Ich hab ne lange Leitung (100m 5V)

[Daniel S. (daniel_s742)]

Moin moin,

Hinter dem etwas humoristisch gemeinten Topic verbirgt sich eine  ernst 
gemeinte Frage.
Und zwar geht es um die Beleuchtung meiner Auffahrt. Maximale Entfernung 
sind in etwa 100m. Auf dieser Länge verteilt sind einzelne Lampen mit 
LEDs inkl. Vorwiderstand, die alle parallel an der Spannungsversorgung 
hängen. Ausgelegt ist das ganze auf 5V. Aufgrund des 
Leitungswiderstandes kommen am Ende auch nur noch 3V und ein bisschen 
was an. Bisher hat das auch gelangt. Nicht sonderlich hell, aber seinen 
Zweck hat es erfüllt. So viel zum Szenario.

Nun trage ich mich mit dem Gedanken die LEDs durch Neopixel-LEDs zu 
ersetzen. RGB-LED, die es gilt per µC anzusprechen. In meiner Bastelecke 
funktioniert das auch wie gewünscht, nur denke ich mir, daß ich auf die 
100m wohl Probleme bekommen werde.

Daher such ich nun nach Strategien möglichst 5V bis ans Ende zu bringen.

Erster Gedanken war, ich könnte 12V oder 24V parallel laufen lassen und 
in regelmäßigen Abständen mit einem Linearregler 5V draus machen und 
diese in die 5V Leitung speisen. Ob das überhaupt so funktioniert bin 
ich mir auch nicht ganz im Klaren; ich hab damit aber auch ein anderes 
"Problem":

Ich möchte das gerne so effizient wie möglich gestallten. Der Witz bei 
den LEDs ist ja unter anderem, daß die nicht so viel Energie fressen und 
von daher gern die Nacht über laufen können. Und nun möchte ich mir 
natürlich keine unnötigen Energiefresser (ein-)bauen.



Würde mich freuen, wenn sich jemand zu meiner Problemstellung äußern 
könnte. Evtl. gibt es ja einen effizienten Weg sicherzustellen, daß 5V 
überall da ankommen, wo die gebraucht werden.


VG Daniel

[Dennis (Gast)]

https://www.hs-esslingen.de/fileadmin/medien/mitarbeiter/mack/Grundlagen_der_Elektrotechnik.pdf

[Thomas E. (picalic)]

Eine Möglichkeit wäre, einfach dickere Kabel zu nehmen.

[Sascha_ (Gast)]

Daniel S. schrieb:

> Ich möchte das gerne so effizient wie möglich gestallten. Der Witz bei
> den LEDs ist ja unter anderem, daß die nicht so viel Energie fressen und
> von daher gern die Nacht über laufen können. Und nun möchte ich mir
> natürlich keine unnötigen Energiefresser (ein-)bauen.

Warum man die effizienten LEDs dann lange laufen lassen muss damit der 
Stromverbrauch ja nicht sinkt, erschließt sich mir nicht.

Warum die 100m ein Problem sein sollten, auch nicht. 2,5mm² NYM Kabel 
verlegen.

[Noch einer (Gast)]

Je komplizierter, desto mehr Ausfälle. In den Lampengehäusen hast du 
Temperaturen und Feuchtigkeit, extremer als in einem Auto.

Sicher kannst du effiziente 24Volt DC-DC Wandler vom Ebay-Chinesen 
benutzen. Kannst auch den Mikrocontroller im Lampengehäuse unterbringen.

Soll es Jahrzehnte funktionieren, wird es aber teuer. Du brauchst 
Bauteile, die für die Temperaturunterschiede ausgelegt wurden. Und 
Gehäuse, in denen sich kein Kondenswasser bildet.

[Mw E. (Firma: fritzler-avr.de) (fritzler)]

24V aufs Kabel und die LEDs mit einem Schaltnetzteil im KSQ Betrieb 
betreiben.

Bei den WS2812 dann eben auf 5V KOnstantspannung das SNT und die Daten 
auf die 24V aufmodulieren.

5V über 100m kann man knicken ...

[m.n. (Gast)]

Höhere Spannung verwenden und LEDs teilweise in Reihe schalten.
Alternativ lokale Schaltregler vorsehen, wenn mit Effizienz die 
elektrische Leistung und nicht die Kosten gemeint sind.

[Wolfgang (Gast)]

Daniel S. schrieb:
> Daher such ich nun nach Strategien möglichst 5V bis ans Ende zu bringen.
>
> Erster Gedanken war, ich könnte 12V oder 24V parallel laufen lassen und
> in regelmäßigen Abständen mit einem Linearregler 5V draus machen und
> diese in die 5V Leitung speisen. Ob das überhaupt so funktioniert bin
> ich mir auch nicht ganz im Klaren; ich hab damit aber auch ein anderes
> "Problem":
> Ich möchte das gerne so effizient wie möglich gestallten.

Warum gehen deine Gedanken ausgerechnet in Richtung Linearregler, wenn 
du auf Effizienz aus bist? Dafür sind Schaltregler prädestiniert.

Pro Regler kostet dich das vielleicht 70ct.

[Wolfgang (Gast)]

m.n. schrieb:
> Höhere Spannung verwenden und LEDs teilweise in Reihe schalten.

Bei Neopixel LEDs ...
Neopixel "LEDs" sind integrierte Schaltungen, die neben Ansteuerlogik 
und Treiber eine RGB-LED enthalten.

Hast du auch einen Vorschlag, wie du dir da eine Serienschaltung 
vorstellst?

https://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide/overview

[Daniel S. (daniel_s742)]

OP hier:

Whoa, das ist ja jede Menge Feedback in kürzester Zeit. Respekt.

Zu einigen Punkten:
Dickere Leitungen - wäre aus bautechnischen Gründen schwierig
Linear Regler und kein Schlatregler - hätte ich vielleicht schreiben 
sollen; bin mehr ein ambitionierter Amateur
LEDs - handelt sich wie vermutet tatsächlich um WS2812B. Hab da einen 
Streifen mit 120 LEDs

Aufbau (simplifiziert):

1. Keller mit Spannungsversorgung und µC
2. 50m Leitung, dann Lampe mit jeweils 5 LEDs(WS2812B)
3. 10m Leitung, dann Lampe mit jeweils 5 LEDs(WS2812B)
4. 10m Leitung, dann Lampe mit jeweils 5 LEDs(WS2812B)
5. 10m Leitung, dann Lampe mit jeweils 5 LEDs(WS2812B)
6. 10m Leitung, dann Lampe mit jeweils 5 LEDs(WS2812B)
7. 10m Leitung, dann Lampe mit jeweils 5 LEDs(WS2812B)


Wenn ich das bisher richtig rausgehört habe, geht die Empfehlung in 
Richtung 24V auf die Leitung und bei jeder Lampe 5V per Schlatregler 
erzeugen. Soweit richtig verstanden?

[Joachim B. (jar)]

nimm 24V auf Strecke und an jedem Stripe Punkt einen 5V Stepdown

http://www.ebay.de/itm/Mini-3A-DC-DC-Einstellbar-Konverter-Step-Down-Power-Supply-Modul-Replace-LM2596S-/252454248222?var=&hash=item3ac7721f1e:m:m4VQlOK3N6j3MB3Tig6CvCw
als 5er Pack billiger
Das Poti kann raus für 5V out ein SMD R 43 k Ohm einlöten!

für die Neopixel LEDs evtl. einen Treiber vorschalten zur ersten und 
zwischen den LEDs, ein 74HC4050 alle eingänge parallel und alle Ausgänge 
parallel damit man auch die Kapazität längerer Kabelstrecken 
kompensiert.

[Michael B. (laberkopp)]

Daniel S. schrieb:
> Maximale Entfernung
> sind in etwa 100m. Auf dieser Länge verteilt sind einzelne Lampen mit
> LEDs inkl. Vorwiderstand, die alle parallel an der Spannungsversorgung
> hängen. Ausgelegt ist das ganze auf 5V. Aufgrund des
> Leitungswiderstandes kommen am Ende auch nur noch 3V und ein bisschen
> was an.

Hätte man die Verdrahtung so ausgeführt;:

+7V ---+--------+--------+--------+
       |        |        |        |
       R        R        R        R
       |        |        |        |
       +-|>|-+  +-|>|-+  +-|>|-+  +-|>|-+  LED
             |        |        |        |
             +--------+--------+--------+
                                        |
GND ------------------------------------+

wäre der Zuleitungsspannungsabfall für alle LEDs gleich und man hätte 
ihn durch eine höhere Einspeisepsannung (z.z.w. kleinere 
Widerstandswerte) aus gleichen können.

> Nun trage ich mich mit dem Gedanken die LEDs durch Neopixel-LEDs zu
> ersetzen. RGB-LED, die es gilt per µC anzusprechen.

Wozu ? Welches Sinn soll es machen, die Strecke stellenweise NICHT zu 
beleuchten ? Warum sonst sollte man einzelne LED "ansprechen" müssen.

Das Problem wenn man LEDs einzeln ein und auschalten kann wäre bei 
obiger Schaltung, daß teilweise der Spannungswbfall nicht mehr eintritt 
weil der Strom zu bering ist und dann die LEDs zu viel Spannung 
abbekommen.

Ausserdem hast du massiven GND-Versatz so daß deine Steuersignale (die 
GND-bezogen sind) nicht mehr erkannt werden. Angenommen deine LEDs 
werden vorne mit 5V versorgt und hinten kommen nur noch 3V an, dann

+5V ---+--------+--------+--------+--------+
       |5V      |4.75V   |4.5V    |4.25V   | 4V
       R        R        R        R        R
       |        |        |        |        |
       +-|>|-+  +-|>|-+  +-|>|-+  +-|>|-+  +-|>|-+ NeoPixel
0V/5V     |  |     |  |     |  |     |  |     |  |
Steuer ---+--(-----+--(-----+--(-----+--(-----+  |
             |        |        |        |        |
GND ---------+--------+--------+--------+--------+
            0V       0.25V   0.5V     0.75V     1V

dann läge der Steuersignaleingang an der letzten LED bei -1V (low) und 
+5V (bei nur +4V Versorgung) an der letzten LED. Das geht natürlich 
nicht (siehe Datenblatt). Dagegen hilft es auch nicht, die 5V aus 12V zu 
gewinnen, so lange man nur eine Masseleitung hat:

+12V --+-----------------------------------+
       | +----+                            | +----+
       +-|7805|-+                          +-|7805|-+
         +----+ |                            +----+ |
           |    |                               |   |
           |    +--------+--------+             |   +--------+
           |    |5V      |4.75V   |4.5V         |   |5.75V   | 5.5V
           |    R        R        R             |   R        R
           |    |        |        |             |   |        |
           |    +-|>|-+  +-|>|-+  +-|>|-+       |   +-|>|-+  +-|>|-+
           |       |  |     |  |     |  |       |      |  |     |  |
Steuer ----(-------+--(-----+--(-----+--(-------+------+--(-----+  |
           |          |        |        |       |         |        |
GND -------+----------+--------+--------+-------+---------+--------+
          0V         0V       0.25V   0.5V     0.75V     0.75V     1V

im Gegenteil, dort bekommt der hintere NeoPixel auf Grund des 
Masseversatzes von 0.75V zwar mit den 5.75V auch nur 5V als 
Btetriebsspannung ab, aber die Steuerspannung liegt dann i Bezug zur 
Betrioebspannung bei -0.75V bis 4.25V, also um 0.75V nach unten 
verschoben.
Man müsste mit 2 Leitungen ZU JEDEM NEOPIXEL eigene von den anderen 
galvanisch getrennte 12V führen und mit 7805 regeln, damit über die GND 
Verbindung kein Strom fliesst und damit kein Spannungsabfall auftritt 
und damit kein Masseversatz die Signalitegrität stört.

Da sind dickere Leitungen sicherlich der einfachere Weg.

[Thomas E. (picalic)]

Joachim B. schrieb:
> für die Neopixel LEDs evtl. einen Treiber vorschalten zur ersten und
> zwischen den LEDs, ein 74HC4050 alle eingänge parallel und alle Ausgänge
> parallel damit man auch die Kapazität längerer Kabelstrecken
> kompensiert.

Bei solchen Kabellängen und der Schaltgeschwindigkeit des Signals sollte 
man schon die Aus- und Eingänge auf den Wellenwiderstand des Kabels 
anpassen und abschließen. Empfehlenswert wäre sicher auch eine 
differenzielle Übertragung (evtl. einfach RS485 oder CAN Transceiver 
dafür missbrauchen?)

[Joachim B. (jar)]

Thomas E. schrieb:
> Bei solchen Kabellängen und der Schaltgeschwindigkeit des Signals sollte
> man schon die Aus- und Eingänge auf den Wellenwiderstand des Kabels
> anpassen und abschließen.

ist das so?

es gibt APA102 LEDs mit 2 MHz SPI kann kritisch werden und gemütliche 
WS2812B LEDs mit 800kHz würde ich nehmen, da sehe ich die 
Schaltgeschwindigkeit als nicht relevant, aber ich gestehe ich habe es 
noch nicht gebaut, wer will das auch testen? Das muss dem TO überlassen 
werden, kann natürlich schief gehen.

Im Schlimmsten Fall muss man eben vor jedem Teilstück einen eingenen 
Arduino Mini setzen der das LED Teilstück ansteuert, alle miniARDUINO 
lauschen dann auf mit ihrer Rx Leitung und MAX3232 an einer Tx Leitung 
mit MAX3232 an geringer Baudrate, so sind 100m auch zu Überbrücken.

Jede Dout einer Kette ist ein regeneriertes Signal, nur die 
anschliessende Kabelkapaztät verschleift die Flanken, deswegen die 
Leitungstreiber, nicht wegen der Impedanz oder Signalreflektionen, aber 
OK, ein 75 - 100 Ohm Serienwiderstand am Din vom nelsten LED Stripe 
Stück kann nicht viel schaden.

[Bla (Gast)]

Michael B. schrieb:
> Ausserdem hast du massiven GND-Versatz so daß deine Steuersignale (die
> GND-bezogen sind) nicht mehr erkannt werden.

Nein. Im Allgemeinen ja, in diesem Fall nicht, denn das Steuersignal ist 
keine zusammenhängende Leitung. Jeder WS2812B hat einen eigenen 
Ausgangstreiber, der das Signal wieder neu erzeugt, *relativ zu seinem 
GND*. D.h. der GND-Versatz ist jedes Mal wieder neu 0,25V, die höher als 
die erlaubten -0,5V sind. Dadurch summiert sich da nix.

(Das ist aber ein sehr spezieller Sonderfall, ansonsten hat Michael B 
natürlich Recht.)

[Joachim B. (jar)]

Bla schrieb:
> ansonsten hat Michael B
> natürlich Recht.)

nein hat er nicht, ein Rv + Diode ist keine gute Idee

Michael B. schrieb:
> Hätte man die Verdrahtung so ausgeführt;:

bei ständig wechselnen Strömen der Neopixel LED Stripes wo man jede LED 
in jeder Helligkeit steuern kann, es gibt einfach keinen vernünftigen 
Strom um den Rv zu berechnen, das kann 0 mA oder auch mal einige A sein, 
je nach Länge der Stripes und je nach Bestückung 30/60/72/144 pro Meter.

[Thomas E. (picalic)]

Joachim B. schrieb:
> ist das so?
>
> es gibt APA102 LEDs mit 2 MHz SPI kann kritisch werden und gemütliche
> WS2812B LEDs mit 800kHz würde ich nehmen,

Ob 2 oder 0,8 MHz spielt keine große Rolle - wichtig sind die maximalen 
Frequenzen, die erzeugt werden. Bei "harten", digitalen Schaltflanken 
durch das direkte, möglichst niederohmige Einspeisen des Signals in das 
Kabel, haben selbst nur 100 Hz ein unendliches Oberwellenspektrum. Das 
betrifft zunächst mal die Eigenschaft der Anordnung als (Stör-)Sender. 
Bei Datenübertragung handelt man sich durch unangepasste Leitungen 
Reflexionen ein. Im Extremfall (Sender-Ausgang ca. 0 Ohm, Kabel > 100 
Ohm (Wellenwiderstand, nicht DC!), Empfänger hochohmig) läuft eine 
plötzliche Spannungsänderung (a.k.a. Schaltflanke) mehrfach zwischen 
Sender und Empfänger hin- und her und verursacht im Empfänger mehrere 
Triggervorgänge und auch Ärger wegen Über- und Unterschreitung von 
GND/VCC, weil sich die verschiedenen Wellenformen addieren.

Ansonsten wäre auch mein Ansatz, jeder Lampe einen eigenen µC zu 
spendieren und über die langen Kabelwege nicht die "kritischen" 
WS2812-Signale zu schicken, sondern hier ein langsames Protokoll zu 
verwenden, mit weniger Bandbreite und Störempfindlichkeit, ggf. auch 
durch Modulation der Versorgungsspannung, um mit einer 2-adrigen Leitung 
auszukommen.

[Wolfgang (Gast)]

Daniel S. schrieb:
> Linear Regler und kein Schlatregler - hätte ich vielleicht schreiben
> sollen; bin mehr ein ambitionierter Amateur

Ja und? Du sollst doch dafür nicht das Rad neu erfinden?

Daniel S. schrieb:
> Aufbau (simplifiziert):
> ...

Das wären 6 Schaltwandler für zusammen 5€.

Für die Datenübertragung zu den WS2812B wirst du allerdings ein bisschen 
Sorgfalt aufwenden müssen - für die ersten 50m wegen des 
Spannungsabfalls auf der Gnd-Leitung sowieso und 10m Kabel hinterm 
Repeater könnten auch schon ambitioniert sein.

[Thomas E. (picalic)]

Im Datenblatt (des WS2811) steht sogar, daß 10m und mehr Distanz ohne 
besondere Treiber (d.h. nur Serien-Abschlusswiderstände) gehen soll - 
allerdings traue ich den Chinesen grundsätzlich nicht so recht bzgl. 
dem, was sie so in ihre Datenblätter schreiben...

[Joachim B. (jar)]

denke ich auch, deswegen am Ausgang Dout von jedem einen Treiber 
vorschalten der die Flanken verschönert und für schnellere Umladung der 
Kabelkapzität sorgt, ich traue da den 74HC4050 mehr zu vor allem 
6parallel als einer WS2812b, wenns nicht reicht nimmt man halt einen 
Gatetreiber der noch höhere Ströme kann.

[Thomas E. (picalic)]

Joachim B. schrieb:
> und für schnellere Umladung der
> Kabelkapzität sorgt, ich traue da den 74HC4050 mehr zu vor allem
> 6parallel

Wenn ich mich nicht grob bei den Parametern der Transmission Line 
verhauen habe, dürfte das in etwa nach 10m Kabel bei der WS2812 
ankommen, wenn man ein 500 kHz Rechteck mit 4 parallel geschalteten 
HC-Gates unangepasst einspeist:

[Joachim B. (jar)]

und mit einem Serien R?

wobei mir unklar ist welche Kabelimpedanz du angenommen hast, die ist 
mir nämlich unbekannt.

[Thomas E. (picalic)]

Joachim B. schrieb:
> wobei mir unklar ist welche Kabelimpedanz du angenommen hast, die ist
> mir nämlich unbekannt.

Mir auch - schließlich hängt diese ja im Wesentlichen von der Geometrie 
des Kabels ab. Ich habe hier mal 150 Ohm eingesetzt. Zitat aus 
Wikipedia: "Zweidrahtleitungen, geschirmt oder ungeschirmt, verdrillt 
oder parallel geführt, haben üblicherweise Leitungswellenwiderstände in 
der Größenordnung von 100 bis 200 Ω."
Einen einzelnen HC-Ausgang habe ich mit 100 Ohm angenommen, deshalb 25 
Ohm für die Quelle. Klar ist (das wollte ich eigentlich demonstrieren), 
daß eine "viel hilft viel"-Mentalität im Sinne eines möglichst geringen 
Quellenwiderstands nicht unbedingt zielführend ist. Mit nur einem 
HC-Treiber (-> ca. 100 Ohm) sieht das Signal logischerweise viel besser 
aus, weil der Widerstand viel näher am Leitungswiderstand dran ist.
Den Treiber kann man ja ganz leicht durch einen Serienwiderstand 
anpassen, macht man das Gleiche beim Empfänger, kann man wenigstens 
hoffen, daß das in Verbindung mit den Eingangs-Klemmdioden sowas wie 
einen Abschluss darstellt. 150 Ohm gegen Masse bzw. gegen die andere 
Leitung, wie es eigentlich sein müsste, macht natürlich den Logikpegel 
kaputt.

[schubidua (Gast)]

Vielleicht über einen Überspannungsschutz nachdenken damit das auch noch 
nach 1-2 Gewittern funktioniert.

[Franz Albert (Gast)]

Hallo,

vielleicht ein bisschen spät, aber vielleicht gibt es noch woanders 
ähnliche Probleme:

30 LED's in Serie mal 1,5 Volt = 45 Volt

45 + x Volt von einem stromgeregelten Netzteil auf die Leitung.

Fertig

Gruß
fhpa

[hinz (Gast)]

Franz Albert schrieb:
> 30 LED's in Serie mal 1,5 Volt = 45 Volt

IR-LEDs?

[Harald W. (wilhelms)]

hinz schrieb:

>> 30 LED's in Serie mal 1,5 Volt = 45 Volt
>
> IR-LEDs?

Vielleicht kann man damit die Zufahrt schneefrei halten.

[Wolfgang (Gast)]

Franz Albert schrieb:
> 30 LED's in Serie mal 1,5 Volt = 45 Volt

Bei Nutzung von WS2812 :-(

Liest du auch, worum es geht?

[Joachim B. (jar)]

Wolfgang schrieb:
> Franz Albert schrieb:
>> 30 LED's in Serie mal 1,5 Volt = 45 Volt
>
> Bei Nutzung von WS2812 :-(
>
> Liest du auch, worum es geht?

Neopixel sind nicht zwingend WS2812B, es gibt auch APA102 und WS2801

aber der Thread ist lange tot, der rote Hinweis wird wohl nicht von 
allen verstanden.

Daniel S. schrieb:
> Erster Gedanken war, ich könnte 12V oder 24V parallel laufen lassen und
> in regelmäßigen Abständen mit einem Linearregler 5V draus machen und
> diese in die 5V Leitung speisen. Ob das überhaupt so funktioniert bin
> ich mir auch nicht ganz im Klaren; ich hab damit aber auch ein anderes
> "Problem":
>
> Ich möchte das gerne so effizient wie möglich gestallten.

24V Leitung parallel -> Schaltregler stepdown aus 24V/5V machen, fertig

[Yoshi (Gast)]

Leichenschänder der Beitrag ist vom 30.10.2016 17:40
Ich glaube dem TO ist das mittlerweile egal :D