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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED Cube - passende LED Treiber gesucht


Autor: Florian H. (viper2000)
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Hallo,

ich bin gerade dabei einen 8x8x8 LED-Cube zu bauen! Es kommen blaue 
diffuse 5mm LEDs mit einer Flußspannung von 3,2V und einem maximalen 
Strom von 20mA zum Einsatz. Der maximale Impulsstrom ist bei 1/10 
Tastverhältnis mit 110mA angegeben.

Ich habe pro Ebene des Würfels die Kathoden miteinander verlötet und die 
Anoden sind die 64 Säulen. Die gemeinsame Kathode ist pro Ebene über 
einen N-Kanal MOSFET (IRLU) auf GND geschaltet.

Jetzt stellt sich die Frage wie ich die 64 Säulen betreiben soll. Da ich 
1/8 Multiplex mache und im Datenblatt der LEDs 110mA bei 1/10 angegeben 
ist liegt der Impulsstrom den ich nutzen kann grob etwa 20% unterhalb 
110mA. Das wären dann 88mA.

Der Mikrocontroller schriebt die Daten für die 64 Säulen in 8 Latches 
vom Typ 74HC573. Diese Latches können aber nur pro IC einen Gesamtstrom 
von 70mA an den Ausgängen sourcen. Ist wohl etwas zu wenig für meine 
LEDs. Wenn ich die LEDs über einen passenden Vorwiderstand direkt an die 
Latches anschließe, würde durch das Multiplexing nur etwa 1,1mA effektiv 
pro LED übrig bleiben. Die LED leuchtet bei dieser Stromstärke zwar 
schon deutlich aber ich hätte gerne eine höhere Lichtausbeute.

Könnt ihr mir Vorschläge zum Ansteuern der LEDs machen? Muss also 
irgendwas zwischen die 74HC573 und die LED schalten.

Viele Grüße!
Viper

Autor: Skua C:\> (skua)
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Autor: Florian L. (florianl)
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Hi Viper,

Wenn du mit Löten schon fertig bist, dann kannst du diesen Post 
ignorieren. Bei dem von mir geplanten Cube kommen die Annoden zusammen. 
Unten kommt ein TPIC6C595 dran, das schaft 100mA pro Kanal und hat auch 
nen großen Bruder der noch mehr schafft. Ist aber halt low side!

Autor: Tobi D. (fanti)
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kannst du nicht jeweils pro Säule einen FET reinhängen?

der Nachteil ist halt, du brauchst 64 Stück

Autor: MaWin (Gast)
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> Die gemeinsame Kathode ist pro Ebene über
> einen N-Kanal MOSFET (IRLU) auf GND geschaltet

Wer erst lötet, und dann fragt, kann halt keine
TPIC6B595 verwenden.

Autor: Florian H. (viper2000)
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Hi,

ja beim nächsten Design werde ich ich gemeinsame Anoden pro Ebene 
benutzen und mit dem TPIC6B595 arbeiten.

Da das aktuelle Design dies nicht mehr hergibtm, werde ich hinter die 
Latches die oben erwähnten UDN2981 schalten und den LED Kreis unabhängig 
mit 9V versorgen. Bei einem Vorwiderstand von 82 Ohm werden die LEDs 
dann im Multiplexbetrieb mit etwa 45mA Strom beaufschlagt. Effektiv 
bleiben dann noch durch das Multiplexing 45mA / 8 an einer LED. Das sind 
dann etwa 5,5mA. Bei dieser Stromstärke leuchten die LEDs schon 
ausreichend hell. Auch von der Seite. Habs an einer Stromquelle 
ausprobiert.

Werde nach diesem Kubus wie schon erwähnt einen zweiten bauen.

Viele Grüße & Dank
Florian

Autor: Florian H. (viper2000)
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Florian L. schrieb:
> Hi Viper,
>
> Wenn du mit Löten schon fertig bist, dann kannst du diesen Post
> ignorieren. Bei dem von mir geplanten Cube kommen die Annoden zusammen.
> Unten kommt ein TPIC6C595 dran, das schaft 100mA pro Kanal und hat auch
> nen großen Bruder der noch mehr schafft. Ist aber halt low side!

Und was benutzt du um die Ebenen zu Highside mäßig zu schalten?

Gruß

Autor: Florian H. (viper2000)
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Florian H. schrieb:
> Florian L. schrieb:
>> Hi Viper,
>>
>> Wenn du mit Löten schon fertig bist, dann kannst du diesen Post
>> ignorieren. Bei dem von mir geplanten Cube kommen die Annoden zusammen.
>> Unten kommt ein TPIC6C595 dran, das schaft 100mA pro Kanal und hat auch
>> nen großen Bruder der noch mehr schafft. Ist aber halt low side!
>
> Und was benutzt du um die Ebenen zu Highside mäßig zu schalten?
>
> Gruß

Muss das hier auch nochmal anfragen. Nutzt du einen P-Kanal MOSFET für 
das Highside-mäßige Anschalten der Ebenen?

Viele Grüße
Florian

Autor: Thorben V. (thorben_v)
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Moin, Moin,

bin neu hier und bin auch gerade dabei einen LED Würfel zu planen. Hab' 
mir dazu auch schon einiges durchgelesen, aber die Bestromung der LED's 
ist mir gerade noch etwas unklar.

Ich hatte auch vor die Bestromung durch die D-Latches 74HC573 
vorzunehmen. Wie Florian schon geschrieben hatte, bringen die 70mA. Wie 
habe ich das aber zu verstehen mit der effektiven Stromversorgung von 
1,1mA?

Es leuchten maximal 8 Led's pro Latch zurzeit, das heißt, dass sich die 
70mA auf 8 Led's aufteilen und somit hätte man einen Strom von 8,75mA, 
welchen man mit 342 Ohm bei 5V Spannungsversorung, 2V LED Abfall und 3V 
Widerstandsabfall bekommt.

Wieso hat man da jetzt effektiv nur 1,1mA? Okay, wenn ich jetzt die 
8,75mA durch 8 dividiere, dann komme ich auf ca. 1,1mA, aber ich 
verstehe gerade nicht, wieso man das tun sollte, da man doch mit 8 LED's 
pro Zeit rechnet?

Wäre super, wenn mir das jemand erklären könnte :)

Viele Grüße

Thorben

Autor: Michel (Gast)
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Die 1:8 kommen durch das Multiplexing hinzu, da jeweils nur 1/8 der Zeit 
Strom fließen kann und dadurch der Mittelwert um einen Faktor 8 kleiner 
ist.

Autor: Thorben V. (thorben_v)
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Ahh..

ich glaube jetzt habe ich das verstanden, okay klar - wenn man das im 
Mittel betrachtet, haben die LED's 1/8 weniger Strom weil sie auch nur 
1/8 der Zeit bestromt werden.

Dann kommen mir nun zwei Fragen auf:

1. Ist meine Rechnung da oben überhaupt richtig?
2. Macht es dann bei dem Effektivstrom von 1,1mA mehr Sinn low-current 
LED's zu nehmen?

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich hatte auch vor die Bestromung durch die D-Latches 74HC573
> vorzunehmen

Du hast offenbar nicht gelesen, daß die damals von Florian eine blöde 
Wahl waren und TPIC6B595 die bessere Wahl gewesen wären ?

> 2. Macht es dann bei dem Effektivstrom von 1,1mA mehr Sinn
> low-current LED's zu nehmen?

Nein, du brauchst LEDs die einen möglichst hohen kurzzeitigen 
Spitzenstrom im Vergleich zum Nennstrom vertragen, damit du diesen 
möglichst hoch wählen kannst.


Das, was Florian gerechnet hat, war sinnvoll, nur halt reicht für 110mA 
kein 74HC595 sondern nur 8 TPIC6B595 und die 8 Spalten muß man bis 7 
Ampere schalten können, per kleinen P-Kanal MOSFETs wie 4 IRF7329 nach 
einem 74HC138.

Autor: Thorben V. (thorben_v)
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MaWin schrieb:
> Du hast offenbar nicht gelesen, daß die damals von Florian eine blöde
> Wahl waren und TPIC6B595 die bessere Wahl gewesen wären ?

Doch hatte ich gelesen, aber nicht weiter drüber nachgedacht, da ich 
mich so auf die Latches eingeschossen hatte. Plane auch einen kleineren 
Würfel mit 5x5x5 LEDs, dann hätte ich einen effektiven Strom von knapp 
3mA.

MaWin schrieb:
> Nein, du brauchst LEDs die einen möglichst hohen kurzzeitigen
> Spitzenstrom im Vergleich zum Nennstrom vertragen, damit du diesen
> möglichst hoch wählen kannst.

Das verstehe ich jetzt irgendwie nicht. Ich begrenze den Strom bei 8 
LEDs doch eh auf 8,75mA oder habe ich da etwas falsch verstanden?

Autor: MaWin (Gast)
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> oder habe ich da etwas falsch verstanden?

Ja.

> ich mich so auf die Latches eingeschossen hatte.

Mit Ignoranz kommt man auf der Welt nicht weiter.

Warum muß mna jedem der 8 Milliarden Leute auf der Erde immer einzeln 
erklären, daß es keine Perpetuum Mobiles gibt und wie man 
Multiplexanzeiegn baut ? Ist Lesen wirklich so schwer ?

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-fa...

Autor: Thorben V. (thorben_v)
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MaWin schrieb:
> Mit Ignoranz kommt man auf der Welt nicht weiter.

Mhh..brauch ich jetzt nicht viel zu sagen oder? Deine Weisheit ist 
sicherlich nicht letzter Schluss. Außerdem bringt es das generelle 
Problem nicht weiter, da ich wie gesagt einen 5x5x5 Würfel bauen will 
und die Ströme da höher sind und ich deswegen deinen Treiber gar nicht 
verwenden wollte, weil ich dachte, dass der Strom soweit ausreicht für 
low-current-LEDs. Aber du scheinst ja Ahnung zu haben. Dann argumentier 
doch mal für deine Aussage.

Schaltung:

http://www.leyanda.de/light/images/led_cube_control.jpg


Jedes Latch steuert 8 Säulen á 8 LEDs. Jede Ebene ist über einen eigenen 
Mosfet gegen Ground geschaltet, sofern am Gate eine höhere Spannung 
anliegt als an S und da S an GND ist, ist dies wohl kein Problem.

Das bedeutet, dass ich pro Ebene pro Latch 8 LEDs steuern kann. Das 
wiederum bedeutet, dass ich 70mA / 8 LEDs = 8,75mA zur Verfügung hab pro 
1/8 Zeit was wiederum effektiv einen Strom von 1,1mA wäre - was nicht 
viel ist, aber bei 5 LEDs hab ich 3mA, die für Nennstrom bei low current 
LEDs ausreichen würden.

Wenn ich jetzt auf irgend einen Spitzenstrom dimensionieren würde, 
angenommen auf 70mA, dann hätte ich bei 5V Spannungsquelle, 2V LED einen 
Widerstand von 42 Ohm.

Leuchten jetzt pro Ebene an einem Latch alle LEDs, kann das Latch nur 
70mA / 8 = 8,75mA liefern. => 8,75mA * 42 Ohm = ca, 0,4V Abfall am 
Widerstand => 4,6V Abfall an LED => kaputt.


Ich versteh deswegen deine Aussage nicht, dass ich auf Spitzenströme 
achten müsste und deswegen keine low-current LEDs einsetzen könnte, was 
auch irgendwie sich nicht mit den Datenblättern einer low-current LED 
deckt, weil die laut Datenblatt auch ein Peak Strom von 150mA bei 1:10 
hat (siehe "LED 5mm rot diffus low current" @ reichelt im Datenblatt)


Oder habe ich grundlegend irgendetwas an der Technik nicht verstanden? 
Dann bitte ich um Aufklärung.

Vielen Dank

Autor: Vlad Tepesch (vlad_tepesch)
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Thorben V. schrieb:
> Leuchten jetzt pro Ebene an einem Latch alle LEDs, kann das Latch nur
> 70mA / 8 = 8,75mA liefern. => 8,75mA * 42 Ohm = ca, 0,4V Abfall am
> Widerstand => 4,6V Abfall an LED => kaputt.

Was soll denn das für eine Rechnung sein?
U=R*I,
wenn dein Latch maximal 8,75mA unterstützt must du den widerstand auch 
so auslegen:
R =U/I = (5V-2V)/0,875 = 343Ω

und was spricht dagegen, statt dieser dummen Latches einfach ICs zu 
nehmen, die LEDs wenigstens mit ihrem Nennstrom treiben können?
Beim Spitzenstrom muss man übrigens auch auf die Impulsdauer und 
-frequenz schauen

Edit:
Die LEDs an den Latches werden immer mit dem gleichen Strom angesteuert, 
unabhängig davon, wieviele LEDs an sind.
Deswegen hat auch jede Spalte ihren eigenen Widerstand

Autor: Vlad Tepesch (vlad_tepesch)
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wenn man aber ICs benutzt, die pro Ausgang und auch insgesamt 
ausreichend treiben können. zB 200/1000mA
dann kann man die Spalten-Rs so auslegen, dass durch die LED ein Strom 
von zB 100mA fließt (1:8 Multiplexing)
R = 3V/0,1mA = 30Ω

damit sind die LEDs etwa genauso hell, als wenn sie kontinuierlich mit 
12mA betrieben würden.

Autor: Der Michel (Gast)
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MaWin schrieb:
> Nein, du brauchst LEDs die einen möglichst hohen kurzzeitigen
> Spitzenstrom im Vergleich zum Nennstrom vertragen, damit du diesen
> möglichst hoch wählen kannst.

Wieso "Nein"? Was hat das mit der Frage nach dem Sinn von low-current 
LEDs zu tun?

Autor: MaWin (Gast)
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> Dann argumentier doch mal für deine Aussage.
> http://www.leyanda.de/light/images/led_cube_control.jpg

Die Schaltung ist grandios gnadenlos unterdimensioniert.
Der Erbauer erwartet ein Perpetuum Mobile.

> da ich wie gesagt einen 5x5x5 Würfel bauen will

Das ist schön, erlaubt mit 100mA Spaltenstrom und 2.5A Zeilenstrom also 
die LEDs mit 20mA durchschnittlichen Strom zu versorgen. Bei nur 8.75 mA 
Spaltenstrom die ein 74HC595 wegen der 70mA GND-Strom-Begrenzung bringt 
käme man nur auf 1.75mA effektiven Strom. Ziemlich duster.

> wiederum effektiv einen Strom von 1,1mA wäre - was nicht
> viel ist, aber bei 5 LEDs hab ich 3mA,

Kaum, denn 5x5x5 wirst du doch nicht mit 8 74HC595 aufbauen bei denen 
jeweils nur 5 Ausgänge verwendet werden, sondern mit 5 75GC595 bei denen 
alle 8 Ausgänge belegt sind. Es bleibt also bei 70mA für 8, 8.75mA für 
eienn, nur 1/5 der Zeit also 1.75mA effektiv. Natürlich könntest du auch 
25 74HC595 verwenden und an jeden nur 1 LED hängen an alle 8 Ausgänge 
parallel, dann kann er die ganzen 70mA liefern, das wäre bloss eine 
ungeschickte Bauteilewahl.

> Ich versteh deswegen deine Aussage nicht, dass ich auf Spitzenströme
> achten müsste und deswegen keine low-current LEDs einsetzen könnte,

Du sollst auf den Spitzenstrom achten.
Das du "deswegen" keine LowCurrent einsetzen kannst stand dort nicht,
nur ist es ziemlich witzlos:
LowCurrent LEDs sind normale superhelle LEDs deren Helligkeit bei 1/10 
des Stromes spezifiziert ist.
Wenn du Glück hast, sind die dann 1/10 so hell wie die normalen LEDs, 
äh, dunkel.
Wenn du mehr Glück hast, haben sie denselben Spitzenstrom wie er bei 
20mA LEDs zulässig wäre (weil es oftmals dieselben Chips sind).
Heller sind sie deswegen (bei gleichem Strom) aber nicht.
Daher ist es i.A. Blödsinn sie zu verwenden, du setzt sie sowieso nicht 
bei dem niedrigen Strom ein, sondern beim hohen Spitzenstrom.
Daher sage ich: Achte also auf den.

Autor: Thorben V. (thorben_v)
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Moin Moin,

danke für die Beiträge. So stell' ich mir eine Diskussion vor :)

Überzeugende Argumente, wobei ich eigentlich keine 8 74HC573 brauche, 
sondern nur 5, an denen ich jeweils 5 Säulen mit 5 LEDs anschließen 
würde.

Aber generell habt ihr ja schon Recht, dass die Stromversorgung ein 
Flaschenhals in der Schaltung darstellt.

Hmm, ich werd mir den TPIC6B595 mal angucken und einen Schaltplan 
basteln.


Gruß Thorben

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