Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM Spitzen glätten bei kleinem dutycycle und batteriebetrieb


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von Markus (Gast)


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Hallo,
Ich verwende häufig PWM zum dimmen von LEDs nun habe ich eine 
Taschenlampe generalüberholt und einen Treiber selbstgebaut. Der Treiber 
ist nur ein Controller und Paar parallele nfets.
Bei 100% dutycycle fließen 4A das ist im Rahmen, das Problem ist nur 
wenn ich dutycycle 5% habe dann sind die Spitzen enorm hoch um die 10A. 
Liegt daran das die Spannung ohne Last nicht einbricht und somit bei 
vollem Akku 4V anliegen im Vergleich zu 3.6V unter Last.
PWM Frequenz 9kHz.
Ich habe leider keine Ahnung was ich tun könnte um das platzsparend zu 
lösen.

Eine Dicke Spule in Reihe? Würde das helfen, wie soll ich die 
dimensionieren.

von Arsenico (Gast)


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Strom begrenzen … Fet bei mehr als 4 A abschalten !

von Markus (Gast)


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Wie?

von chloro (Gast)


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mit LC oder ohne?

von Markus (Gast)


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Ich bin um jeden Tipp dankbar.
Bitte in ganzen Sätzen Antworten damit ich eine Chance habe es zu 
verstehen.

von syn (Gast)


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>Liegt daran das die Spannung ohne Last nicht einbricht und somit bei
>vollem Akku 4V anliegen im Vergleich zu 3.6V unter Last.

Bau einen Widerstand mit 1 Ohm oder weniger in die Led Leitung so das 
der Strom bei 4 Volt Akku spannung nur ca. 4 Ampere groß werden kann.
Zwar wird der LED-Strom kleiner wenn der Akkuspannung unter Last kleiner 
wird aber da must du eben einen Kompromis finden.

von Krangel (Gast)


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Mahlzeit,

zeig doch mal ein Schaltbild deines Treibers und wie misst du die 10A 
Stromspitzen?

Grüße

von Udo S. (urschmitt)


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Warum fliessen durch Leds 4A Dauer aber bei kurzen Dutycycle 10A. Das 
ist bei gleicher Spannung unmöglich, ausser in oder vor der Led ist ein 
zusätzlicher Spannungs/Stromwandler.
Wer misst misst Mist?

von Markus (Gast)


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Ganz einfach wenn ich konstantspannung 4V oder sogar 4.2V anlege fließen 
12A.
Nutze ich einen mittelguten standard 18650 Akku bricht die Spannung Im 
Betrieb soweit ein das nur wenige A Fließen. Bei einem IMR Akku sind 
auch kurzzeitig die 12A dauerstrom drin.

Soweit so gut alle Messungen sind richtig, ich habe ein DMM mit extra 
dicken angefertigten messleitungen fürs Messen von Strömen. Das sollten 
wir als Prämissen nehmen. Ich weiß, dass das extrem klingt und das ist 
auch so, die Hitze ist abartig 30W auf einer kleinen Taschenlampe zu 
verbraten hält die Hände warm.
Ich habe alles so ausgelegt das möglichst kleine Widerstände(20mohm) 
entstehen um das ganze möglichst hell zu gestalten, das war und ist  das 
Hauptziel.
Schaltung ist ein tiny13 und ein paar nfets, alles auf smd aufgebaut. 
Ich werde vermutlich eine neue Platine fertigen lassen und würde daher 
gerne in der nächsten iterarion auch eine Lösung für die Stromspitzen 
findend ich in Hinsicht auf eine sinnvollere nicht so extreme 
Treibervariante.


Mein Problem entsteht in den kleinen dutycycles, ich spiele mit dem 
Gedanken einen kleinen konstanstromregler mit einigen hundert mA für 
einen niedrigeren Modus zu nutzen und einfach umzuschalten. Was ich 
bisher finden konnte ist ein sot89 linear stromquelle mit der 
Bezeichnung 7135, der benötigt keine weiteren Bauteile und liefert 
380mA.

Allerdings löst das mein Problem nicht komplett.
Eine Spule sollte doch die spitzen dämpfen und den vollen Strom nicht zu 
sehr hindern.

von Falk B. (falk)


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@ Markus (Gast)

>Ganz einfach wenn ich konstantspannung 4V oder sogar 4.2V anlege fließen
>12A.

There is your mistake!

Man legt keine Konstantspannung an eine LED an! Punkt!
Man braucht eine Konstantstromquelle fuer Power LED, wenn gleich man 
sich bei 4V Akkuspannung was einfallen lassen muss.

>Soweit so gut alle Messungen sind richtig, ich habe ein DMM mit extra
>dicken angefertigten messleitungen fürs Messen von Strömen.

Seit wann misst ein DMM PULSströme? Dicke Leitung zum Messgerät ist 
Unsinn. Das Zauberwort heißt Vierdrahtmessung!

http://de.wikipedia.org/wiki/Vierdrahtmessung

>auch so, die Hitze ist abartig 30W auf einer kleinen Taschenlampe zu
>verbraten hält die Hände warm.

Und killt beizeiten die LED, wenn die Wärme nicht ausreichend 
"niederohmig" abgeführt werden kann ;-)

>Ich habe alles so ausgelegt das möglichst kleine Widerstände(20mohm)
>entstehen um das ganze möglichst hell zu gestalten, das war und ist  das
>Hauptziel.

Jaja, KdF!

>Schaltung ist ein tiny13 und ein paar nfets, alles auf smd aufgebaut.

Aber leider ohne gescheites Konzept.

>Ich werde vermutlich eine neue Platine fertigen lassen und würde daher

Erstellle lieber erstmal eine WIRKLICH solide Schaltung und teste diese. 
Dann kannst du neue bestellen.

>Eine Spule sollte doch die spitzen dämpfen und den vollen Strom nicht zu
>sehr hindern.

Nur, wenn man es richtig macht.

von Markus (Gast)


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Naja blöde Sprüche klopfen können hier viele loser.
Es gibt keine Konstantstromquellen die das können! keine!
Die Platine ist 15mm im Durchmesser und 5mm dick inklusive aller 
Bauteile, und eine Winzige Lampe über 3000lm hell zu bauen ist 
einzigartig, das ist das Konzept und das funktioniert besser als ich es 
erwartet habe.

Ich möchte es nur verbessern, daher frage ich hier um Rat.

von Primex (Gast)


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Hallo Markus,
ich befasse mich in meinem Studium mit hochleistungs LEDs und deren 
Beschaltung für den Dauerbetrieb. Dazu verwende ich ebenfalls die 
amerikanischen 18650 LI-ION Akkus.

Meine derzeitige Arbeit basiert auf einem ATtiny84 (für "nur leuchten" 
tuts sicherlich auch ein tiny10 oder 5, musst mal schauen ob die PWM und 
ADC können) welcher die PWM frequenz ausgibt und über ein Poti geregelt 
wird.
Das PWM Signal geht über einen Spannungsteiler als Referenzspannung an 
einen LM358, der widerum einen MOSFET ansteuert. Feedback bekommt der 
LM358 über einen 0,1Ohm Shunt-Widerstand zwischen Sources des FETs und 
Masse.
Die Spannung über den Shunt wird mit der Referenzspannung verglichen und 
der MOSFET enstprechend nachgeregelt. Siehe hierzu den Plan im Anhang

Den Experten hier im Forum fällt nun auf, dass die Schaltung kleine 
Tücken birgt. Sie ist nicht 100% präzise und der Regelkreis hinkt leicht 
wegen der GateLadung und dem übersteilen PWM Signals am OP nach. Zur 
Folge hat das ein kurzweiliges Überschwingen des Regelkreises.

Grundlegens funktioniert es aber zum "herumleuchten" ganz gut. Hierbei 
musst du allerdings drauf achten, dass im MOSFET die überschüssige 
Spannung in Hitze verwandelt wird --> Kühlen!
Durch das PWM schaltest du den Strom der LEDs schnell an und aus, im 
on-cycle ist er jedoch relativ konstant, auch wenn du 4,7 oder 12V 
anschließt.

Die näcste Stufe wäre aus dem PWM Siganl eine konstante Spannung in den 
OP zu füttern, um den Strom durch die LEDs und den FET zu regulieren, 
anstatt in an/auszuschalten. Daran arbeite ich gerade und suche nach 
einer Lösung.

Ob meine Lösung allerdings auf deine kleine Platine passt.... In SMD 
vielleicht!?! Hierbei aber unbedingt auf die Kühlung des FETs achten.


Grundlegend würde mich die Lampe mal interessieren. Gibts davon Bilder?

Gruß
Felix

von Primex (Gast)


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P.S.: Die Schaltung läuft stabil bis Dutycycles von rund 1%-100%.

von Falk B. (falk)


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@Primex (Gast)

>einen LM358, der widerum einen MOSFET ansteuert. Feedback bekommt der
>LM358 über einen 0,1Ohm Shunt-Widerstand zwischen Sources des FETs und
>Masse.

Schon mal besser, aber es fehlt die Kompensation der Regelschleife. Die 
KANN zufäälig auch so schon gegeben sein, weil der LM358 recht gemütlich 
ist, muss es aber nicht.

>Tücken birgt. Sie ist nicht 100% präzise und der Regelkreis hinkt leicht
>wegen der GateLadung und dem übersteilen PWM Signals am OP nach. Zur
>Folge hat das ein kurzweiliges Überschwingen des Regelkreises.

Was man mit einer Kompensation leicht korrigieren kann.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor

>Grundlegens funktioniert es aber zum "herumleuchten" ganz gut.

Dazu reicht auch ein Streichholz . . .

>musst du allerdings drauf achten, dass im MOSFET die überschüssige
>Spannung in Hitze verwandelt wird --> Kühlen!

Was aber gerade für Battriebetrieb eher unerwünscht ist. Hier sollte man 
zu einem Schaltregler greifen, was aber bei 4V Akkuspannung und 3,3V 
LED-Nennspannung schon problematischer wird.

>Die näcste Stufe wäre aus dem PWM Siganl eine konstante Spannung in den
>OP zu füttern, um den Strom durch die LEDs und den FET zu regulieren,
>anstatt in an/auszuschalten. Daran arbeite ich gerade und suche nach
>einer Lösung.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation#DA-Wandlung_mit_PWM

>Ob meine Lösung allerdings auf deine kleine Platine passt.... In SMD
>vielleicht!?! Hierbei aber unbedingt auf die Kühlung des FETs achten.

Die LED muss auch gut gekühlt werden.

von Primex (Gast)


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Falk Brunner schrieb:
> Was man mit einer Kompensation leicht korrigieren kann.
>
> 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor

Den Artikel ahbe ich bereits gelesen, mir ist jedoch nicht ganz klar, 
wie ich auf die Werte für den Kompensationskondensator und den 
Widerstand komme.
In der Anleitung steht etwas von probieren, so ganz ohne Daumenwert und 
wenig Erfahrung kann man eine Menge probieren. Der Ansatz für die 
Bestimmung wäre hilfreich.
Außerdem: Verzerrt das nicht ein wenig, dass von mir gewollte "harte" 
signal (Die Kontinuität der Lichtstärke während der On-zeit ist bei mir 
im Vordergrund)

Falk Brunner schrieb:
>>Die näcste Stufe wäre aus dem PWM Siganl eine konstante Spannung in den
>>OP zu füttern, um den Strom durch die LEDs und den FET zu regulieren,
>>anstatt in an/auszuschalten. Daran arbeite ich gerade und suche nach
>>einer Lösung.
>
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation#DA-Wandlung_mit_PWM

Habe ich ebenfalls gelesen, bei meinem Testaufbau mit einem RC Glied und 
zwei Gliedern hintereinander an einen OP als Spannunsgfolger ergaben 
sich leider recht unplausible Werte als Referenzsspannung am zweiten OP. 
Teste das gerade noch weiter.

von Primex (Gast)


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Die Testreiher ist abgeschlossen. Für mein projekt ist die Verwendung 
eines Sallen Key Filters als Tiefpass zweiter Ordnung die am besten 
geeignete Variante. Zwei RC Glieder hintereinander ergaben ähnliche 
Werte, jedoch scheint der Sallen Key etwas stabiler zu sein.
Die von mir gewählte Grenzfrequenz beträgt 20Hz.

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