Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED Latch - rot durchgebrannt, aber wieso!?


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von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Liebe Community,
ich krieg' nen Föhn.

Ich habe vor ein paar Wochen für ein Experiment ein Board zum 
Kontrollieren von 8 identischen beleuchteten RGB-LED Flächen entworfen 
und aufgebaut.
Das ganze hat nun auch seit dem in einigen Stunden konstanten Betriebs 
gut funktioniert. Heute ist mir allerdings die rote LED einer RGB 
durchgebrannt, ohne, dass ich wüsste warum. Beim Testen (anstecken einer 
anderen RGB-Fläche) ist mir dort auch die rote durchgebrannt.

Also habe ich mir den Schaltplan und das Board neu vorgenommen und 
durchgemessen, insbesondere natürlich die Unit, bei der die LEDs 
durchgebrannt sind.
 Das Merkwürdige ist: Dort scheint alles einwandfrei zu stimmen. Hier 
wird jede LED wie geplant bestromt, rot bekommt 15mA. AUsgangsspannung 
sind wie immer 5V, keine Kurzschlüsse und: nun funktionieren auch andere 
Flächen/LEDs an dem Zweig, ohne dass der Strom ansteigt oder irgenwdas 
durchbrennt.

Ich frage mich nun also zuallererst, ob was am Design falsch ist. Dafür 
habe ich euch mal eine der Units angehängt.
Die LEDs werden durch 74HC75D latches gesteuert. Es sind ultrahelle 5mm 
LEDs mit gemeinsamer Anode, die an +5V hängen. Vorwiderstände sind 
180(rot) und 120 Ohm (grün,blau) vorm Negativ-Ausgang der Latches, die 
damit auf GND ziehen. Latches deshalb, weil 8 RGB Leds veränderbar und 
gemultiplext über eine Labview-Karte angesprochen werden.

Fällt euch hier auf, was ein Problem sein könnte, das nicht immer (aber 
auf Dauer, so wie jetzt) mal auftreten kann?

Mit besten Grüßen
Alex

von Amateur (Gast)


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Bitte, bitte, beschäftige Dich mal mit der tatsächlichen Funktion des 
Bausteins und nicht mit der, die Du gerne hättest.
Es gibt tatsächlich einen Unterschied zwischen einem Latch und einem 
Analogschalter.

von M.A. S. (mse2)


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Alex V. schrieb:
> Fällt euch hier auf, was ein Problem sein könnte, das nicht immer (aber
> auf Dauer, so wie jetzt) mal auftreten kann?
Mir nicht,...

Amateur schrieb:
> Bitte, bitte, beschäftige Dich mal mit der tatsächlichen Funktion des
> Bausteins und nicht mit der, die Du gerne hättest.
> Es gibt tatsächlich einen Unterschied zwischen einem Latch und einem
> Analogschalter.
... weshalb ich auch den Sinn dieser Worte nicht erfasse. Was möchtest 
Du damit sagen?

von A. S. (achs)


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LED zu kurz abgeschnitten und aufgelötet?

von Sven J. (svenj)


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Moin,

also grundsätzlich hätte ich eher Angst um das Latch, aber wenn, wie 
dargestellt, maximal 3x 15mA fließen sollte das prinzipiell 
funktionieren.

Die Ports verkraften maximal 25mA, also selbst mit falschem R24 müsste 
der IC vor der Diode aufgeben.
Sind alle Vorwiderstände richtig?

Aus dem Bauch, ohne die "echte" Schaltung zu sehen, würde ich mal 
vermuten, dass diese nicht 100%ig dem Schaltplan entspricht.
Klassische Fehlersuche ist angesagt... alle R checken und dann die 
Spannungen darüber kontrollieren => also, ob die korrekten Ströme 
fließen.
Überhitzen die Dioden evtl? Wie viele sind da so versammelt?

--
 SJ

von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Achim S. schrieb:
> LED zu kurz abgeschnitten und aufgelötet?

Tatsächlich eher kurz abgeschnitten, aber mit Beinchen angelötet und 
umgebogen... wieso??

Sven J. schrieb:
> also grundsätzlich hätte ich eher Angst um das Latch, aber wenn, wie
> dargestellt, maximal 3x 15mA fließen sollte das prinzipiell
> funktionieren.

Ja diese Angst habe ich auch geteilt, deshalb auch jew. auf 15mA 
begrenzt obwohl die LEDs 20 können.

> Die Ports verkraften maximal 25mA, also selbst mit falschem R24 müsste
> der IC vor der Diode aufgeben.
> Sind alle Vorwiderstände richtig?

Ja, die habe ich nach"gelesen" (SMD, print on top) und nachgemessen. Die 
stimmen.

> Überhitzen die Dioden evtl? Wie viele sind da so versammelt?

Ja das ist es ja, die klassische Fehlersuche habe ich ja eben 
abgeschlossen - und dabei ist nichts aufgefallen.
Die Dioden sollten nicht überhitzen, es befindet sich je eine RGB LED in 
einem 10x10x3cm Kästchen mit ordentlich luft und nahezu freihängend, 
also nichts mit massenweise nah beieinander liegenden LEDs, die sich 
gegenseitig hochheizen...

Amateur schrieb:
> Es gibt tatsächlich einen Unterschied zwischen einem Latch und einem
> Analogschalter

Den Beitrag finde ich auch eher schwer nachvollziehbar. Wenn die sinks 
des Latches +-20mA können, darf man das ja eigentlich auch nutzen.
Das Gleiche könntest du sonst auch bei signal-LEDs an einem µC Pin 
vorwerfen: Das sind auch keine Analogschalter? ;-)

von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Nur, weils so schön ist hier mal eine einzelne "RGB-Kachel" von innen, 
hier rot durchgebrannt. Ich weiß, das ist Lochraster und da ist viel 
Lötzinn. aber da gibts keine Kurzschlüsse, versprochen (auch weil 
nachgemessen).

Desweiteren:
Können Stromspitzen beim Schalten der Latches verantwortlich sein?
A.k.a. wäre es ggf. sinnvoll aus den Vorwiderständen RC Tiefpässe zu 
machen (zwischen R's und LED Kathoden mit Kondensatoren puffern)?

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Alex V. schrieb:
> Können Stromspitzen beim Schalten der Latches verantwortlich sein?

Da gibt es keine Stromspitzen.

von Martin S. (led_martin)


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@Alex V. L. (bastel_alex):

hast Du die LEDs bei dem Händler gekauft, den Du verlinkt hast? Da kaufe 
ich oft, und habe mit der Qualität eigentlich keine Probleme, bei 200 
Stück kann schon mal eine 'Faule' dabei sein. Schaltung und eingestellte 
Ströme sollten kein Problem sein, bei 'Weiß', also alle Farben 
gleichzeitig an, kann es termisch knapp werden, aber auch erst nach 
längerem Betrieb. Einziger kritischer Punkt, den ich sehe, könnte das 
abbiegen der Anschlüsse sein, das ist recht nah am Gehäuse, und bei den 
4-Pin RGBs ist dieser Bereich deutlich geschwächt, da kann es zu Rissen 
kommen.

Mit freundlichem Gruß - Martin

von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Hallo Martin,
danke für deine Antwort - ja habe ich!
Momentan ist es so, dass die 8 LED RGBs alle nie länger als 30 sekunden 
die selbe Farbkonfiguration haben - also recht häufig durchwechseln.

Mich hat eben gewundert (bezgl. "faulen" LEDs), dass mir gleich eine 
zweite hops gegangen ist (und eben auch rot), als ich die ausgefalle 
ausgetauscht habe. Wäre ja schon ein ordentlicher Zufall. Die hat kurz 
aufgeleuchtet (die Konfiguration auf dem Stecker war beim Tauschen noch 
aktiv) und war dann direkt tot. Gegen Riss am Gehäuserand (danke für den 
Hinweis allerdings) spricht aber ja auch, dass die roten wirklich 
durchgebrannt sind, der halbleiter+kunststoff ist an der stelle ja jetzt 
"gebräunt".
Deshalb war ich in Richtung hardware-debugging unterwegs und dachte erst 
da ist was Ausgangszweig kaputt gegangen.
Bloß, wie schon korrekt angemerkt wurde: Selbst wenn das Latch 
durchbrennen würde, wäre der Maximalstrom durch die LED ja immernoch 
durch LED Drop-Off + Vorwiderstand begrenzt auf 15mA. Ich versteh's 
nicht.

Ich werde die zwei morgen mal reparieren und hoffen, dass sich das nicht 
wiederholt. Sowas mag ich eigentlich gar nicht ;-)

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Alex V. schrieb:
> Tatsächlich eher kurz abgeschnitten, aber mit Beinchen angelötet und
> umgebogen... wieso??

Und dabei ist das Gehäuse an der Durchführung der Anschlussbeine sicher 
heil geblieben?

Alex V. schrieb:
> Heute ist mir allerdings die rote LED einer RGB durchgebrannt,

Was heißt durchgebrannt?
 [ ] Tod durch zuviel Strom
 [ ] Tod durch ESD
 [ ] kein Stromfluss mehr
 [ ] interner Kurzschluss
 [ ] k.A.

von ASM Superprofi (Gast)


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Du als Fachmann hast sicher bereits mit einem Osc den Spannungsverlauf 
beim Start gemessen und festgestellt, dass es da keinen Peak gibt?

von Martin S. (led_martin)


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Für 'Durchbrennen' müsste ja der Vorwiderstand kurzgeschlossen werden, 
falsch sein, oder defekt sein. Ein Kurzschluß zwischen den LED-Kathoden 
ist allerdings auch problematisch, da Rot die niedrigste Flußspannung 
hat, da fließt dann der geamte Strom durch den roten Chip, das ist dann 
mehr als das Doppelte, da die anderen Farben ja kleinere Vorwiderstände 
haben.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

von Jens G. (jensig)


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>Mich hat eben gewundert (bezgl. "faulen" LEDs), dass mir gleich eine
>zweite hops gegangen ist (und eben auch rot), als ich die ausgefalle
>ausgetauscht habe. Wäre ja schon ein ordentlicher Zufall. Die hat kurz

Dann ist der "rote" Vorwiderstand offensichtlich zu niedrig, bzw. 
entspricht nicht dem, was im Plan steht. Meß den doch mal nach.

von bko (Gast)


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von Dodo (Gast)


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bko schrieb:
> Sperrspannung überschritten?

Auch mein Verdacht. Vieleicht solltest du da noch Transistoren 
nachschalten, wenn du schon keine Logik mit Open-Collector Ausgang 
verwendest.

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Da die Sperr-Spannung bei allen LEDs ca. 6V beträgt, müssten sich die 
anderen Farben eigentlich ebenfalls verabschieden.

MfG

von Jens G. (jensig)


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@ bko (Gast)

>Sperrspannung überschritten?

So? Wo soll denn die Sperrspannungsüberschreitung herkommen?

von michael_ (Gast)


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bko schrieb:
> Sperrspannung überschritten?

Der war gut!

Dodo schrieb:
> Auch mein Verdacht.

Der ist noch besser!

Auf so eine Idee muß man erst mal kommen.

Gibt es zu den LED ein richtiges Datenblatt?
Vielleicht ist 3x 20mA gleichzeitig zu viel.

von Dubel (Gast)


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Also!
Für mich sieht, das Bild, eher führ einen totalen Kurzschluss aus.
Obwohl es laut Aussage nicht so ist.

Ich gehe eher davon aus, das die Led, mit zuviel Strom betrieben wird.

Trenne einen Pin am Led ab uns schliesse ein Messgerät in Reihe an und 
Messe den Strom dan Weisst du mehr.

von bko (Gast)


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bko schrieb:
>> Sperrspannung überschritten?
>Der war gut!

Alex V. schrieb:
> Latches deshalb, weil 8 RGB Leds veränderbar und
> gemultiplext über eine Labview-Karte angesprochen werden.
+ Pushpull Ausgang des 74hc75
 => eventuell Polaritätswechsel an der LED?

Wie sieht der Rest der Schaltung aus?
Wie der Multiplexer?

Zitat hier:
http://www.ferromel.de/tronic_16.htm

von michael_ (Gast)


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Ich habe mir mal ein Datenblatt von Reichelt angeschaut.

http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/LL-509RGBC2E-006.pdf

Ich denke, mein Verdacht bestätigt sich.
Da steht max. 100mW und ein max. Strom von 35mA.
In der Praxis sollte man da wesentlich darunter bleiben.

von Dodo (Gast)


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Du knallst Spannung auf ein Logikausgang. Sollte man nicht machen.
Da gilt dann das recht des stärkeren. Ist der Logikausgang stärker 
überlebt er vielleicht - legt dann aber eine Spannung evtl auch z.B. 
5,2Volt (das habe ich gerne mal bei einem USB-Steckernetzteil) in 
Sperrrichtung an deine LED. Für manche LED ist das schon oberhalb der 
maximal zulässigen.
Ich will gar nicht darauf bestehen das das die Ursache deines Problems 
ist, ich kenne die maximale Sperrspannung deiner LED ja nicht.
Es ist in meinen Augen ein Designfehler und ich würde so was 
grundsätzlich nicht so bauen. Logikausgänge sind keine Schalter - 
Transistoren schon eher.

von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Martin S. schrieb:
> Ein Kurzschluß zwischen den LED-Kathoden
> ist allerdings auch problematisch, da Rot die niedrigste Flußspannung
> hat, da fließt dann der geamte Strom durch den roten Chip, das ist dann
> mehr als das Doppelte, da die anderen Farben ja kleinere Vorwiderstände
> haben.

Danke für den Punkt Martin, auf Kurzschlüsse habe ich eigentlich alles 
durchgepiept, aber ich halte mal weiter die Augen offen!

Jens G. schrieb:
> Dann ist der "rote" Vorwiderstand offensichtlich zu niedrig, bzw.
> entspricht nicht dem, was im Plan steht. Meß den doch mal nach.

s.o., habe ich ja. Der stimmt (180Ohm).

michael_ schrieb:
> Gibt es zu den LED ein richtiges Datenblatt?
> Vielleicht ist 3x 20mA gleichzeitig zu viel

Ich hab leider nie eins gefunden und musste mich auf die Angaben des 
Händlers verlassen, die da das oben angefügte Bild wären - und auf de, 
Tütchen noch einmal
"LED-50RGB / Stk.:50
5mm RGB gem.Plus/630,525,470nm
ca. 10000 mcd/40"
U=2.2V / 3.3V / 3.4V / I =20mA"

bko schrieb:
> Wie sieht der Rest der Schaltung aus?
> Wie der Multiplexer?

Dodo schrieb:
> Ich will gar nicht darauf bestehen das das die Ursache deines Problems
> ist, ich kenne die maximale Sperrspannung deiner LED ja nicht.
> Es ist in meinen Augen ein Designfehler und ich würde so was
> grundsätzlich nicht so bauen. Logikausgänge sind keine Schalter -
> Transistoren schon eher

ich hab euch die ganze Schaltung einmal angehängt. Ist kein Hexenwerk.
Ich weiß natürlich, dass Latches keine Schalter sind, musste nur (auch 
Zeitbedingt) insgesamt fürs Design mit dem auskommen, was der Händler 
hier da hatte - und wollte Komplexität und Aufwand minimal halten. Klar, 
rächt sich manchmal.

michael_ schrieb:
> Ich denke, mein Verdacht bestätigt sich.
> Da steht max. 100mW und ein max. Strom von 35mA.
> In der Praxis sollte man da wesentlich darunter bleiben.

Danke Michael. In der tat kommmen aber mit meinen Vorwiderständen 
tatsächlich  maximal 35mA in Frage (weil max 15mA pro Ausgang, bei grün 
sinds eigentlich 14mA, bei Blau 13mA) - und das auch nur wenn die LEDs 
auf weiß geschaltet sind, was sie  nur in 1/8 der Fälle und idR nur für 
maximal <30sekunden sind. ALLERDINGS sind das im Schlimmsten Fall 125mW 
- also zu Viel. sollte das datenblatt auf diese leds zutreffen hieße das 
(falls das hier der Grund ist), dass ich die Vorwiderstände weiter 
erhöhen muss.

Ich werde die zwei LEDs jetzt mal austauschen und die Vorwiderstände 
auch, so dass wirklich max 100mW hinkommen - wie gesagt, die werden auch 
nur in 1/8 der Fälle zeitlich begrenzt in Anspruch genommen.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Alex V. schrieb:
> - wie gesagt, die werden auch
> nur in 1/8 der Fälle zeitlich begrenzt in Anspruch genommen.

Was glaubst Du denn, welche thermische Trägheit solch ein 
fliegenschissgroßer Halbleiterkristall in einem thermisch recht gut 
isolierenden Kunststoffgehäuse ohne Konvektionsströmungen hat? Da reden 
wir eher von einer Überlebensdauer von 30ms statt 30s. Und die Tatsache, 
dass die Überlast in einem Achtel der Fälle auftritt, bedeutet aber 
auch, dass bei jedem Muster ein Achtel der LED vorgeschädigt wird und 
irgendwann ausfällt.

von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Ist ein guter Punkt ;)

von Peter D. (peda)


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Mit 180R kannst Du ewig warten, bis die LED durchbrennt.
Du hast definitiv einen Masseschluß direkt zur Kathode der LED.

von Martin S. (led_martin)


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Wenn sich da, nach einem kurzen Moment, etwas in der LED schwarz 
verfärbt, lag es sicher nicht an einem, einen Tick, zu kleinen 
Vorwiderstand. Bei 20% Überlast stirbt eine 5mm LED nicht sofort, meist 
verkürzt sich nur die Lebensdauer, sind dann halt nur 2000 Stunden statt 
15000. Ich betreibe RGB-LEDs des gleichen Anbieters mit 50% Pulslänge 
(1/2 Multiplex) an 150 Ohm für Rot und 120 Ohm für Grün und Blau (5V 
Betriebsspannung), oft stundenlang auf Weiß, bisher keine Ausfälle, und 
da sind sicher schon 1000 Betriebsstunden drauf. In den Datenblättern 
für RGB LEDs gibt es oft Unklarheiten darüber, ob die Maximalwerte pro 
Chip auch gelten, wenn alle 3 Chips gleichzeitig leuchten, oder ob dann 
die Leistung reduziert werden muss.

Ich hatte mal, aus Interesse, eine (monochrome) 5mm LED mit 80 mA laufen 
lassen, die ist erst nach ein paar Tagen Dauerbetrieb ausgefallen. 
Verbrannt oder geschmolzen war da nichts.

Edit: Sperrspannung ist hier sicher nicht das Problem, die Spannung an 
der LED wird ja nicht umgepolt, Anode liegt dauerhaft an VCC, Kathode 
wechselt zwischen GND und VCC, also Spannung in Durchlassrichtung oder 
Null.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

: Bearbeitet durch User
von Alex V. (bastel_alex) Benutzerseite


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Danke Martin.
Immernoch ein kleines Rätsel.
Ich bin mal gespannt wie sich das ganze (jetzt repariert) in den 
nächsten Tagen verhält.

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