg lässt?

Autor: Elektrouwe (Gast)
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Ingo Weissmann schrieb:
> Eigentlich müsste der FET bei einem 5V Puls
> aufmachen.

aber nur wenn der Puls laaaaang genug ist ( bei 4k7 Gatewiderstand
und 1nf oder so kapazitiver Belastung....)
wie sieht denn denn der simulierte Gatepuls aus ?

Autor: Arno H. (arno_h)
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Die letzte Ziffer deiner Impulsquelle (Ncycles) sollte mindestens 1 
betragen, um wenigstens den einen Impuls zu erzeugen.

Arno

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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Ohne Q1 bekomme ich auch nur ein paar mA.

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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So sieht der Pulse aus. 5V

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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Elektrouwe schrieb:
> aber nur wenn der Puls laaaaang genug ist ( bei 4k7 Gatewiderstand
> und 1nf oder so kapazitiver Belastung....)
> wie sieht denn denn der simulierte Gatepuls aus ?

Also ich habe noch etwas mehr rumgespielt. Bei Veränderung der 
Widerstände
im Drainzweig auf 65R gesamt und einer Pulsampl. von 6V bei 1kHz bekomme 
ich
die 700mA etwa.

Allerdings ist der Rise rel. langsam.

Das Gate sollte von einem ATmega per PWM angesteuert werden. Wie würde 
sich
denn die Schaltung bzgl. des µC beeinflussen wenn ich den R3 auf z.B. 1k 
setze statt auf 4k7? Dann wäre die Flanke steiler.

Wenn ich dann mit diesen Änderungen die Ampl. der Rechteckspannung auf 
5V ändere sperrt der FET trotzdem.

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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Ich habe den Fehler gefunden: Habe den falschen FET genommen... 
peinlich

Trotzdem die Frage bzgl. des R3: Welche Funktion hat der und in welchem 
Rahmen darf ich den ändern?

Autor: Sven (Gast)
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Blöde Frage: Warum nimmst Du überhaupt einen Fet? Niedrigen Rdson 
brauchst Du hier nicht, und ein bipolarer dürfte deutlich schneller 
sein, weil der keine Gate-Kapazität umladen muss. Sollte nur kein 
Darlington sein, sowas wie der BD535 müsste gehen.

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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Die Schaltung der KSQ habe ich als Tip bekommen. Wahrscheinlich wird der 
FET eingesetzt weil man nahezu leistungsfrei schalten kann.

D.h. der FET muss für diese Anwendung nicht gekühlt werden??

Autor: Sven (Gast)
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Du hast verstanden, wie die Schaltung funktioniert? Das ist eine 
Konstantstromquelle im Linearbetrieb. Sobald der Strom so groß wird, 
dass die Spannung an B-E von Q1 diesen aufsteuert (0,7V über den Rs), 
entzieht Q1 dem Gate Steuerspannung und den MOSFET macht zu. Du hast 
also einen geregelten Widerstand, der die Differenzspannung zwischen 
Versorgung und LED-Spannung x den LED-Strom zum Beheizen des Raumes 
nimmt.

Wenn das bisher ohne Kühlung geklappt hat, dann nur, weil die 
Versorgungsspannung nur wenig über der LED-Spannung liegt. Und baue ja 
nie einen Kurzschluss an den LEDs, dann verbrät der Mosfet locker mal 
20W.

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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@sven

Für Verbesserungen bin ich offen. Wäre natürlich super wenn es eine 
optimiertere Schaltung gibt.

Ich brauche diese KSQ um 'günstig' und ohne viel Bauteile 25 LEDs mit 
einem
ATMega per PWM zu steuern (hell/dunkel). Die ganzen KSQs sollen so wenig 
als
möglich und so viel als nötig Platz benötigen.

Autor: Mike J. (emjey)
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Hallo Ingo,

die MosFETs schlucken den Rest der Spannung, also so viel damit nur 
0.645 Ampere über die LEDs fließt.

Den Strom kannst du (in etwa) ausrechnen:
I = 0.6/R_BE
die Basis-Emitter Spannung kann aber auch 0.7V sein
I = 0.7/R_BE

Also   0.6 / (0.68+0.25) = 0.645mA

R3 ist nicht so kritisch, er hat die Aufgabe als Spannungsteiler zu 
wirken.

Wenn über R1+R2 kein strom fließt fällt an ihnen auch keine Spannung ab.
Wenn oberhalb von R1, also an der Basis des (Bipolaren) Transistiors Q1 
eine Spannung über 0.6V anliegt wird der (Bipol.) Transistor leitend ...
bei z.B. 0.610 V ist er dann durchgeschaltet (die Spannungen sind 
Typabhängig, liegen aber in dem Bereich).

Der (unipolare) Transistor M1 und der (Bipol.) Tr. Q1 regeln sich so ein 
dass genau die 0.6V über R1+R2 abfallen.
Da M1 nicht richtig durchgeschalten (quasi halb offen) ist wird er warm.


Wie warm er wird bestimmt der Strom (0.645A) und die Differenzspannung 
die er schlucken muss.
Wenn die LEDs jeweils meinetwegen 3.2V brauchen damit über ihnen 0.645A 
fließen (solltest du mal im Betrieb an einer nachmessen) fallen an ihnen
3.2 * 5 = 16V ab.
dazu 0.6V an R1+R2
und der Rest am MosFET M1 , also 24 - 16.6 = 7.4V

Die Leistung die der M1 nun verbraten muss beträgt
0.645A * 7.4V = 4.773 Watt.

Deshalb solltest du die Spannung an allen LEDs abmessen, einen Volt für 
den MosFET und die R1+R2 spendieren und in meinem Fall 17V anlegen.


Wenn du an das GATE von M1 einfach 5V legen würdest dann wär er voll 
durchgeschaltet und es würde über die LEDs so viel Strom fließen wie 
irgendwie möglich.

mfg

Autor: Sven (Gast)
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Nochmal: Nimm ein NPN-Transistor, was mäßig Schnelles wie den BD535.

Der Widerstand vom AVR zu Basis / Gate muss sein, sonst kann der 
Steuertransistor den Strom nicht begrenzen und schließt den AVR-Pin 
kurz.

Wenn Du Strom regeln willst, hast Du immer Verluste, die müssen auch 
verbraten werden. Du kannst einen Schaltregler nehmen, aber dann wird 
PWM schwierig. Gibt es von Linear fertige Bauteile dafür, aber das wird 
schnell aufwendig.

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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Vorerst mal Danke an alle.

jetzt muss ich nur noch ein LTSpice Modell finden ...

@sven
Ist der BD535 oder BD537 besser geeignet?

Autor: Mike J. (emjey)
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@ Ingo

Wenn du den FET durch einen Bipolaren ersetzt musst du mit einem Strom 
in die Basis jedes einzelnen Transistors rechnen.

Der BD535 hat bei einem Collector Strom von 500mA nur noch eine 
Verstärkung von 25, das heißt dass 20mA in die Basis fließen müssen 
damit 500mA über den Collector fließen.

Bei 5 (Bipol.) Transistoren (BD535) müsste dein PWM-I/O-Pin  5 * 20mA = 
100mA liefern können. (einem AVR-I/O-Pin würde ich höchstens 10mA 
belasten)

Bei einem MosFET musst du nur das Gate ein mal kurz aufladen und dann 
fließt kein Strom mehr.

Bei 5.0 V Gate-Spannung kannst du den IRF1312 nicht nehmen, bei 5V am 
Gate lässt er gerade mal 20mA durch. (laut Datenblatt)

Der IRF3710 (gibt es rel. günstig bei Reichelt) ist da besser, bei 4V 
lässt er noch 2.5A durch und bei 5V 35A.


Mit welcher Frequenz soll die PWM Ansteuerung erfolgen?
Bis 5 kHz könnte man noch ohne Treiber (PNP+NPN Transistor) auskommen, 
da der Treiber so extrem billig aufzubauen ist solltest du darauf nicht 
verzichten.

Autor: Sven (Gast)
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Egal, beide ausreichend. Es muss aber unbedingt der im ersten Bild 
eingezeichnete R3 rein, allerdings etwas kleiner, etwa 330 bis 470 ohm. 
Wenn zu groß, werden die 700 mA nicht erreicht, wenn fehlend, wird der 
Basisstrom zu hoch bzw Q1 heiss...

Autor: Ingo Weissmann (haystack)
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@ Mike J.

Also wenn ich über 5kHz gehen würde bräuchte ich zusätzlich noch
ein PNP/NPN Pärchen, oder nur einen zusätzlichen PNP?

Aber ich denke das 1 kHz reichen müssten.

Autor: Mike J. (Gast)
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1KHz ist bestimmt okay.

Du musst es einfach probieren, bei 5 mal 35nC pro Gate (weil du ja 5 
MosFETs hast) muss eben etwas entladen/geladen werden was etwas Zeit 
kostet.

Und wie gesagt, es gibt MosFETs die bei 5V noch nicht mal offen sind und 
welche die schon bei 2.5V (LogicLevel-MosFET) richtig durchschalten.

So ein Treiber würde dir auch nicht die vollen 5V an dein Gate legen, es 
sind dann 0.6V weniger also 4.4V, du brauchst da also einen der bei 3V 
schon genügend Strom durch lässt.


... übrigens diese KSQ ist eine Coole Stromregelung, ist für mich neu.

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