Hallo liebes Forum! Ich möchte eine Wand indirekt mit weißen LEDs beleuchten. Dazu muss ich gut 80 LEDs (mehr als im Schaltplan) ansteuern und dimmen können. Ich hatte mir daher überlegt, eine spannungsgesteuerte Stromquelle zu bauen wie im Anhang gezeigt. Eine kleine Erklärung zum Vorhaben: Der LM317 dient als Referenzspannungsquelle. Er wird natürlich etwas belastet damit das auch geht. Von dieser Referenzspannung wird mit einem Widerstand und einem Poti, das später der Helligkeitsregulierung dienen soll, eine kleine Spannung abgenommen und an den nicht-invertierenden Eingang eines Leistungs-OPVs gehängt (diese billigen Audio-Verstärker im TO220-5-Gehäuse). An den nicht invertierenden Eingang kommt ein Widerstand mit einem geringen Wert, der in dem zu regelnden Pfad (mit den LEDs) gegen Masse geschaltet ist. Die LEDs sollen zu je 6 oder 7 Stück in Reihe geschaltet und dann je Reihe mit einem Trimmer ausgestattet werden, um das Parallelschalten mehrerer Reihen und Einzelstromeinstellung je Reihe zu ermöglichen. Dreht man am Helligkeitspoti, sinkt die Spannung am nicht-invertierenden Eingang und damit die über dem niederohmigen Widerstand und damit der Strom durch die LEDs, der maximal etwa 300mA (Gruppenstrom) betragen soll. Versorgt werden soll das Konstrukt von einem 24Volt-Trafo, der dann nach Abzug von Verlusten im Gleichrichter und abzüglich obligatorischer Rippelspannung etwa 30 Volt Gleichspannung liefern soll. Eine PWM wollte ich hier eher vermeiden, da in der Nähe analoge Signalleitungen verlegt werden. Meine Fragen lauten: Ist der LM317 als Spannungsreferenz zu gebrauchen oder besser ne Z-Diode oder gar Spannungsreferenz-IC? Wie sollte ich in etwa das Regelpoti dimensionieren? Kann ich da einfach 5k oder so nehmen mit sagen wir 47k als Reihenwiderstand oder sollte das niederohmiger sein? (Als kleiner Hinweis hierzu: Die Leitungen zum Poti werden recht lang, da die Schaltung recht weit entfernt davon sitzen soll) Ist es übertrieben, Trimmer hinter die LED-Reihen zu setzen bzw. reichen normale Widerstände mit sagen wir 220 Ohm? Und natürlich: Kann das überhaupt funktionieren? Mit freundlichem Gruß Mark
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Im Prinzip kann man das so bauen, obwohl der LM317 natürlich keine gute Wahl für eine Referenzspannungsquelle ist(man würde wohl lieber eine LM385-1.2 nehmen) un der Audioverstärker unnötigerweise auch Strom gegen Masse ableiten könnte, was gar nicht gebraucht wird, auch würde man R5..R7 nicht als Poti sondern als Festwiderstand ausführen für den benötigten Widerstandswert von R1. Aber das Hauptproblem ist die Verlustleistung im IC2, die einen Kühlkörper bebnötigt Willst du wirklich linear regeln ? Nicht doch besser ein Schaltregler ? Wie wäre es mit einem TS19371 von Reichelt ?
Mark schrieb: > ... eine kleine Spannung abgenommen und an den nicht-invertierenden > Eingang eines Leistungs-OPVs gehängt (diese billigen Audio-Verstärker im > TO220-5-Gehäuse). An welchen Typ konkret hattest du gedacht? TDA2030 aka L165? Da spezifiziert das Datenblatt (zumindest die mir vorliegenden PDFs) nicht, ob der mit den Eingängen so nah an der negativen Versorgungsspannung noch funktioniert. Der Innenschaltung nach sollte es gehen, aber verlassen würde ich mich darauf nicht. Zusätzlich haben diese Leistungs-OPV alle recht große Sättigungsspannungen am Ausgang. Besagter L165 z.B. ca. 3V bei maximalem Ausgangsstrom. Du mußt deine Versorgungsspannung V_s also 3V größer wählen als eigentlich nötig. > Meine Fragen lauten: > Ist der LM317 als Spannungsreferenz zu gebrauchen oder besser ne Z-Diode > oder gar Spannungsreferenz-IC? Alles egal. Der LM317 ist ein bisschen überdimensioniert, aber was solls. Ein 78L05 würde auch passen (Spannung hast du ja genug) oder auch eine Z-Diode. > Wie sollte ich in etwa das Regelpoti dimensionieren? Kann ich da einfach > 5k oder so nehmen mit sagen wir 47k als Reihenwiderstand oder sollte das > niederohmiger sein? Über dem Poti sollten so ca. 1V liegen (oder 1.25V, weil du die gerade hast). R3 kann dann entfallen. Poti würde ich zwischen 1k und 5K wählen. > (Als kleiner Hinweis hierzu: Die Leitungen zum Poti > werden recht lang, da die Schaltung recht weit entfernt davon sitzen > soll) Das Poti überträgt ja nur Gleichspannung. Evtl spendierst du IC2 noch ein RC-Glied, z.B. 1K/10µF am Regelspannungseingang. Den Widerstand nicht zu groß machen, Leistungs-OPV haben recht große Eingangsruheströme. > Ist es übertrieben, Trimmer hinter die LED-Reihen zu setzen bzw. reichen > normale Widerstände mit sagen wir 220 Ohm? Normale Widerstände reichen völlig. Ich würde allen Strängen den gleichen Widerstand spendieren und den gleichzeitig auch als Meß-Shunt für die Stromquelle verwenden (von nur einem Strang). > Und natürlich: Kann das überhaupt funktionieren? Es verheizt reichlich Energie in IC2, ansonsten wird das funktionieren. Wobei speziell der L165 noch eine Frequenzkompensation braucht. Ich würde das wie von MaWin vorgeschlagen, auch eher als Schaltregler bauen. XL
@Mark Und vergiss nicht, den Minuspol vom Gleichrichter/Glättungselko mit dem Minuspol der Schaltung zu verbinden ;-)
@ Mark (Gast) >Ich möchte eine Wand indirekt mit weißen LEDs beleuchten. Dazu muss ich >gut 80 LEDs (mehr als im Schaltplan) ansteuern und dimmen können. > Ich >hatte mir daher überlegt, eine spannungsgesteuerte Stromquelle zu bauen >wie im Anhang gezeigt. Eine kleine Erklärung zum Vorhaben: Dann bitte richtig. http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor Und wenn du LED-Stränge mit Widerstand parallel schaltest, ist die Stromregelung zumindest teilweise ausgehebelt. Dann sollte man besser für jeden Strang eine eigene Stromquelle spendieren, kostet praktisch nichts. Ein LM324 hat 4 OPs in einem Gehäuse, dahinter ein BC337 und fertig. Die Referenzspannung kannst du einmalig erzeugen, nimm eine Spannungsreferenz deiner Wahl, TL431 ist OK. http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#Shuntregler.2FSpannungsreferenz >Ist der LM317 als Spannungsreferenz zu gebrauchen Ja. >oder besser ne Z-Diode Nein. >oder gar Spannungsreferenz-IC? Ist auch OK. >Ist es übertrieben, Trimmer hinter die LED-Reihen zu setzen Ja. > bzw. reichen >normale Widerstände mit sagen wir 220 Ohm? Ja, aber dann ist es nur noch eine halbe Konstantstromquelle. Es wird funktionieren, aber mit wenig Aufwand kann man es solide machen.
Vielen Dank erstmal für die ganzen Antworten! Als Leistungs-OPV dachte ich TDA2050. Zum Thema Schaltregler: Ich hab mir mal auf nem Steckbrett was zusammengebaut mit Konstantspannungsquelle 5V, PWM mit 555 und ner 1Watt-LED (Mann is die hell!) mit Vorwiderstand zusammengefrickelt, das müsste bei höheren Spannungen und Reihenschaltung mehrerer LEDs auch recht effizient sein, außerdem wird der Großteil der Verlustleistung über den Vorwiderstand abgegeben, der MOSFET (verwendet wurde IRFZ34) wird kein Stück warm (bei gut 300mA Strom, also ähnlich viel wie in der gewünschten Applikation). Aber ich weiß nicht, ob die Einstreuungen so gesund sind für was auch immer in der Umgebung. Die Schaltfrequenz liegt hier übrigens bei ca. 60kHz, man hört also nichts, aber wie gesagt, ob das so gut is mit dem HF-Müll, ich weiß ja nicht. Konstantstromquellen mit PWM hab ich mir ehrlich gesagt noch nicht angesehen, hatte ich aber wegen des HF-Mülls nicht ernsthaft vor, gerade bei Schaltfrequenzen kleiner 20kHz. Zum Thema Effizienz/Verlustleistung über IC2: Wenn ich das Ganze an gleichgerichteten 24 Volt Wechselspannung betreibe, kann ich ja recht viele LEDs in Reihe schalten, über dem TDA liegen dann etwa 8 Volt (worst-case, Pi-mal-Daumen) an, macht bei etwa 300mA Maximalstrom und sagen wir 50mA Ruhestrom etwa 4 Watt Verlustleistung (alles Worst-case-Szenarien bei voller Helligkeit). Mit nem 10K/W Kühlkörper halte ich das Ding dann einigermaßen in der SOA. Ist eventuell nicht der Königsweg, aber recht billig und einfach machbar und v. a. ohne Einstreuungen in Netz/Umgebung/Was-auch-immer. Vielleicht mach ich mir auch zu viele Gedanken darum, aber ein Schaltregler muss auch erst einmal 70% Effizienz schaffen (ungefähre Angabe). Das tun die meisten zwar, sind aber vermutlich nicht so einfach zu handeln wie das Teil hier. Ich stelle gleich noch einmal einen überarbeiteten Schaltplan rein mit Z-Diode usw. MfG Mark __________________________________ Rettet des Genitivs!
Da war wohl einer schneller als ich. :-) Ich lese mir die Artikel mal durch und stöbere ein paar Datenblätter. Ich hab übrigens 12 oder 14 Reihen, je nachdem ob 6 oder 7 LEDs in Reihe verschaltet werden.
Beim Dimmen über den Strom kann sich die Lichtfarbe ändern, das könnte bei der indirekten Beleuchtung schon auffallen. Wenn doch PWM: habe beim Stöbern in eBay diese hier gesehen: http://www.ebay.de/itm/350mA-Konstantstromquelle-CCS2-350-fur-LEDs-KSQ-0-35A-/160970313546?pt=Bauteile&hash=item257a940f4a Für 4€ kriegt man nichtmal die Bauteile selber gekauft.
Aufgrund der ausführlichen Beschreibungen Falk Brunners (Danke an dieser Stelle!), werde ich das Ganze jetzt doch etwas anders ausführen. Und zwar mit einigen LM324-Operationsverstärkern und irgendwelchen Wald-und-Wiesen-Transistoren (vermutlich sogar BC337). Der 24V-Trafo wird dennoch zum Einsatz kommen. Um die Zerstörung der OPVs zu vermeiden habe ich vor, einen LM7812 bis LM7818 zur Speisung der OPVs und zur Bereitstellung der Referenzspannung zu nutzen. Da es auf Genauigkeit ja nicht so drauf ankommt, reicht mir das auch. Da ja jetzt nur noch Diodenflussspannung und Kollektor-Emitterstrecke sowie Verluste im Netzteil (Brummspannung und Spannungsabfall an den Dioden) und der Spannungsabfall am Messwiderstand die Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs limitiert, werde ich 8 LEDs pro Reihe schalten, damit schone ich dann auch die Transistoren. Einen Schaltplan stelle ich alsbald möglich ein.
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Hier der überarbeitete Schaltplan: Je LED-Strang werden 8 LEDs mit einer Stromquelle aus einem BC337, einem OPV (mit PNP oder FET-Eingangsstufe, damit ich bis an -Ub herankommen kann) und einem 47-Ohm Stromfühlwiderstand betrieben. Ein LM7812 dient zur Versorgung der OPVs und als Referenzspannung. Die Steuerspannung wird mit einem 1kOhm-Poti in Reihe zu einem 10kOhm-Widerstand abgenommen. Die Maximalspannung beträgt dann (zuzüglich Bauteiltoleranzen) 1,09 Volt. Für einen Strom von 20mA ergibt sich damit ein Fühlwiderstand von 54,5 Ohm. Gewählt wurden 47 Ohm. Jede Leitung an die Eingänge der OPVs sind mit einem 1k-Ohm-Widerstand versehen, ist dies notwendig? (Es erschien mir irgendwie "schöner") Falls es tatsächlich zu einer Farbänderung kommen sollte, kann ich auch immer noch eine PWM nachrüsten, statt der Poti-Spannung muss dann lediglich eine 1,09Volt PWM angelegt werden. Nun die (hoffentlich abschließenden) Fragen: Stimmen meine Überlegungen? Brauche ich Fühlwiderstände? Kann das stabil klappen? Reichen 2000µF in der Hauptversorgung? Nochmal vielen Dank an Falk und natürlich auch an den Rest des Forums für die Tolle Hilfe!
Mir fällt gerade auf: Der LM324 frisst ja satte 50mA! Bei 3 Stück plus ein paar Verlusten in der Schaltung kommt man da ja schon auf ca. 160mA... das heißt über 3 Watt Verlustleistung am LM7812... Oder täusche ich mich?
Oke, doch nicht. Nur wenn der Input negativ wird, aber das kann ja nicht passieren.
@Mark (Gast) >Je LED-Strang werden 8 LEDs mit einer Stromquelle aus einem BC337, einem >OPV (mit PNP oder FET-Eingangsstufe, damit ich bis an -Ub herankommen >kann) LM324 kann das. >Ein LM7812 dient zur Versorgung der OPVs und als Referenzspannung. Ist OK. >(zuzüglich Bauteiltoleranzen) 1,09 Volt. Für einen Strom von 20mA ergibt >sich damit ein Fühlwiderstand von 54,5 Ohm. Gewählt wurden 47 Ohm. >Jede Leitung an die Eingänge der OPVs sind mit einem 1k-Ohm-Widerstand >versehen, ist dies notwendig? (Es erschien mir irgendwie "schöner") Es ist wichtig. Es fehlt aber noch der Rückkopplungskondensator, der ist noch wichtiger. Siehe Artikel oben. >Stimmen meine Überlegungen? Ja. >Brauche ich Fühlwiderstände? Hast du doch. >Kann das stabil klappen? Ja. >Reichen 2000µF in der Hauptversorgung? Locker. Faustregel. 10mF machen bei 1A Ausgangsstrom 1Vpp Ripple. Bei deinen 300mA mit 2mF also ~1,5V, das ist recht wenig. 1mF reicht auch. Ausserdem reglen deine Konstantstromquellen den Ripple aus. Es fehlt aber wieder deine Masseverbindung von C2 zu IC1.
@ Mark (Gast)
>Mir fällt gerade auf: Der LM324 frisst ja satte 50mA!
Ne, eher 0,5mA / Verstärker, macht ~2mA.
> Es ist wichtig. Es fehlt aber noch der Rückkopplungskondensator, der ist > noch wichtiger. Siehe Artikel oben. Nein. Diese Art der "Kompensation" macht so eine Schaltung nur instabiler, auch wenn x-mal das Gegenteil behauptet wird. Hier, in diesem Fall ist gar keine Korrektur nötig, weil der Transistor mit ft>100MHz als Emitterfolger (für den OPV mit ft=1MHz) arbeitet und die Schleifenverstärkung leicht herabsetzt.
@ArnoR (Gast) >> Es ist wichtig. Es fehlt aber noch der Rückkopplungskondensator, der ist >> noch wichtiger. Siehe Artikel oben. >Nein. Diese Art der "Kompensation" macht so eine Schaltung nur >instabiler, Bitte? Wir reden vpn einer kapazitiven Rückkopplung vom Ausgang zum - Eingang! Das macht so ziemlich jede OPV-Shaltung stabil, wenn gleich auch langsamer. >Hier, in diesem Fall ist gar keine Korrektur nötig, weil der Transistor >mit ft>100MHz als Emitterfolger (für den OPV mit ft=1MHz) arbeitet und >die Schleifenverstärkung leicht herabsetzt. Ein verbreiteter Irrtum. Nur weil der Emitterfolger eine SPANNUNGSVerstärkung <1 hat, bedeutet das NICHT, dass er ein nicht schwingen kann. Denn die STROMverstärkung ist deutlich größer 1, das reicht.
Ihr seid echt gut, Leute! :-) Dann nehme ich die Schaltung wie hochgeladen (warum ich dauernd Masse vergesse, ist mir schleierhaft - Gott sei Dank können sich den hier alle dazudenken). Bleibt eine Frage: Wie soll der Rückkopplungskondensator vom Ausgang zum invertierenden Eingang der OPVs (so soll's ja sein, wäre ja sonst Mitkopplung, wenn ich mich nicht irre) dimensioniert sein? Ich hätte an dieser Stelle einfach einen 100nF Folien- oder Keramikkondensator eingebaut (oder sowas in der Größenordnung) und fertig. Mit Ausgang meine ich den Ausgang der gesamten Verstärkerstufe, also den Emitter des BC337. Ansonsten muss nur noch eine Bestellung beim kleinen R raus und der Lötkolben temperiert werden. ;-) Mit freundlichem Gruß und der großen Erkenntnis, dass man in diesem Forum mit ordentlich gestellten Fragen sehr ordentliche Antworten bekommen kann Mark
@ Mark (Gast) >dieser Stelle einfach einen 100nF Folien- oder Keramikkondensator >eingebaut (oder sowas in der Größenordnung) und fertig. Zu viel, 1nF reicht hier. >Mit Ausgang meine ich den Ausgang der gesamten Verstärkerstufe, also den >Emitter des BC337. Hmm, kann man machen, geht aber auch vom OPV Ausgang.
> Bitte? Wir reden vpn einer kapazitiven Rückkopplung vom Ausgang zum - > Eingang! Das macht so ziemlich jede OPV-Shaltung stabil, wenn gleich > auch langsamer. Naja. Im angehängten Bild ist etwa die Schaltung des TE mal mit Korrektur und mal ohne zu sehen. Die Simulation ist mehrfach parametrisch, wobei der 100R von 22R...220R, der 100p von 33p...330p und der 5k von 1k bis 10k läuft. Das obere Kurvenbündel zeigt die obere Schaltung, das untere entsprechend die untere. Es ist keinerlei Verbesserung gegenüber der nicht korrigierten Schaltung erkennbar, im Gegenteil. Bei großen Kapazitäten dauert das Einschwingen auf den Endwert "ewig". > Ein verbreiteter Irrtum. Nur weil der Emitterfolger eine > SPANNUNGSVerstärkung <1 hat, bedeutet das NICHT, dass er ein nicht > schwingen kann. Denn die STROMverstärkung ist deutlich größer 1, das > reicht. Es geht hier um die resultierende Schleifenverstärkung und die resultierende Phasendrehung in der Rückkoppelschleife des OPV. Da spielt der Betrag der Stromverstärkung näherungsweise keine Rolle. Da die Transitfrequenz des Transistors um 2 Dekaden über der des OPV liegt, entsteht aus der Sicht des OPV keine zusätzliche Phasendrehung solange die Schleifenverstärkung >1 ist. Außerdem wird durch den Transistor die Schleifenverstärkung minimal verringert, was die Stabilität ebenfalls nicht beeinträchtigt.
Ich bestell mir einfach erst mal das Zeug, mach es dann erst einmal ohne, und wenn das nicht klappt, mit dem 100R und dem kleinen Kerko
Jippie! Die Teile sind da! Erst einmal grob zusammengesteckt das Ganze. Ich habe weder Fühlwiderstände noch Gegenkopplung verwendet, damit konnte ich aber leider keine absolute Dunkelheit der LEDs erreichen. Einbringen von Fühlwiderständen brachte nichts. Kondensator in der Gegenkopplung auch nicht. Widerstand in der Gegenkopplung: Heureka! Es ist dunkel! Kann mir einer erklären, warum das so ist und ob das so ganz ohne Fühlwiderstände und mit 1k in der Gegenkopplung halbwegs sicher ist? Vielen Dank übrigens für die tolle Simulation des Einschwingvorgangs! Die Schaltung schwingt aber nur einmal ein (und dann jedes Mal wieder erst nach einem Stromausfall) und sonst gar nicht. Ich regle ja lediglich linear ohne PWM oder dergleichen, da sollte das keine große Rolle spielen mit dem Einschwingen. Um meine Fragen zu präzisieren: 1.: Sind Fühlwiderstände wichtig, wenn ja, wofür? 2.: Warum klappt es nur mit Widerstand in der Gegenkopplung? 3.: Funktioniert das auch in 10 Jahren noch ohne Fühlwiderstände, aber mit Gegenkopplungswiderstand?
@Mark (Gast) >Fühlwiderstände noch Gegenkopplung verwendet, damit konnte ich aber Was für Fühlwiderstände? >Widerstand in der Gegenkopplung: Heureka! Es ist dunkel! Schaltplan? >Die Schaltung schwingt aber nur einmal ein (und dann jedes Mal wieder >erst nach einem Stromausfall) und sonst gar nicht. Doch, du siehst es nur nicht, weil du keinen Sprung auf den Sollwert gibst. >lediglich linear ohne PWM oder dergleichen, da sollte das keine große >Rolle spielen mit dem Einschwingen. Doch. >1.: Sind Fühlwiderstände wichtig, wenn ja, wofür? Was meinst du damit? Den Strommesswiderstand, aka Shunt? Der ist elementar wichtig. >2.: Warum klappt es nur mit Widerstand in der Gegenkopplung? Zufall bis Fehlmessung. >3.: Funktioniert das auch in 10 Jahren noch ohne Fühlwiderstände, aber >mit Gegenkopplungswiderstand? Eher nicht.
Mit den Fühlwiderständen meine ich die 1k, die (wenn eingebaut) vor den Eingängen der OPVs sitzen. Aktuell hab ich in der Testschaltung einfach Drahtbrücken von der Steuerspannung (die vom Poti) zum nicht-invertierenden Eingang und vom Shunt zum invertierenden Eingang gelegt, damit funktioniert es. Der Einbau dieser "Fühlwiderstände" (oder wie auch immer man die wirklich nennt) bringt aber keinen Vorteil, das heißt auch mit Ihnen erreiche ich nicht absolute Dunkelheit. Das klappt nur mit GegenkopplungsWIDERSTAND, nicht mit kapazitiver Gegenkopplung. Es ist im Moment etwas zu spät, als dass ich mir eine Erklärung dafür geben könnte, vielleicht bin ich auch zu dumm, aber so geht's merkwürdigerweise. Eine andere Sache hab ich noch: Ich hab 11 Stromquellen, aber 12 OPVs (3 mal LM324), da dachte ich mir, dass es sicher Sinn ergibt, wenn ich den übrig gebliebenen einfach als Impedanzwandler für die Steuerspannung vom Poti schalte, oder nicht? Wenn ich alles richtig von dir interpretiert habe, Falk, soll ich also den Mehraufwand wegen der gut 20 zusätzlichen Widerlinge vernachlässigen und die (ich will es fast schon nicht mehr schreiben) Fühlwiderstände einbauen. Zum Gegenkopplungswiderstand wirst du mir wohl noch was sagen und den Impedanzwandler kann ich wahrscheinlich übernehmen. Bis dahin: Mark Ende
Jetzt ist es zusammengelötet! Ein opv wurde als spannungsfolger (--Eingang an ausgang und +eingang an die spannung vom poti) geschaltet, der ausgang bildet dann die tatsächliche steuerspannung. Dann der Test. Erst mal nur eine led pro stromquelle, den rest an leistung verheizen halt die transis, das war der plan. Poti erstmal auf anschlag links gedreht, ich erwartete totale dunkelheit. Aber: es war hell wie nichts! Na klar, falsch rum angeschlossen, dachte ich. Also ausgemacht, poti auf anschlag rechts - das gleiche Bild. Volle helligkeit. Jetzt hab ich ihn etwas laufen lassen, bis es anfing zu rauchen. Ein 47-ohm-Shunt hatte sich verabschiedet. Ich habs sofort ausgemacht und jetzt steht er hier. Woran kann das liegen???
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