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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED Treiber PR4401, LEDs, Induktivitäten und viele Fragen


Autor: Jay M. (jayhh)
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Hi liebe Kollegen
da ich wiedermal ein Projekt habe, von der Elektronik aber keinen Plan, 
aber folgendes umgesetzt brauche, muss ich mich leider mit der Thematik 
beschäftigen:(

Die Elektronik gehört nicht zu meinem täglich Brot, böhmische Dörfer 
umschreibt das wohl eher.

Drum einige Fragen an euch Spezis, weils ja kein Problem für euch ist :)

1: folgendes (simples) Vorhaben:

-2 LEDs http://such001.reichelt.de/index.html?&ACTION=446&LA=3 sollen 
parallel mittels einer Zink-Luft Batterie 
http://www.reichelt.de/Knopfzellen-Zink-Luft-fuer-Hoergeraete/VARTA-V-10AT/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=28110&GROUPID=4240&artnr=VARTA+V+10AT 
betrieben werden
-die LEDs haben eine Betriebsspannung von 2,9 V und eine Stromaufnahme 
von 2mA
-die Batterien liefern 1,4V

Erreicht werden soll, dass die LEDs nach loslassen des Tasters ca 10 
Sekunden weiterleuchten.

In der Praxis wird es so aussehen, dass man den Taster für ca 0,5 
Sekunden drücken wird und etwa 10 Sekunden Licht braucht.

Ich habe EXTREME Platzprobleme und demnach MUSS alles so klein wie 
möglich gebaut werden (demnach auch die Bauform der LED).

Habe im Netz einiges über den LED Treiber PR4401 gelesen und mir dessen 
Manual angeschaut.
1. siehe Bild 1:
Im Manual sind nur Werte bis 22µH angegeben, was wohl einen max. 
Stromoutput von 11mA am PR4401 bedeutet (???).
In meinem Falle benötige ich NUR 4mA Strom.
Wie groß muss dann die Induktivität der Spule sein? (errechnet man wie?)
2. wenn die Induktivität kleiner ausfällt, sodass der max output des 
PR4401 größer ausfällt, hat das eine Relevanz für meine LEDs?
3. siehe Bild 2
Dort ist die Induktivität  bei 2 LEDs angegeben. Ich muss ja 2,9V 
erreichen und eben die 4mA Strom. Demnach zielt Frage 3 eher auf Frage 1 
hin: Wie gross muss die Induktivität sein, um 4mA Strom und 2,9V zu 
erhalten?
4. wie groß muss der Kondensator sein, um 10 Sek nachzuleuchten 
(berechnet man wie?)
5. siehe Bild 3
eine sogenannte Schottky Diode.... brauche ich so etwas?
Wofür ist die da?
6. siehe Bild 3
In Bezug auf die Größe des Kondensator ist die Rede davon, dass die 
Kapazität klein genug sein muss, damit die Spannung am Kondensator im 
ersten Zyklus mehr als 2,5V erreicht.(frei übersetzt)
Was soll das heissen? ...bzw ziehlt auf Frage 4 hin

Welche Teile brauche ich dann bitte für mein Vorhaben:
-2 LEDs
-1 Knopfzelle
-1 PR4401
-1 Induktivität ?
-Schottky Diode ?
-Kondensator ?


Bitte habt ein Nachsehen, wenn euch die Fragen zu blöd vorkommen.
Ich frage bewusst nach, weil ich es nicht weiss.

Wäre nett wenn ich zeitnah eine Rückmeldung bekommen würde, da ich 
schnell ordern möchte.
Vielen Dank schonmal im Vorraus.
J

Autor: Jay M. (jayhh)
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Hi,
keiner eine Idee dazu?
Also, wenn ihr das nicht wisst...wer dann? ;)

Autor: someone (Gast)
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Deine Idee klappt so leider nicht. Der Kondensator, den du benötigst, 
wird viel zu groß. Bessere Idee:
Ein Microcontroller im Schlafmodus überwacht den Schalter. Wird dieser 
gedrückt, schaltet der Microcontroller den LED-Treiber 10 Sekunden lang 
an. Als Microcontroller kannst du im Prinzip das kleinste Teil nehmen, 
das du finden/programmieren kannst. Das Programm selbst ist trivial.

Zu deiner Frage: Im Datenblatt steht es nicht drin, aber wenn man sich 
die Angaben aus dem Datenblatt in ein Diagramm einzeichnet und dann ein 
wenig weiter interpoliert, dann scheinen etwa 30 uH für deine 8 mA zu 
reichen. Leider geht dein Link auf die LEDs nicht. Bei Reichelt habe ich 
eine Induktivität mit 33 uH gefunden, die passen könnte: 
http://www.reichelt.de/Fest-Induktivitaeten-SMD/L-1008F-33-/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=3178&ARTICLE=86516&SHOW=1&START=0&OFFSET=500&;

Autor: someone (Gast)
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Mein Vorschlag zur Schaltung: Schottky-Diode und Filterung des Ausgangs 
müssen nicht sein. Durch die Filterung verbessert sich die Lebensdauer 
der LEDs, aber ich vermute mal, dass das bei dir nicht wichtig ist. 
Stattdessen solltest du einen ordentlichen Kondensator an den Eingang 
des PR4401 anschließen, irgendwas mit 1 uF oder so.
Als Microcontroller kommen die kleinen Typen von Atmel oder Microchip 
infrage. Auch dort den Kondensator (100 nF, nach Bedarf und Platz sogar 
100 nF und 1 uF) nicht vergessen! Bei Reichelt gibt es da z.B. die 
kleinen PICs im SOT-23-Package (ich kenne mich aber nicht damit aus, wie 
leistungsfähig oder programmierfreundlich diese sind) oder die (leider 
deutlich größeren) AVRs im SO-8.

Autor: Jay M. (jayhh)
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Hi
danke für die Nachricht.
Wie errechnet sich denn, wielange die LEDs weiterleuchten werden, bei 
Kapazität=X?
Und wie groß darf die Kapazität dann maximal sein, damit besagte 2,5V 
(aus dem Manual) noch anliegen?

Hmm..schau mir mal die Größen der Microcontroller an.

Autor: Lukas T. (tapy)
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Ich glaube, die Batterie macht das nicht mit. Die gibt ~ 3 mA etwa 100 
Stunden lang ab und ist, einmal angebrochen, vmtl. recht bald platt.

Autor: someone (Gast)
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Oh, nach der Batterie habe ich natürlich nicht geschaut. Dann gilt auf 
jeden Fall, eine geeignete Batterie zu suchen.

Der Kondensator, der gebräucht würde, ist groß. Um ganz überschlägig 
abzuschätzen, ob es überhaupt mit einem klappt, der nicht riesig ist, 
habe ich einfach mal die benötigte Energiemenge ausgerechnet und dann 
geschaut, welche Kondensatoren diese Energiemenge speichern können. Da 
kommt man ohne Probleme in Bereiche von einigen tausend µF. Weil die 
Entladekurve von Kondensatoren zudem noch total blöd für deine Anwendung 
ist, braucht man in jedem Fall aber deutlich mehr. Mit Supercap sicher 
zu machen. Die Größe und auch insbesondere Höhe des Kondensators wäre 
dann recht groß, daher würde ich das nicht empfehlen. Auch die Kosten 
nehmen dann deutlich zu. Beim Supercap ist auch nicht geklärt, ob der in 
so kurzer Zeit überhaupt entsprechend geladen werden kann. Der 
Kondensator muss zu allem übel auch noch vor dem PR4401 sitzen, da der 
Ausgang des PR4401 ja stark in seinem Strom begrenzt wird und daher den 
Kondensator nicht sinnvoll laden können wird, während die LED leuchtet.

Es gibt aber wenige Gründe dafür, sowas nicht gesteuert zu machen, eine 
dauerhafte Stromversorgung mit der Batterie hast du ja. Es ist also 
nicht wirklich notwendig, mit einem riesigen Kondensator den Strom zu 
puffern. Wenn dir Microcontroller nicht geheuer sind, lässt sich sowas 
auch mit Timer-Chips und entsprechender externer Beschaltung aufbauen. 
Ein kleiner Microcontroller braucht aber keine (bis auf einen 
Kondensator) externe Beschaltung und ist flexibler. Ich kenne mich jetzt 
nicht mit den PICs aus und weiß daher nicht, wie gut die kleinen zu 
programmieren sind. Das sollte aber alles kein Problem sein, selbst in 
Assembler nicht. Es sei denn, PIC-Programmierung ist der letzte Murks.

Autor: Jay M. (jayhh)
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Hi
hab mir bei Reichelt mal die Controller-Größen angeschaut.
Das einzige, was in Frage kommen würde, wären die PIC-Controller SO-8, 
obwohl der auch schon zu groß ist :(

Da ich ja mal so garkein Plan von Controllern habe, stellt sich die 
Frage, was der denn können muss?
Muss ja nicht viel sein.

Wisst ihr, ob es die noch kleiner gibt und ob es korrespondierende 
Programmiergeräte gibt?
Oder wie macht man das dann?

LG J

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Ich würde es ohne Mikrocontroller lösen. Und zwar mit einem 
Schaltregler, der einen Enable-Eingang hat. z.B. der PR4403
Datenblatt: http://www.prema.com/pdf/pr4403.pdf

Am Enable-Eingang kommt dann der Taster nach GND und ein Kondensator 
nach GND und ein Widerstand nach Vcc

Die nötige Zeitkonstante tau errechnet sich so:
tau = (- 10 Sekunden) / ln((Ubatterie - 0,22V) / Ubatterie)
tau = (- 10 Sekunden) / ln((1,3V - 0,22V) / 1,3V) = 54 Sekunden

Und dann kann man sich R und C beliebig aussuchen:
tau = R * C
2,2µF * 22Mohm = 48 Sekunden
Man kann die nötige Zeitkonstante tau noch verringern, wenn man vor den 
Enable-Eingang einen Widerstand setzt, siehe Seite 7 im Datenblatt.


Problem bei der Lösung ist der große Leckstrom des PR4403 von etwa 
150µA.

Autor: Jay M. (jayhh)
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Hab mir gestern abend mal die Timer ICs NE555 angeschaut.
Im Monostabil-Modus erreicht man wohl genau das, was ich brauche!

Mit Widerständen und Kondensatoren könnte ich so auch die Zeit 
beeinflussen.

Ich muss im CAD nur mal schauen, wie ich so ein Teil unterbringen soll.

Habe den 
http://www.digikey.de/product-detail/de/LMC555CMMX%2FNOPB/LMC555CMMX%2FNOPBCT-ND/3527041 
gesehen. Von der Größe her ok.

Sind alle IC 555 identisch mit den Funktionen?
Im Manual steht dass der monostabile Operation erlaubt.

Denke, damit könnte es funktionieren.

Meinungen dazu??

PS...wo bekommt man so einen günstig?
Digikey hat meist ne Mindestbestellmenge und - ich meine - hohe 
Versandkosten.

Autor: ORB (Gast)
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Bevor ich mit einem 555+Hühnerfutter anfange würd ich einen Atmel 
AtTiny10 nehmen wenn es um den Platz geht.
http://de.farnell.com/atmel/attiny10-tshr/mcu-8bit-avr-1k-flash-6sot-23/dp/1748538

Autor: Jay M. (jayhh)
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Hühnerfutter?

Der Atmel braucht aber mind. 1.8V input.
Die Batterien machen nur 1.4V.

Mit dem PR4403 find ich auch recht interessant?
Aber was heisst dann Leckstrom?

Fliessen die dauerhaft?

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
> Hab mir gestern abend mal die Timer ICs NE555 angeschaut.
> Im Monostabil-Modus erreicht man wohl genau das, was ich brauche!
Ja.

> wo bekommt man so einen günstig?
> Digikey hat meist ne Mindestbestellmenge und - ich meine - hohe
> Versandkosten.
Reichelt


ORB schrieb:
> Bevor ich mit einem 555+Hühnerfutter anfange würd ich einen Atmel
> AtTiny10 nehmen wenn es um den Platz geht.
Wenn es in Stückzahlen gehen soll, ist das wahrscheinlich der einzige 
sinnvolle Weg.


Jay Mo schrieb:
> Hühnerfutter?

Als Hühnerfutter werden kleine Bauteile wie Widerstände und 
Kondensatoren bezeichnet.

> Der Atmel braucht aber mind. 1.8V input.
> Die Batterien machen nur 1.4V.

Die Batterien haben am Ende nur noch 1,1 Volt. Abzüglich des 
Innenwiderstands mal dem Strom.

Die minimale Eingangsspannung von 1,5V vom LMC555 unterschreitest du mit 
der Batterie unter Belastung auch. Daher würde ich dir zwei oder drei 
Batterien empfehlen.
Zink-Luft werden eh nicht gehen, wie oben jemand schrieb.


> Mit dem PR4403 find ich auch recht interessant?
> Aber was heisst dann Leckstrom?
> Fliessen die dauerhaft?
Ja, die fließen dauerhaft. Die Lösung mit dem PR4403 wäre am Schnellsten 
realisiert. Bis du einen Atmega programmiert hast gehen ein paar Wochen 
ins Land, wenn du vorher noch nie etwas in diese Richtung gemacht hast.

Wieviel Stück willst du denn produzieren?

Autor: Jay M. (jayhh)
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Warum eignen sich die Batterien eigentlich nicht?
Ich hab die gewählt aufgrund des Durchmessern von knapp 6mm und der 
Kapazität.
Ahhhhh...

Autor: Jay M. (jayhh)
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Es werden wird wohl so 30-50 mal gebraucht

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
> Warum eignen sich die Batterien eigentlich nicht?
> Ich hab die gewählt aufgrund des Durchmessern von knapp 6mm und der
> Kapazität.

Lies mal den ganzen Diskussionsfaden durch, das wurde schon geschrieben.


> Es werden wird wohl so 30-50 mal gebraucht
Wenn du die paar Wochen nicht hast, um dich in Mikrocontroller 
einzuarbeiten, und auch später dieses Wissen nicht mehr brauchen kannst, 
würde ich auf einen solchen verzichten.


Meine Empfehlung für die Schaltung: Drei Knopfzellen mit nominal 1,5V, 
das sind am Ende der Lebensdauer immer noch 3,0V. Dann den LMC555 und 
die LEDs direkt über einen Vorwiderstand anschließen.


Jay Mo schrieb:
> -die LEDs haben eine Betriebsspannung von 2,9 V und eine Stromaufnahme
> von 2mA
Kannst du mal ein Datenblatt oder einen Link dazu geben.

Autor: Jay M. (jayhh)
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Die LEDs sind die LW L283.

Naja, hab ehrlich gesagt, mit CAD, CNC, + mein Job schon genug am Hut;) 
wie programmiert man so ein Teil?
Wird das (auch mittels PC) gemacht und die Datei (Programmierdatei) kann 
gespeichert / verschickt werden?
Wenn dem so wäre könnte / würde ich die Programmierung in andere Hände 
geben wollen. "Flashen" würde ich, wenn die Gegebenheiten so wären, auch 
selbst hinkriegen.

Hat der PR4401 auch einen Leckstrom der dauerhaft fliesst?
Wie ist es mit dem Controllern? Brauchen die dauerhaft Strom?

Zu den Knopfzellen:
Bin jetzt nicht am Rechner, aber was wohl funktionieren könnte (muss ich 
um CAD erst prüfen) wären 2 der Zink-Luft-Zellen in Reihe, sodass ich 
2,8V anliegen hätte. Mehr Batterien gehen leider nicht.

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
> Die LEDs sind die LW L283.
Die brauchen bei 2 mA nur 2,2 Volt.
Somit sollte eine 3V Lithium-Knopfzelle genügen.

> wie programmiert man so ein Teil?
> Wird das (auch mittels PC) gemacht und die Datei (Programmierdatei) kann
> gespeichert / verschickt werden?
Ja. Am PC programmiert, dann auf den Mikrocontroller übertragen 
(Flashen).

> Wenn dem so wäre könnte / würde ich die Programmierung in andere Hände
> geben wollen. "Flashen" würde ich, wenn die Gegebenheiten so wären, auch
> selbst hinkriegen.
Wer das Programm entwickelt sollte auch gleich die Schaltung machen. Das 
zu trennen ist eigentlich nicht sinnvoll.

> Hat der PR4401 auch einen Leckstrom der dauerhaft fliesst?
Wenn der PR4401 angeschlossen wird, dann startet er und braucht Strom. 
Wenn er nicht angeschlossen wird, braucht er keinen Strom.
Leckstrom in dem Sinne gibt es daher nicht.

> Wie ist es mit dem Controllern? Brauchen die dauerhaft Strom?
Ja, aber nur im Bereich 1µA. Bei einer Zelle mit 100mAh wären das 11 
Jahre.

> Bin jetzt nicht am Rechner, aber was wohl funktionieren könnte (muss ich
> um CAD erst prüfen) wären 2 der Zink-Luft-Zellen in Reihe, sodass ich
> 2,8V anliegen hätte. Mehr Batterien gehen leider nicht.
Hast du den Beitrag von Lukas gelesen? Stellt das kein Problem dar?

: Bearbeitet durch User
Autor: Jay M. (jayhh)
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Gelesen schon.
Ich weiss nicht ob das ein Problem ist.
Hab da NULL Praxiserfahrung mit.
Man sagt zwar dass die Zink-Luft Batterien nach anbrechen schnell zu 
gebrauchen sind, aber was heisst das?

Ich frag mich was halt besser ist, auch wenn es lagert und nicht 
gebraucht wird, ne Zink-Luft Batterie mit 105mAh oder bsp ne Alkaline 
LR521 mit 9mAh.

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
> Man sagt zwar dass die Zink-Luft Batterien nach anbrechen schnell zu
> gebrauchen sind, aber was heisst das?
Laut Wikipedia sind sie nach ein paar Wochen hinüber.

> Ich frag mich was halt besser ist, auch wenn es lagert und nicht
> gebraucht wird, ne Zink-Luft Batterie mit 105mAh oder bsp ne Alkaline
> LR521 mit 9mAh.
Alkaline ist schlecht, besser sind Lithium-Batterien. Silberoxid ist 
auch gut.
Und die LR521 ist auch kleiner wie die Hörgerätebatterie, daher nicht zu 
vergleichen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jay M. (jayhh)
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Es gibt leider nicht viel Auswahl von Knopfzellen mit einem Durchmesser 
von 5,8mm ;(
Die Höhe ist nicht gaaanz so wichtig.

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
> Es gibt leider nicht viel Auswahl von Knopfzellen mit einem Durchmesser
> von 5,8mm ;(

Wodurch sind die 5,8 mm gegeben?

Es gibt schon noch welche: SR64
http://www.reichelt.de/Knopfzellen-Silberoxid-Varta/VARTA-319/3/?ARTICLE=28059

Autor: Jay M. (jayhh)
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...durchs Gehäuse;(

Autor: Jay M. (jayhh)
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> Die minimale Eingangsspannung von 1,5V vom LMC555 unterschreitest du mit
> der Batterie unter Belastung auch. Daher würde ich dir zwei oder drei
> Batterien empfehlen.

Nochmal zu den NE555.
Was denn, wenn ich den PR4401 VOR den 555 schalte.

Sollte der nicht eine brauchbare Spannung für den 555 liefern, sodass 
ich den mit einer Knopfzelle betreiben kann?

Mir erscheint die Nummer mit dem 555 im Monostabil-Betrieb als FÜR MICH 
einfachste Lösung....

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Was soll es eigentlich werden, wenns fertig ist?

Jay Mo schrieb:
>> Daher würde ich dir zwei oder drei Batterien empfehlen.
Spricht da was dagegen?

> Nochmal zu den NE555.
> Was denn, wenn ich den PR4401 VOR den 555 schalte.

Ist eine gute Idee, aber leider wird die Ruhestromaufnahme dann im 
mA-Bereich sein.

Autor: Jay M. (jayhh)
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Wird mal eine Beleuchtung für einen (IN EINEN!) Winkelschrauberaufsatz.

Wir kann denn Ruhrstrom fliessen wenn Stromfluss erst zustande kommt, 
wenn ich den Taster betätige, der wiederum die Spannung an den PR4401 
anlegt?

Der 555 hinge doch hinter dem PR4401...

Ich bin grad ein wenig auf den CSS555C-IS von Jameco hängengeblieben.
Von der Grösse her echt noch ne challenge aber den kann man wohl 
komplett im Timing anpassen. Als Eingangsspannung reichen 1,2V aus.

Erfahrungen damit? Meinungen?

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
> Wird mal eine Beleuchtung für einen (IN EINEN!) Winkelschrauberaufsatz.
Dann ziehe die Energie doch aus der drehenden Welle.
Also einen Minigenerator.
Google mal nach Energy Harvesting.

> Wir kann denn Ruhrstrom fliessen wenn Stromfluss erst zustande kommt,
> wenn ich den Taster betätige, der wiederum die Spannung an den PR4401
> anlegt?
> Der 555 hinge doch hinter dem PR4401...
Ja, daher hängt der PR4401 die ganze Zeit an der Batterie und entlädt 
diese.

> Ich bin grad ein wenig auf den CSS555C-IS von Jameco hängengeblieben.
Sieht gut aus.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jay M. (jayhh)
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> Dann ziehe die Energie doch aus der drehenden Welle.
> Also einen Minigenerator.
> Google mal nach Energy Harvesting.

Hatte mich zu Anfang des Projektes mal damit beschäftigt, aber schnell 
verworfen, eben wegen der Baugröße.
Die Drehzahl eines in der Praxis betriebenen Winkelschraubers ist auch 
sehr variabel. 200Touren und weniger ;(


>> Ich bin grad ein wenig auf den CSS555C-IS von Jameco hängengeblieben.
> Sieht gut aus.

Wie ist es da mit Ruhestrom?

Hey echt jetzt...sorry sorry für die vielen Fragen!
Ist echt nicht so, dass ich mich nicht versuche da selber 
reinzuarbeiten.
Ist aber echt kompliziert für mich!

Deswegen Danke an alle, die mir da helfen!!!

Autor: Jay M. (jayhh)
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Ich bin halt soweit, dass die Einfache Ansteuerung der LEDs mittels 
Taster dort funktionieren könnte.
Würde auch alles gehen.
Nur ums halt (für mich) richtig geil hinzukriegen wäre das feature mit 
10sek nachleuchten großartig.

Ich schätze fast daran wird es scheitern:(

Autor: Alexander S. (esko) Benutzerseite
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Jay Mo schrieb:
>>> Ich bin grad ein wenig auf den CSS555C-IS von Jameco hängengeblieben.
>> Sieht gut aus.
> Wie ist es da mit Ruhestrom?
Steht auf der ersten Seite im Datenblatt in fetten roten Lettern.

Autor: egal (Gast)
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Ultra-Low-Power, Open-Drain, Single/Dual-Supply Comparators:
MAX971 Komparator  3,2µA  Open Drain Output  1,182V 1% Reference
MAX981 Komparator  3,2µA  Open Drain Output  1,182V 2% Reference
Gibt es im DIP8, SO8 und im 3,0 x 3,0 mm  µMAX8-Gehäuse,
den MAX972 sogar in 1,5 x 1,5 mm UCSP (hat aber keine Reference).

Am Eingang eine RC-Kombination, am Ausgang einen R für die LED, 
Versorgung über 3V-Lithium.

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