Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED-Matrix: Wieviel Spannung muss für den Vorwiderstand "übrig" sein?


von Henning (Gast)


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Hallo liebe Elektroniker :-)

Hintergrund:

Ich habe den Artikel zur LED-Matrix gelesen und denke zumindest die 
Basics verstanden (Multiplexing ist klar, dass LED nen Vorwiderstand 
braucht und im groben auch der Unterschied 
Kollektorschaltung/Emitterschaltung der Transen).

Mein Displaymodul hat recht viele LEDs (2 Module je 8x8 "pixel", je 2 
farben = 256 LEDs), die ich als 16x16 beschalte. Dabei soll das Modul 
nicht breiter als eine LED-Matrix sein. Ich muss also meinen Controller, 
4 Schieberegister, 32 Transistoren und sämtliche Widerstände auf recht 
wenig Raum unterkriegen.

Ich hab die ersten paar Module von Hand gelötet, das war aber ein ganz 
schöner Zeitfresser und ordentlich Fummelei, darum will ich mir ein PCB 
drucken lassen.


Nach langer Einleitung (sorry) hier die Frage:

Ich überlege Platz zu sparen indem ich sowohl an high- als auch lowside 
eine Kollektorschaltung verwende und dann nur noch die Vorwiderstände 
für die LEDs brauche. Das kostet mich dann aber Spannung. Wieviel 
Spannung sollten am LED-Vorwiderstand noch übrig sein, damit das ganze 
stabil läuft?

Die Umgebung wird ein Flipper sein, d.h. da macht ein 50V netzteil mit 
Spulen rum, wie stark der effekt auf die Versorgung der Displaymodule 
allerdings ist kann ich nicht sagen.. (die haben nen eigenes Netzteil 
aber die sind nicht galvanisch entkoppelt).

Leider komme ich auch nur alle paar Monate an den Bauort des noch nicht 
fertigen Flippers weswegen ich da auch nicht mal eben was testen kann.
Idealerweise hätte ich eigentlich schon gerne die Module in der Hand 
nächstes Mal das ich da bin.

Gibts da aus eurem Erfahrungsschatz irgendwelche guten Ratschläge? Für 
mich ist das alles noch recht neu und ich kann das daher nicht so gut 
einschätzen...

Danke schonmal jedenfalls für eure Hilfe :)

PS: Schaltplan kann ich natürlich nachliefern wenn es hilft

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Vielleicht ist 2xMAX7221 die bessere Lösung für dich?

von Planlos (Gast)


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Henning schrieb:
> Wieviel
> Spannung sollten am LED-Vorwiderstand noch übrig sein, damit das ganze
> stabil läuft?

Datenblätter sammeln.

Widerstand für "Best case" ausrechnen:
Versorgungsspannung max (5V ± 10% ?)
Uf der LEDS minimal
Uce(sat) der Transistoren minimal
Widerstand so berechnen, dass die LEDs nicht kaputtgehen.
ggfs. noch Sicherheitsaufschlag drauf.

Dann den "Worst case" berechnen.
Minimale Versorgung, schlechte LED, schlechte Transistoren.
Fließt mit deinem Widerstand noch genug Strom?

von Georg (Gast)


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Henning schrieb:
> irgendwelche guten Ratschläge?

Das hängt ab von:

1. der Streuung der Spannung der LEDs, nicht nur bei verschiedenen 
Farben, sondern auch von Exemplar zu Exemplar.

2. was man als Helligkeitsunterschied noch toleriert.

Belastbare Daten dazu zu finden ist schwierig, besonders bei LEDs aus 
einer Krabbelkiste. Sicher ist, dass die Spannung am Vorwiderstand zu 
klein ist, wenn die Helligkeitsunterschiede auffallen.

Eine Richtschnur könnte lauten 1V. Es kann auch mit weniger klappen, 
wenn man LEDs mit sehr ähnlichen Daten hat, aber das ist dann nicht 
nachbausicher.

Versuch macht kluch.

Georg

von Falk B. (falk)


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@Henning (Gast)

>nicht breiter als eine LED-Matrix sein. Ich muss also meinen Controller,
>4 Schieberegister, 32 Transistoren und sämtliche Widerstände auf recht
>wenig Raum unterkriegen.

Naja, 32 Transistoren brauchst du nicht, nimm integrierte Treiber ala 
TLC5940, da sind auch die Schieberegister schon drin.
16:1 willst du sowieso nicht multiplexen, mach es 8:1. Für die 8 Spalten 
oder Zeilen-MOSFEts nimmt man Doppel-MOSFETs im SO8 Gehäuse.

>für die LEDs brauche. Das kostet mich dann aber Spannung. Wieviel
>Spannung sollten am LED-Vorwiderstand noch übrig sein, damit das ganze
>stabil läuft?

1-2V reichen.

>allerdings ist kann ich nicht sagen.. (die haben nen eigenes Netzteil
>aber die sind nicht galvanisch entkoppelt).

Braucht keiner, auch normale Spannungsregler liefern saubere Spannungen.

von Der Andere (Gast)


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Henning schrieb:
> Ich überlege Platz zu sparen indem ich sowohl an high- als auch lowside
> eine Kollektorschaltung verwende

?
Das solltest du vieleicht mal aufzeichnen, Ich ahne da einen Fehler.

von MaWin (Gast)


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Henning schrieb:
> Wieviel Spannung sollten am LED-Vorwiderstand noch übrig sein, damit das
> ganze stabil läuft?

Eine LED hat bei Nennstrom einen je nach Exemplar und Temoeratur 
schwankenden Spannungsbedarf, siehe Datenblatt Uf, vielleicht 3.2 bis 
3.6V.

Durch den Widerstand ergibt sich dadurch ein Strom je nach Restspannung 
zur Ansteuerspannung, z.B. 5V, von 1.4 bis 1.8V, so dass 20mA bei 1.8V 
mit 90Ohm zu 15.5mA bei 1.4V führen.

Eine Schwankung des Stroms von 1:2 ergibt eine Helligkeitsschwankung von 
1:2 die deutlich erkennbar ist. Man sollte versuchen, die Schwankung 
unter 1:1.4 zu halten. Bei Multiplex kann  man auch nicht nachträglich 
einen Widerstand anpassen damit alle LEDs gleich hell erscheinen, weil 1 
Widerstand für mehrere LEDs zuständig ist.

Bei Multiplex wird auch nicht mit Nennstrom gearbeitet sondern mit 
höherem Strom, sagen wir 100mA. Dabei ist der Spannungsbedarf der LED 
noch höher. Leider gibt es meist keine Datenblattdiagramme bis zum 
Spitzenstrom. Man muss buelleicht von 3.6 bis 4 V ausgehen.

Der Spannungsabfall bei weissen/blauen LEDs darf an den 
Treibertransistoren bei 5V also nichg mal 0.1V sein, man verwendet 
MOSFETs. Bei rot/grün gehen meist bipolare Transistoren.

Siehe:

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.8.1

von Henning (Gast)


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Wow ihr seid ja fix, danke für die vielen Antworten, ich werde mich mal 
durch die ganzen Vorschläge durcharbeiten dann melde ich mich ggf wieder 
:-)

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Eine Sache sollte man nicht vergessen, wenn man Displays per Multiplex 
ansteuert: bleibt die Ansteuerung stehen ist ein Diplayschaden fast 
vorprogrammiert wenn man mit hohen Spitzenströmen arbeitet. Das passiert 
dir bei fertigen Treibern nicht.
Thema Helligkeit: das kann bei 16:1 zum Problem werden (und verschärft 
Problem 1), würde auch zu max. 8:1 raten. Nebenbei bekommst du eine 
Helligkeitssteuerungsmöglichkeit "geschenkt", setzt natürlich einen 
Sensor voraus. Beleuchtungsverhältnisse können extrem schwanken. Gleiche 
LED-Lichtstärke kann im richtig  Hellen kaum noch erkennbar sein, im 
Schummerlicht aber schon blenden.
Bleibt ein dritter Punkt: dein Ansatz wird ne ziemliche EMI-Schleuder.

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Henning schrieb:
> Transen

Plural von Transistor ist nicht Transen sondern Transistoren :)

Henning schrieb:
> darum will ich mir ein PCB
> drucken lassen.

Die werden nicht gedruckt, die werden geätzt :)

Henning schrieb:
> Ich überlege Platz zu sparen indem ich sowohl an high- als auch lowside
> eine Kollektorschaltung verwende

Weißt du, was eine Kollektorschaltung ist? Evtl wäre hier ein Bild ganz 
gut, weil andere evtl sich etwas anderes darunter vorstellen :)

von Falk B. (falk)


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@Mampf F. (mampf)

>> darum will ich mir ein PCB
>> drucken lassen.

>Die werden nicht gedruckt, die werden geätzt :)

Na dann erklär mal den Begriff PCB, printed circuit board . . .

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> @Mampf F. (mampf)
>
>>> darum will ich mir ein PCB
>>> drucken lassen.
>
>>Die werden nicht gedruckt, die werden geätzt :)
>
> Na dann erklär mal den Begriff PCB, printed circuit board . . .

Ja, der ist total irreführend ;-)

von Henning (Gast)


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Hm, ich verstehe ja das Argument 8:1 zu multiplexen, dann komme ich 
näher an die volle Helligkeit ran, aber dann brauche ich auf der lowm 
side ja 32 mosfets und generell nach dem, was ich auf der 
LED-Matrix-Seite lese auch noch Treiber dafür? Das würde ja noch viel 
mehr Platz verbrauchen :-(

Ansonsten finde ich ja die LED-Treiber-ICs interessant (hatte ich bis 
jetzt nicht auf dem Schirm), aber selbst wenn ich einen pro 8x8 mache 
(also für eine farbe von einem Matrix-Baustein), muss der ja 800mA auf 
der low side einstecken können, oder? (LED Nennstrom=20mA, max peak 
current=100mA)

Ich kann heute abend nochmal ein Schaltungsbild hochladen, aber bei den 
Biplortransistoren die ich bis jetzt im Auge hatte komme ich mit der 
Schaltung bestenfalls auf 0.5V, nachdem was ich hier bis jetzt gelesen 
habe wird das sicher zu wenig sein.

Gibt es LED-Treiber-Bausteine die 800mA direkt einstecken können oder 
platzsparendere möglichkeiten MOSFETs einzusetzen? (Mit denen habe ich 
auch bisher noch keine Erfahrung)

von Henning (Gast)


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Zur doppel-kollektorschaltung noch kurz: Da hätte ich auf der low side 
einen BD234 (kollektor an GND) und auf der High einen BC337 (kollektor 
an VCC=5V).
Aber wie gesagt ich bin eigentlich schon überzeugt, dass der 
Spannungsabfall dann immernoch zu gross ist (UBE=1.3V, UF=2.2V) :-(
Wie gesagt bei der Konstruktion wäre der Faktor 16:1 (bei insgesamt 
16x16 LEDs), allerdings max peak strom der LEDs bei 100mA, macht aber 
immernoch 1600mA auf der low side darum war ich auf den BD234 gekommen.

von Falk B. (falk)


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@Henning (Gast)

> aber dann brauche ich auf der lowm
>side ja 32 mosfets

Hallo? Mal meinen Beitrag gelesen und DURCHDACHT? Nimm vollintegrierte 
LED-Treiber!

>und generell nach dem, was ich auf der
>LED-Matrix-Seite lese auch noch Treiber dafür? Das würde ja noch viel
>mehr Platz verbrauchen :-(

NEIN! Bei 5V kann man die High Side MOSFETs direkt mit 5V CMOS-Ausgängen 
schalten.

>Ansonsten finde ich ja die LED-Treiber-ICs interessant (hatte ich bis
>jetzt nicht auf dem Schirm), aber selbst wenn ich einen pro 8x8 mache
>(also für eine farbe von einem Matrix-Baustein), muss der ja 800mA auf
>der low side einstecken können, oder?

Das kann er, und sogar noch mehr.

von Henning (Gast)


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H.Joachim S. schrieb:
> Bleibt ein dritter Punkt: dein Ansatz wird ne ziemliche EMI-Schleuder.

Ich schätze mal, das fällt bei den Spulen die in der Kiste am 
rumknattern sind dann aber nicht mehr groß ins Gewicht ;)

von Leuchte (Gast)


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Mampf F. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> @Mampf F. (mampf)
>>
>>>> darum will ich mir ein PCB
>>>> drucken lassen.
>>
>>>Die werden nicht gedruckt, die werden geätzt :)
>>
>> Na dann erklär mal den Begriff PCB, printed circuit board . . .
>



Printen kommen aus Aachen!

von Henning (Gast)


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Hi Falk,
Kein Grund unhöflich zu werden, ich gebe mir hier große Mühe so viel es 
geht selbst zu verstehen, aber mir mangelts da halt hier und da noch an 
Erfahrung/Verständnis der Materie, darum frage ich ja um Hilfe.

Bei dem TLC5940 der von der verlinkt wurde steht was von 130mA als 
maximalem current output. Wie man den für die low side verwendet ist mir 
bisher noch gar nicht klar, wenn du mir da noch einen Tipp geben kannst, 
der vielleicht sogar dazu führt dass ich verstehe wieviel strom damit 
auf welcher "side" geschaltet werden kann, wäre ich dankbar :)

von Harald W. (wilhelms)


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Mampf F. schrieb:

>> Na dann erklär mal den Begriff PCB, printed circuit board . . .
>
> Ja, der ist total irreführend ;-)

Nun, in der Anfangszeit wurden da durchaus Druckprozesses benutzt,
insbesondere bei der Hersterllung von Dünn- und Dickschicht-Schaltungen.

von Falk B. (falk)


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@  Henning (Gast)

>Bei dem TLC5940 der von der verlinkt wurde steht was von 130mA als
>maximalem current output.

Pro Kanal. Er hat 16 Kanäle.

> Wie man den für die low side verwendet ist mir
>bisher noch gar nicht klar, wenn du mir da noch einen Tipp geben kannst,

Steht das nicht im Artikel LED-Matrix?

https://www.mikrocontroller.net/articles/LED-Matrix#Spezielle_ICs

https://www.mikrocontroller.net/wikifiles/b/ba/LED-Matrix-TLC5921.png

Die Treiber für die MOSFETs kann man bei einfachen LEDs weglassen, da 
reichen 5V für alles.

von Michael B. (laberkopp)


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Harald W. schrieb:
> Nun, in der Anfangszeit wurden da durchaus Druckprozesses benutzt,
> insbesondere bei der Hersterllung von Dünn- und Dickschicht-Schaltungen.

Insbesondere bevor Photoresist handelsüblich war, da wurde nämlich das 
Leiterbahnmuster als Resist erst mal im Siebdruckverfahren aufgedruckt, 
wie auch die Lötstopmaske und der Bestückungsgdruck.

 https://www.youtube.com/watch?v=8-WGaAmpfOU

Das Ätzen war da nur ein unwesentlicher Arbeitsschritt.

von Henning (Gast)


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So langsam wird es mir klarer, ich war nur irgendwie verwirrt und dachte 
den könne man nur für die high side benutzen.

Also damit ich das jetzt richtig verstehe, du empfiehlst 8 MOSFETs im 
doppelgehäuse für die multiplexende Seite und 2 TLC5940 für die andere?

Und ist es nun egal ob ich auf der high oder low side multiplexe oder 
macht das einen Unterschied?

von Falk B. (falk)


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@Henning (Gast)

>Also damit ich das jetzt richtig verstehe, du empfiehlst 8 MOSFETs im
>doppelgehäuse für die multiplexende Seite und 2 TLC5940 für die andere?

Ja.

>Und ist es nun egal ob ich auf der high oder low side multiplexe

Ja.

>oder macht das einen Unterschied?

Nein.

von Michael B. (laberkopp)


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Henning schrieb:
> Und ist es nun egal ob ich auf der high oder low side multiplexe oder
> macht das einen Unterschied?

Natürlich macht das einen Unterschied, wenn die Matrix nun als 8:32 
strukturiert ist:
Bei der einen Ansteuerung sind die LEDs 1/8 der Zeit an und 7/8 der Zeit 
aus, müssen also den 8-fachen Strom bekommen,
bei der anderen Art sind die LEDs 1/32 der Zeit an und 31/32 der Zeit 
aus müssen also den 32-fachen Strom bekommen.
Ausserdem müssen die Konstantstromsenken immer auf der Seite des 
niedrigen Stroms sein. sonst würde sich dieser konstante Strom mal auf 1 
und mal auf alle LED einer Gruppe verteilen, die LEDs also massiv 
unterschiedlich hell sein.
Bei einer 16x16 Matrix wäre es egal, da muss nut die Konstantstromsenke 
auf der Seite des geringeren Stroms sein, aber schon den 16-fachen Strom 
halten die wenigsten LEDs aus.

von Klaus (Gast)


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Henning schrieb:
> Mein Displaymodul hat recht viele LEDs (2 Module je 8x8 "pixel", je 2
> farben = 256 LEDs),

Das kann der HT1632C von Holtek. Aus dem Datenblatt:

> The HT1632C is a memory mapping LED display controller/driver, which
> can select a number of ROW and commons. These are 32 ROW & 8 commons
> and 24 ROW & 16 commons. The device supports 16-gradation LEDs for
> each out line using PWM control with software instructions. A serial
> interface is conveniently provided for the command mode and data mode.
> Only three or four lines are required for the interface between the
> host controller and the HT1632C. The display can be extended by cas-
> cading the HT1632C for wider applications.

Henning schrieb:
> Ich hab die ersten paar Module von Hand gelötet, das war aber ein ganz
> schöner Zeitfresser und ordentlich Fummelei, darum will ich mir ein PCB
> drucken lassen.

Dafür sind sich selbst Chinesen zu fein. Die lassen sich von Holtek 
einen Chip dafür machen.

MfG Klaus

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