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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED Schaltung mit PWM Spannung


Autor: Theo G. (theo11)
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Hallo zusammen,

ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen...
Ich habe ein kleines TALEX Modul mit einem DALI Eingang und 3 (RGB) 
PWM-Spannungsausgängen (24V).
Jetzt möchte ich ganz gerne ein paar LED's an die Ausgänge schalten und 
frage mich wie ich die Schaltung aufbauen soll? Ich möchte keine 
einfache Variante mit Vorschaltwiderstand sondern denke eher an einen 
Schaltregler oder an einen Transistor...
Hätte jemand nen guten Rat??

Danke und Gruß... Theo

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Definiere "ein paar LEDs"

Passenden LED-Treiber benutzen.
Siehe Allgemeine Info LED im Forum, und dort "Power LED"

Gruss

Michael

Autor: Theo G. (theo11)
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Hey Michael,

vielen Danke für die sehr schnelle Antwort!!
Die LED's stehen noch nicht 100%ig fest aber ich denke mal es werden 
Nichia's mit 35mA (3.5V) für B&G und 50mA (2.5V) für R.
Insgesamt werden es 10 LED's (RGB), somit je 2x5 in Reihe.

Eigentlich suche ich nur nach der Schaltung bzw. Methode womit ich dies 
umsetzen könnte...

Autor: Theo G. (theo11)
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Vielleicht habe ich mich falsch ausgedrückt...

Ich möchte natürlich das Layout selber erstellen!!
Demnach suche ich nach einer geeigneten Lösung um mit einer 24V PWM 
Spannung die LED's zu betreiben.
Die PWM Spannung kann ich doch nicht direkt auf einen Schaltregler 
geben, oder?
Ich will es auch nicht die Kosten unnötig in die Höhe treiben und die 
Schaltung auch nicht unnütz kompliziert gestalten.
Ich suche einfach nur nach einer einfachen Lösung um mit der Vorhandenen 
PMW Spannung die LED's zu betreiben.

nochmals Danke und Gruß...

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Na, wie oben...hier im Forum "Stromquellen" suchen. 50mA ist "peanuts".
Diese Stromquelle dann einfach mit Deinem PWM-Signal ein/ausschalten.


Gruss

Michael

Autor: Theo G. (theo11)
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Guten morgen Michael,

genau aus diesem Grund frag ich ja.
Ich will ja nicht mit Kanonen auf Spatzen schießen!! Step-Up ode 
Step-Down wäre doch übertrieben. Außerdem habe ich ja schon eine 
geregelte 24V PWM Spannung. Diese müsste dann halt nur (ich hoffe ich 
sag jetzt nichts falsches) in einen getakteten Strom gewandelt werden, 
da LED's ja schließlich mit Strom gesteuert werden.
Gibt es nicht eine einfache, vielleicht auch kostengünstigere Lösung um 
mein Vorhaben zu realisieren??

Danke und Gruß... Theo

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Die kostengünstigste Lösung ist einfach ein Vorwiderstand in Reihe zur 
Reihenschaltung der LEDs. Bei 24V der PWM solltest Du evtl. ein paar 
Volt für den Vorwiderstand lassen und kannst dann soviel LEDs in Reihe 
schalten bis die 24V erreicht sind: Also B&G haben jeweils 3.5V, damit 
kann man dann etwa 6 Stück in Reihe schalten und es bleiben 3V für den 
Vorwiderstand über. Wenn die LEDs mit 3.5V bei Ihrem Nennstrom (von 
35mA) spezifiziert sind, brauchst Du nur noch den Vorwiderstand mit 3V / 
35mA berechnen und erhälst somit einen Wert von entweder 82 Ohm (liegt 
etwas näher dran an den errechneten 85.7 Ohm) oder 91 Ohm. Tendenziell 
würde ich immer den etwas größeren Widerstand einsetzen, evtl. sogar 100 
Ohm. Den Helligkeitsunterschied bei leicht verringertem Strom wirst Du 
kaum wahrnehmen können.
Bei den Roten LEDs mit 2,5V könntest Du immerhin 8 LEDs für 20V oder gar 
9 LEDs für 22.5V einsetzen. Dies von den 24V abgezogen und durch den 
Nennstrom (50mA) geteilt kommen wir auf einen Vorwiderstand von 
errechneten 80 Ohm (also 82 Ohm aus Normreihe - bei 8 LEDs) oder 50 Ohm 
(ergo 56 Ohm aus Normreihe).
Soviel zum 'Stromkonstanthalter' für die LEDs.
Die Frage ist nur, ob Dein mir unbekanntes TALEX-Modul die Ströme von 
35mA bzw. 50mA direkt schalten kann. Wenn nicht dann die üblichen 
Schaltstufen mit Transistoren einsetzen.

Autor: Jörg B. (manos)
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Autor: Theo G. (theo11)
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Hallo Raimund, Hallo Jörg.

Danke erstmal für Eure Antworten!!
Ich hätte an die Lösung mit dem J-FET als Konstantstromquelle bevorzugt. 
Die 35mA die in in den oberen Post angegeben habe wäre auch der max 
Strom gewesen. In Realität sollen sie mit 20mA betrieben werden.
Den FET (1790843-Farnell) würde ich nehmen oder gäbe es Einwände??
Ich hätte nur bedenken wegen der PWM-Frequenz oder meint Ihr es würde 
ohne Prob. funktionieren.

Gruß und bis dahin... Theo

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Theo G. (theo11)

>Ich hätte an die Lösung mit dem J-FET als Konstantstromquelle bevorzugt.

Kann man machen.

>Den FET (1790843-Farnell) würde ich nehmen oder gäbe es Einwände??

Ja, euer Ehren. Das ist ein FET, aber kein JFET. Kleiner Unterschied.

1017686 ist der Richtige.

>Ich hätte nur bedenken wegen der PWM-Frequenz oder meint Ihr es würde
>ohne Prob. funktionieren.

Da gähnt der FET müde . . .

MFG
Falk

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Bei 20mA ginge auch ein BF245A/B/C.
Einfach Gate und Source zusammenschalten und man hat seine 
Konstantstromquelle - zwar diversen Exemplarstreuungen unterworfen, aber 
funktionstüchtig.
Bezüglich des Postfixes A/B/C, müsstest Du mal das Datenblatt zur Hand 
nehmen, denn aus dem 'Stand' weiß ich jetzt nicht welcher den größeren 
Strom liefert, wenn Gate und Source zusammengeschaltet sind.
Für meine Eltern in Ihrem Wohnmobil habe ich ganze Batterien solcher 
LED-Leisten mit 3 LEDs und dem einen BF245 gebastelt. Funzen schon seit 
Jahren ohne Probleme. Die 24V sollten sie im Worst-Case auch noch 
aushalten.

Autor: Theo (Gast)
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Guten morgen zusammen,

den bf245 gib es leider nur in den so package.
Kenn ihr einen entsprechenden jfet im sot package?

Gruß Theo

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Theo schrieb:
> Guten morgen zusammen,
>
> den bf245 gib es leider nur in den so package.

Bitte ?!?
Bei Reichelt gibt's ihn z.B. nur im TO-92-Gehäuse!!!

Ach ja, und für typ. 25mA ist es wohl der BF245 mit dem Postfix "C".

> Kenn ihr einen entsprechenden jfet im sot package?

Schon mal danach gegoogelt?!
Wenn ich es mache, bekomme ich z.B. ein paar von ON-Semiconductor 
angezeigt - z.B. den MMBF4393LT3G im SOT23-Gehäuse (30V, 30mA) oder den 
MMBFJ177LT1G (30V, 20mA).

Autor: Theo (Gast)
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Vielen Dank Raimund für die Infos!!

Ich habe mich für den MMBF4393LT3G entschieden.
Die Schaltung habe ich mir nun wie folgt erstellt:
5 LED's in Reihe, d.h. 3.5V typ und If=20mA + Verpolschutzdiose Vf = 
0,62V

Berechne ich den Rs jetzt Richtig?

U Eingang = 24V - (5x3.5V) - 0.62V = 5.88V (=Ugs)
I Drain = 20mA

Rs=Ugs/Id=5.88V/20mA = 294 Ohm

Danke und Gruß.. Theo

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Deine Berechnung ist leider etwas falsch, denn die 'Rest'-Spannung von 
5.88V fallen definitiv nicht über die Gate-Source-Strecke ab, sondern 
über die Drain-Source-Strecke (plus einen evtl. eingesetzten 
Source-Widerstand zur genaueren Einstellung des Konstantstroms).
Wie schon gesagt ist die einfachste Konstantstromquelle (kurz KSQ) ein 
N-Channel JFET, wo Gate und Source zusammengeschaltet sind. Drain geht 
z.B. an (+) und Gate/Source an die Anode der ersten LED der 
Serienschaltung von 5 LEDs. Die Kathode der letzten LED geht an (-) der 
Spannungsquelle. Dies gilt zumindest für den Fall, das die KSQ auf der 
'High-Side' (also an (+) der Spannungsquelle) liegt. Möchtest Du den 
Strom etwas genauer einstellen und Exemplarstreuungen vermindern, dann 
kann man einen Widerstand zw. Gate und Source einplanen, um eine 
negative Gate-Spannung zu erzeugen und den max. mögl. IDSS des JFET 
weiter limitieren. Evtl. ist es dann ratsamer nicht den MMBF4393 zu 
nehmen sondern zumindest den MMBF4392 oder sogar den MMBF4391.
Zu Erprobungszwecken, würde ich dann ein 500-Ohm-Trimmer zw. Gate und 
Source vorsehen und den korrekten Widerstand praktisch ermitteln.
Wie folgt sollte das ganze dann aussehen (wobei RGS im Idealfall 0 Ohm 
haben sollte):

     (+) 24V
      |
    |-+ D
  G |      N-Channel JFET
 +->|-+ S
 |    |
 |   +-+
 |   | |
 |   | | RGS
 |   +-+
 |    |
 +----+
      |
     +-+
      V   LED
     ---
      |
      .
      .   weitere LEDs
      .
      |
     (-) GND

Autor: Theo (Gast)
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Hallo Raimund,

ersmla wie immer vielen Dank für deine Antwort und auch Danke für die 
Mühe mit der Zeichnung.
Genau so habe ich sie auch aufgebaut.
Dnnoch würde ich auch sehr gerne wissen, wie man den Rs berechnet.
Im Datenblatt hab ich auch schon nachgeschaut aber da bin ich leider 
nicht so wirklich schlau draus geworden.
Ich hatte nach einem Widerstandsdiagramm gesucht in Abhängigkeit von Uds 
und Ids. Wie wird denn der Rs ermittelt??

Wie immer... Danke und Gruß Theo

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Theo schrieb:
> Hallo Raimund,
>
> ersmla wie immer vielen Dank für deine Antwort und auch Danke für die
> Mühe mit der Zeichnung.
> Genau so habe ich sie auch aufgebaut.
> Dnnoch würde ich auch sehr gerne wissen, wie man den Rs berechnet.
> Im Datenblatt hab ich auch schon nachgeschaut aber da bin ich leider
> nicht so wirklich schlau draus geworden.

Ja, das DB von ON Semiconductor ist auch nach meinem Geschmack etwas 
besch..., gelinde ausgedrückt.
Beim BF245 (von Philips) gibt es genau zu diesem Zweck ein eigenes 
Diagram, was sehr schön die Steuerkennlinie zeigt, d.h. bei welcher UGS 
sich welcher Strom einstellt. Daraus lässt sich dann prima der gesuchte 
Widerstand berechnen, da der Drain-Strom (als der gewünschte 
Konstantstrom) und die dazu nötige Gate-Source-Spannung (aus dem 
Diagramm abgelesen) bekannt sind. Hinzu kommt natürlich die üblichen 
Exemplarstreuungen der JFETs die ohne weiteres 10% und mehr sein können. 
Wer es dann genau und, z.B. bei mehreren LED-Strings, überall gleich 
hell haben möchte, der sollte sich evtl. 100 JFETs kaufen (wenn möglich 
aus der selben Produktions-Charge, obwohl man darauf selten Einfluss 
hat) und sie per Hand (oder automatisiert) auf identische Parameter 
selektiert - d.h. UGS zu Null machen und den sich ergebenden Drain-Strom 
bei konstanter UDS ermitteln. Dabei erhält man dann auch so etwa 
30...70% mehr oder weniger identische JFETs. Abhängig davon wie breit 
man das 'Scheunentor' wählt, bzw. an Toleranz vom Sollwert zulässt.

> Ich hatte nach einem Widerstandsdiagramm gesucht in Abhängigkeit von Uds
> und Ids. Wie wird denn der Rs ermittelt??

Das ist ja genau das, was ON Semiconductor dauernd in seinen Diagrammen 
macht: Den sich ergebenden rDS bei der Variation von diversen Parametern 
in Diagrammen darzustellen. Damit kommt für die praktische Berechnung 
der nötigen neg. Gate-Spannung für Konstantstrom-Applikationen nicht 
wirklich zum Ziel.
Aber der Grund dafür liegt ganz simpel in der von ON Semiconductor 
vorgesehenen Anwendung des JFETs: Er ist eigentlich für 
Schalteranwendungen entwickelt worden - darum steht ja auch auf dem 
Datenblatt ganz groß "JFET Switching Transistors"!
Ihr 'Arbeitspunkt' liegt somit immer an den Extrema der Kennlinien, d.h. 
entweder (bestmöglich) gesperrt oder (voll) leitend. Und beim letzteren 
ist natürlich wichtig, welcher rDSon sich ergibt.
Folglich wirst Du um eine Trial-and-Error-Methode nicht umhin kommen, 
oder die SPICE-Parameter genau dieses Transistors als Grundlage für 
eigene Simulationen zu nutzen und schauen was dabei rauskommt.

> Wie immer... Danke und Gruß Theo

Autor: Theo (Gast)
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Servus Raimund,

noch einmal Danke für die Antwort.
Da ich SMD LED's verwenden werde ist es relativ schwierig die mal eben 
zu verlöten und dann per Trail&Error-Methode den gewünschten Strom per 
Poti einzustellen.
Wüsstest du denn noch eine Schaltung mit der ich mein Vorhaben 
realisieren könnte?
Vielleicht muss es ja kein JFET sein. Die Schaltung mit den 
BiPo-Transistoren wäre vielleicht ein Ziel. Leider mit sehr vielen 
Bauteilen.
ANsonsten gäbe es keine weitere Alternative?!

Danke und Gruß... Theo

Autor: Alexander v. Grafenstein (avogra)
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Welche LEDs du zum Widerstand bestimmen hernimmst ist doch egal. 
Theoretisch kannst du stattdessen auch einfach einen Widerstand nehmen. 
Dann hast auch gleich was zum Strom messen. Wenn du den richtigen Rs für 
einen speziellen JFet rausgefunden hast, kommt er auf die Platine.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Auch SMD-Bauteile lassen sich recht einfach per Hand zusammenlöten - 
gerade bei der KSQ mit JFETs sind ja eigentlich nur die LED (als von 
Natur aus ein Zweipol) und der JFET (mit Gate und Source zusammen bildet 
er auch wieder nur einen Zweipol) in Reihe geschaltet!
Zu Versuchszwecken, kannst ja auch statt der LED einen R nehmen, der in 
etwa zu dem gewünschten Arbeitspunkt der LED passt (z.B.: Blau & Grün => 
100 Ohm und Rot => 51 Ohm) und den FET dann in Reihe dazu. Spannung über 
dem R gemessen und, da R ja bekannt ist, den sich ergebenden Strom 
errechnen bzw. kontrollieren - feddisch is' die Sach.
Nur wenn der sich ergebende Strom überhaupt nicht zu dem von Dir 
geforderten passt, dann brauchst man nur den Source-R, um das Gate 
negativer Vorzuspannen und den Strom damit stärker/früher zu begrenzen. 
Das ist für einen bestimmten JFET-Typ eigentlich nur einmal zu machen, 
deswegen auch mein Tip mit dem Poti, dann braucht man(n) auch nur einmal 
die Sache aufbauen, mit 'nem Schraubendreher den gewünschten Strom 
einstellen, Poti-Wert ausmessen und dann bei der 'Serie' einen Fest-R 
einlöten - That's all. Ein klein wenig Mühe wirst Du Dir also schon 
machen müssen.

Mit bipolaren Transistoren brauchst halt tatsächlich ein paar Bauteile 
mehr - den Aufwand würde ich persönlich aber nicht machen, wenn's denn 
sooooo schön einfach mit JFETs geht - gerade bei diesen kleinen Strömen!

Autor: Theo (Gast)
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Hallo zusammen,

ich glaube die perfekte Lösung gefunden zu haben.
Und zwar ist es ein Bauteil von Infineon aud der Serie BCR...
Ich habe mir den BCR402U ausgesucht und glaube damit meine Schaltung 
aufbauen zu können.

Gruß und bis dann... Theo

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Yip, das ginge auf jeden Fall - ist aber nichts anderes als eine KSQ 
mit Bipolar-Transistor, wie man(n)/ich sie sonst auch 'zu Fuss' 
aufgebaut hätte.

Wie stet's denn mit Preis und Lieferbarkeit???

Habe gerade mal selbst gesucht und bin z.B. bei www.elpro.org fündig 
geworden:
Kostet nur 18(!) Cent und haben noch über 18000 Stück auf Lager. ;-)

Okay, dafür kann man es 'zu Fuss' nicht mehr aufbauen, denke ich.
Nimm ihn und werde glücklich. :-))

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