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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kann jemand Bauteildimensionierungen berechnen?


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Autor: Lars H. (haggen)
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Hi!
Der Schaltplan im Anhang ist ein LED-Treiber, der beim Schließen von S1 
die 3W- LED langsam aufdimmen - und beim Öffnen von S1 langsam 
runterdimmen läßt.
Über einen Ausgangsport meines uC und dem Relais läßt sich der 
Dimmeffekt auch abschalten: Dann schaltet die LED abrupt ein- und aus.
Das Relais 5V/ 3A/125VDC wird 64 dieser Treiberschaltungen parallel 
steuern.

Meine Frage/Bitte:
Der im Schaltplan rot markierte Draht hat (aus Platzgründen) nur 0,25²mm 
Querschnitt. Kann mir jemand sagen/berechnen, wie hoch der Strom 
zwischen P1 und P2 sein wird? Das Ergebnis wäre dann x 64 zu nehmen und 
ich mache mir dann um den rot markierten Draht Sorgen...

Vielen Dank!

: Verschoben durch Moderator
Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

Lars H. schrieb:
> Das Relais 5V/ 3A/125VDC wird 64 dieser Treiberschaltungen parallel
> steuern.

wie ist das gemeint? Hat das Relais 64 Kontakte? Du kannst ja die 
Elkoanschlüsse nicht einfach so miteiander verbinden.
Oder sollen die auch alle gelichzeitig über einen S1 geschaltet werden?
irgendwie verstehe ich das noch nicht so ganz.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: HildeK (Gast)
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Dem Draht wird nichts passieren, auch nicht wenn du das mal 1000 nimmst. 
Rechne mal grob mit 100μA.

Ob die Schaltung an sich sinnvoll ist, bezweifle ich aber.

Autor: Lars H. (haggen)
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[Du kannst ja die Elkoanschlüsse nicht einfach so miteiander verbinden]

Das hatte ich aber eigentlich vor... "räusper,hüstl".
Moment, ich mache eine neue Zeichnung, wo das Relais zwei von 64 
Schaltungen steuert...

Autor: Lars H. (haggen)
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So hatte ich mir das vorgestellt. Nicht gut?

Autor: Lars H. (haggen)
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ach ja: und alle 64  "S1" werden über Optokoppler vom uC getrennt 
angesteuert. Der uC kann also 64 LEDs getrennt voneinander steuern.
Ich will nur den Dimmeffekt "global" für alle 64 ein/ausschalten können.

Autor: Lars H. (haggen)
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@HildeK
Ah, danke! 100 uA...das beruhigt. Die Schaltung (ohne Relaisfunktion) 
habe ich bereits aufgebaut. Funktioniert super! Mit dem Trimmer kann ich 
die LED-Vorspannung regeln, um die LED sofort im regelbaren (sichtbaren) 
Bereich hoochdimmen zu lassen.

Nur die Relais-Dimm-Abschaltung macht(e) mir noch Sorgen. Warum kann ich 
nicht alle 64 Negativ-ELko-Anschlüsse miteinander verbinden?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Für die insgesamt 5mA reichen die 0.25mm^2 locker. Das würde sogar für 
250mA reichen.

Autor: Lars H. (haggen)
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Danke Helmut!
Nur so aus Neugierde/ Dazulernen und so:
Wie berchnen sich 5mA?

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> Wie berchnen sich 5mA?

Die wurden grob überschlagen.

Ist S1 offen und der 100µF leer, dann liegen 12V * 33k/(220k+33k) = 
1.56V am C an. Wird der Relaiskontakt geschlossen, dann fließen 
1.56V/(220k|33k)=55µA durch den Kontakt - als Anfangsstrom. 
[Spannungsteiler, Innenwiderstand]

Ist S1 geschlossen, dann sind in der Rechnung die 220k durch 220k|330k = 
132k zu ersetzen. Da ergibt einen Anfangsstrom von 180µA.
Das Ganze *64, sind also 3.5mA bzw. 11.5mA.

Du kannst mit dem Draht statt 64 Schaltungen auch 1000 anschließen. 
Selbst 10000 machen dem nichts aus, dieser Anfangsstrom nimmt ja sehr 
schnell ab und ist dann Null solange S1 nicht wieder umgeschaltet wird. 
Beim Relaiskontakt muss man dann aber schon mal prüfen, ob der das 
aushält - bis 10000 macht aber der auch nicht schlapp.

Helmut S. schrieb:
> Das würde sogar für 250mA reichen.

Auch für 1A oder mehr - ist ja nur der Spitzenstrom für kurze Zeit.
Selbst ein Fädeldraht wird das aushalten :-).

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> Nur die Relais-Dimm-Abschaltung macht(e) mir noch Sorgen. Warum kann ich
> nicht alle 64 Negativ-ELko-Anschlüsse miteinander verbinden?

Naja, durch das getrennte Schalten der S1-Schalter ändert sich ja nicht 
an allen gleichzeitig das Gatepotential (die eine Seite des 100µF), 
sondern nur an dem einen. Dann wirken die über die rote Leitung 
verbundenen C schon. Ich vermute mal, dass dann trotzdem ein Dimm-Effekt 
eintreten wird.

Besser funktionieren dürfte es, wenn du diese Minuspole des C mit je 
einem kleinen MOSFET auf GND schaltest und deren Gates über den µC 
ansteuerst.

Autor: Lars H. (haggen)
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erstmal danke für die Antworten!
Die Berechnung muss ich mir nochmal in Ruhe anschauen.

HildeK schrieb:
> Ich vermute mal, dass dann trotzdem ein Dimm-Effekt
> eintreten wird.

Ja, das vermute ich auch. Je nachdem wieviele der S1 von den 64 gerade 
geschlossen sind, tritt wohl ein Dimmeffekt auf. Das wäre inakzeptabel.
Du meinst, mit den zusätzlichen FETs (wie in der Zeichnung)wäre das 
Problem
erschlagen? >Das wären dann 3 * 64 zusätzliche Bauteile und Kosten :( .
Aber wenn es dann wenigstens funktioniert, soll es so sein.

Autor: Lars H. (haggen)
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So sieht übrigens das Ergebnis der Schaltung aus :)
Youtube-Video "Neues Projekt2"

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> Du meinst, mit den zusätzlichen FETs (wie in der Zeichnung)wäre das
> Problem erschlagen?
Ja. Die Anschlüsse der 100µ sind dann auf jeden Fall getrennt.
Du kannst auch noch kleinere FETs nehmen. Sie sollten halt bei der 
Gatespannung die maximal 180µA schalten können.
> Das wären dann 3 * 64 zusätzliche Bauteile und Kosten :( .
Ja, leider.
Zu den Widerständen: Den R zw. Gate und Source brauchst du nur einmal 
und dann direkt am Steuerpin ganz links für alle gemeinsam. 10k reichen 
aus, der soll ja nur einen hochohmigen Ausgang (Resetzustand des µC) 
abdecken.
Den Gatewiderstand würde ich mit mindestens 5k wählen, weil die 
Parallschaltung aller 64 Gates dann doch zu einer erheblichen 
kapazitiven Belastung für den µC führt.

Ich hab die Schaltung natürlich nicht ausprobiert, aber soviel zu meinen 
Überlegungen ...

Autor: Lars H. (haggen)
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ah ok. Danke! Das werde ich auf jeden Fall mal ausprobieren.
Sag mal..ginge es auch mit Dioden statt FETs wie in der Zeichnung?
Das wäre immerhin etwas einfacher.

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> Sag mal..ginge es auch mit Dioden statt FETs wie in der Zeichnung?

Nein, denn du musst ja die 100µF laden und entladen, d.h. der Strom muss 
in beide Richtungen fließen können.

Autor: Lars H. (haggen)
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HildeK schrieb:
> der Strom muss
> in beide Richtungen fließen können.

das leuchtet ein...

ok, ich teste das mal heute Abend mit dem 2. FET und gebe Info.

Autor: my2ct (Gast)
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Lars H. schrieb:
> LED_Steuerung_mit_Dimmeffekt.png

Ich hoffe mal, dass deine "LED" im Schaltplan nicht nur eine LED ist. 
Sonst hast du an der Schaltung wenig Freude.

Welchen Sinn hat die Serienschaltung vom 1kΩ-Poti mit dem 20kΩ 
Widerstand?

Autor: Lars H. (haggen)
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die LED ist eine 12V/3W G4 LED mit integriertem Gleichrichter und KSQ.
Die Schaltung funktioniert zuverlässig (siehe oben der YouTube-Link).
Diese LD hat einen sichtbaren Dimmbereich von 7,14 bis 9,8V. Ab 9,8V 
fängt die KSQ an zu regeln und die Spannung wird schlagartig auf 12,08V 
stabilisiert. Mit dem Trimmer kann ich die Vorspannung an der LED von 
6,3 bis 7,8V einstellen. Den Trimmer stelle ich so ein, daß die LED 
gerade so eben noch nicht sichtbar leuchtet. Das sind hier 7,14V.
Ich wollte bewußt eine analoge Lösung, weil die Alternative dann 64 x 
PWM gewesen wäre. Das geht zwar alles mit Schieberegistern, aber dieser 
LED Typ ist nun mal "Kundenvorgabe" und damit muss ich jetzt arbeiten.
Die Dimmschaltung an sich ist also nicht das Problem. Das ist alles im 
Griff und praxiserprobt. Die Dimmfunktion per uC abschalten, so daß die 
LED "hart" ein/ausschaltet ist hier die Aufgabenstellung.

Autor: Manfred (Gast)
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HildeK schrieb:
> Nein, denn du musst ja die 100µF laden und entladen, d.h. der Strom muss
> in beide Richtungen fließen können.

Die Parallelschaltung mehrerer Elkos wird auch in die Hose gehen. Was 
für Potentiale ergeben sich, wenn links S1 offen und rechts S1 
geschlossen ist?

Autor: Lars H. (haggen)
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Manfred schrieb:
> Die Parallelschaltung mehrerer Elkos wird auch in die Hose gehen

schon möglich. Ich werde es aber trotzdem testen.
Bin auch offen für weitere Lösungsansätze.
Vielleicht gibt es noch andere Möglichkeiten, ausser C "aus dem Spiel" 
zu nehmen. Im Anhang nocheinmal die Ausgangslage.
Fragestellung: Wie kann ich per uC umschalten das bei Schließen S1 die 
LED entweder langsam aufdimmt/abdimmt oder abrupt einschaltet/ 
ausschaltet?

Autor: Lars H. (haggen)
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übrigens: Der ursprüngliche Thread zu diesem Thema ist dieser hier -->
Beitrag "Re: 64 Stall- Laternen mit dimmbarer LED ansteuern"
Falls jemand Lust hat, das zu lesen.
Es ist das gleiche Projekt.

Autor: HildeK (Gast)
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Manfred schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Nein, denn du musst ja die 100µF laden und entladen, d.h. der Strom muss
>> in beide Richtungen fließen können.
>
> Die Parallelschaltung mehrerer Elkos wird auch in die Hose gehen. Was
> für Potentiale ergeben sich, wenn links S1 offen und rechts S1
> geschlossen ist?

Wo siehst du ein Problem?
Die Variante mit den Dioden geht nicht, wurde diskutiert.
Bei der Variante mit den FET-Schaltern sind die Cs getrennt und liegen 
nicht parallel und haben auch keine Verbindung zueinander.
Entweder sind alle auf der Masseseite abgetrennt (quasi offen) oder sie 
liegen eben über den FET niederohmig auf GND. Ich sehe da keine 
Wechselwirkungen, bei der ursprünglichen Variante mit dem Relais aber 
schon.

Du darfst mich aber gerne eines Besseren belehren!

Autor: Manfred (Gast)
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HildeK schrieb:
> Wo siehst du ein Problem?
> Die Variante mit den Dioden geht nicht, wurde diskutiert.

Dass die Dioden keine Sinn ergeben, ist klar.

In der Schaltung 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/363017/LED_Steuerung_mit_Dimmeffekt.png 
gehen sie alle auf eine gemeinsame Leitung, der das Relais den Fußpunkt 
wegzieht - da befürchte ich undefinierte Umladungen, je nachdem, wie die 
S1 bzw. wie viele derer geschlossen / offen sind.

In der letzten Schaltung 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/363060/LED_Steuerung_mit_Dimmeffekt3.png 
sind die Elkos dauerhaft an GND, da sehe ich kein Problem.

Was mich noch umtreibt, ob es eine sinnvolle Kennlinie geben wird, 
überhaupt der gewünschte Effekt eintritt.

Autor: ~Mercedes~ (Gast)
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Ist doch ein niedliches Projekt!
Die You tube - Vorstellung ist bombastisch.

Mein Vorschlag:
Die FET - Variante nehmen und die Fets über einen
Adressdekoder oder Zähler ansteuern, sodaß man
nicht 30 Controllerbits braucht.

Ja, ich hab nicht alles gelesen, bitte nicht schimpfen!

mfg

Autor: HildeK (Gast)
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@Manfred:
Der (von mir und auch vom TO) akzeptierte Stand ist der hier, aus den 
Gründen, die du für die andern Schaltungen aufgeführt hast:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/363041/LED_Steuerung_mit_Dimmeffekt.png
Er wollte nur noch mal schauen, ob es eine einfachere Variante ohne die 
zusätzlichen FETs geben kann. Das hat aber bisher noch nicht geklappt 
:-).

Manfred schrieb:
> Was mich noch umtreibt, ob es eine sinnvolle Kennlinie geben wird,
> überhaupt der gewünschte Effekt eintritt.

Ja, das hatte ich anfangs auch bezweifelt, aber der TO hat ein Video 
veröffentlicht und da sieht die Dimmfunktion ganz gut aus:

Lars H. schrieb:
> So sieht übrigens das Ergebnis der Schaltung aus :)
> Youtube-Video "Neues Projekt2"

Autor: HildeK (Gast)
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~Mercedes~ schrieb:
> Mein Vorschlag:
> Die FET - Variante nehmen und die Fets über einen
> Adressdekoder oder Zähler ansteuern, sodaß man
> nicht 30 Controllerbits braucht.

Die braucht er für das Umschalten zwischen Dimmen und nicht-Dimmen 
nicht: alle Gates dieser Zusatz-FETS gehen auf einen 
Controllerausgang, um die Dimmfunktion für alle an- oder auszuschalten. 
So der Wunsch.

Anders sieht es mit dem S1 aus. Der wird vermutlich nicht von Hand 
bedient werden sollen ...
Die Frage ist aber noch nicht aufgetaucht bzw. schon gelöst.

Autor: Lars H. (haggen)
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HildeK schrieb:
> Anders sieht es mit dem S1 aus. Der wird vermutlich nicht von Hand
> bedient werden sollen ...

alle 64 S1 werden über optokoppler vom uC gesteuert. Keinesfalls per 
Hand.

Youtube-Video "Neues Projekt"

Autor: Lars H. (haggen)
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HildeK schrieb:
> alle Gates dieser Zusatz-FETS gehen auf einen
> Controllerausgang, um die Dimmfunktion für alle an- oder auszuschalten.
> So der Wunsch.

ganz genau! richtig!

Autor: Lars H. (haggen)
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In dem Video: Youtube-Video "Neues Projekt" greife ich von 
dem 8x8 LED Matrix-Modul die 16 Ausgangs-Pins ab (8 Reihen und 8 
Spalten) und schicke sie an 16 "PC847" Optokoppler. Diese 64 Optokoppler 
schalten die 64 S1.

Autor: Lars H. (haggen)
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Lars H. schrieb:
> Diese 64 Optokoppler
> schalten die 64 S1.

sorry verschrieben. Es sind 16 Optokoppler(PC847) mit je 4 Kanälen

Autor: Lars H. (haggen)
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@HildeK:
habe den zweiten IRLL024N wie im Bild (Anhang) verbaut.
R1= 4K7
R2= 17k

Ein "high" an Port bewirkt, daß die LED leuchtet, unabhängig davon, ob
S1 offen oder geschlossen ist

Ein "low" an Port bewirkt: LED leuchtet schlagartig voll, sobald S1 
geschlossen ist. Bei offenem S1 bleibt LED komplett dunkel.

Habe den IRLL024NB duch einen BC547C (N-Kanal transistor) getauscht.
Jetzt ist der gewünschte Effekt da! Ein "High" (+5VC) an Port bewirkt 
bei geschlossenem S1, daß die LED aufdimmt und bei offenem S1 
runterdimmt.

Bei Port = low  (Transistor gesperrt) gibt es ein schlagartiges 
Ein/Ausschalten bei S1-Wechsel.

Warum das so ist, kann ich mir nicht erklären. Es sollte mit dem FET 
und NICHT mit dem BC547C funktionieren und nicht umgekehrt. "Bipolar" 
hätte eigentlich Trumpf sein müssen. Ist es aber nicht- im Gegenteil.

Autor: Lars H. (haggen)
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Nachtrag:
Ich kann übrigens beim BC547C Emitter und Collector vertauschen. Geht 
trotzdem.

Autor: Lars H. (haggen)
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Ob bei der Transistor -Lösung auch zwei- oder gar 64 Schaltungen der 
Dimmeffekt sbschaltbar ist, kann ich momentan nicht testen, weil ich nur 
eine einzige dieser LEDs habe. Ich vermute NEIN! Wie HildeK schon 
einwarf: Die Cs der 64 Schaltungen wären wohl nicht entkoppelt.

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> habe den zweiten IRLL024N wie im Bild (Anhang) verbaut.
> R1= 4K7
> R2= 17k

Mach den R2 links von R1 hin, direkt an den Port, aber dann nur einen 
für alle FETs oder Transistoren. Der ist nur dazu da, um im Resetfall 
des μC einen definierten Level zu haben.

Den Rest deines Posts kann ich mir gerade nicht erklären ... Kein 
Schaltungsfehler drin? Das sollte auch mit dem FET ideal gehen.

Mit einem bipolaren Transistor wird es auch gehen, er muss ja, wie der 
Relaiskontakt nur max. 180μA können und damit reichen als Basisstrom 
locker 10μA.
4.3V und 10μA heißt dann: R1 = 430k (oder 390k für E12) und für alle 
zusammen muss der Port 64*10μA liefern.  Geht also.

Lars H. schrieb:
> Warum das so ist, kann ich mir nicht erklären. Es sollte mit dem FET
> und NICHT mit dem BC547C funktionieren und nicht umgekehrt. "Bipolar"
> hätte eigentlich Trumpf sein müssen. Ist es aber nicht- im Gegenteil.

Es muss mit beiden gehen.

Autor: Lars H. (haggen)
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HildeK schrieb:
> Mach den R2 links von R1 hin, direkt an den Port,

ja ok. mach ich mal eben. Melde mich gleich wieder

Autor: Lars H. (haggen)
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Aufbau wie im Anhang:

gleiches Ergbnis. sobald S1 geschlossen ist, leuchtet die LED sofort 
volles Rohr. Habe sogar einen "frischen" IRLL024N aus der Verpackung 
genommen.
Kein Schaltungsfehler. Wenn ich Drain und Source vertausche, also drain 
mit GND, sperrt der FET komplett. Dann habe ich nur noch das "harte" 
Ein/Ausschalten bei S1 Wechsel.
Ich bin jetzt auch etwa ratlos...
aber lieber eine funktionierende Lösung, die ich nicht verstehe- als 
umgekehrt ;)

Autor: Lars H. (haggen)
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Lars H. schrieb:
> sobald S1 geschlossen ist, leuchtet die LED sofort
> volles Rohr.

Unsinn. Ich meinte: Sobald ich am Port 5 oder 12V anlege, leuchtet die 
LED sofort volles Rohr- egal wie die Schalterstellung S1 ist.
So, jetzt ists richtig formuliert

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> Kein Schaltungsfehler. Wenn ich Drain und Source vertausche, also drain
> mit GND, sperrt der FET komplett. Dann habe ich nur noch das "harte"
> Ein/Ausschalten bei S1 Wechsel.

"Kein Schaltungsfehler" Sorry, das bezweifle ich trotzdem. Gerade wegen 
des zweite Satzes:
Wenn du S und D vertauscht, muss die LED immer leuchten, volles Rohr! 
Im FET ist parallel zu D und S eine Diode, die bei Vertauschen in 
Durchlassrichtung liegt. Da gibt es dann auch kein Schalten mehr (naja, 
noch zwischen 12V oder 11.3V an der LED) und schon gar kein AUS.

Zum Prüfen: Rückbau auf die Relais-Variante (C angeschlossen oder 
nicht). Mit nur einer Stufe sollte das ja äquivalent sein.

Ich hab mal ein wenig simuliert.
Das Ganze ist sehr abhängig von den FET-Parametern, speziell von der 
Gate-Schwellspannung. Kann sein, dass du für jede Stufe den 33k anpassen 
musst. Wie schon vor langen empfohlen: sieh einen kleine Widerstand 
(3.3R, 4.7R, 6.8R) in der Sourceleitung des LED-Transistors vor.

Übrigens: benenne mal alle deine Teile im Schaltbild. Wäre einfacher zum 
Bezug nehmen.

Autor: Lars H. (haggen)
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HildeK schrieb:
> "Kein Schaltungsfehler" Sorry, das bezweifle ich trotzdem.

Ich befürchte, daß Du Recht hast. Für mich klingen Deine Erklärungen 
absolut schlüssig und dennoch habe ich das Ergebnis vorliegen.

HildeK schrieb:
> Zum Prüfen: Rückbau auf die Relais-Variante

Habe ich eben gemacht. Geht wieder wie im Video. Eigentlich kann man ja 
auch nicht soo viel verkehrt machen. Ich habe die Leitung zwischen Elko 
Minuspol und Minuspol (GND) unterbrochen und den FET zwischengeklemmt. 
Die Anschlüsse des FETs kenne ich in- und auswendig (schon 100x 
verbaut). Jetzt kann man noch mit dem Gate Widerstand spielen- 
zugegeben: 17K waren anfangs etwas wenig, aber 192K sollten doch passen. 
Ist ja auch keine Präzisionsaufgabe.
Der FET soll ja nur entweder ganz schliessen oder ganz öffnen.

HildeK schrieb:
> sieh einen kleine Widerstand
> (3.3R, 4.7R, 6.8R) in der Sourceleitung des LED-Transistors vor.

aber das ändert doch nur die Dimmkennlinie, oder?

HildeK schrieb:
> Übrigens: benenne mal alle deine Teile im Schaltbild.

ja, das wird mal Zeit. Ich habe den Umfang dieses Threads unterschätzt.

Autor: Lars H. (haggen)
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Bauteilbenennung im Anhang

Autor: Lars H. (haggen)
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ach ja: Die Schaltung im Anhang mit em BC547C funktioniert ja 
einwandfrei.
Ich kann momentan nicht die Kaskadierung testen, aber wie siehst Du das?
Würden sich die 64 Schaltungen, mit dem BC547C bestückt, gegenseitig 
beeinflussen?

Autor: HildeK (Gast)
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Lars H. schrieb:
> Ich kann momentan nicht die Kaskadierung testen, aber wie siehst Du das?
> Würden sich die 64 Schaltungen, mit dem BC547C bestückt, gegenseitig
> beeinflussen?

IMHO nicht.
Wenn du mit dem FET bei T1 nicht klar kommst, dann nimm ruhig den BC547.
Testen könntest du mehrere Stufen auch mit einem Dummywiderstand statt 
LED.

Die Simulation mit einem FET lief unauffällig. Es wundert mich trotzdem 
noch immer. Zumal der NPN ja hier beim Entladen des C invers betrieben 
wird - das geht mit einem FET besser.

Autor: Lars H. (haggen)
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HildeK schrieb:
> Es wundert mich trotzdem
> noch immer

mich auch.


HildeK schrieb:
> Testen könntest du mehrere Stufen auch mit einem Dummywiderstand statt
> LED.

Ich teste das mal am Donnerstag und gebe Info. Vielen Dank erstmal!

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