Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LED Serienschaltung mittels Transistor schalten


von Sebastian F. (sf-e)



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Hallo Freunde der Analogtechnik,

ich habe des öfteren schon den LED-Treiber LM3409 von TI verwendet. Dort 
ist zur Dimmung eine Variante mit einem parallelen FET zu den LEDs 
dargestellt. Nun kam mir die Idee diese Variante zu erweitern und z.B. 
in einer LED-Reihenschaltung mehrere dieser parallel FETs zu verwenden. 
Im Anhang habe ich meine Idee als Bild und LTSPICE Datei angehängt.
I1 ist hierbei der LED-Treiber mit einem Ausgangsstrom von 0,7A. Die 
Eingangsspannung V1 beträgt 24V.
Die Steuerspannungen V2, V3 und V6 werden durch eine Chargepump erzeugt 
und betragen das Doppelte der Spannung V1. Bei Verwendung von 24V an V1 
wird als Steuerspannung 48V erzeugt. Dies bringt mir jedoch ein Problem, 
bei der Ansteuerung der FETs. Diese vertragen nur eine VGS von maximal 
20V. Die Schaltung kann ich somit nicht verwenden. Jetzt bin ich auf der 
Suche nach einer Spannungsbegrenzung oder einer anderen 
Ansteuerungsmöglichkeit. Eine Bootstrapschaltung würde mir nicht 
weiterhelfen, da die LEDs auch dauerhaft an und dauerhaft ausgeschaltet 
sein sollen.
Ich habe in einer Application Note eine Ansteuerung mittels Kondensator 
gesehen, wie im zweiten angehängten Bild. Das ermöglicht mir jedoch auch 
keine dauerhaften Ein- bzw. Auszustände.
Wie kann ich an jedem FET Gate eine Spannung erzeugen, die um 3-5V höher 
als die Sourcespannung ist. Das müsste doch mit einer Chargepump 
funktionieren, oder?
Die Bauteilnamen sind nur LTSPICE entnommen und entsprechen nicht den 
real verwendeten.

MfG Sebastian

von Sebastian F. (sf-e)


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Hallo nochmal,

wäre diese hohe Steuerspannung bei einem NPN auch ein Problem? Den Strom 
könnte ich durch einen Basiswiderstand begrenzen. Damit würden der 
Großteil der 48V an diesem abfallen. Das würde aber bedeuten, dass ich 
gar keine Chargepump bräuchte, sondern die maximale Vorwärtsspannung der 
LEDs nur um die VBE des NPN kleiner sein müsste, um die Eingangsspannung 
als Steuerspannung zu verwenden. Ist das richtig?

MfG Sebastian

: Bearbeitet durch User
von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
um die FET potentialfrei anzusteuern, würde ich Optokoppler nehmen und 
damit die Gates direkt mit Ub von ganz oben ansteuern.
Umgekehrte Logik geht auch, dann schaltet man mit den Optokopplern die 
gatespnnung gegen Saource kurz.

Natürlich braucht es dazu passende Vorwiderstände und Schutzbeschaltung 
gegen Source, damit kein Gate von der Überspannung zerhackt wird.
Gruß Öletronika

von Sebastian F. (sf-e)


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Hallo Ölektronika,

vielen Dank für deinen Beitrag. Die FETs potentialfrei anzusteuern ist 
ja nicht mein Ziel, sondern sie so anzusteuern, dass die VGS von maximal 
20V eingehalten wird. Wenn ich jedoch die Eingangsspannung von 24V als 
Gatespannung verwende und schalte alle FETs gleichzeitig ein, dann 
liegen alle mit ihrer Source fast auf GND und die VGS wäre somit größer 
als 20V.
Was wäre bei dir eine  Schutzbeschaltung gegen Source?

MfG Sebastian

von U. M. (oeletronika)


Angehängte Dateien:

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Hallo,
das Gate muß eben so festgeklemmt werden, dass Ugd nicht größer wird, 
als zulässig. Kamm man z.B. mit Z-Doden machen.
Gruß Öletronika

von Sebastian F. (sf-e)


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Hallo,

die Lösung hatte ich auch schon betrachtet, aber verworfen, da dies den 
Strom für die Schaltvorgänge am Gate erheblich begrenzt und mir damit 
die Flankensteilheit kaputt macht. Das ist einer der Vorteile dieser 
Parallelschaltung, damit sind wesentlich höhere PWM-Frequenzen möglich. 
Bei mir ist mit PWM-Frequenzen zwischen 100kHz und 1MHz zu rechnen.

MfG Sebastian

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Sebastian Freidank schrieb:
> Bei mir ist mit PWM-Frequenzen zwischen 100kHz und 1MHz zu rechnen.
davon war bisher nicht die Rede. Du hast nur was davon geschrieben, dass 
du auch Dauerbetrieb wünschst.

Ansonsten weiß ich nicht, was der der Sinn der ganzen Aktion sein soll
und warum du unbedingt dieses Konzept umsetzen willst.
Gruß Öletronika

von Sebastian F. (sf-e)


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Hallo,

der Sinn dieses Konzepts ist letztendlich schnell zu schalten und damit 
eine möglichst hohe Linearität zwischen PWM-Dutycycle und Helligkeit zu 
erhalten. Bei 10 kHz PWM bräuchte ich z.B. um bis 1% Dutycycle noch 
linear zu sein eine Flankensteilheit, die einem Sinus von 1MHz 
entspricht.

MfG Sebastian

von MaWin (Gast)


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Sebastian Freidank schrieb:
> Hallo,
>
> der Sinn dieses Konzepts ist letztendlich schnell zu schalten und damit
> eine möglichst hohe Linearität zwischen PWM-Dutycycle und Helligkeit zu
> erhalten. Bei 10 kHz PWM bräuchte ich z.B. um bis 1% Dutycycle noch
> linear zu sein eine Flankensteilheit, die einem Sinus von 1MHz
> entspricht.
>
> MfG Sebastian

I1 ist eine Konstantstromquelle.

Die funktioniert nur in der Theorie in Spice so gut.

In der Praxis muss die den Spannungabfall nachregeln, und das macht soe 
erhebliche langsamer als mit 1MHz.

Damit ist die Lösung GERADE für das, was du vor hast, vollkommen 
unbrauchbar.

Einfach 3 mal je 2 LEDs (die zusammen ca. 7.2V benötigen) über einen 
(für 0.7A passenden) Vorwiderstand von 6.8 Ohm/5W an 12V, die per MOSFET 
an Masse geschaltet werden und du hast ohne Probleme eine sehr schnell 
schaltende Lösung.

  12V
   |
  6R8
   |
   +--|>|--|>|--+
                |
 PWM ----------|I MOSFET wie IRLML2060
                |S
              Masse

von Sebastian F. (sf-e)


Angehängte Dateien:

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Hallo,

das Konzept ist genau dafür gedacht. Das habe ich mir ja nicht 
ausgedacht, sondern ist aus dem Datenblatt des LM3409 und aus der 
Application Note 1953 zum EvalBoard. Das habe ich auch schon auf einer 
Platine aufgebaut und es funktioniert ganz gut. Die Spannung ist in 
diesem Fall relativ egal, da die Helligkeit durch den Strom beeinflusst 
wird und dieser ist maßgeblich von der Induktivität abhängig und wird 
eben je höher die Induktivität ist recht konstant gehalten. Sieht man ja 
in den angehängten Bildern auch schön. Diese sind übrigens nicht 
simuliert, sondern vom Evalboard aufgenommen, das steht auch irgendwo im 
Datenblatt.
Mittlerweile habe ich meine Idee von oben mit den drei bzw. vier 
Transistoren ebenfalls aufgebaut und ausprobiert. Es funktioniert halt 
bis ca. 12V Eingangsspannung, was durch die Chargepump ca. 24V an VGS 
bedeutet, dannach gehen die FETs kaputt. Ich habe vier LEDs (RGBW) in 
Reihe und kann damit jede Farbe einzeln steuern. Jetzt wäre es natürlich 
von Vorteil mehr als eine LED einer Farbe zu benutzen.
Dein Vorschlag mit einem Widerstand würde die Sache natürlich 
erleichtern, jedoch ist die Effizienz mit der eines Schaltreglers nicht 
zu vergleichen.
Es geht mir auch nicht um das Konzept, sondern ob es eine Lösung für die 
Ansteuerung der FETs gibt.

MfG Sebastian

von sf-e (Gast)


Angehängte Dateien:

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Hallo,

mittlerweile hat TI genau so einen Chip entwickelt, der meine Idee 
verwendet. Das ist der TPS92661-Q1. Dann werde ich mir den mal genauer 
ansehen. Im Anhang das Datenblatt dazu.

MfG Sebastian

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