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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zu Schaltung


Autor: Andy (Gast)
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Hallo allerseits,
Ich habe eine Frage zu der Schaltung im Anhang. Es handelt sich dabei um 
einen diskreten Aufbau eines Step-Down-Wandler, den ich gerne nachbauen 
will (zum Betreiben von LEDs). Nur weiß ich nicht genau, was die 
einzelnen Leitungen zu der Schaltung hin tun. Die Leitungen links gehen 
zu einem uC. Die obere (über den MOSFET-Treiber an dem Gate) ist zum 
DImmen, aber was tut die untere? Mein Kollege meinte, damit könne man 
den Strom einstellen, aber wie soll das gehen, wenn diese Leitung direkt 
zum uC geht? Rechts oben (am C) werden die LEDs angeschlossen.

Bin gespannt auf eure Antworten... Vielen Dank!

Andy

Autor: Gerd M. (gerd_m)
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Hi,

wenn sie zum uC gehen, dann an einen A/D-Eingang zur Strommessung.

Gruß Gerd

Autor: Andy (Gast)
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Ich habe aber an der Original-Schaltung mit dem Oszi gemessen, und da 
war ein Signal drauf. Sah genauso aus wie das am Dimm-Pin, aber die 
Amplitude war kleiner. Was könnte das sein??

Autor: holger (Gast)
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>Sah genauso aus wie das am Dimm-Pin, aber die
>Amplitude war kleiner. Was könnte das sein??

I * R = U?

Autor: Andy (Gast)
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OK, dann könnte das wirklich zum AD-Pin gehen, und dort wird der Strom 
gemessen? Aber wie geht dass, wenn dort das Signal drauf ist?? Kann man 
das mit dem AD-Pin mitteln? Dann müsste man ja mit einer viel höheren 
Frequenz einlesen, als das PWM-Signal am Dimm-Pin selber ist, oder?

Autor: \0 (Gast)
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Der µController "weiß" doch, wann ein und wann ausgeschaltet ist und das 
Tastverhältnis ist auch bekannt => nur während der Einschaltphase wird 
gemessen. Über die Einschaltdauer bzw. das Tastverhältnis kommt man so 
sogar zum Effektivwert.
\0

Autor: Andy (Gast)
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Muss ich ehrlich sagen, hab ich nicht ganz verstanden - kann mir das 
jemand bitte genauer erklären? Danke...

Autor: Andy (Gast)
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Hat keiner eine Idee??

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Du musst dass einfach richtig Timen:
die ADC-Messung nur während der "ON"-Zeit der Dimm-PWM durchführen.

Oder den Shunt-Spannungsabfall vor dem ADC-Eingang mittels RC 
glattbügeln, dann kannst du immer messen.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Εrnst B✶ schrieb:
> Du musst dass einfach richtig Timen:
> die ADC-Messung nur während der "ON"-Zeit der Dimm-PWM durchführen.

Wobei das in den kleinen PWM Stufen zum Problem werden kann, wenn der 
PWM Puls einfach nicht lang genug auf 1 ist

> Oder den Shunt-Spannungsabfall vor dem ADC-Eingang mittels RC
> glattbügeln, dann kannst du immer messen.

So würd ich das machen.

Autor: Andy (Gast)
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OK, mittels RC-Glied würde dann heißen, einfach einen Kondensator 
parallel zu den Widerständen, oder??

Autor: Wolfgang Heinemann (frickelkram)
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Also ich glaube ja an die Lösung mit Comparator Eingang. Das mit dem 
AD-Wandler braucht man nur dann wenn man den Lampenstrom per Software 
einstellen möchte. Wenn man den Strom über den Widerstand im 
Source-Zweig ein stellt genügt der Comparator Eingang eines PIC oder 
Atmel.
Siehe auch;
http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcServic...

Autor: Andy (Gast)
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EIne Frage drängt sich mir noch auf: Mit dem AD-Wandler an den 
Widerständen messe ich ja den Strom (über die Spannung). D.h. ich kann 
dann mit dem PWM-Signal an Gate den Strom exakt einstellen. Damit 
verliere ich aber an Auflösung, oder?? Stimmt das so??

Autor: Wolfgang Heinemann (frickelkram)
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Hallo Andy,
ich glaube das geht gerade ein wenig durcheinander.

Über den Widerstand stellst Du den Strom ein der durch die LED fließt. 
Den Strom kannst Du immer gleich lassen, also Betriebsstrom der laut 
Datenblatt für die LED gilt. Diesen Strom kannst Du über einen 
Komparator Eingang "messen", da brauchst Du keinen A/D Wandler.
http://focus.ti.com/lit/an/slyt084/slyt084.pdf

Die Helligkeit kannst Du dann über PWM einstellen. PWM bedeutet das Du 
das Puls/Pausen Verhältnis (bei gleichem Strom) änderst. Damit änderst 
du, über einen festen Zeitraum gesehen, das Verhältnis von leichtend zu 
dunkel. Für da Auge ergibt sich dann der Eindruck einer geänderten 
Helligkeit.

Du kannst die Helligkeit auch über den Strom ein stellen. In dem Fall 
würde ich einen A/D-Wandler benutzen und die Spannung am Eingang des 
A/D-Wandlers mit einem Kondensator glätten. Ich halte diese Variante 
aber für aufwändiger in der Software als die Komparator Methode.

Autor: Andy (Gast)
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OK, verstanden. Was mir noch Sorgen macht, ist, dass die Leitung direkt 
vom FET zum uC geht? Kann der da nicht beschädigt werden? Kann es nicht 
vorkommen, dass da mal zu viel Spannung anliegt (z.B. wenn die unteren 
Widerstände aus irgendwelchen Gründen hochohmig werden...)

Autor: Läubi .. (laeubi) Benutzerseite
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Andy schrieb:
> Bin gespannt auf eure Antworten... Vielen Dank!
Bitte in Zukunft aussagekräftigen Betreff wählen!

Autor: Andy (Gast)
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Zu meiner Frage oben (die mit der direkten Verbindung zum uC) habe ich 
noch eine: Wie kann ich jetzt den Strom einstellen, der bei 100% PWM 
fließen soll? Nur über die beiden Widerstande an Source? Aber die 
verbraten dann ja auch viel Leistung, je näher ich zu 100% PWM komme, 
oder?
Ganz schlüssig ist die Schaltung noch nicht...

@Läubi: Sorry - werde ich nächstes Mal berücksichtigen...

Autor: Wolfgang Heinemann (frickelkram)
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Hallo Andy,
die Schaltung macht aus meiner Sicht schon Sinn. Wenn Du in die PDFs 
guckst, auf die ich verwiesen haben kannst Du auch die gesamte Theorie 
nachvollziehen.

Der Strom wird über die Widerstände im Source-Zweig und die 
Regelschleife über den Prozessor begrenzt. Es sind keine 
Schutzmechanismen vorgesehen. Wenn also ein Bauteil kaputt geht kann es 
sein das noch mehr Bauteile seinem Beispiel folgen und Du anschließend 
ein Siliziumgrab vor Dir hast.
Das muss aber nicht schlimm sein, es ist halt die Frage wie 
Wahrscheinlich es ist das ein Bauteil kaputt geht. Während der 
Entwicklungsphase würde ich den Stromverbrauch über ein Labornetzteil 
begrenzen. Wenn Du einen Fehler in der Programmierung der Regelschleife 
machst kann das Bauteile zerstören, falls Du den Strom nicht begrenzt.

Den FET kannst Du einfach so anschließen wie beschrieben. Auch da kannst 
Du noch Bauteile zum Schutz des FETs einbauen, es kann aber auch sein 
das Du die nicht brauchst. Ich würde am Anfang einfach mal ohne 
Schutzschaltung experimentieren. Schau einfach in den Datenblättern nach 
was die Bauteile maximal vertragen und überschlage dann was an maximalen 
Spannungen und Strömen auftreten kann.

Die Widerstände im Source Zweig müssen nicht zwangsläufig viel Leistung 
verbraten. Das kommt im wesentlichen darauf an wie viel Strom Deine LEDs 
brauchen und wie groß die Spannung ist die Du vergleichen möchtest.
Da gelten die einfachensten Formeln de E-Technik; U=R*I und P=U*I

Ich gehe jetzt mal von einer Standard Leuchtdiode aus die 20mA 
Betriebsstrom hat und von einer Komparatorspannung von 1,2V. In dem Fall 
müsstest Du einen Widerstand im Source Zweig einbauen der;
R=U/I = 1,2V / 20mA = 60 Ohm hat
Wenn Du einen Widerstand aus der Normreihe von 56 Ohm wählst erhälst Du;
I=U/R = 1,2V / 56 Ohm = 21,43mA
Das sollte die Diode noch dauerhaft aushalten.
Die Leistung für den Widerstand berechnest Du mit;
P=U*I = 1,2V * 21,43mA = 0,026 Watt.
Ein normaler 1/4 Watt Widerstand wird da sicherlich nicht heiß. Und wie 
Du siehst brauchst Du auch keinen Messwiderstand.

Autor: Andy (Gast)
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@Wolfgang: Danke für deine ausführliche Erklärung, hat mir echt 
geholfen. Nur: Ich will diese Schaltung für HighPower-LEDs verwenden 
(I=min. 350mA) - deshalb werden die Widerstände doch klein gehalten 
werden müssen.
Ich habe mir die PDFs durchgelesen - auch diese sind sehr interessant 
und verständlich. Nur hab ich noch Fragen:
1. Microchip verwendet in seiner Schaltung keinen MOSFET-Treiber, 
sondern hängt den Pin vom uC direkt ans Gate. Was bringt mir dann dieser 
MOSFET-Treiber?
2. Wenn ich jetzt den Widerstand im Source-Zweig noch kleiner mache (wie 
Microchip 0.56 Ohm), was ist dann meine strombegrenzende Komponente? 
Anders formuliert: Wenn ich den DutyCycle der Schaltfrequenz am Gate auf 
100% stelle, wo fließt dann welcher Strom? Das habe ich noch nicht ganz 
verstanden.
3. Mein Problem zur Zeit ist, dass wenn ich den Strom einstellen will, 
dann passiert das sehr grob. D.h. wenn ich ein PWM drauflege, dann kann 
ich den Strom nur in den unteren 10% sinnvoll einstellen, da bei Werten 
über 10% der Strom schon viel zu hoch wird, und mir die Schaltung 
abschwirrt bzw. das Netzteil in die Knie geht...

Danke für eure Hilfe.

Andy

Autor: Daniel (Gast)
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Dies ist ein Schaltwandler. (Am rechten Rand des Schaltplans fehlen zwei 
Verbindungen, es könnte Buck-Boost sein.) Die LED am abgeschnittenen 
oberen Ende des Plans scheint nach oben zu zeigen.

Während der FET durchgesteuert ist, muss die Software den 
Spannungsabfall über den beiden Widerständen überwachen. Das ist die 
Zeit, in der die Drossel aufgeladen wird. Ist der maximal gewünschte 
Strom erreicht, muss die Software den FET abschalten! Dann eine Pause 
machen, während sich die Energie aus der Drossel in die LED entlädt und 
diese leuchtet.
Anschließend von vorn anfangen. Dimmen kann man dann, indem man Zyklen 
auslässt.
Die Zeiten müssen so abgestimmt werden, dass sich in der LED ein 
mittlerer Strom ergibt, der dem maximal zulässigen LED-Strom entspricht. 
Das sind aber nicht 100% Einschaltdauer vom FET, das wäre viel zu viel!
Umgekehrt ist es aber richtig, dass der Strom während des Ladens der 
Drossel viel höher wird als der LED-Strom.

Siehe auch hier - ist der Grundaufbau so wie in Deiner Schaltung?

http://www.dipunctata.de/technik/taschenlampe/#Technik

(Leider bin ich noch nicht dazu gekommen, die Dimensionierung 
ausführlich zu beschreiben.)

Autor: Andy (Gast)
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Hallo,
Danke für die Antwort, aber du hast meine Schaltung falsch interpretiert 
(sorry für die schlechte Qualität). Am oberen abgeschnittenen Ende ist 
ein Vcc-Zeichen und es steht "24V" dort. Am rechten Ende (am C) werden 
die LEDs angeschlossen.

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

>Danke für die Antwort, aber du hast meine Schaltung falsch interpretiert
>(sorry für die schlechte Qualität).

Dann lies mal was über Bildformate.

> Am oberen abgeschnittenen Ende ist
>ein Vcc-Zeichen und es steht "24V" dort. Am rechten Ende (am C) werden
>die LEDs angeschlossen.

Nimm lieber was solides, z.B. das hier

Konstantstromquelle fuer Power LED

MfG
Falk

Autor: Daniel (Gast)
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Andy schrieb:
> Danke für die Antwort, aber du hast meine Schaltung falsch interpretiert

Okay, tschuldigung. - Hm. Es wird dann aber bei 100% Einschaltzeit der 
Strom tatsächlich nur durch die Widerstände begrenzt. Bleibst Du unter 
100%, wird während der Ein-Zeit Energie in der Drossel gespeichert und 
während der Aus-Zeit über die Diode (nicht Leuchtdiode) in den 
Ausgangskondensator und die LED übertragen.
Also ist es doch ein Schaltwandler, nicht einfach ein Filter für die 
PWM?
Oder ist das dasselbe?

Falk Brunner schrieb:
> Nimm lieber was solides

Also ich finde das Konzept mit dem µC schon ganz interessant, weil man 
dann mit einem Baustein auch Gags wie Blinken und Dimmen realisieren 
kann.

Autor: Andy (Gast)
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Meine Rede, Daniel. Ich will unbedingt das Konzept (ja, es ist ein 
Schaltwandler) weiterverfolgen, weil es 1. den Strom einstellbar mach 
und 2. es einfach und billig zu realisieren ist. Außerdem ist es eine 
Herausforderung es durchzuziehen - es soll einem ja nicht immer alles 
vorgekaut werden... :)
Ich habe mit der Lösung halt noch ein paar Probleme und noch einige 
Fragen dazu.
Z.B. brauche ich unbedingt eine Auflösung von 16Bit fürs Dimmen. Das 
ergibt eine Frequenz von 500Hz (beim XMega32A4). Nur, wenn ich diese 
haben will, dann brauch ich ja ein vielfaches der 500Hz als 
Schaltfrequenz am FET - oder ich ändere in Abhängigkeit der 
Dimm-Einstellung die Pulsbreite der Schaltfrequenz für den FET.
Zweitens: Wie schaffe ich es, dass ich den Strom genau einstellen kann?? 
Wenn ich eine hohe Frequenz für die Schaltfrequenz wähle, dann 
verringert sich die Auflösung. Jetzt bin ich so weit, dass ich nur eine 
Auflösung von 20 habe. Somit ändert sich der Strom pro Schritt (in 
meinem gewünschten Bereich) um ca. 100mA. Das ist natürlich viel zu 
grob.

Fragen über Fragen... =)

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

>Meine Rede, Daniel. Ich will unbedingt das Konzept (ja, es ist ein
>Schaltwandler) weiterverfolgen, weil es 1. den Strom einstellbar mach
>und 2. es einfach und billig zu realisieren ist.

Der Schaltregler im genannten Artikel kann das auch, über PWM. Und 
er funktioniert ohne Zutun von aussen sicher. Wenn dein uC mal anstürzt, 
grillt es auch die LED bei deiner Variante.

>Z.B. brauche ich unbedingt eine Auflösung von 16Bit fürs Dimmen.

;-)
Jaja, ganz bestimmt. Bist du photophil?

MFG
Falk

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