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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LM2575S-5.0 nach einiger Zeit bricht Ausgangsspannung ein


Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Hallo, ich habe hier ein DMX Modul, dass ich für meine Lichtsteuerung 
benutze.

Ich habe es vergangenen Sonntag verbaut und bis heute Nacht auch keine 
Problem gehabt. Jetzt nach 3 Tagen kam ich in den Raum und sah, dass das 
Licht an war. Ich konnte es auch nicht mehr dimmen. Also machte ich mich 
auf die Suche des Problem.

Nehme ich dem Modul Eingangsseitig kurz die Spannung weg und schließe es 
wieder an, klappt es wieder für einen Moment (2-3 Stunden).

Also habe ich mal die Spannungsversorgung durchgemessen und 
festgestellt, dass der Spannungsregler offensichtlich Probleme macht. 
Ich kann bei nicht funktionierendem Modul am Treiberausgang nur noch 
gute 2.2V messen.

Ist das ein typisches Problem für so einen Spannungsregler? Verbaut ist 
ein LM2575S-5.0. Ich muss dazu sagen, dass ich ihn ziemlich an seiner 
Grenze betreibe (36V Eingangsspannung), da die LED Lampen dahinter eine 
Konstantspannung von 36V haben möchten.

Es handelt sich hierbei um genau dieses Modell: 
Beitrag "LED DMX-Controller mit STC 11L04E-35I-PDIP20"

Wirklich heiss wird kein Bauteil (auch im Betrieb nicht). Der 
Spannungsregler wird gerade mal handwarm.

Gruss
Björn

: Verschoben durch Moderator
Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Wirklich heiss wird kein Bauteil

Hmm, das wäre jetzt meine erste Annahme gewesen. Vielleicht schwingt er 
falsch. Hast du ein Oszilloskop, um mal dessen Ausgangsspannung zu 
prüfen?

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Ein Oszi habe ich leider nicht. Nur ein etwas besseres (als 08-15) 
Multimeter (UNI-T UT71C)

Autor: Stefan Us (stefanus)
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Dann bleibt nur eine Sichtkontrolle. Zeige mal detaillierte Fotos von 
deiner Spannungsregelung und den Schaltplan.

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Einen Schaltplan habe ich leider nicht.

Die Spannungsregelung findet direkt auf dem Board statt.

Es handelt sich, wie bereits oben im Eingangsbeitrag erwähnt, um ein 
fertiges Modul. Bilder und Datenblätter, die man bekommt, hatte bereits 
mal ein User hier verlinkt: 
Beitrag "LED DMX-Controller mit STC 11L04E-35I-PDIP20"

: Bearbeitet durch User
Autor: Fabian (Gast)
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Evtl. sorgt ein defektes Bauteil dafür, dass der Spannungsregler in die 
Knie geht. Ich würde die 5V mal direkt aus einem Labornetzgerät holen 
und dann schauen, ob der Strom irgendwann mal hoch geht.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Und wenn du zur Gegenprobe die Betriebsspannung mal auf weniger 
reduzierst?

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Fabian schrieb:
> Evtl. sorgt ein defektes Bauteil dafür, dass der Spannungsregler
> in die
> Knie geht. Ich würde die 5V mal direkt aus einem Labornetzgerät holen
> und dann schauen, ob der Strom irgendwann mal hoch geht.

Warum aber erst nach x Stunden? Vorher lief es 3 Tage ohne Vorkommnisse? 
Es wird im Betrieb nichts auffällig warm und verrichtet seine Dinge 
wunderbar.

Die ICs können es auch nicht sein. Die habe ich eben zum Test mal raus 
gezogen. Die Spannung bleibt am Spannungsregler weiterhin bei etwa 2.2V 
am Ausgang. Sonst ist ja nur passives Zeug drauf.

Lothar M. schrieb:
> Und wenn du zur Gegenprobe die Betriebsspannung mal auf weniger
> reduzierst?

Werde ich gleich mal testen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Björn F. schrieb:
> Werde ich gleich mal testen.
Ich übrigens hatte "weniger" im Sinne von "deutlich weniger" gemeint. 
Also z.B. was im Bereich um 24V...  ;-)

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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24V waren auch meine Idee ;-) Die liegen dort auch an. Zeitgleich habe 
ich das 36V Netzteil auf dem Tisch mit dem baugleichen Modul mal laufen 
(nur ohne Verbraucher dran.

Komischerweise blinkt nun die LED am 24V Netzteil nicht mehr (wie vorher 
bei korrektem DMX Signal), sondern leuchtet nun nur dauerhaft.

Lampen gehen auch nicht (wobei dass auf die zu geringe Spannung 
zurückzuführen sein könnte).

Irgendwie ist das jetzt nen Versuchsaufbau, wo ich nicht weiss, ob mich 
das weiterbringt ;-)

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Warum aber erst nach x Stunden?

Weil sie die Platine erwärmt und dann irgend ein temperaturabhängiger 
Defekt auftritt. Lege die Platine mal eine Stunde nach draußen, hole sie 
dann rein und mache sie an. Wenn sie dann länger läuft, hatte ich Recht.

Für so etwas habe ich immer eine Dose Kältespray und einen Fön in der 
Schublade.

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Die Platine wird ja nicht wirklich warm. Die ist nach 5min genauso warm, 
wie nach 4 Stunden. Ich hätte gesagt, maximal 5-6Grad wärmer als 
Umgebungstemperatur direkt beim Spannungsregler). Nachdem Sie heute zum 
zweiten mal ausgefallen war, habe ich DIREKT alle Bauteile abgetastet. 
Ergebnis, genauso warm, wie das aktuelle Modul, was auf dem Tisch 
parallel läuft.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Björn F. schrieb:
> Irgendwie ist das jetzt nen Versuchsaufbau ...
Ich habe die Beschreibung nicht verstanden.
Hast du also bei 24V auch ein System, das anfänglich geht und irgendwann 
nicht mehr?

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Die Platine wird ja nicht wirklich warm

Aber vielleicht ein einzelnes Bauteil, womöglich auch nur im Innern.

Eine gründliche Kontrolle auf einen thermischen Defekt ist hier wirklich 
angemessen, sonst suchst du Dir einen Wolf.

Oder hast du vor, nach und nach jedes einzelne Bauteil auf Verdacht 
auszuwechseln?

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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WAR Zustand:
- 36V Spannungseingang, Modul in der Decke eingebaut. Am Spannungsregler 
brach nach undefinierter Zeit die Spannung am Ausgang ein.

IST Zustand:
- 24V Spannungseingang am Deckenmodul
- 36V Spannungseingang am Modul auf dem Tisch

Beide laufen jetzt parallel, um sehen zu können, ob eines der beiden 
irgendwann aussteigt. Momentan laufen beide noch. (Sehe ich an der LED, 
die ging aus, als auch die Spannung einbrach).

Lothar M. schrieb:
> Björn F. schrieb:
>> Irgendwie ist das jetzt nen Versuchsaufbau ...
> Ich habe die Beschreibung nicht verstanden.
> Hast du also bei 24V auch ein System, das anfänglich geht und irgendwann
> nicht mehr?

Nein. ich habe das Modul in der Decke, das den Fehler bei 36V 
hervorrief, nun mit 24V bestromt. Bis dato hatte ich immer nur 
Versuchsaufbauten auf dem Tisch, die aber nie länger als 5-10 Minuten 
liefen. (Primär, um den DMX Bus zu testen)

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Also, vor 4 Tagen habe ich morgens das DMX Modul getauscht und bis heute 
Abend war alles gut. Ich dachte schon, dass evtl. an dem ersten Modul 
was defekt sei. Aber heute dann nach 4 Tagen das gleiche wieder.

Mit meinen Mitteln ist thermisch auch nichts zu finden. Alles im absolut 
normalen Temperaturbereich.

Autor: Marc Horby (marchorby)
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Mach doch mal ein Foto vom Modul und poste deinen Schaltplan!

Autor: Armin X. (werweiswas)
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Björn F. schrieb:
> Die Platine wird ja nicht wirklich warm. Die ist nach 5min genauso
> warm,
> wie nach 4 Stunden. Ich hätte gesagt, maximal 5-6Grad wärmer als
> Umgebungstemperatur direkt beim Spannungsregler). Nachdem Sie heute zum
> zweiten mal ausgefallen war, habe ich DIREKT alle Bauteile abgetastet.
> Ergebnis, genauso warm, wie das aktuelle Modul, was auf dem Tisch
> parallel läuft.

Deine normale Körpertemperatur beträgt 37°C
Bei 39° hast Du Fieber bei 42°... Ist auch nur 5 - 6° Differenz.
Und wieviel die Differenz im inneren ausmacht kannst Du durch 
Handauflegen gar nicht erst ermitteln.
Daher heißt diese Aussage nur : Sag mir was kaputt ist, ich will nicht 
suchen und/oder messen...

MfG

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Nein, die Aussage heißt "wie soll ich es sonst feststellen, wenn mir 
keine anderen Möglichkeiten zur Verfügung stehen?" Ich würde ja gerne - 
sofern ich könnte.

Autor: Armin X. (werweiswas)
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Dann versuche doch mal die Fönmethode um die Erwärmung zu beschleunigen.
Beispielsweise indem Du mit dem Fön durch einen Strohhalm oder Schlauch 
gezielt Wärme an einzelne Bauteile zuführst und durch "normales" 
anblasen oder mit Pressluft wieder abkühlst.
Ist am Ausgang des 2575 ein Keramikkondensator angebaut?

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Okay, das mit dem Heissluftfön und dem Kompressor werde ich morgen 
testen.

Am Ausgang vom LM2575 hängt ein 100µF grosser Elektrolytkondensator und 
ein 150µF Keramikkondensator.

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Björn F. schrieb:
> Am Ausgang vom LM2575 hängt ein 100µF grosser Elektrolytkondensator und
> ein 150µF Keramikkondensator.

Das könnte auch das empfohlene ESR Minimum unterschreiten!?

" Low ESR for COUT is desirable for low output ripple. However, the ESR 
should be greater than 0.05 Ω to
avoid the possibility of regulator instability. Hence, a sole tantalum 
capacitor used for COUT is most
susceptible to this occurrence."

Autor: Display Programmierer (Gast)
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Björn F. schrieb:
> Am Ausgang vom LM2575 hängt ein 100µF grosser Elektrolytkondensator

Noch wichtiger wäre der Kondensator am Eingang des Reglers.
Der bestimmt nämlich die Stabilität des Reglers entscheidend.

Björn F. schrieb:
> und ein 150µF Keramikkondensator.

Really? Das glaube ich nicht!

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Auch am Eingang hängt ein 100µF Elektrolykondensator. Nur einer mit 
entsprechend höherer Spannungsfestigkeit.

Display Programmierer schrieb:
> Björn F. schrieb:
>> und ein 150µF Keramikkondensator.
>
> Really? Das glaube ich nicht!

Das ist das, was mir das Multimeter anzeigt. Schaltplan habe ich ja 
leider nicht und muss versuchen, es mit meinen Mitteln zu testen/messen.

Autor: Marc Horby (marchorby)
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Mach doch mal ein Foto vom Modul und poste deinen Schaltplan!

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Wie bereits mehrfach angedeutet, ist es ein fertig gekauftes Modul, wo 
es auch keine Schaltpläne zu gibt. Fotos und die Anleitung hat ein 
anderer User bereits hier im Forum schon mal gepostet gehabt: 
Beitrag "LED DMX-Controller mit STC 11L04E-35I-PDIP20"

Autor: A. K. (prx)
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Björn F. schrieb:
> Am Ausgang vom LM2575 hängt ein 100µF grosser Elektrolytkondensator und
> ein 150µF Keramikkondensator.

Wo ist der 150µF Kerko auf den Bildern im anderen Thread zu finden?

Das vertikale Teil in TO-220 ist ein LM2575? Dann sollte LL1 wohl dessen 
Drossel sein - und die sieht für einen 52 kHz Switcher etwas klein aus. 
Was steht da drauf?

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Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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C11 ist der von mir gemessene 150µF Cap.

Das vertikale Teil in TO-220 ist ein LM2575?
>> Korrekt.

Dann sollte LL1 wohl dessen Drossel sein
>> Auch korrekt :-)

Was steht da drauf?
>> Nichts wirklich brauchbares - leider. Andeutungsweise könnte ich da sowas 
ähnliches wie 25°C entziffern. Die 2 und das C sind aber bereits abgeschnitten, da 
die Fläche zu kurz ist (oder die Schrift zu gross ;-) )

Autor: A. K. (prx)
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Björn F. schrieb:
> C11 ist der von mir gemessene 150µF Cap.

In ausgelötetem Zustand gemessen? Das ist wahrscheinlich der Abblock-C 
vom RS485-Transceiver.

: Bearbeitet durch User
Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Angehängte Dateien:

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Nachtrag zum alten Beitrag, da nicht mehr editierbar.

@A. K.: Danke für den Hinweis. Gerade mal ausgelötet. Da hat er nur noch 
100µF. Dass er zum RS485-Transceiver gehört denke ich nicht. Er hängt 
direkt in den 5V vom Ausgang gegen Masse.

: Bearbeitet durch User
Autor: A. K. (prx)
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Björn F. schrieb:
>>> Nichts wirklich brauchbares - leider. Andeutungsweise könnte ich da sowas
> ähnliches wie 25°C entziffern.

Nicht sehr hilfreich. Da die notwendige Induktivität der Drossel mit der 
Eingangsspannung eines Switchers steigt, wäre deren Wert ziemlich 
wichtig. Ebenso die Strombelastbarkeit. Wenn diese Drossel stark 
unterdimensioniert ist, dann sättigt sie bei hoher Eingangsspannung und 
der Regler verzweifelt.

Autor: A. K. (prx)
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Björn F. schrieb:
> @A. K.: Danke für den Hinweis. Gerade mal ausgelötet. Da hat er nur noch
> 100µF.

Könnten es auch 100nF sein?

> Er hängt direkt in den 5V vom Ausgang gegen Masse.

Das haben Abblockkondensatoren so an sich.

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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A. K. schrieb:
> Björn F. schrieb:
>> @A. K.: Danke für den Hinweis. Gerade mal ausgelötet. Da hat er nur noch
>> 100µF.
>
> Könnten es auch 100nF sein?
 Ich Depp. Natürlich...

@Drossel: Hört sich schlüssig an, auch wenn ich mich mit der Funktion 
einer Drossel noch nicht wirklich auseinandergesetzt habe. Ist das von 
dir geschilderte Problem denn dann Abhängig von der Eingangsspannung? 
Ich meine - ein solches Modul wird Hundertfach verkauft. Daher denke ich 
mal, dass das Problem daher kommt, dass ich es an seiner Grenze betreibe 
(36V). Kann man das mit deiner Theorie auch erklären, dass es erstmal 
einige Stunden/Tage funktioniert?

: Bearbeitet durch User
Autor: A. K. (prx)
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Björn F. schrieb:
> Ist das von
> dir geschilderte Problem denn dann Abhängig von der Eingangsspannung?

Ja.

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Wie kann ich das Problem nun weiter angehen, sofern wir mal davon 
ausgehen, dass es daran liegt? Eine entsprechende Drossel kaufen und 
damit mal testen? z.B. 
https://www.tme.eu/de/details/coil0608-0.33/vertik...

: Bearbeitet durch User
Autor: A. K. (prx)
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Dazu müsste man überhaupt erst einmal die Randbedingungen kennen. Also 
wieviel Strom der LM2575 liefern muss. Andernfalls nimmt man die 
Beispieldimensionierung - aber dann mit einer zum Strom dieser Schaltung 
passenden Drossel.

Die LEDs werden vermutlich aus der Eingangsspannung bedient, so dass der 
LM2575 nur die µC-Schaltung und die MOSFET-Gates der LED-Switcher 
bedienen muss. Und dann schaut man ins Datasheet vom LM2575 und sucht 
sich eine Drossel aus, die passt.

Und da gibts einen Standardfehler in der Dimensionierung. Man schaut 
vorne auf der ersten Seite auf die Beispielschaltung und sieht 330µH. Da 
man beispielsweise bloss 200mA braucht, nimmt man aber eine 330µH 
Drossel, die nur 0,5A abkann. Und wundert sich, wieso das in die Hose 
geht. In dieser Beispielschaltung muss die Drossel viel mehr aushalten 
können (1,2A aufwärts) auch wenn man die 1A nicht braucht.

Will man die Drossel aber nicht auf hohen Sättigungsstrom 
dimensionieren, sondern passend, dann muss die Induktivität entsprechend 
grösser ausfallen um den Spitzenstom geringer zu halten. Dazu gibts im 
Datasheet eine nette Anleitung und ein paar passende Diagramme. Also 
ganz durchlesen und nicht auf der ersten Seite aufhören. ;-)

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan Us (stefanus)
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> In dieser Beispielschaltung muss die Drossel viel mehr
> aushalten können (1,2A aufwärts)

Vermutlich mangels Know-How kann ich diese Aussage nicht nachvollziehen. 
Dass die Induktivität an die Strom- und Spannungsverhältnisse 
ausgerichtet sein muss ist mir klar.

Aber warum muss die Spule 1,2A aushalten, wenn man Am Ausgang nur 200mA 
benötigt?

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Stefan U. schrieb:
> Aber warum muss die Spule 1,2A aushalten, wenn man Am Ausgang nur 200mA
> benötigt?

Weil vom Eingang nur ein sehr kurzer Stromimpuls in die Spule fließt, 
der umso kürzer/größer wird, je größer die Spannungsdifferenz zwischen 
Ein und Ausgang ist.
Da muss die gesamte Energiemenge drinstecken, die bis zum nächsten 
Impuls, am Ausgang benötigt wird.

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Da muss die gesamte Energiemenge drinstecken, die bis zum
> nächsten Impuls, am Ausgang benötigt wird.

Das heißt, wenn ich am Ausgang wenig Energie brauche, muss die Spule 
wenig Energie speichern.

Warum dann der hohe Strom?

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Stefan U. schrieb:
> Warum dann der hohe Strom?

Weil die verfi... Spanung hoch ist....

Autor: MM (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Warum dann der hohe Strom?

Wegen der Erstbefüllung des Ausgangselkos. Das stressige Einschalten 
gehört nunmal bei Schaltreglern als Betriebszustand dazu.

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Warum dann der hohe Strom?

> Weil die verfi... Spanung hoch ist....

Verstehe ich nicht. Der Strom steigt doch nur allmählich an und der 
Regler wird das Tastverhältnis der PWM entsprechend dem Bedarf anpassen. 
Er schaltet  ab, lange bevor der Strom die 1,2A erreicht.

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> Wegen der Erstbefüllung des Ausgangselkos.

Dazu muss ich die Spule aber nicht mehrfach überdimensionieren. Das ist 
ja nur ein kurzer Moment.

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Stefan U. schrieb:
> Dazu muss ich die Spule aber nicht mehrfach überdimensionieren. Das ist
> ja nur ein kurzer Moment.

Hoher Strom -> Ohmsche-Verluste², Regler kommt ins straucheln....
Die Thermische Zerstörung der Spule, kommt erst weit danach wirklich mit 
ins Spiel.

Autor: MM (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Dazu muss ich die Spule aber nicht mehrfach überdimensionieren. Das ist
> ja nur ein kurzer Moment.

Zu klein käme sie trotzdem in Sättigung und eingebaute Schutzmechanismen 
im Regler sollte man nicht betriebsmässig ausnutzen. (Sie dienen dem 
Selbstschutz und haben auch große Streuungen.)

Und lass dich nicht von geringem Laststrom blenden. Denn er 
Eingangsstrom klingt effektiv dann zwar auch nicht nach viel - aber 
schau dir dessen Verlauf über die Zeit an. Die Spitzen sind da keine 
Schmeichelei mehr.

Autor: batman (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Das heißt, wenn ich am Ausgang wenig Energie brauche, muss die Spule
> wenig Energie speichern.
>
> Warum dann der hohe Strom?

Wenn die Ladephase des Ausgangselkos kürzer als die Entladephase ist, 
muß der Ladestrom (zumindest kurzzeitig) höher als der Entladestrom 
werden, oder?

Autor: Marc Horby (marchorby)
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Björn F. schrieb:
> Das ist das, was mir das Multimeter anzeigt. Schaltplan habe ich ja
> leider nicht und muss versuchen, es mit meinen Mitteln zu testen/messen.

Björn F. schrieb:
> Nachtrag

Hallo Bjorn, ist diese Platine von dir?

Autor: Paul Baumann (paul_baumann)
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Marc H. schrieb:
> Hallo Bjorn, ist diese Platine von dir?

Das sah im ersten Beitrag schon nicht so aus:

Björn F. schrieb:
> Es handelt sich hierbei um genau dieses Modell:
> Beitrag "LED DMX-Controller mit STC 11L04E-35I-PDIP20"


WENN die Platine von ihm wäre , hätte er wahrscheinlich auch einen 
Schaltplan davon.

MfG Paul

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> schau dir dessen Verlauf über die Zeit an

Mach ich. Ich schau mir das mal konkret mit einem Oszilloskop an.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Björn F. schrieb:
> Verbaut ist ein LM2575S-5.0. Ich muss dazu sagen, dass ich ihn ziemlich
> an seiner Grenze betreibe (36V Eingangsspannung), da die LED Lampen
> dahinter eine Konstantspannung von 36V haben möchten.

Warum tust du das?

Der LM2575HV verträgt 63V.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2575-n.pdf

Autor: Alex (Gast)
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Paul B. schrieb:
> Marc H. schrieb:
> Hallo Bjorn, ist diese Platine von dir?
>
> Das sah im ersten Beitrag schon nicht so aus:
>
> Björn F. schrieb:
> Es handelt sich hierbei um genau dieses Modell:
> Beitrag "LED DMX-Controller mit STC 11L04E-35I-PDIP20"
>
> WENN die Platine von ihm wäre , hätte er wahrscheinlich auch einen
> Schaltplan davon.
>
> MfG Paul

Dann könnte er aber bessere Fotos hochladen, sodass man mehr erkennen 
kann!

Autor: Björn Fischer (bjoern3003)
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Wolfgang schrieb:
> Björn F. schrieb:
>> Verbaut ist ein LM2575S-5.0. Ich muss dazu sagen, dass ich ihn ziemlich
>> an seiner Grenze betreibe (36V Eingangsspannung), da die LED Lampen
>> dahinter eine Konstantspannung von 36V haben möchten.
>
> Warum tust du das?
>
> Der LM2575HV verträgt 63V.
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2575-n.pdf

Weil der Hersteller des DMX Moduls schreibt, dass man das Modul bis 36V 
betreiben darf und weil die LEDs mit 36V laufen. Darum mache ich das.



Alex schrieb:
>
> Dann könnte er aber bessere Fotos hochladen, sodass man mehr erkennen
> kann!
Sofern die weiterhelfen, kann ich die gerne machen.

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