LED Array Multiplex mit TLC5940

[Rudi V. (badinfluence)]

Hallo zusammen,

da ich neu im Forum bin möchte ich mich kurz vorstellen: Ich studiere 
Informatik im vierten Semester und beschäftige mich seit kurzem mit dem 
Thema Mikrocontroller. Dazu habe ich mir ein Einsteigerset des "Arduino 
Uno" mit diversen Teilen bestellt. Meine ersten Schaltungen auf dem 
Breadboard habe ich schon ausprobiert und jetzt wollte ich mich einem 
größeren Projekt zuwenden. Schaltpläne sind mir nicht völlig neu, da wir 
im ersten Semester "Technische Informatik" hatten. Aber das Thema 
Elektrotechnik ist für mich neu, weshalb ich hier in diesem Forum Hilfe 
suche. Meine Fragen habe ich zur Übersicht in Klammern nummeriert [].

Ich habe vor mir ein Board zur Steuerung eines RGB-LED-Arrays zu bauen. 
Dazu habe ich mir Samples des TLC5940 bestellt. Damit lassen sich 5 LEDs 
ansteuern. Ich habe bei EBAY ein Angebot über 100 LEDs für 25€ gefunden:
- 4Pin
- R:2,1V G:3,3V B:3,2V
- 3*20mA
- ca.  5000mcd 70°
- gem. Plus

Mit einem 74HC595 Schieberegister wollte ich diese Spalten 1:8 
Multiplexen. Sollten alle LEDs an sein, wird eine Spalte nach der 
anderen aktiviert und je Spalte ein Strom von 60mA * 5 LEDs = 300mA 
fließen(je Farbe 20mA). [1] Da immer nur eine Spalte aktiv ist: gehe ich 
recht in der Annahme dass 300mA für die Versorgung der LEDs ausreichend 
sind? (In dem Artikel zu LED Matrizen habe ich gelesen man müsse diese 
Zahl mit der Spaltenanzahl multiplizieren. Das wären dann schon 2,4A. )

Ich möchte die Schaltung mit zwei verschiedenen Stromquellen versorgen:
1. Das Arduino Board hat einen 5V Ausgang. Hierüber werde ich die beiden 
ICs versorgen. (JP42 auf dem Plan).
2. Ich habe vor mir ein 12V Netzteil für einen Laptop zu kaufen und 
damit die LEDs zu versorgen. [2] Gibt es hier passende Buchsen die man 
verbauen kann (bzw. auf die ich beim Kauf des Netzteiles achten muss)? 
[3] Gibt es eine bessere Möglichkeit die LEDs und Boards zu versorgen? 
(Ich möchte das Ganze an der Steckdose betreiben.)

Durch die Transistoren T1-8 wird der Strom zur jeweiligen Spalte 
geschaltet. In dem Artikel habe ich gelesen das man bei großen Strömen 
MOSFETs verwenden soll. Wenn ich später die einen Pulsstrom von 100mA 
verwenden will, habe ich mit den Transistoren ein Problem, da es 1,5A 
pro Spalte sind. [4] Was wären hier passende MOSFETs samt Treiber?


[5] ist die Schaltung prinzipiell in Ordnung?

Vielen Dank für eure Antworten. Gruss, Rudi

[Falk B. (falk)]

@  Rudi Gehtdinixo (badinfluence)

>Mit einem 74HC595 Schieberegister wollte ich diese Spalten 1:8
>Multiplexen.

Kann man machen.

>sind? (In dem Artikel zu LED Matrizen habe ich gelesen man müsse diese
>Zahl mit der Spaltenanzahl multiplizieren. Das wären dann schon 2,4A. )

Das ist auch so, es sei denn, dir reichen funzelige 20mA/8=2,5mA pro 
LED.

>Ich möchte die Schaltung mit zwei verschiedenen Stromquellen versorgen:
>1. Das Arduino Board hat einen 5V Ausgang. Hierüber werde ich die beiden
>ICs versorgen. (JP42 auf dem Plan).

Kann man machen.

>2. Ich habe vor mir ein 12V Netzteil für einen Laptop zu kaufen und
>damit die LEDs zu versorgen.

Ist unsinnig. Die haben max. 3,3V Flußspannung, was willst du da mit 
12V?

>[3] Gibt es eine bessere Möglichkeit die LEDs und Boards zu versorgen?
>(Ich möchte das Ganze an der Steckdose betreiben.)

Kauf dir ein ausreichend leistungsstarkes 5V Netzteil.

>[5] ist die Schaltung prinzipiell in Ordnung?

Jain. Die 12V für T1-T8 sind sinnlos, 5V reichen dort locker. Und da du 
eh viel Strom schalten willst, nimm MOSFETs. Siehe Artikel 
LED-Matrix.

MFG
Falk

[Rudi V. (badinfluence)]

Falk Brunner schrieb:
> Das ist auch so, es sei denn, dir reichen funzelige 20mA/8=2,5mA pro
> LED.

Nach meinem Verständnis fließt doch eigentlich nur immer Strom über 
einen Transistor (bzw. MOSFET). Dadurch wird nur eine Spalte mit 5 LEDs 
zu einem Zeitpunkt versorgt. Eine Spalte benötigt dann bei 100mA 
Pulsstrom 1,5A. Da immer nur eine Spalte aktiv ist, warum muss ich den 
Strom noch mit der Spaltenanzahl multiplizieren?



Falk Brunner schrieb:
> Jain. Die 12V für T1-T8 sind sinnlos, 5V reichen dort locker. Und da du
> eh viel Strom schalten willst, nimm MOSFETs. Siehe Artikel
> LED-Matrix.

Ok dann kann ich ein 5V Netzteil für alles nutzten. Wegen den MOSFETs 
werde ich mich noch genauer zu informieren.

Gruss
Rudi

[Rudi V. (badinfluence)]

Hallo zusammen,

ich habe die Schaltung nun um MOSFETs mit Treiber erweitert. Ich hab mal 
wieder ein paar Fragen und würde mich über eure Hilfe freuen!

1. Ist es in Ordnung einmal GND, VCC über die Buchse für die ICs und 
LEDs zu verwenden oder kann das Probleme machen?

2. Ist die Netzgerätbuchse so richtig verdrahtet? Wofür brauche ich den 
dritten Kontakt?

3. Wurden die MOSFETs und Treiber richtig verbaut? Die beiden 
Kondensatoren habe ich so aus dem Datenblatt rausgelesen.

4. Reichen zwei Kondensatoren für alle Treiber? (Wobei im Datenblatt 
steht die sollen möglichst nahe am IC verbaut werden)

5. Welche Bauart muss ich hier verwenden? 
Keramik-Vielschicht-Kondensator 0.1 µF 50 V ±20 %. 
Keramik-Vielschicht-Kondensator 4.7 nF 50 V ±10 %. ?

6. Als P-Kanal MOSFET habe ich den IRF4905 gewählt. Der kann 74A 
Schalten und kostet nicht sonderlich viel. Ist das eine passende Wahl?

Vielen Dank für die Hilfe!

[Rudi V. (badinfluence)]

Fände es super wenn sich das mal jemand anschauen könnte der wirklich 
was davon versteht  (im Gegensatz zu Mir). 1. 3. und 6. würden mich 
besonders interessieren.

[MaWin (Gast)]

Wenn du Falk folgst, ist dein VCC für die LEDs dasselbe VCC wie für den 
'595. Vergiss die ICL7667 Treiber, die sind dann nicht notwendig.
Der IRF4905 braucht -10V am Gate um einzuschalten, die hast du erst wenn 
VCC=10V wäre. Ist bei dir nicht der Fall, der MOSFET ist also 
ungeeignet. Nimm als MOSFET IRF7329 oder Si9934, die sind direkt mit 5V 
ansteuerbar.
Warum allerdings ein 74HC595 als Spalten-IC verwendet wird, ist 
schleierhaft, du willst doch nicht 2 Spalten gleichzeitig ansteuern. Ein 
74HC138 wäre passender, der wählt direkt genau die benötigte Spalte aus.
Immerhin hast du verstanden, daß die LEDs im Multiplex mehr Strom 
brauchen als im Dauerleuchtbetrieb.
> Keramik-Vielschicht-Kondensator 0.1 µF 50 V ±20 %.
Passt. Pro IC einen.
> Keramik-Vielschicht-Kondensator 4.7 nF 50 V ±10 %. ?
Um Faktor 1000 zu klein.
Mindestens 4u7, besser mehr (darf ein Elko sein) zumindest an der 
Zuführung des Stroms zur Platine
> Wofür brauche ich den dritten Kontakt?
Zum Abschalten einer Batterie. Hast du nicht, brauchst du nicht.

[Rudi V. (badinfluence)]

Ich habe den Schaltplan entsprechend angepasst, danke für die Hinweise.

74HC595 habe ich benutzt, weil ich davon eins hier habe, mit dem ich die 
Schaltung schonmal aufbauen konnte. Ich habe schon beim Programmieren 
festgestellt, dass das Schieberegister für die Aufgabe ungeeignet ist :)
Der 74HC138 wäre hierfür besser, danke für den Tip.

Wenn am Gate -4.5V anlegen müssen zum Schalten und der 74HC138 Aktive 
Low ist, dann liegt am Ausgang der gewählt wurde 0V an. Dann brauche ich 
ja noch einen weiteren Transistor um das Gate anzusteuern, sehe ich das 
richtig? Siehe Beispiel im Anhang. Oder kann ich das Gate direkt an den 
Ausgang vom Decoder hängen?

Gibt es alternativen zu IRF7329 die nicht SMD sind? Ich habe leider 
nichts gefunden.   TO-220 Gehäuse wären wahrscheinlich wegen der Kühlung 
eh besser?

[Rudi V. (badinfluence)]

Wie ich in diesem Thread gelesen habe, scheint die Schaltung für die 
MOSFETS so wie beim letzten array.png zu passen: 
Beitrag "P-Kanal FET & Logikgatter -> Gate- und Pull-Up-Widerstand"

Ich habe dort gelesen, dass noch ein Gatewiderstand nötig ist, also habe 
vor jedes Gate 10 Ohm vorgesehen.

Außerdem habe ich versucht eine Alternative für den IRF7329 zu finden. 
Wenn ich das richtig verstanden habe, dann brauche ich einen MOSFET mit 
UGS -4.5V. Ich finde da leider nichts was nicht SO-8 ist. Bei conrad 
kann man irgendwie nicht nach UGS suchen. Ich wollte die Platine selber 
löten und schätze das wird mir mit den oberflächenmontierten Bauteilen 
nicht so einfach gelingen? Hab mir dazu Videos auf youtube angesehen, 
das sieht nicht aus als ob es für Anfänger geeignet ist :)