Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED an MCP1700


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von Tim S. (Firma: Google) (tuxut83)


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Hallo,
ich nutze derzeit den Spannungsregulator MCP1700 um eine stabile 
Spannung von 3,3V zu erhalten.
Aus Testzwecken habe ich am Ausgang jetzt eine blaue LED angeschlossen 
(3,3V, 20mA).
Eingangsseitig sind 4x1,2V AA Akkus (je 2000mAh) angeschlossen.

Ist es richtig, dass ich die LED jetzt bedenkenlos ohne Vorwiderstand 
betreiben kann?

Die Schaltung zieht ungefähr 18mA.
Ich gehe davon aus, dass die LED somit 111 Stunden leuchten sollte oder?

PS:
Gibt es einen Weg, die Schaltung nur mit 2x1,2V AA Akkus zu betreiben?
Benötige ich hierfür einen Step-Up-Wandler (DC-DC)?
Diese Umwandlung ist vermutlich mit hoher Verlustleistung verbunden 
oder?

von Falk B. (falk)


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@ Tim Scholz (Firma: Google) (tuxut83)

>Ist es richtig, dass ich die LED jetzt bedenkenlos ohne Vorwiderstand
>betreiben kann?

NEIN! Siehe LED!

>Gibt es einen Weg, die Schaltung nur mit 2x1,2V AA Akkus zu betreiben?
>Benötige ich hierfür einen Step-Up-Wandler (DC-DC)?

Ja.

>Diese Umwandlung ist vermutlich mit hoher Verlustleistung verbunden
>oder?

Was ist für dich eine hohe Verlustleistung? 1MW? Wenn ja, dann nein.
Schon mal über den Wirkungsgrad nachgedacht?

von Tim S. (Firma: Google) (tuxut83)


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Ein paar Erläuterungen wären hilfreich...

Ich sehe überall Formeln für den Vorwiderstand mit (Vcc - Uled)/I.
Wie groß ist denn dann der Vorwiderstand wenn Vcc = Uled (wie bei mir 
mit 3,3V)?
Über dem Bruchstrich erscheint (leider) eine Null.

---

Im Falle von 2x1,2V AA Akkus je 2000mAh:
Wie stark verkürzt sich die Brenndauer der LED (vorher 111 Stunden), 
wenn tatsächlich ein DC-DC-Wandler Verwendung findet, der mir am AUsgang 
wieder die 3,3V liefert?

DANKE!

von Horst (Gast)


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Tim S. schrieb:
> Ein paar Erläuterungen wären hilfreich...
>
> Ich sehe überall Formeln für den Vorwiderstand mit (Vcc - Uled)/I.
> Wie groß ist denn dann der Vorwiderstand wenn Vcc = Uled (wie bei mir
> mit 3,3V)?
> Über dem Bruchstrich erscheint (leider) eine Null.

Wenn Vcc=Uled dann ist Vcc zu klein.
Uled ist nicht konstant, sie ist u.a. Temperaturabhängig und ändert sich 
damit mit der Brenndauer der Led. Wenn jetzt kein strombegrenzendes 
Element in dem Stromkreis ist steigt dann der Stom -> Uled sinkt -> Iled 
steigt -> ... -> Led dunkel, Iled=0, das aber dann stabil


Tim S. schrieb:
> Im Falle von 2x1,2V AA Akkus je 2000mAh:
> Wie stark verkürzt sich die Brenndauer der LED (vorher 111 Stunden),
> wenn tatsächlich ein DC-DC-Wandler Verwendung findet, der mir am AUsgang
> wieder die 3,3V liefert?

Nimm den Wirkungsgrad des Wandlers, teil die 111 Stunden dadurch und Du 
hast grob die neue Laufzeit.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Tim S. schrieb:
> Ein paar Erläuterungen wären hilfreich...
>
> Ich sehe überall Formeln für den Vorwiderstand mit (Vcc - Uled)/I.
> Wie groß ist denn dann der Vorwiderstand wenn Vcc = Uled (wie bei mir
> mit 3,3V)?

Du kannst nicht Vcc = V_led wählen, wiel V_led keine Konstante ist. 
Diese Spannung ist abhängig vom LED-Exemplar, von der Temperatur und 
(natürlich) vom gewünschten Durchlaßstrom. Insbesondere ist der 
Zusammenhang zwischen Strom und Spannung nichtlinear und steil. Wenn 
bei 3.3V sagen wir 33mA fließen, dann sind es bei 3.4V nicht 34mA, 
sondern vielleicht 100mA.

Das ist genau der Grund, warum LED eine Strombegrenzung, im einfachsten 
Fall durch einen Vorwiderstand brauchen. Detailliert findest du diese 
Darstellung im Datenblatt deiner LED.

> Im Falle von 2x1,2V AA Akkus je 2000mAh:
> Wie stark verkürzt sich die Brenndauer der LED (vorher 111 Stunden),
> wenn tatsächlich ein DC-DC-Wandler Verwendung findet, der mir am AUsgang
> wieder die 3,3V liefert?

Das hängt vom Wirkungsgrad des DC-DC-Wandlers ab. 2x 1.2V mit 2Ah gibt 
über den Daumen eine Energie von 4.8Wh. Deine LED braucht bei 3.3V und 
18mA eine Leistung von knapp 60mW = 0.06W. Das reicht theoretisch für 80 
Stunden. Wenn der Wandler jetzt aber nur 80% Wirkungsgrad hat, dann sind 
es nur noch 64 Stunden.

Zum Vergleich: dein Spannungsregler von 4.8V auf 3.3V hat einen 
Wirkungsgrad von 69%.

von Route_66 H. (route_66)


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Hallo!
Die LED-Treiber vomn PREMA (PR4401...) arbeiten ab einer Zelle, machen 
auch die DC/DC-Wandlung und die LED kann direkt angeschlossen werden.
Der Wirkungsgrad bewegt sich um die 80 %.

https://www.prema.com/images/downloads/Datenblatt_PR4401_PR4402.pdf

: Bearbeitet durch User
von Tim S. (Firma: Google) (tuxut83)


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Okay, super...
Das hat mir richtig gut geholfen!

PS: Verbessert sich der Wirkungsgrad des MCP1700 bei 3,6V auf 3,3V, wenn 
ich also nur 3x AA-Akkus verwende?

von Manfred (Gast)


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Tim S. schrieb:

Du hast zum Thema "LED" gelesen? Eine LED betreibt man mit vorgegebenem 
Strom, die Spannung ergibt sich dabei. Sie ändert sich auch mit dem 
Strom: Beitrag "Z-Diode macht nicht was ich denke"

Wir nehmen an, die LED soll 20mA bekommen und die Flußspannung selbiger 
sei etwa 3 Volt. Jetzt rechnest Du den Vorwiderstand bei 3,6 Volt, 5 
Volt und 10 Volt aus.

Mit dem Vorwiderstand machst Du eine Gegenrechnung, wie viel Strom 
fließt, wenn sich die Spannung und ein paar Zehntel ändert. Du wirst 
sehen, dass bei hoher Spannung und großem Widerstand die Änderung 
deutlich geringer ausfällt.

> PS: Verbessert sich der Wirkungsgrad des MCP1700 bei 3,6V auf 3,3V, wenn
> ich also nur 3x AA-Akkus verwende?

Auch Grundlagen lesen, Längsregler: Die Differenz zwischen Eingang und 
Ausgang setzt dieser in Wärme um!

Mit 3x AA-NiMH geht nichts: Die Dinger haben frisch geladen um die 4,2 
Volt und werden entladen bis mindestens 3 Volt herunter. Ein 
vernünftiger Betrieb einer blauen / weißen LED ist damit nicht 
realistisch.

von Heiner (Gast)


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Tim S. schrieb:
> Ist es richtig, dass ich die LED jetzt bedenkenlos ohne Vorwiderstand
> betreiben kann?

LOL, der Klassiker. Nicht totzukriegen :)

lg. Heiner

von Michael H. (dowjones)


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Tim S. schrieb:
> Ich sehe überall Formeln für den Vorwiderstand mit (Vcc - Uled)/I.
> Wie groß ist denn dann der Vorwiderstand wenn Vcc = Uled (wie bei mir
> mit 3,3V)?
> Über dem Bruchstrich erscheint (leider) eine Null.

Mach halt mal die Gegenrechnung: Wieviel Strom fließt durch die LED bei 
einem Vorwiderstand von 0 Ohm?
I = U/R...? => Das würde gegen unendlich streben.
Genauso wie auch die Leistung U*I. Da sieht man schon das in dieser 
Rechnung irgendwo der Wurm drin sein muss...

In der Praxis wird der Strom vom ESR der Quelle, der Kabel usw. 
begrenzt. Aber da diese Widerstände irgendwo im miliohmbereich liegen 
dürften wäre der durch die LED fließende Strom immer noch extrem hoch. 
Der Vorwiderstand sorgt daher nicht nur dafür das an ihm die 
"überschüssige Spannung" abfällt, sondern in erster Linie sorgt er für 
eine Strombegrenzung. Ohne eine solche würde die LED nach kurzer Zeit 
wegen Überlastung den Dienst quittieren. Und die Batterien/Akkus würden 
rasend schnell entladen (wirkt die Schaltung doch wie ein Kurzschluß).


> PS:
> Gibt es einen Weg, die Schaltung nur mit 2x1,2V AA Akkus zu betreiben?
> Benötige ich hierfür einen Step-Up-Wandler (DC-DC)?
Ja genau, dafür bräuchte es einen (Aufwärts- aka. Boost- aka. 
StepUp-)Schaltregler wie z.B. den MCP1640 (den kann man mitsamt 
Außenbeschaltung problemlos auf einer SMD-Adapterplatine unterbringen, 
falls das eine Rolle spielt).

> Diese Umwandlung ist vermutlich mit hoher Verlustleistung verbunden
> oder?
Grundsätzlich könnte man sagen: LDOs (wie z.B. der angesprochene 
MCP1700) verheizen "überschüssige Spannung", während Schaltregler ein 
"zuviel an Spannung" in Strom umwandeln (jedenfalls zu einem gewissen 
Anteil).
Bei einer Versorgung durch nur 2 Akkus hätten wir hier ein "zuwenig" an 
Spannung, welche von einem Schaltregler durch ein "mehr an Strom" 
kompensiert werden kann. Der Regler zieht aus der Quelle also mehr Strom 
als er an seinem Ausgang wieder zur Verfügung stellt, dafür bietet der 
Ausgang halt eine höhere Spannung als die Quelle. Wieviel mehr Strom er 
zieht, das hängt vom Regler, der Schaltung, dem Schaltungsaufbau, dem 
Wirkungsgrad etc. ab. Einen Wirkungsgrad von mind. 80% sollte man aber 
schon hinbekommen.
Welche der beiden Möglichkeiten (Längs-/Schaltregler) in deinem 
konkreten Fall effizienter ist müsstest du nun mit einem spitzen 
Bleistift nachrechnen.

PS: Für die Effizienz eines Schaltreglers ist v.a. die Wahl der 
Induktivität sehr wichtig. Schau bei deinem Versandhändler nach einer 
"Power Coil" ö.ä., keinesfalls aber nach einer "Drossel".

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