Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED via Transistoren oder Treiber IC?


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von Wolfgang (Gast)


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Hallo!
Bin gerade dabei die Platinen für eine 250mm Led 7Segment Anzeige zu 
designen. Gerade eben, als nun endlich alles fast fertig wäre, fiel mir 
allerdings folgendes auf:

Momentan sind die einzelnen LED Segmente mittels NPN Transistoren an die 
Ausgänge des Controllers angeschlossen (MAX6954). Der Controller liefert 
hier für insgesamt 8 Stk 7Segment Anzeigen mit gemeinsamer Kathode die 
gemultiplexten Signale. Die einzelnen Segmente setzten sich aus jeweils 
14 bis 25 Leds (je nach Größe) zusammen und sind derzeit mittels NPN / 
PNP Transistoren samt Vorwiderständen angeschlossen. Als Versorgung 
dient ein 24V Netzteil. Für die korreketen Spannungen der einzelnen 
Segmente sorgen ebenfalls Vorwiderstände. Funktioniert auch alles 
grundsätzlich..

Nun zum Problem:
Wenn nun (aus welchen Gründen auch immer) eine LED defekt wird, ändert 
sich doch auch der Spannungsabfall am Versorgungs-Vorwiderstand und 
somit der Strom für das jeweilige Segment - das wäre natürlich tragisch 
und würde doch schlussendlich dazu führen, dass alle LEDs des Segmentes 
sterben... oder irre ich mich hier?

Nun hab ich als Problemlösung an den ULN2803 oder wenn verfügbar auch 
den UDN2981 gedacht - einer pro 7-Segment Ziffer.
Bin ich hier auch auf dem Holzweg?

Danke für Eure Hilfe!!

LG Wolfgang

von Falk B. (falk)


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@Wolfgang (Gast)

>Wenn nun (aus welchen Gründen auch immer) eine LED defekt wird, ändert
>sich doch auch der Spannungsabfall am Versorgungs-Vorwiderstand

Kommt auf die Schaltung an? Bei eine Reihenschaltung müsste die LED 
dabei einen Kurzschluss bilden. Meist brennen sie aber durch und sind 
unterbrochen.

>somit der Strom für das jeweilige Segment - das wäre natürlich tragisch
>und würde doch schlussendlich dazu führen, dass alle LEDs des Segmentes
>sterben... oder irre ich mich hier?

So schnell stirbt niemand. Poste einen Schaltplan, siehe Netiquette.

>Nun hab ich als Problemlösung an den ULN2803 oder wenn verfügbar auch
>den UDN2981 gedacht - einer pro 7-Segment Ziffer.
>Bin ich hier auch auf dem Holzweg?

Der ist nicht besser oder schlechter als Einzeltransistoren.

von Frank K. (fchk)


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Wolfgang schrieb:

> Wenn nun (aus welchen Gründen auch immer) eine LED defekt wird, ändert
> sich doch auch der Spannungsabfall am Versorgungs-Vorwiderstand und
> somit der Strom für das jeweilige Segment - das wäre natürlich tragisch
> und würde doch schlussendlich dazu führen, dass alle LEDs des Segmentes
> sterben... oder irre ich mich hier?

Wenn der Defekt zu einer Unterbrechung führt: nicht, dann ist das ganze 
Segment dunkel.
Wenn der Defekt zu einem Kurzschluss führt: ja, der Strom wird 
ansteigen, aber ob das gleich zu einem Defekt der anderen LEDs führt, 
hängt von den konkreten Rahmenbedingungen ab.

> Nun hab ich als Problemlösung an den ULN2803 oder wenn verfügbar auch
> den UDN2981 gedacht - einer pro 7-Segment Ziffer.

Nützt nichts. Das sind nur andere Verpackungen für den Transistor. Was 
hilft, sind  Chips mit Konstantstromausgängen. Beispiel: TLC5940. Dann 
wird die Spannung am betroffenen Ausgang nachgeregelt, bis wieder der 
definierte Strom fließt. Vorwiderstände brauchst Du in diesem Fall 
nicht. Plus: Du kannst softwaremäßig Defekte (Überstrom, Unterbrechung) 
feststellen.

fchk

von Wolfgang (Gast)


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Hallo!
Vielen Dank für Eure Tips - leider war ich die letzten Wochen sehr 
beschäftigt und das Ganze ist etwas in Vergessenheit geraten..
Ich hab nun den Auszug aus dem Schaltplan im Anhang hochgeladen (2 
Segmente der 7-Segment Anzeigen - 14 LEDs pro Segment, 24V Versorgung)

Die Anschlüsse CC,A und B sind jeweils an die Treiber-Ausgänge des 
MAX6954 (PIN O0 bis O18) angeschlossen. Insgesamt sollen auf diesem Wege 
8 Stk 7-Segment Anzeigen angeschlossen werden.

Kann der Aufbau prinzipiell in diese Richtung (NPN/PNP Transistoren) 
gehen, oder sollte man doch noch über eine Alternative nachdenken?
Was meint Ihr?

Bei den Transistor-Typen habe ich mich noch nicht festgelegt - der 
Schaltplan entspricht jedoch dem Aufbau auf dem Steckbrett und würde 
soweit funktionieren.

Danke für Eure Hilfe!

LG Wolfgang

von Wolfgang (Gast)


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Hallo!

Nach weiteren Versuchen und Tests stelle ich mittlerweile das ganze 
Funktionsprinzip in Frage.. Kann die Ansteuerung der LEDs überhaupt wie 
im oberen Schaltplan dargestellt erfolgen?

Aufbau:
An den Treiber Ausgängen des MAX6954 (PIN O0 bis O10) liegt jeweils 
entweder GND für den CC-PIN oder +3V für das jeweilige Segment 
(insgesamt 8Stk 7-Segment Anzeige).
Pro 7 Segment Anzeige sind 7 NPN- und 1 PNP-Transitor vorgesehen.
Der PNP Transistor schaltet bei GND durch, die NPN Transistoren bei +3V.
Sofern alle 7 Segmente leuchten, sollten doch über die CE-Strecke des 
PNP Transistors ca. 280mA fließen (2 Led Stränge pro Segment mit je 
20mA) - irre ich mich da? Geplant wären hierfür jetzt BC327 anstelle der 
BC557.

Im oberen Schaltplan sind lediglich 2 Segmente einer Ziffer (der 
insgesamt 8 Ziffern) dargestellt.

An die Ausgänge des MAX6954 sind dann schlussendlich pro Ausgang (O0 bis 
010 wird verwendet) folgende Transistoren angeschlossen (siehe "Table 4. 
Connection Scheme for Sixteen 7-Segment Digits" auf Seite 8 des 
Datenblatts):

Ausgang MAX6954: Stk Transitoren
O0: 6NPN, 1PNP
O1: 1PNP
O2: 6NPN, 1PNP
O3: 4NPN, 1PNP
O4: 6NPN, 1PNP
O5: 6NPN, 1PNP
O6: 6NPN, 1PNP
O7: 2NPN, 1PNP (es werden insgesamt nur 2 Punkte - "DP" benötigt)
O8: 8NPN
O9: 8NPN
O10: 8NPN

Bin ich hier auch auf dem Holzweg?

Danke für Eure Hilfe!

LG Wolfgang

von Helge A. (besupreme)


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Wolfgang schrieb:
> Bin ich hier auch auf dem Holzweg?

Es könnte eins fatal werden: Sobald ein Ausgang in Z-Zustand ist, 
schalten sowohl die npn als auch die pnp an diesem Ausgang durch.

Der MAX6954 kann hohe Ströme nach GND schalten, damit läßt sich die 
Schaltung vereinfachen. Wenn du dir Sorgen um die LED im Fehlerfall 
machst, bietet sich der Betrieb über Konstantstrom an. Ich würde es 
ungefähr so versuchen wie im angehängten Bild. Gezeigt nur a,b von 
Ziffer 1.

--

Ist es nicht einfscher, Schieberegister gleich auf die Anzeigeplatinen 
zu setzen? - So ist das ganze ein manuelles demultiplexen und recht 
aufwändig.

: Bearbeitet durch User
von Ulrich H. (lurchi)


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Wenn man die Anzeigen gemultiplext betreiben will, reicht es für jede 
Stelle einen PNP (ggf. etwas größer) und einen NPN Transistor, sowie für 
jedes der 7+dp Segmente einen NPN-Transistor (oder 1/8 den ULN2803) zu 
nutzen. Die DPs könnten ggf. eine extra Diode vertragen. Gemultiplext 
wird ggf. auch mehr als 20 mA als Strom benötigt - das hängt aber von 
der Helligkeit und den LEDs ab.

Man muss also nicht für jeden LED String einen eigenene Transistor 
haben.

Die Alternative Ansteuerung wäre ohen das extra Controller IC, einfach 
mit Schieberegistern (z.B. 74HC595, eines je Stelle) und dann je Segment 
einen Treiber (NPN, kleiner MOSFET, oder 1/8 ULN2803). Es gibt da auch 
gleich schieberegister mit Treiber als ein IC (z.B. tpic6c595). Ohne 
Multiplexing reichen da dann auch 20 mA (oder weniger) je LED. Wenn viel 
Intensität benötgt wird ist dies die Methode der Wahl.

von Helge A. (besupreme)


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Ulrich H. schrieb:
> Man muss also nicht für jeden LED String einen eigenene Transistor
> haben.

Für Konstantstrom..??

Obwohl, wie geschrieben, Einzelansteuerung mit Schieberegister hier eh 
einfacher sein dürfte, als das gemultiplexte Signal wieder zu 
zerpflücken.

von Wolfgang (Gast)


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Hallo!
Erstmal vielen Dank für eure Einwände und Tips!
Dann bin ich ja doch nicht so falsch gelegen - das ist ja zumindestens 
mal was.. :)

Leider ist die ganze Ansteuerung inkl Webinterface schon fertig und 
deshalb scheidet die Lösung über Schieberegister leider sogut wie aus :/
werde die Signale händisch zerpflücken müssen..

Bzgl. des Z-States - Im schlimmsten Fall würden dann ja nur einige 
Segmente irrtümlich leuchten, oder? Es sollten allerdings immer alle 8 
Stellen aktiv sein - theoretisch gibt es diesen Zustand dann nicht, da 
alle PINS vom Controller angesteuert werden - irre ich mich da?

Ulrich H. schrieb:
> Wenn man die Anzeigen gemultiplext betreiben will, reicht es für jede
> Stelle einen PNP (ggf. etwas größer) und einen NPN Transistor, sowie für
> jedes der 7+dp Segmente einen NPN-Transistor (oder 1/8 den ULN2803) zu
> nutzen. Die DPs könnten ggf. eine extra Diode vertragen. Gemultiplext
> wird ggf. auch mehr als 20 mA als Strom benötigt - das hängt aber von
> der Helligkeit und den LEDs ab.

Für den CC PIN also einen zusätzlichen NPN Transistor? Würde es nicht 
auch mit einem PNP allein funktionieren?
Über Dioden hab ich nachgedacht - bin aber hier zu keinem eindeutigen 
Ergebnis gekommen - warum gerade für die DP Pins?

Danke!

LG Wolfgang

von Helge A. (besupreme)


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Wolfgang schrieb:
> Bzgl. des Z-States

Wenn du in deinem Probeaufbau kein Flimmern oder Ghosting gesehen hast, 
ist alles OK.

Für gleichmäßige Helligkeit auch bei schwankender Betriebsspannung würde 
ich jedem der 7-LED-Streifen einen npn für 20mA Konstantstrom 
spendieren, wie in meinem Vorschlag weiter oben. Im Gegenzug lassen sich 
ein paar pnp's sparen, weil in O0 - O7 ja relativ viel Strom 
hineinfließen darf (siehe Bild).

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