Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 432 mal 0..20mA per PWM - beste Lösung gefunden?


von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Ich habe eine kurze Frage zur Sicherheit, ob ich auf dem richtigen Weg 
bin.

Ich möchte 432 LEDs mit 0..20mA per PWM steuern, jeweils 144 rote, grüne 
und blaue.

Um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, möchte ich nur einen kleinen 
Vorwiderstand nutzen, um die unterschiedlichen Vorwärtsspannungen durch 
die Produktionstoleranzen auszugleichen. Daher gibt es für alle drei 
Farben jeweils eine eigene Spannung aus einem Schaltregler, mit der die 
Anoden über die kleinen Vorwiderstände verbunden sind.

Um die 432 LEDs jeweils mit o..20mA ansteuern zu können, brauche ich 432 
PWM-Ausgänge.

Microcontroller, die 20mA pro GPIO können, gibt es nicht oder sind zu 
teuer, daher muss ich pro LED einen MOSFET vorhalten.

Schieberegister (74HC595 usw.) können auch keine 20mA, sind also kein 
Ersatz für die MOSFETs.

Treiber (74HC126 usw.) sind auch nicht besser, sind teurer als MOSFETs 
und belegen noch mehr GPIOs als Schieberegister.

MOSFETs gibt's ab 2ct pro Stück; z.B. den DMN65D8L-7. Dieser reicht aus, 
um als Low-side-Schalter mit 3,3V Gate-Spannung jeweils die 20mA für die 
Kathoden der LEDs zu erzeugen.

Das beste ist also, ich suche mir einen µC nach dem Kriterium "wenig 
cent pro GPIO" und mache Software-PWM per Timer.

Der AT89LP51 erfüllt mit seinen 36 GPIOs für 0,64€ das o.g. Kriterium am 
besten.

Mit 27 der 36 GPIOs des AT89LP51 kann ich 27 PWMs erzeugen, dann brauche 
ich 16 Stück von den AT89LP51-µCs für die 432 LEDs.

Jeder der 16 AT89LP51-µCs kann sich im Flash merken, wie er die 
einzelnen 8-Bit-Werte für die gewünschten Helligkeiten seiner 27 LEDs in 
individuelle PWM-Werte für seine LEDs umrechnen muss, damit z.B. bei 
"127" alle LEDs bei 50% gleich hell sind.

Die "kleinen Vorwiderstände" ^^ kann ich dadurch evt. sogar weglassen.

Es bleiben bei jedem AT89LP51 genügend Pins frei, um die gewünschen 
Helligkeits-Werte über SPI, I²C oder andere Protokolle auf die 16 µCs zu 
übertragen.

FPGAs oder CPLDs helfen hier nicht weiter.

Wer's erreten hat: Glückwunsch! Es geht aktuell um den 
Beitrag "Projektidee "RGB-LED-Matrix""

Aber es ist eine allgemeine Frage, daher habe ich mir einen separaten 
Thread erlaubt.

PS: Ja, man kann die WS2811-Controller nehmen, aber die Frage geht 
gerade in die Richtung, ob man mit der o.g. Lösung zu (fast) gleichem 
Preis nicht die o.g. Vorteile heben kann.

von kukuk (Gast)


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Die "kleinen Vorwiderstände" ^^ kann ich dadurch evt. sogar weglassen.

...schon wieder ?

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Torsten C. schrieb:
> Daher gibt es für alle drei
> Farben jeweils eine eigene Spannung aus einem Schaltregler

PS: Das wären 144 x 0,02A = 2,88A "pro Farbe".

Drei LM 2576 reichen dazu aus, drei LM 2676 würden in dieser Anwendung 
unnötig teuer sein.

kukuk schrieb:
> ...schon wieder ?

Wieso? Wie meinst Du das?

von holger (Gast)


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>kukuk schrieb:
>> ...schon wieder ?

>Wieso? Wie meinst Du das?

Er meinte das schon wieder ein Vollidiot meint
er könne LEDs ohne Strombegrenzung betreiben.

Das Thema wird hier quasi täglich durchgekaut.

von Karl Meiser (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Wieso? Wie meinst Du das?

Weil du schon wieder einer bist, der das Prinzip der PWM nicht 
verstanden hat und der meint, LEDs ohne Vorwiderstand bzw. 
Konstantstromquelle betreiben zu können. Tip: Eine PWM regelt nur die 
Zeit, nicht die Stromstärke. Die Aussage, du willst per PWM "von 0 bis 
20 mA" regeln ist daher unsinnig.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Torsten C. schrieb:
> Ich habe eine kurze Frage zur Sicherheit, ob ich auf dem richtigen Weg
> bin.

OK, vergesst bitte den Satz mit den Vorwiderständen, für das Thema gibt 
es genug andere Threads. Es war trotz des Wortes "vielleicht" offenbar 
mein Fehler, den Gedanken überhaupt zu erwähnen.

Bin ich ansonsten auf dem richtigen Weg?

von Michael (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Schieberegister (74HC595 usw.) können auch keine 20mA, sind also kein
> Ersatz für die MOSFETs.

Dann nimm den großen Bruder. Der TPIC6B595 kann 150mA.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Torsten C. schrieb:
> vergesst bitte den Satz mit den Vorwiderständen …

…denn z.B. bei VF =  2.0..2.5V muss die Konstantspannungsquelle 4,5V 
haben, um mit der LED zwischen 20..25mA zu bleiben (Vorwiderstand: 100 
Ohm). Dabei wird die Hälfte (44..55%) der gesamten Leistung im 
Vorwiderstand verheizt, nur die andere Hälfte wird in Licht ungewandelt.

Die Frage ist: Lohnen sich da überhaupt noch die Schaltregler, oder 
nehme ich doch lieber gleich eine einzige LED-Spannungsquelle für alle 
LED-Farben?

432 Mal individueller Konstanstrom ist jedenfalls viel zu teuer, ich 
komme z.B. mit dem MC34063 auf über 1€ pro RGB-Pixel.

Michael schrieb:
> Dann nimm den großen Bruder. Der TPIC6B595 kann 150mA.

Danke, den kannte ich noch nicht.

Aber mit den MOSFETs und den 16 AT89LP51-µCs komme ich auf ca. 7,7 ct. 
pro RGB-Pixel, um die die PWM-Signale zu erzeugen. Mit dem TPIC6B595 
sind's dann gleich knapp 40ct pro RGB-Pixel, obwohl ich dann nur einen 
µC brauche.

Klar, denn 8 Ausgänge für 1,06€ macht bei 432 LEDs allein über 45€ für 
Schieberegister. Der AT89LP51 hat 36 GPIOs für 64ct und dann kommen 
nochmal 2 cent pro Mosfet dazu.


Sorry, aber es geht um 432 LEDs, da muss ich schon mit Cents rechnen.

von avr (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Klar, denn 8 Ausgänge für 1,06€ macht bei 432 LEDs allein über 45€ für
> Schieberegister. Der AT89LP51 hat 36 GPIOs für 64ct und dann kommen
> nochmal 2 cent pro Mosfet dazu.

Bei tme kostet der nur ein Viertel deiner Kalkulation.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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avr schrieb:
> Bei tme kostet der nur ein Viertel deiner Kalkulation.

Ich komme zwar auf 43% und nicht auf 25%, aber trotzdem Danke für den 
Tipp. tme kannte ich noch gar nicht. Ich hatte bisher immer nur bei 
Digikey geschaut, das werde ich mir abgewöhnen.

Aber nun muss ich mich erstmal entschuldigen, dieser Thread hat sich 
erledigt.

Torsten C. schrieb:
> Ja, man kann die WS2811-Controller nehmen, aber die Frage geht
> gerade in die Richtung, ob man mit der o.g. Lösung zu (fast) gleichem
> Preis nicht die o.g. Vorteile heben kann.

Der WS2811-Controller hat einen eingebauten 3-Kanal-Stromregler. Das 
habe ich eben erst wahrgenommen. Dagegen kann man mit keiner anderen 
Lösung "anstinken", wenn man nicht die Hälfte der Leistung in Wärme 
verheizen will. Danke an alle die, die sich mit der Problematik 
beschäftigt haben.

von Dirk F. (dirkf)


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PIC 18F46K20 : 2,85 EUR / 36 GPIO (25 mA) = 0,08 EUR/GPIO

LG Dirk

von Gerhard W. (gerhard86)


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> Torsten C. schrieb:

> Der WS2811-Controller hat einen eingebauten 3-Kanal-Stromregler. Das
> habe ich eben erst wahrgenommen. Dagegen kann man mit keiner anderen
> Lösung "anstinken", wenn man nicht die Hälfte der Leistung in Wärme
> verheizen will. Danke an alle die, die sich mit der Problematik
> beschäftigt haben.

Nachdem ich keine Drossel und keine Kondensatoren an dem Ding sehe und 
sich das Datenblatt darüber ausschweigt, würde ich einmal lineare 
Stromregler befürchten. In dem Fall könnten kleine Vorwiderstände mit 
geregelten Spannungen(evtl für jede Farbe eine eigene Schiene) sogar 
effizienter sein.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Dirk F. schrieb:
> PIC 18F46K20 : 2,85 EUR / 36 GPIO (25 mA) = 0,08 EUR/GPIO

Maximum current into VDD pin (-40°C to +85°C): 200 mA

Also maximal 10 LEDs mit gemeinsamer Anode und 10 mit gemeinsamer 
Kathode.

2,85 EUR / 20 GPIO = 14,25 ct pro PWM-Out.

Der AT89LP51 hat auch 36 GPIOs kostet bei Digikey aber nur 64 ct. Weil 
ich wegen des Platinen-Layouts und um Pins für I²C usw. frei zu haben, 
nur 27 der 36 GPIOs nutzen wollte, komme ich hier auf

16 * 64ct = 10,24€.

Zusammen mit dem MOSFETs sind das (10,24€/432)+0,02€ = 4,37ct pro 
PWM-Out bzw. 13,1 ct pro RGB-Pixel. Mit den  7,7 ct. pro RGB-Pixel 
^^^hatte ich mich vertan, sorry.

Gerhard W. schrieb:
> In dem Fall könnten kleine Vorwiderstände mit
> geregelten Spannungen(evtl für jede Farbe eine eigene Schiene) sogar
> effizienter sein.

Ich wurde ja auch schon dafür beschimft, ^^ die Vorwiderstände klein 
machen zu wollen. "Weglassen" wären 2,5 Ohm (R_DS_ON des MOSFET bei UGS 
= 3,3V) gewesen.

Aber wenn man mit dem Strom zwischen 20mA und den "Absolute Maximum 
Ratings" bleiben will, verheizt man halt immer 30-50%.

Die rote LED hat VF = 1.8-2.2V.

Bei 20..25mA ist der Vorwiderstand 0,4V / 5mA = 80 Ohm. Die 2,5 Ohm ^^ 
reichen also nicht (daher oben mein "vielleicht", hatte ich noch nicht 
nachgerechnet).

Am Widerstand fallen U = 80 Ohm * 20mA = 1,6V ab. Das ist fast so viel 
wie an der LED.

Wirkungsgrad: 2,0 / (1,6 + 2,0) = 56%.

Ob ein linearer Stromregler im WS2811-Controller wohl schlechter ist?

von Gerhard W. (gerhard86)


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Torsten C. schrieb:
> Ob ein linearer Stromregler im WS2811-Controller wohl schlechter ist?

Nah, das nicht, aber genauso "schlecht" eben. Also, ich wollte 
eigentlich nur ausdrücken, Effizienz ist kein Argument für die 
Stromregler-ICs. Eher Stabilisierung des Betriebsstromes gegen 
Temperatur- und Spannungsveränderungen, Ausgleich von Toleranzen der 
LEDs. Gute Argumente, aber mit dem geringen Wirkungsgrad wird man sich 
abfinden müssen.

von Falk B. (falk)


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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>…denn z.B. bei VF =  2.0..2.5V muss die Konstantspannungsquelle 4,5V
>haben, um mit der LED zwischen 20..25mA zu bleiben (Vorwiderstand: 100
>Ohm). Dabei wird die Hälfte (44..55%) der gesamten Leistung im
>Vorwiderstand verheizt, nur die andere Hälfte wird in Licht ungewandelt.

Die Hälfte fällt über der LED ab, davon wird aber nur ein Teil, 
vielleicht 10% in Licht umgewandelt. Gesamtwirkungsgrad umd ei 5%, wie 
ne Glühlampe ;-)

>Die Frage ist: Lohnen sich da überhaupt noch die Schaltregler,

Für eine EINZELEN LED sicher nicht, um die 5V für dein System zu 
erzeugen sicherlich.

>oder
>nehme ich doch lieber gleich eine einzige LED-Spannungsquelle für alle
>LED-Farben?

Ja.

>432 Mal individueller Konstanstrom ist jedenfalls viel zu teuer, ich
>komme z.B. mit dem MC34063 auf über 1€ pro RGB-Pixel.

Sowas nimmt man nur für Power LEDs ab 1W, spreich 350mA, nicht 20mA 
Funzeln.

>> Dann nimm den großen Bruder. Der TPIC6B595 kann 150mA.

>Danke, den kannte ich noch nicht.

Ist aber suboptiomal. IM Jahre anno 2013 nimmt man einen TLC5940 & Co, 
gibt es sogar bastlerfreudlich im DIL Gehäuse. 16x Konstantstrom 
0-120mA, 12 Bit PWM, was will man mehr.

>Aber mit den MOSFETs und den 16 AT89LP51-µCs komme ich auf ca. 7,7 ct.
>pro RGB-Pixel, um die die PWM-Signale zu erzeugen.

Du bist der richtige Pfennigfuchser! Weiviel Milllionen Stück willst du 
davon bauen und verkaufen?

>Klar, denn 8 Ausgänge für 1,06€ macht bei 432 LEDs allein über 45€ für
>Schieberegister.

Ohne Moos nix los. Denkst du, das du mit deinen Billigst-LEDs ein 
ordenliche LED-Matrix zusammenbaust. Ach ja, Multiplexen spart
Bauteile.

> Der AT89LP51 hat 36 GPIOs für 64ct und dann kommen
> nochmal 2 cent pro Mosfet dazu.

OMG!

>Sorry, aber es geht um 432 LEDs, da muss ich schon mit Cents rechnen.

Jaja. Wenn das mal keine Milchmädchenrechnung ist

„Es gibt kaum etwas auf dieser Welt, das nicht irgend jemand ein wenig 
schlechter machen und etwas billiger verkaufen könnte.“

„Es ist unklug, viel zu bezahlen, aber es ist noch schlechter, zuwenig 
zu bezahlen. Wenn Sie zuviel bezahlen, verlieren Sie etwas Geld, das ist 
alles. Wenn Sie dagegen zuwenig bezahlen, verlieren Sie manchmal alles, 
da der gekaufte Gegenstand die ihm zugedachte Aufgabe nicht erfüllen 
kann. Das Gesetz der Wirtschaft verbietet es, für wenig Geld viel Wert 
zu erhalten.“

http://www.zitate.de/autor/Ruskin,+John/

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Falk Brunner schrieb:
> Es ist unklug, viel zu bezahlen, aber es ist noch schlechter, zuwenig
> zu bezahlen.

Genau diesen Punkt dazwischen zu treffen, darum geht es mir in diesem 
Thread. Danke für das Zitat.

Falk Brunner schrieb:
> 16x Konstantstrom
> 0-120mA, 12 Bit PWM, was will man mehr.

Cooles Teil, nach sowas hatte ich schon gesucht, aber noch nicht 
gefunden, danke. ;-)

Das Teil kostet aber auch schon wieder 27,5 cent pro RGB-Pixel und 
verheizt alles im Längsregler. Das ist also nicht wirklich besser als 
die Sache mit den kleinen Vorwiderständen oder mit dem WS2811.

Eine Chance wollte ich dem Gedanken mit den per LM2576 für jede Farbe 
getrennt geregelten Spannungen noch geben. Man könnte die LEDs nach 
ihrer Vorwärtsspannung klassifizieren. Wenn man 144 LEDs einer Farbe mit 
VF ± 0,0625V zusammen bekommt, muss der Vorwiderstand nur noch 0,125V ÷ 
5mA = 2,5Ω sein, das enspricht dem R_DS_ON des MOSFET ^^. Ich komme dann 
also ohne Vorwiderstand aus.

holger schrieb:
> Er meinte das schon wieder ein Vollidiot meint
> er könne LEDs ohne Strombegrenzung betreiben.

@holger: "Danke" für Deinen Versuch, mich zu Beleidigen.
@Karl Meiser +  kukuk: habt Ihr's auch verstanden?

Im Forum "Optics meets Electronics" vom 9. Juni 2010 gibt es eine 
interessantes Präsentation: "Die LED - sie altert doch".

https://www.roodmicrotec.com/de/downloads/seminararchiv.html

Wenn ich das lese und auf Seite 17 die "Frühabweichung Burn in" sehe, 
kann man den Gedanken aber wohl doch verwerfen. Man könnte fast daraus 
schließen, dass 80Ω ^^ noch zu wenig sind.

@holger, Karl Meiser +  kukuk: In sofern habt Ihr im Ergebnis wohl 
Recht. Aber "LED-Alterung" ist ein besseres Argument als "Vollidiot, der 
PWM nicht verstanden hat". ;-)

Wenn im WS2811 bei VCC = 5V tatsächlich 3V im Längsregler verheizt 
werden, heißt das auch, dass der Strom nicht so sehr mit der Alterung 
abnimmt. Das heißt aber auch, dass bei einer WS2812 die Wärme des 
Längsreglers die Alterung der LED beschleunigt.

Am besten wäre 'ne billige Lösung mit 432 getakteten Stromreglern. Dazu 
bastel ich gerade an einem Prototypen mit HF-PWM und kleiner 
Induktivität. Ich bin gespannt auf das Ergebnis.

Eine Ferrit-Drossel mit 3,3uH und 50mA als "SMD 1206" kostet bei TME 
3,6ct. Für 'ne Schottky-Diode kommen nochmal 1,2ct dazu. In Summe wären 
das bei 3 LEDs pro Pixel also nochmal 14,4 ct pro Pixel. Damit wird ein 
Pixel dann doppelt so teuer als mit dem WS2811.

Angenommen, ich bekomme das mit dem HF-PWM gebacken: Meint Ihr, das das 
die beste Lösung wäre? Schließlich kommen ein paar Watt zusammen. Und 
wenn man schon LEDs zur Beleuchtung nimmt, soll sich der Wirkungsgrad ja 
auch deutlich von Glühlampen abheben.

Falk Brunner schrieb:
> Du bist der richtige Pfennigfuchser! Weiviel Milllionen Stück willst du
> davon bauen und verkaufen?

Ein Panel hat 432 LEDs (144 RGB-Pixel). Wenn man sich aus 6 Panels ein 
Laufschrift-Band bastelt, sollte man sich im Klaren sein, dass sich 
sowohl die Bauteile-Kosten, als auch die Verlustleistungen extrem 
aufsummieren. Wenn der Pixel doppelt so teuer wird, werden aus 200€ 
schnell 400€. Und wenn der Wirkungsgrad von 50% auf 25% schrumft, werden 
aus 290W schnell 560W.

Hat das was mit Pfennigfuchserei zu tun?

von Falk B. (falk)


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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>Das Teil kostet aber auch schon wieder 27,5 cent pro RGB-Pixel und
>verheizt alles im Längsregler.

Willst du neben deinem Geld auch noch das Klime retten, indem du ein 
paar W einsparst?

> Das ist also nicht wirklich besser als
>die Sache mit den kleinen Vorwiderständen oder mit dem WS2811.

Baer sicher, man spart die Vorwiderstände, welche ja bei vielen Leuten 
(Löt)allergien auslösen. Und als Geschenk bekommt man soger eine 
Temperatur- und Toleranzkompensation der LEDs.

>getrennt geregelten Spannungen noch geben. Man könnte die LEDs nach
>ihrer Vorwärtsspannung klassifizieren. Wenn man 144 LEDs einer Farbe mit
>VF ± 0,0625V zusammen bekommt, muss der Vorwiderstand nur noch 0,125V ÷
>5mA = 2,5Ω sein, das enspricht dem R_DS_ON des MOSFET ^^. Ich komme dann
>also ohne Vorwiderstand aus.

;-)

[ ] Du hast LEDs verstanden.

Lies den Artikel LED und alle verlinkten Threads und lerne.

>Wenn ich das lese und auf Seite 17 die "Frühabweichung Burn in" sehe,
>kann man den Gedanken aber wohl doch verwerfen. Man könnte fast daraus
>schließen, dass 80Ω ^^ noch zu wenig sind.

Ohhh, du lernst schon! Gut.

>Am besten wäre 'ne billige Lösung mit 432 getakteten Stromreglern.

Nö.

432 / 8 = 54. Also eine LED-Matrix mit 8x54 LEDs, dafür braucht man 
54/16 ~4 TLC5940, bei 120mA/8 beleiben im Mittel 15mA/LED. Das ist 
praktisch fast so hell wie 20mA, siehe LED-Fading.

>Eine Ferrit-Drossel mit 3,3uH und 50mA als "SMD 1206" kostet bei TME
>3,6ct. Für 'ne Schottky-Diode kommen nochmal 1,2ct dazu. In Summe wären
>das bei 3 LEDs pro Pixel also nochmal 14,4 ct pro Pixel. Damit wird ein
>Pixel dann doppelt so teuer als mit dem WS2811.

Du solltest in der Automobilindustrie als Controller anfangen, dort 
werden solche Leute wie du händeringend gebraucht.

>Angenommen, ich bekomme das mit dem HF-PWM gebacken: Meint Ihr, das das
>die beste Lösung wäre? Schließlich kommen ein paar Watt zusammen. Und
>wenn man schon LEDs zur Beleuchtung nimmt, soll sich der Wirkungsgrad ja
>auch deutlich von Glühlampen abheben.

Beleuchtung mit 20mA LEDs? redest du von deiner Modelleisenbahn?

>Ein Panel hat 432 LEDs (144 RGB-Pixel). Wenn man sich aus 6 Panels ein
>Laufschrift-Band bastelt, sollte man sich im Klaren sein, dass sich
>sowohl die Bauteile-Kosten, als auch die Verlustleistungen extrem
>aufsummieren.

Das sollte man.

>Wenn der Pixel doppelt so teuer wird, werden aus 200€
>schnell 400€. Und wenn der Wirkungsgrad von 50% auf 25% schrumft, werden
>aus 290W schnell 560W.

>Hat das was mit Pfennigfuchserei zu tun?

Du willst einen Ferrari zum Dreiradpreis.

von 6A66 (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Man könnte die LEDs nach
> ihrer Vorwärtsspannung klassifizieren. Wenn man 144 LEDs einer Farbe mit
> VF ± 0,0625V zusammen bekommt,

Hallo Torsten,

von Hand selektiert? Die Lieferanten - und da reden wir von den großen 
(z.B. Sharp, Kingbright, Avago, Osram, ...) - machen dir das ab etwa 
siebenstelligen Mengen. Drunter kannst Du das nicht bekommen oder 
zahlen.

Und wenn Du von Hand selektiert solltest du die Arbeitszeit mitrechnen. 
Was kostet die Minute: 50, 60, 80 Cent? Wieviel schafft ein geübter 
Monteur/Hilfsarbeiter, 20/min? Na dann weisst Du was Du in die 
Kalkulation mit einbringen musst.

rgds

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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6A66 schrieb:
> von Hand selektiert solltest du die Arbeitszeit mitrechnen

Der Vollständigkeit halber gehört das Argument natürlich dazu. Aber 
wegen der LED-Alterung war der Lösungsweg eh schon verworfen. Die Kette 
bricht immer am schwächsten Glied. Hier sind's gleich zwei schwache 
Glieder. ;-)

Meine Frage ist: "Bin ich auf dem richtigen Weg, um die beste Lösung zu 
finden?"
Falk Brunner schrieb:
> Du willst einen Ferrari zum Dreiradpreis.
Das sind Deine Worte, ich würde es wicht ganz so Extrem ausdrücken ...

Unter exemplarischer Verwendung der o.g. "geratenen" Zahlen bei gleicher 
Helligkeit:

Schlecht: 560W und 400€

Gut: 290W für 200€

Vielleicht realistisch: 300w für 250€. In diese Richtung würde ich gern 
gehen.

Falk Brunner schrieb:
> Also eine LED-Matrix mit 8x54 LEDs

Das mag für viele LEDs gehen. Letzte Woche hatte ich mir ein paar 
hiervon bestellt:

http://www.leds.de/out/media/NS6W183A-E.pdf

Als ich das Diagramm "Duty Ratio vs Allowable Forward Current" auf Seite 
9 sah, hatte ich mich von dem Matrix-Gedanken erstmal verabschiedet. 
Wenn man sich auf LEDs beschränkt, mit denen das geht, mag das Sinn 
machen. Ich überlege mir das gleich mal etwas detaillierter.

Falk Brunner schrieb:
> Beleuchtung mit 20mA LEDs?

Ja, genau. Im Prinzip wie die üblichen Deckenlichter, nur dass jede LED 
einzeln gedimmt werden kann. Hier mal ein Beispiel, welches auch 20mA 
pro LED hat:

http://german.alibaba.com/product-gs/smd-5050-led-panel-617357171.html

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Falk Brunner schrieb:
>>Am besten wäre 'ne billige Lösung mit 432 getakteten Stromreglern.
>
> Nö.

Warum "Nö"? Nur mit 432 getakteten Stromreglern erreiche ich gute 
Wirkungsgerade und komme in Richtung 290W (vgl. "Ferrari" ^^).

Torsten C. schrieb:
> Ich überlege mir das gleich mal etwas detaillierter.

… und das ist dabei ´raus gekommen:

Beim WS2811 sind's 3 LEDs pro Chip also 144 Chips.

Es ist schwer zu sagen, was man bei Abnahme von 100..1000 Stück für 
einen WS2811 bezahlt. Auf jeden fall müssen Einfuhrumsatzsteuer, Zoll 
und Kreditkartengebühren eingerechnet werden.

http://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.221.cJ39VY&id=19938591308
http://de.aliexpress.com/item/WS2811-IC-SMD/573548646.html

Entweder, in der Rechnung der Wurm drin, oder zwischen den Preisen ist 
tatsächlich der Faktor 100.

Jedenfalls kosten WS2812 LED incl. WS2811-Controller in der aktuellen 
Sammelbestellung 16 ct.

Falk Brunner schrieb:
> bei 120mA/8 beleiben im Mittel 15mA/LED

Oder 120mA/6=20mA, dann wird's einer mehr (5 x TLC5940) für ca. 7,32€

Diese "dot correction data" kann man bei Multiplex doch vergessen, sehe 
ich das richtig?

Nehmen wir an, der Preis kommt auf's gleiche raus:

WS2811: Benötigte Port-Pins: 1

TLC5940: Benötigte Port-Pins: viele

Das Ergebnis (PWM, <50% Wirkungsgrad, der Rest wird im Längsregler 
verheizt), ist das gleiche.

Die Anzahl der IO-Pins und der damit verbundene Layout-Aufwand sprechen 
für den WS2811.

von Falk B. (falk)


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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>Warum "Nö"? Nur mit 432 getakteten Stromreglern erreiche ich gute
>Wirkungsgerade und komme in Richtung 290W (vgl. "Ferrari" ^^).

[ ] Du hast Ahnung von Elektronik und Effizienz.

>Oder 120mA/6=20mA, dann wird's einer mehr (5 x TLC5940) für ca. 7,32€

>Diese "dot correction data" kann man bei Multiplex doch vergessen, sehe
>ich das richtig?

Nö, man kann die nutzen.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Falk Brunner schrieb:
> [ ] Du hast Ahnung von Elektronik und Effizienz.

Das stellen wir gegenseitig nur auf der sachlichen Kommunikationsebene 
fest, nicht dadurch, dass wir persönlich werden.

Achtung, jetzt kommt Pfennigfuchserei! ;-)

Annahme:
* Umsetzung mit getakteten Stromreglern: 75% Wirkungsgrad
* Umsetzung mit Längsreglern: 40% Wirkungsgrad

Bei 24Watt für ein Laufschrift-Band könnte man ja ausrechnen, wann sich 
bei z.B. bei 10.000 Betriebsstunden der höhere Preis für einen 
getakteten Stromregler lohnt.

10.000 Betriebsstunden wären 4,5 Jahre mit täglich 6h Betrieb bzw. das 
angenommene Ende der Lebensdauer der LEDs.

Da Du offenbar mehr Ahnung von Elektronik und Effizienz zu haben meinst: 
Welche Annahmen würdest Du treffen?

Ich komme in etwa grob in die Richtung, dass sich die 
Bauteile-Mehrkosten (incl. Platinenfläche) erst nach ca. 54.000 
Betriebsstunden armortisieren würden.

Das spräche also gegen den getakteten Stromregler.

Falk Brunner schrieb:
> Nö, man kann die nutzen.

Was heißt das? Die "dot correction data" werden im µC und nicht im 
EEPROM gespeichert und man muss nach jeder Zeile 288 statt 192 Bits 
senden.

Die dot correction kann der µC auch bei 0..255 machen, wenn er die Daten 
eh bei sich managen muß.

Also im Moment sieht der WS2811 für mich trotz der gerigeren Auflösung 
bei der "dot correction" noch deutlich attraktiver aus. Oder habe ich 
beim TLC5940 noch einen Vorteil übersehen, der die vielen Pins und 
Leiterbahnen rechtfertigen würde?

BTW: Habe ich das richtig verstanden? Während der Datenübertagung läuft 
der PWM weiter, es gibt also keine Pausen, so dass die Rechnung 
"6-Facher Strom und 0..16,7% PWM" bei 6 Kanälen trotz Datenübertragung 
immer stimmt.

von Falk B. (falk)


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@ Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite

>Das stellen wir gegenseitig nur auf der sachlichen Kommunikationsebene
>fest, nicht dadurch, dass wir persönlich werden.

Theoretisch ja, praktisch nicht immer so leicht möglich ;-)

>Achtung, jetzt kommt Pfennigfuchserei! ;-)

>* Umsetzung mit getakteten Stromreglern: 75% Wirkungsgrad
>* Umsetzung mit Längsreglern: 40% Wirkungsgrad

>Bei 24Watt für ein Laufschrift-Band könnte man ja ausrechnen, wann sich
>bei z.B. bei 10.000 Betriebsstunden der höhere Preis für einen
>getakteten Stromregler lohnt.

>10.000 Betriebsstunden wären 4,5 Jahre mit täglich 6h Betrieb bzw. das
>angenommene Ende der Lebensdauer der LEDs.

Na dann rechne mal vor.

>Da Du offenbar mehr Ahnung von Elektronik und Effizienz zu haben meinst:
>Welche Annahmen würdest Du treffen?

>Ich komme in etwa grob in die Richtung, dass sich die
>Bauteile-Mehrkosten (incl. Platinenfläche) erst nach ca. 54.000
>Betriebsstunden armortisieren würden.

Rechnung?

>Was heißt das? Die "dot correction data" werden im µC und nicht im
>EEPROM gespeichert und man muss nach jeder Zeile 288 statt 192 Bits
>senden.

So in der Art.

>Die dot correction kann der µC auch bei 0..255 machen, wenn er die Daten
>eh bei sich managen muß.

Sicher. Ich sage ja auch nicht, denn EEPROM im TLC zu verwenden sondern 
die DC-Register.

>Also im Moment sieht der WS2811 für mich trotz der gerigeren Auflösung
>bei der "dot correction" noch deutlich attraktiver aus. Oder habe ich
>beim TLC5940 noch einen Vorteil übersehen, der die vielen Pins und
>Leiterbahnen rechtfertigen würde?

Oh je, jetzt sind wir wirklich bei den Erbsenzählern gelandet. Wenn dir 
ne Handvoll Leitungen auf ne Platine schon wieder nennenswerten Aufwand 
darstellen, ist dir nicht mehr zu helfen. Bist du Schotte?

>BTW: Habe ich das richtig verstanden? Während der Datenübertagung läuft
>der PWM weiter, es gibt also keine Pausen, so dass die Rechnung
>"6-Facher Strom und 0..16,7% PWM" bei 6 Kanälen trotz Datenübertragung
>immer stimmt.

Ja.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Michael schrieb:
> Dann nimm den großen Bruder. Der TPIC6B595 kann 150mA.

Falk Brunner schrieb:
> Ist aber suboptiomal. Im Jahre anno 2013 nimmt man einen TLC5940 & Co,
> … 16x Konstantstrom 0-120mA, 12 Bit PWM, was will man mehr.

Das Jahr 2013 scheint bei den Chinesen noch nicht angekommen zu sein:

http://learn.adafruit.com/32x16-32x32-rgb-led-matrix?view=all

Ich wollte ja auch solche Panels bauen, aber die fertigen "16x32 RGB LED 
matrix panels" kosten incl. Einfuhrabgabe aus China 17€. Für den Preis 
bekomme ich nichtmal die LEDs (3,4ct pro RGB-Pixel).

Die RGB-LEDs Matrix besteht elektrisch aus 64 Spalten und 8 Zeilen:

64 x 8 = 512 = 16 x 32

Nun zu der China-Technik: Auf der Platine sind 12 LED driver vom Typ 
FD9802C. Das sind Schieberegister mit Konstantstrom-Ausgängen.

Aber nun kommt's: Entweder an oder aus, also nicht wie bei "TLC5940 & 
Co" mit einstellbaren Srömen!

Mit 12 dieser chips werden die 64 Matrix-Spalten geschaltet.

Jetzt stehe ich vor der Entscheidung,

* entweder die "dummen" FD9802C auszulöten und
  durch TLC5940 zu ersetzen oder

* Einen FPGA zu programmieren, um mit 16..60MHz Schieberegister-Takt
  die PWM-Signale nach der China-Methode per FPGA zu erzeugen.

Leider sind die beiden Chips nicht annähernd Pin-Kompatibel, siehe Bild.

von Michael (Gast)


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Also ich habe gerade einmal kurz den FD9802 angesehen und der hat 
einstellbaren Strom zw. 5 und 90mA... Entweder AN oder AUS ist mM nach 
genau das, was eine PWM macht, den Strom variiert man später doch 
ohnehin nicht mehr? Heller: Länger an, dunkler = länger aus...
Was genau ist das Problem?

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Torsten C. schrieb:
> * entweder die "dummen" FD9802C auszulöten und
>   durch TLC5940 zu ersetzen oder …

Hat schonmal jemand zwei STP16CPC26 oder TLC59401 o.ä. parallel 
geschaltet?

Ich würde gern fertig verdrahtete Matrizen nehmen und die haben alle 8 
Zeilen.

Wenigstens die blaue LED (das ist bei RGB meistens die dunkelste) sollte
   160mA / 8 = 20mA
bekommen, also z.B. aus zwei STP16CPC26.

Falls das noch keiner ausprobiert hat, muss ich das wohl mal selbst 
durch ein Experiment heraus bekommen.

Michael schrieb:
> Heller: Länger an, dunkler = länger aus...
> Was genau ist das Problem?

Bei einer LED-Matrix muss man halt immer ein ganzes Bild aufbauen, 
also z.B. 1024 Bilder hintereinander um 1024 Helligkeitsstufen zu 
erreichen.

Der TLC5940 macht 4096 Helligkeitsstufen, wenn man das Bild nur einmal 
aufbaut.

Aber die China-Lösung mit den PWM-frames ist billiger als 
Einzel-Pixel-PWM.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Torsten C. schrieb:
> Ich würde gern fertig verdrahtete Matrizen nehmen und die haben alle 8
> Zeilen.

PS: … weil's billiger und einfacher zu layouten ist.

Karl Meiser schrieb:
> Tip: Eine PWM regelt nur die Zeit, nicht die Stromstärke. Die Aussage,
> du willst per PWM "von 0 bis 20 mA" regeln ist daher unsinnig.

PS: PWM ist es immer, so wie Michael schrieb:
> Heller: Länger an, dunkler = länger aus...

Die aktuelle Entscheidung ist bzw. war nur: Entweder
so wie Falk Brunner schrieb:
> IM Jahre anno 2013 nimmt man einen TLC5940

Oder so, wie es die Chinesen machen, mit FD9802 oder STP16CPC26 & Co.

Mit einem ATSAM4N8 für weniger als 5€ versorgt man locker bis zu 12 
dieser 512-Pixel-Kacheln mit dem chinesischen "PWM-frames-Dauerfeuer".

Ein FPGA dürfte keine Vorteile bieten. Der µC hat genug "Grafikspeicher" 
um 12 x 512 RGB-Werte zu speichern, selbst mit Double-Buffer usw.

Also China hat gegenüber Falk Brunner die bessere Lösung. ;-) Die 
Entscheidung ist also gefallen.

@Falk: Trotzdem danke. Ich musste lange drüber nachdenken.

Torsten C. schrieb:
> Hat schonmal jemand zwei STP16CPC26 oder TLC59401 o.ä. parallel
> geschaltet?

Und? Hat das schon mal jemand probiert?

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