Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TLC9540 Mosfet ansteuern und (noch) keine Ahnung


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von Tom (Gast)


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Hallo,

ich versuche mich immer noch an einer LED Striper Steuerung mit einem 
Adruino und dem TLC9540. Ich habe die anliegende Schaltung im Netz 
gefunden und verstehe sie leider noch so gar nicht. Vor allem, weil die 
der TLC ja quasi rine Stromsenke darstellt, also gegen GND schaltet.

Also was passiert in der Schaltung, wenn ich den OUTPUT auf "low" bzw. 
"high" schalte.

Bitte langsam schreiben, damit ich das auch vestehen kann :-)

Vielen Dank schon einmal im Voraus für euer Bemühen.

: Verschoben durch Admin
von Rainer U. (r-u)


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Tom schrieb:
> Also was passiert in der Schaltung, wenn ich den OUTPUT auf "low" bzw.
> "high" schalte.

Entweder hängt die LED mit einem Bein am VCC und mit dem anderen in der 
Luft, oder im durchgeschalteten Schaltzustand mit einem Bein an VCC und 
mit dem andern an GND.

Der NPN dient dazu, das Gate mit 12V zu schalten, obwohl am Arduino nur 
5 rauskommen, also als Pegelwandler.

von Jörg R. (solar77)


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Tom schrieb:
> ...ich versuche mich immer noch an einer LED Striper Steuerung mit einem
> Adruino und dem TLC9540.....

Wird das jetzt zur Mode mehrere Threads für ein Problem zu eröffnen?

Beitrag "Adruino 12 Kanal 10bit PWM für 24V Ledstripes" (gerade mal 3 Tage alt)

von Tom (Gast)


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Rainer U. schrieb:
> Der NPN dient dazu, das Gate mit 12V zu schalten, obwohl am Arduino nur
> 5 rauskommen, also als Pegelwandler.

Das Gate des NPN liegt nicht am Arduino sondern am TLC an. Sorry, das 
geht aus der Schaltung nicht hervor.

12V liegen doch ständig an der Schaltung an. Was passiert denn, wenn der 
Pegel des TLC auf "low" liegt, also hier 0V anliegen ? Liegt dann auch 
0V am Gate des NPN an ? Welche Aufgabe haben die beiden Widerstände ?

Ihr seht, ich habe da noch einige "Wissenslöcher".

von Werner (Gast)


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Tom schrieb:
> Welche Aufgabe haben die beiden Widerstände ?

dann denk sie dir mal weg und überlege was dann passiert

von Tom (Gast)


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Werner schrieb:
> dann denk sie dir mal weg und überlege was dann passiert

würde mutmaßen, dass dann sowohl am Gate des NPN, als auch am Gate des 
Mosfet ständig 12v anliegen ?

von Achim S. (Gast)


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a) TLC leitet -> Basis des npn liegt auf 0V -> npn sperrt -> R31 zieht 
Gate des FET gemütlich auf 12 V -> FET leitet -> LEDs leuchten

b) TLC sperrt -> Strom duch R29 fließt in Basis des npn und wird 
verstärkt -> Kollektor des npn geht nahe an 0V -> FET sperrt -> LEDs 
sind dunkel

Tom schrieb:
> würde mutmaßen, dass dann sowohl am Gate des NPN, als auch am Gate des
> Mosfet ständig 12v anliegen ?

Dann mutmaße nicht sondern lies dir durch, wie Transistoren 
funktionieren. Der npn hat kein Gate sondern eine Basis. Und zwischen 
Basis und Emitter hast du eine Diode mit einer entsprechenden 
Diodenkennlinie. Wenn der Emitter auf 0V liegt wirst du an der Basis 
sicher keine 12V sehen sondern maximal etwas im Bereich um 0,7V.

von Falk B. (falk)


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@ Tom (Gast)

>ich versuche mich immer noch an einer LED Striper Steuerung mit einem
>Adruino und dem TLC9540.

Der TLC5940 ist nur bis zu 80mA/Kanal geeignet. Da du anscheinend nur 
ein- und aus schalten willst, nimm lieber sowas wie TPIC6C595. Der wird 
auch seriell angesteurt und kann bis zu 250mA/Kanal schalten.

>gefunden und verstehe sie leider noch so gar nicht.

Sie ist relativer Unsinn.

> Vor allem, weil die
>der TLC ja quasi rine Stromsenke darstellt, also gegen GND schaltet.

Eben.

von Tom (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Der TLC5940 ist nur bis zu 80mA/Kanal geeignet. Da du anscheinend nur
> ein- und aus schalten willst, nimm lieber sowas wie TPIC6C595. Der wird
> auch seriell angesteurt und kann bis zu 250mA/Kanal schalten.

Hauptsächlich will ich die stripes langsam dimmen könnne.
Wenn ich das richtig sehe, dann kann der TLC9540 sogar 120mA
vertragen. Reicht aber nicht. Die Stripes ziehen pro Farbe 1A (bei 10 
Meter stripelänge).

Achim S. schrieb:
> a) TLC leitet -> Basis des npn liegt auf 0V -> npn sperrt -> R31 zieht
> Gate des FET gemütlich auf 12 V -> FET leitet -> LEDs leuchten
>
> b) TLC sperrt -> Strom duch R29 fließt in Basis des npn und wird
> verstärkt -> Kollektor des npn geht nahe an 0V -> FET sperrt -> LEDs
> sind dunkel

Das lass ich jetzt einmal sacken. Danke !

Achim S. schrieb:
> R31 zieht
> Gate des FET gemütlich auf 12 V

Ist R31 also ein Pull-Up widerstand ?

Achim S. schrieb:
> Dann mutmaße nicht sondern lies dir durch, wie Transistoren
> funktionieren.

Ja das werde ich jetzt mal tun.

von Tom (Gast)


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Achim S. schrieb:
> TLC leitet -> Basis des npn liegt auf 0V ->

Das verstehe ich nicht. Warum liegen dann 0V an ?

von Achim S. (Gast)


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Tom schrieb:
> Das verstehe ich nicht. Warum liegen dann 0V an ?

Über R29 können maximal 12mA fließen (12V/1kOhm). Wenn der TLC auf 
deutlich mehr als 12mA eingestellt ist, dann nimmt er die 12mA 
vollständig auf und es fällt fast keine Spannung an ihm ab. Wenn weniger 
Strom nachkommt als er fließen lassen würde arbeitet der TLC nicht mehr 
(wie eigentlich vorgesehen) als Stromsenke sondern sein Ausgangs-FET 
verlässt den Abschnürbereich und geht in den Schaltbetrieb.

Wäre der TLC genau auf 12mA oder auf weniger eingstellt, dann würde der 
TLC (wie vorgesehen) als Stromsenke arbeiten. Dann wäre die Spannung an 
der Basis tatsächlich höher und der npn würde ggf. nicht sicher sperren 
(-> die Schaltung würde nicht funktionieren).

Tom schrieb:

>> Dann mutmaße nicht sondern lies dir durch, wie Transistoren
>> funktionieren.
>
> Ja das werde ich jetzt mal tun.

Gut so. Wenn dich die Beschreibungen dort erst mal verwirren: achte 
darauf, dass deine Transistoren im Wesentlichen im Schaltbetrieb 
arbeiten (außer zwischendurch während der Schaltflanken). Dort gelten 
andere Formeln als während des Linearbetriebs, aber die meisten 
Einführungen zum Transistor beginnen mit dem Linearbetrieb.

von Falk B. (falk)


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@ Tom (Gast)

>Hauptsächlich will ich die stripes langsam dimmen könnne.
>Wenn ich das richtig sehe, dann kann der TLC9540 sogar 120mA
>vertragen.


Kann sein, hab ich nicht genau nachgeschaut. Aber LED-Streifen sind
spannungsgesteuert, da nützt dir der Konstantstromausgang des TLC nix.
Man kann die nur per PWM dimmen, das kann der TLC aber auch.

> Reicht aber nicht. Die Stripes ziehen pro Farbe 1A (bei 10
>Meter stripelänge).

Tja, dann brauchst du einen Stromverstärker. Siehe Anhang. Deinen TLC
solltest du mittels Widerstand an ISET auf ca. 10mA Ausgangsstrom
konfigurieren.

>> Dann mutmaße nicht sondern lies dir durch, wie Transistoren
>> funktionieren.

>Ja das werde ich jetzt mal tun.


Tu das, auch wenn es dir kurzfristig nicht allzuviel bringen wird ;-)
Denn vom Grundverständnis bis zur konkreten Anwendung und
Dimensionierung von Schaltungen ist es ein etwas weiterer Weg.

von Tom (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Man kann die nur per PWM dimmen, das kann der TLC aber auch

Also lt. Datenblatt ist der TLC9540 ein 12bit PWM Controller ?!

von Falk B. (falk)


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@ Tom (Gast)

>> Man kann die nur per PWM dimmen, das kann der TLC aber auch

>Also lt. Datenblatt ist der TLC9540 ein 12bit PWM Controller ?!


Der kann 12 Bit PWM und zusätzlich 6 Bit lineare Stromsteuerung.

von Tom (Gast)


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Sorry Falk, ich hatte gelesen, dass er das NICHT kann. Alles OK

Achim S. schrieb:
> und es fällt fast keine Spannung an ihm ab

Kann ich das "fast" auch berechnen ?

von Achim S. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Der kann 12 Bit PWM und zusätzlich 6 Bit lineare Stromsteuerung.

Und nochmal zusätzlich hat er einen IRef-Anschluss über den sich der 
Nominalwert des Stroms zwischen 0 und 120mA einstellen lässt :-)

Tom schrieb:
> Kann ich das "fast" auch berechnen ?

du kannst den typischen Wert im Datenblatt ablesen (Fig. 3)

von Tom (Gast)


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Achim S. schrieb:
> du kannst den typischen Wert im Datenblatt ablesen (Fig.

Alles klar, gefunden ! :-) Danke.

Achim S. schrieb:
> R31 zieht
> Gate des FET gemütlich auf 12 V

Dann ist das ein Pull up Widerstand ? Kann ich auch hier irgendwo sehen, 
wie schnell das Hochziehen in Abhängigkeit vom Widerstand passiert ?

von Tom (Gast)


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Und ich verstehe immer noch nicht, warum 0V an der Basis anliegen, wenn 
der TLC "schaltet". Wo sind die 12V hin ??

von Achim S. (Gast)


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Tom schrieb:
> Dann ist das ein Pull up Widerstand ? Kann ich auch hier irgendwo sehen,
> wie schnell das Hochziehen in Abhängigkeit vom Widerstand passiert ?

Ja. In erster Näherung kannst du das Gate deines FETs wie einen 
Kondensator betrachtet, der über R31 von 0 auf 12V aufgeladen werden 
muss. Genauer betrachtet wird es ein bisschen komplizierter, aber so 
kriegst du schon mal raus, ob das Schalten des FETs ns oder µs oder ms 
braucht.

Tom schrieb:
> Und ich verstehe immer noch nicht, warum 0V an der Basis anliegen, wenn
> der TLC "schaltet". Wo sind die 12V hin ??

Die Aussage oben war, dass da fast 0V anliegen (nicht genau 0V).

R29 und der Ausgang des TLC liegen in Serie zwischen 12V und 0V. Wenn 
der TLC einschaltet, dann fließt Strom über beide, und beide teilen sich 
den Spannungsabfall auf. Wenn z.B. 11,7mA fließen, dann fallen 11,7V an 
R29 ab und 300mV am TLC. (Aber wie schon oben beschrieben nur, wenn der 
TLC "übersteuert" ist, und du ihn also auf der "richtigen" Kennlinie von 
Fig. 3 benutzt. Mit der I0=5mA Kennlinie würde es nicht funktionieren.)

von Tom (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Wenn z.B. 11,7mA fließen, dann fallen 11,7V an
> R29 ab und 300mV am TLC.

und das 300mV am TLC abfallen, kann ich aus Fig.3 ablesen, vorausgesetzt 
ich stellen den TLC auf 20mA ein.

Das bedeutet dann automatisch, dass 11,7 V an R29 abfallen müssen. In 
Verbindung mit dem gegebenen Widerstand 1000 Ohm, ergibt sich I = 
11,7mA.

Und der TLC selber hat dann einen Widerstand von R= 0,3/11,7 = 25 Ohm.

Ist das soweit richtig ?

von Achim S. (Gast)


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Tom schrieb:
> Das bedeutet dann automatisch, dass 11,7 V an R29 abfallen müssen.

ja

Tom schrieb:
> In
> Verbindung mit dem gegebenen Widerstand 1000 Ohm, ergibt sich I =
> 11,7mA.

das ist richtig, weil bei 300mV praktisch kein Strom in die Basis des 
npn fließt. Würde dorthin auch Strom fließen (parallel zum TLC, wenn die 
Spannung an dieser Stelle nicht bei 300mV sondern im Bereich 600mV-700mV 
läge), dann müsste die Summe beider Ströme über den Widerstand kommen.

Tom schrieb:
> Und der TLC selber hat dann einen Widerstand von R= 0,3/11,7 = 25 Ohm.

Der TLC hat eine Ausgangskennlinie (also etwas nichtlineares, anders als 
ein ohmscher Widerstand). In dem betrachteten Arbeitspunkt kann man die 
Kennlinie aber ganz vernünftig durch eine Linie annähern (also wie einen 
ohmschen Widerstand betrachten), und der hätte tatsächlich ~25 Ohm.

von Tom (Gast)


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Ok. Diesen Teil habe ich verstanden. Jetzt kommen wir dazu, dass der TLC 
sperrt.

Das bedeutet, dass nun R29 und der Transistor BC847 in Reihe zwischen 
12V und 0V liegen und sich den Spannungsabfall teilen.

Damit jetzt durch die Basis ein Strom fließen kann, muss die 
Schwellspannung zwischen Basis und Ermitter mind. 660mV erreichen.

Ist das richig ? Aber wieviel Spannung fällt denn nun an R29 ab ?

von Achim S. (Gast)


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Tom schrieb:
> Ist das richig ?
ja

Tom schrieb:
> Aber wieviel Spannung fällt denn nun an R29 ab

Na der Rest. Am oberen Ende von R29 liegen 12V, am unteren Ende ca. 
660mV, also fallen 12V-0,66V an ihm ab. Und dementsprechend beträgt der 
Basisstrom (12V-9,66V)/R29

(denn in den sperrenden TLC fließt ja praktisch kein Strom rein)

von Tom (Gast)


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So langsam erscheint ein kleines Licht am Ende des Tunnels ! Vielen 
Dank, Achim für deine Geduld :-)

von Tom (Gast)


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Achim S. schrieb:
> nd dementsprechend beträgt der
> Basisstrom (12V-9,66V)/R29

sind das nicht 12V - 11,34) /R29 = 0,66mA ?

von Achim S. (Gast)


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Tom schrieb:
> sind das nicht 12V - 11,34) /R29 = 0,66mA ?

Nein, sind es nicht.

Ein Basisstrom von ~1mA wäre zwar eine bessere Wahl, aber so wie die 
Schaltung dimensioniert ist, werden ~10mA Basisstrom fließen (viel mehr 
als eigentlich sinnvoll).

Tom schrieb:
> So langsam erscheint ein kleines Licht am Ende des Tunnels

Prima, freut mich :-)

Wenn du diese Schaltung verstanden hast, kannst du sie mal aufbauen und 
Erfahrungen sammeln. Durchs Aufbauen lernt man anders als durch 
theoretisches Betrachtungen.

Aber wenn dir das theoretische Schaltungsverständnis grade Spaß macht, 
kannst du auch den nächsten Schritt gehen und nicht mehr nur schauen, 
wie sie funktioniert, sondern auch bewerten, was an ihr gut und was 
schlecht ist (z.B. im Vergleich zum Schaltungsvorschlag von Falk)
Beitrag "Re: TLC9540 Mosfet ansteuern und (noch) keine Ahnung"

Denn deine Schaltung ist nicht ideal (auch wenn sie funktionieren wird).
erster Nachteil: du brauchst in deiner Schaltung mehr Bauteile, als 
eigentlich nötig (npn und FET)
zweiter Nachteil: die Schaltung ist so dimensioniert, dass der npn stark 
sättigt. Eine gewisse Sättigung gehört zum Schaltbetrieb. Aber hier ist 
der Basisstrom mit ~10mA praktisch genau so groß wie der Kollektorstrom, 
was völlig überzogen ist. Es führt z.B. dazu, dass der npn beim 
Abschalten schnarchlangsam wird. R29 hätte locker 10 mal größer gewählt 
werden können. Bei einer schnellen PWM stört das schon merkbar.
dritter Nachteil: der FET wird nur über den Pullup R31 eingeschaltet, 
was auch wieder relativ langsam ist (diverse µs, für eine langsame PWM 
kein Problem, für eine schnelle PWM aber schlecht).
vierter Nachteil: der TLC wird "zweckentfremdet". Eigentlich könnte der 
so toll konstante Ströme treiben, stattdessen wird er übersteuert, um 
als Schalter zu dienen. Ist zwar nicht wirklich ein echter Nachteil, 
aber richtig schön finde ich es trotzdem nicht.

Wenn du dir Falks Vorschlag als Alternative anschaust, siehst du
a) weniger Bauteile
b) weniger unnötigen Basisstrom: hier kannst du den TLC so einstellen, 
dass er (wirklich als Konstantstromsenke) genau den benötigten 
Basisstrom für den pnp Transistor liefert (plus das bisschen Strom, das 
über R1 fließt, wenn die Basis-Emitter Diode des Darlingten BD680 im 
Bereich der Schwellspannung liegt.

Ein gewisser Nachteil in Falks Vorschlag ist der etwas erhöhte 
Spannungsabfall am Leistungstransistor. Am BD680 wird im 
durchgeschalteten Zustand zwischen Kollektor und Emitter mehr Spannung 
abfallen (~0,8V, weil es ein Darlington ist) als es bei deinem FET der 
Fall wäre. Für den 12V LED-Streifen bleiben also nicht ganz 12V übrig 
und er leuchtet vielleicht ein wenig dunkler.

von Tom (Gast)


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Tom schrieb:
> sind das nicht 12V - 11,34) /R29 = 0,66mA ?

kannst du mir das noch mal erklären ?

Achim S. schrieb:
> Wenn du diese Schaltung verstanden hast, kannst du sie mal aufbauen und
> Erfahrungen sammeln. Durchs Aufbauen lernt man anders als durch
> theoretisches Betrachtungen.

Werde mir jetzt mal die Einzelteile bestellen. :-)

von Achim S. (Gast)


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Tom schrieb:
> kannst du mir das noch mal erklären ?

Nur nochmal so, wie schon geschehen. Nur dass ich beim ersten 
Erklärversuch leider einen Tippfehler eingebaut hatte ;-)

Achim S. schrieb:
> Na der Rest. Am oberen Ende von R29 liegen 12V, am unteren Ende ca.
> 660mV, also fallen 12V-0,66V an ihm ab. Und dementsprechend beträgt der
> Basisstrom (12V-9,66V)/R29

Es muss natürlich heißen: der Basisstrom beträgt (12V-0,66V)/R29

von Tom (Gast)


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@Achim
Noch einmal vielen Dank für deine Hilfe.

Für den TLC wird nun ein Schiff aus Hongkong für mich auf die Reise 
geschickt. Wenn die Teile dann da sind, werde ich mal von meinem 
Aufbauversuch berichten.

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