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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Selbstgebauter LED-Treiber


Autor: Snake (Gast)
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Hallo allesamt
Ich wollte mir einen selbstgebauten LED Treiber aufbauen mit OP s
Grundgedanken:
Gesamtaufbau wird mit einem 3,7V Li-Ion betrieben
Es gibt 3 Taster, einen AUS-Schalter, einen 200% Schalter (der die LED 
kurzzeitig von 25mA Normalstrom auf 50mA Maximalstrom treibt) und ein 
Levelschalter.
Die LED sind rund angeordnet und zwar in der Mitte ein Ring mit 4, darum 
einer mit 8 usw usw bis zum 5 Ring mit 20 LED.
Mit jedem Klick auf Level geht ein Ring mehr an, während die inneren 
weiter leuchten.
Somit wird eine Taschenlampe realisiert, die mittels des LEVEL - 
Schalters immer die Lichtstärke bringt, die man benötigt.
Realisiert wird dies mit dem 74HC4040 Counter und einer 
Dioden/AND-Gatter-Logik.Diese geben erst den OP ihre Spannungsversorgung 
und somit ist ein Leckstrom über die LED im Ruhezustand ausgeschlossen, 
da die OP ja auf OUT low sind.
Mittels des MAX6125 (Spannungsregler 2,5V) und den Widerständen IN1 und 
IN2 wird ein Spannungsteiler realisiert, der 0,1 V liefert.
Dieser dient als Referenz am nichtinvertierten Eingang.
Für jeden Kanal gibt es einen eigenen SHUNT, der bei Sollstrom (im 
inneren Ring 100ma, im Äusseren 500mA) genau 0,1V liefert (also 1 Ohm, 
0,5,   0,333,   0,25 und 0,2).
Jetzt sollte meiner Meinung nach jeder OP solange die FET regeln, bis 
der gewünschte Strom erreicht ist, sprich am SHUNT 0,1V abfallen.
Dies sollte solange funktionieren, bis die Spannung der Batterie unter 
3,2 (Betriebsspannung LED) +0,1 (Abfall ab SHUNT) also 3,3V fällt, dann 
erst sollte der Strom der LED deutlich abfallen.
Bei Drücken des 200% Tasters gibt der Spannungsteiler nun 0,2 statt 0,1V 
aus, der Strom sollte sich verdoppeln.

Warum ich hier bin?
Natürlich hat die Schaltung irgendwo einen Fehler und ich weiss nicht 
wo.
Zum Beispiel fliessen im Ring 3 180 mA bei 3,7V ,fällt die Spannung auf 
3,6 fällt der Strom ebenfalls sofort, genauso wie er bei Erhöhung der 
Spannung steigt.
Getestet wurde an einem Netzteil, sprich es kann auch an einem leeren 
Akku nicht liegen.
Generell sollte die Schaltung aus Lernzwecken mit einem OP bedient 
werden, daher bitte keine Posts mit "Benutz den AMC**** LED Treiber"
Als Widerstand vom OP Out und GATE dient momentan jeweils ein 500 Ohm, 
allerdings bewirkten auch verschiedene Potis hier nichts.

Vielen Dank für die Hilfe
Snake

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> einen 200% Schalter
auch genannt "not-aus" oder "LED-burner" bzw. "kill-switch"...

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Wäre interessant zu sehen wie du die LEDs an die Konstantstromquelle 
angeschlossen hast. Soll ich raten: Parallel ohne individuelle 
Vorwiderstände.
2. Wie sieht denn das für jede Led aus? Welche Durchlassspannung hat 
die, wieviel Spielraum hast du bei 3,5V noch für die Spannungsabfälle an 
OP, Mosfet, Strommessshunt, individueller Vorwiderstand etc. pp.?

Autor: Snake (Gast)
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Ben _ schrieb:

> auch genannt "not-aus" oder "LED-burner" bzw. "kill-switch"...

Nicht unbedingt, die LED vertragen laut Datenblatt 50mA max, allerdings 
möchte ich keinem Halbleiterbauteil den Maximalwert dauerhaft zumuten.

Ach ja, das Schaltungsprinzip hat als Vorbild den Poti-Dimmer und 
Treiber für Power-LEDs von
http://www.led-treiber.de/html/lineare_treiber.htm... , 
Schaltung angefügt, sprich sollte eigentlich realisierbar sein, da bei 
mir eigentlich nur der Poti gegen ein 2 Stufen-Spannungsteiler ersetzt 
wurde (ok und den Kondi am Ausgang des MAX6125 / des OP hab ich auch 
weggelassen, denke nicht dass es daran liegen wird oder? ) und ich eben 
einen FET benutze, da mein OP keine 500mA liefern kann ^^

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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an welcher spannung arbeiten deine OPVs und die LEDs? viele FETs 
benötigen 4V gatespannung um zu öffnen. ich vermute die verwendete 
spannung ist zu gering für die FETs und OPVs.

Autor: Snake (Gast)
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Also die LED Ringe sind jeweils parallel geschaltet ( für Reihe langt 
die Batteriespannung einfach nicht)
Jede LED besitzt einen individuellen Vorwiderstand, momentan jeweils 
überall 0,1 Ohm, damit nicht zuviel Spannung abfällt.
Hab grad nochmal geschaut die LED hat eine Durchlassspannung von 3,4V , 
ich werd nachher mal das Datenblatt posten.
Die OP ( inklusive dem Counter etc) sind ja parallel mit der 
LED-FET-Shunt-Schaltung, bei Netzteilbetrieb sollten hier also immer 
volle 3,5V zur Verfügung stehen, 3,4 fallen an der LED und 0,1V am 
SHUNT, am Vorwiderstand 0,1 Ohm * 0,5A= 0,05V, machen 3,55V, bei denen 
die Schaltung noch mit 100% Strom arbeiten sollte.
Allerdings fliesst ja nicht mal bei 3,7 ausreichend Strom.

Autor: Snake (Gast)
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Ben _ schrieb:
> an welcher spannung arbeiten deine OPVs und die LEDs? viele FETs
>
> benötigen 4V gatespannung um zu öffnen. ich vermute die verwendete
>
> spannung ist zu gering für die FETs und OPVs.

Oha da hab ich nciht daran gedacht...gib mir 5 min dann kommt Datenblatt 
LED und FET ^^

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Ben hat den nächsten Punkt angesprochen. Welche Gatespannung brauchen 
deine Fets. Alles etwas knapp kalkuliert mit einer Zelle.
Fets sind kapazitive Last. das mögen viele OPs nicht so gerne, schon mal 
geprüft ob die Ausgänge der OPs evt. schwingen?
Sind die OPs Rail to Rail und können mit so geringer Spannung sauber 
arbeiten?

Autor: Snake (Gast)
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Autor: Snake (Gast)
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U.R. Schmitt schrieb:
> Sind die OPs Rail to Rail und können mit so geringer Spannung sauber
>
> arbeiten?

Ja es sind Rail to rail OP, arbeiten bereits ab 2,5 V

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Versuche doch mal das Ganze mit 4,5V zu betreiben. Funktioniert es da? 
Messe die Spannungen an den einzelnen Bauteilen, dann siehst du mehr.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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hast du auch an den spannungsabfall deiner 6 dioden gedacht? du kannst 
doch nicht den spannungs-eingang eines stino spannungsreglers mit 
verschiedenen spannungen füttern. woher soll der wissen wonach er regeln 
soll? irgendwie vertstehe ich deine regelung nicht ganz.

Autor: Snake (Gast)
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Oh sorry
Der Regler
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/maxim/MA...
ein MAXIM 6125, regelt von 2,7 bis 12,6 V EXAKT auf 2,5V, der 
Spannungsteiler der 2 Widerstände liefert auch genau 0,1V
Aber der Spannungsabfall an den Dioden muss ich mal schauen, ob die OP 
noch genug Saft bekommen
Dioden sind LL4148 (1n4148 SMD Version)
Das wär vllt ne Erklärung, wenn die zu wenig bekommen
Werd ich messen und Bescheid geben
(Falls es daran liegen sollte, kann ich dann mit der Dioden/AND Logik 5 
mini NPN/FET ansteuern, die mir als Schalter die OP anschalten? )

Autor: Snake (Gast)
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Aaaaaalso der Verdacht bestätigt sich
Versorgungsspannung am
OP1   3,0V
OP2   3,6V
OP3   2,1V
OP4   2,8V
OP5   3,6V

Gemessen auf Level 5 (Alle OP werden versorgt) und OHNE LED angeklemmt
Theoretisch sollten alle OP auf 3,6V sein, wie erreich ich das?
Gibt es kleine NPN/FET, die mir die OP versorgen?
Die OP haben lautDatenblatt ja eine Minimale Stromaufnahme
Gruss
Snake

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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ok deine komplette "level-schaltung" kann nicht funktionieren.

deine spannungsreferenz verhält sich wie ein (sehr sparsamer) 
festspannungsregler und ist nichts einstellbares. sprich eine 
x-beliebige eingangsspannung im erlaubten bereich rein und eine 
konstante ausgangsspannung kommt wieder raus. du machst im moment nichts 
weiter als über die logik-ICs diesen spannungsregler zu versorgen. bei 
genügend hoher eingangsspannung kommt auch ein wenig wieder raus, aber 
mit einer einstellbaren spannungsquelle wie du sie für deine OPVs haben 
wolltest hat das alles so gut wie nichts zu tun. es ist einfach humbug, 
sorry.

was du bräuchtest ist mindestens ein widerstandsnetzwerk, was mit deinen 
logik-ICs gesteuert verschiedene spannungen an die OPVs ausgibt. oder 
einen einstellbaren spannungsregler, in dessen regelschleife mit den 
logik-ICs über verschiedene widerstände eingegriffen wird.

Autor: Snake (Gast)
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Ben _ schrieb:
> aber
> mit einer einstellbaren spannungsquelle wie du sie für deine OPVs haben
> wolltest hat das alles so gut wie nichts zu tun. es ist einfach humbug,
> sorry.
>
> was du bräuchtest ist mindestens ein widerstandsnetzwerk, was mit deinen
> logik-ICs gesteuert verschiedene spannungen an die OPVs ausgibt.

Ich glaub du verstehst mich falsch
Die Logik soll nicht die spannungsreferenz am OP steuern, sondern nur 
den OP ein/ausschalten
Die LED sollen IMMER gleich hell leuchten, die Levels bewirken "nur", 
dass beim ersten schmitt-immpuls OP1 angeht und die daran angeklemmten 4 
LED im inneren ring, beim 2 impuls geht op2 an, welcher den 2 ring mit 8 
led regelt usw, dabei bleiben aber die inneren ringe an.
Sprich die logik schaltet 5 eigene schaltkreise im wirkprinzip von
http://www.led-treiber.de/html/lineare_treiber.htm...
an, aber nicht unterschiedliche spannungen als referenz der OP
Den MAX6125 hab ich lediglich an Level 1 angeschlossen, da dieser ja im 
betrieb IMMER an ist und der MAX6125 dann nicht auf dauerbetrieb steht

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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**rofl** wer baut denn sowas... wieso nicht eine einzelne stromquelle 
nehmen und alle LEDs über diese fahren? das könnte man zu heutiger 
zeit mit einem 8pol µC (attiny z.b.) via PWM dimmen.

für welche betriebsspannung war denn die schaltung ausgelegt, von der du 
den "digitalteil" abgekupfert hast?

Autor: Snake (Gast)
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Ben _ schrieb:
> **rofl** wer baut denn sowas... wieso nicht eine einzelne stromquelle
>
> nehmen und alle LEDs über diese fahren? das könnte man zu heutiger
>
> zeit mit einem 8pol µC (attiny z.b.) via PWM dimmen.
>

Weil die Erleuchtung in Stufen erfolgen sollte :D
Klar man hätte alle anmachen können und alle 5 Stufen dimmen aber fands 
so halt 1 schöner und 2 einfacher zu realisieren

>
> für welche betriebsspannung war denn die schaltung ausgelegt, von der du
>
> den "digitalteil" abgekupfert hast?

4-35V, da aber sowohl mein OP als auch meine LED mit 3,4 laufen dachte 
ich 3,7V sollten genügen

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> einfacher zu realisieren
das sieht man.

OP1 bekommt nach drei dioden mit je 0,6V verlust aber nur noch 1,9V von 
den 3,7V ab. das könnte etwas wenig sein.

wie sind deine LEDs in den ringen eigentlich geschaltet? alle parallel 
oder hast du da noch extra widerstände pro LED?

ich hab mal was für eine RGB-steuerung gebaut, da hab ich die 
betriebsspannung für die LEDs auf 4V geregelt und jede LED hatte einen 
recht niederohmigen widerstand, die einzelnen farben waren dann per PWM 
gesteuert. sowas ginge für deinen verwendungszweck auch, nur ohne PWM 
sondern einfach mit ein/aus. die regelung auf 4V war dazu da, die 
verlustleistung in den widerständen auf ein erträgliches maß zu senken.

Autor: Snake (Gast)
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Und wenn ich mit den 1,9V NPN ansteuere? (Siehe oben)

Die LED sind in jedem Ring parallel aber jede hat ihren eigenen 
Vorwiderstand, der momentan bei 0,1 Ohm ist (sprich es sind immer n*4 
Reihen mit 1 led und 1 Widerstand parallel)
Dadurch sollte der Stromfluss überall gleich sein

Wie sah denn die Schaltung bei dir aus?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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das könnte schon eher was werden, aber den GND der spannungsreferenz in 
der luft hängen lassen? **würg** ich würde das alles auf PNP umstricken, 
und die spannungsversorgung im positiven anschluß schalten. das ergibt 
zumindest sichere low-pegel an den ausgängen. bei deiner variante halte 
ich es für sehr gut möglich, daß im aus-zustand alle LEDs leuchten.

du solltest über einen µC im digitalteil nachdenken. ein AVR (z.b. 
ATtiny2313) kann mit seinen 20mA pro pin (100mA pro port) problemlos 
deine OPVs einschalten und sorgt im ausgeschalteten zustand für sichere 
low-pegel. damit fliegt auch der ganze gatter-und-dioden-schrott raus 
weil das die software des µC erledigt.

naja 0,1 ohm in reihe zur LED ist bei den strömen so gut wie ein stück 
draht. bei mir waren das wenn ich mich recht erinnere 20-50 ohm je nach 
farbe, genaue werte hab ich aber nicht mehr im kopf. der strom ergab 
sich aus den geregelten 4V minus flußspannung der LED durch den 
widerstand (jede einzelne LED hatte ihren eigenen, eine RGB-LED 
demzufolge drei stück). also keine echte konstantstromquelle. geschaltet 
waren die einzelnen stränge einfach mit je einem dicken FET gegen masse.

Autor: Snake (Gast)
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Sorry werd grad nicht ganz schlau


Ben _ schrieb:
> das könnte schon eher was werden, aber den GND der spannungsreferenz in
>
> der luft hängen lassen? **würg**

Du meinst dass der GND des MAX6125 im AUS Modus nicht belegt ist, weil 
der NPN sperrt?
Korrekt
Meinst du der MAX schaltet dann in=out?

> ich würde das alles auf PNP umstricken,
>
> und die spannungsversorgung im positiven anschluß schalten. das ergibt
>
> zumindest sichere low-pegel an den ausgängen.

Da die Dioden am counter nur high ausgeben können sind nur npn drin 
oder?
Gut dass ich VCC durchschalte und dann am emitter die OP anschliesse ist 
klar machbar, allerdings wurde ich hier mal wegen emitterschalltungen 
übelst böse angemacht ^^
Wäre kein Problem

> bei deiner variante halte
>
> ich es für sehr gut möglich, daß im aus-zustand alle LEDs leuchten.

Weil der MAX durchsteuert?
Oder weil der OP faxen macht?

Das mit dem mC würd ich echt gern mal angehn, hab aber schiss davor ^^
kennstdu n gutes tutorial und günstiges schreibgerät?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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> Meinst du der MAX schaltet dann in=out?
wenn ich der MAX wäre dann würde ich es schon aus bloßer gemeinheit 
genau so machen.

ist murphy's law:
1. was schiefgehen kann geht mit sicherheit schief.

2. wenn etwas in mehreren varianten schiefgehen kann, geht es immer mit 
der variante schief, die den meisten schaden verursacht.

3. wenn es mehrere möglichkeiten gibt eine sache zu erledigen und eine 
davon in einer unbeschreiblichen katastrophe endet dann wird es 
irgendwer auch genau so machen.

> Da die Dioden am counter nur high ausgeben können sind nur npn drin
> oder?
nicht wenn du die dioden umpolst. (lass es!!! und nimm einen µC. dieses 
problem pflanzt sich sonst zu den gattern und der ansteuerung des 
zählers fort.)

> Weil der MAX durchsteuert?
> Oder weil der OP faxen macht?
weil den OPVs ihre masse zum arbeiten fehlt. sie werden sich quasi eine 
neue suchen, und da bleiben nur die gate's der FETs übrig.

> Das mit dem mC würd ich echt gern mal angehn
dann ist das jetzt deine chance. hab dir doch schon einen guten tip 
gegeben, den ATtiny2313 halte ich für einen sehr guten einsteiger-µC mit 
genug pins für diese aufgabe. du findest alles was du brauchst hier im 
forum. such doch einfach mal nach "AVR einsteigerset" oder so.

kannst natürlich auch einen PIC oder sonstewas nehmen, ich fand die AVRs 
am einfachsten (in assembler) zu programmieren.

Autor: Morgoth (Gast)
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Hmmm und kann man das hier nicht irgendwie retten?

Wenn ich es mit mC mache, könnte der dann nicht direkt die spannung am 
shunt messen und die FET selber steuern? also ohne OP arbeiten?

Was bräuchte ich denn dann an teilen
3 taster
1 attiny
5 FET
Die Ladeschaltung (maxim1551, 2 led, integrierer)
Li Ion Akku
War das alles ?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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der µC kann nur bedingt ohne die OPVs arbeiten weil seine ausgänge nicht 
analog sind, aber er kann die KSQs mit den OPVs problemlos ein- oder 
ausschalten.

Autor: Snake (Gast)
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Ich hab mal noch ne Frage
Wenn der Counter auf 6 zählt (also ausgang 2 und 3) schaltet das untere 
AND gatter durch und der reset wird high, die lichter gehen aus
Wenn ich den reset-Taster drücke passiert allerdings nichts
der pulldown ist bei 10k, kann das sein dass der verändert werden muss?
oder vllt n kondi direkt am schalter der durch die entladung hilft?
Gruss
Snake

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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du probierst um µCs drumrumzukommen... najo gut, dann mach. meine 
meinung dazu habe ich dir schon gesagt.

Autor: Snake (Gast)
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Drumrumkommen nein, aber mein Praktikum (einschliesslich dem 
Platinenätzlabor und dem frei verfügbarem Handlager) endet in 2 Wochen, 
und bis dahin würd ich gern das Projekt am Laufen haben, ansonsten 
liegts eh nur rum.
Wenn ich noch 3 Monate Zeit hätte würd ich mir n Anfängerboard kaufen, 
mich einlernen und dann das Problem mit mC umsetzen, aber in 2 Wochen 
inkl Ätzen und Löten ist einfach zu wenig Zeit

Wenns Studium wieder losgeht meld ich mich bei dir wegen mC einlernen 
und Tipps aber wär halt nice wenn ich das hier fertigbekommen würde wie 
s grad ist

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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zwei wochen reichen locker um das in einem µC hinzubekommen. für das 
programm brauch ich vielleicht eine stunde wenn's hoch kommt. der kann 
dann aber leuchtstufen plus und minus und ggf. eine automatische 
abschaltung nach 10 minuten. den µC richtig anschließen wirst du ja wohl 
bringen.

alternativ - ich hab hier noch einen AT90S2313. das ist der vorgänger 
des ATtiny2313 und hat den nachteil, daß er zum arbeiten unbedingt einen 
quarz braucht. wenns unbedingt sein muß und ich der menschheit damit das 
leben rette (einbildung muß sein **fg**) programmier ich dir den und du 
brauchst den nur noch einbauen.

Autor: Snake (Gast)
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Hmm schreib mir doch mal ne email an
ckcmorgoth@arcor.de
ich glaub wir werden uns einig ^^

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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ok mach ich, weiß aber noch nicht genau wann ichs schaffe. muß ja auch 
eine minimal-testschaltung dafür bauen und irgendeinen langsamen quarz 
finden damit der nicht so viel strom braucht.

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