LED als Stromanzeige

[Martin S. (gibsea106)]

Guten Morgen,

Mit meinem Elektronik-Greenhorn-Wissen komme ich nicht weiter, ich bitte 
um Ratschläge zu einer Lösung:

Schaltung:
U-Eingang:         konstant 5V
Stromverbrauch:    0 bis 1000 mA, langsam linear steigend bis 1A, dann
                   linear fallend.

Mein Wunsch:
Eine LED soll bei I = 400 mA  leuchten,
zusätzlich eine 2. LED bei I = 700 mA.

Genauigkeit eher zweitrangig, mich würde nur das Messprinzip 
interessieren.
Ich habe mich da vollkommen in Datenblätter verlaufen und sehe den Wald 
vor lauter Bäumen nicht mehr...

Würde mich freuen wenn mir jemand einen Lösungsansatz mitteilt.
LG Martin

EDIT: Eine simple, analoge (diskrete...) Lösung wäre natürlich fein.

[Olaf (Gast)]

> Würde mich freuen wenn mir jemand einen Lösungsansatz mitteilt.

Du schaltest einen Widerstand in Reihe zum Strom. Den waehlst du so das 
bei 1A sagen wir mal 0.1V abfallen. Dann nimmst du einen 
Operationsverstaerker der diese Spannung bei 1A auf z.B 5V verstaerkt. 
Dann haengst du am Ausgang zwei Komparatoren welche bei einer vorgebenen 
Spannung schalten. Denkbar waere das vermutlich mit einem LM324 wenn de 
Widerstand am Fusspunkt eingebaut wird.

Wenn du faul bist koenntest du es vermutlich auch mit einem LM3914 
machen. Die anderen acht LEDs musst du ja nicht anschliessen. :-D

Olaf

[Olaf (Gast)]

Noch was. Die Japaner (Rohm?) hatten auch mal sowas wie den LM3914 mit 
deutlich weniger LEDs. Schau mal in die d.s.e FAQ. Ich meine Martin hat 
sie dort erwaehnt. Und ich glaube auch das Reichelt davon noch ein paar 
in einem Fach rumliegen hat.

Ah..wusste ich es doch:

https://www.reichelt.de/led-treiber-konstantstromregler-sil-9-an-6884-p4265.html

Da brauchst du halt nur drei LED wegzulassen oder du erweiterst dein 
Projekt. HM..der ist aber log, da ist vielleicht der 3914 die bessere 
Wahl.

Olaf

[Dieter (Gast)]

Sowas mit einem DoppelOP, da ja nur zwei Anzeigen benötigt werden.

https://www.elektronik-labor.de/Lernpakete/Kalender17/Kalender17Contest5.html

Mit Transistoren:
https://eleneasy.com/2018/11/15/an-led-bar-graph-vu-meter/

[MaWin (Gast)]

Martin S. schrieb:
> mich würde nur das Messprinzip interessieren.

Problem: um den Strom zuessen, musst du einen Widerstand in die Leitung 
machen und an ihr den Spannungsabfall messen. Leider führt der 
Spannungsabfall dazu, dass hinter der Schaltung weniger rauskommt. Daher 
sollte er bei 1A unter 0.1V liegen. Daher kann man weder Transistoren 
noch LEDs direkt aus dem Spannungsabfall betreiben. Aber du hast ja &V, 
die man als Versorgungsspannung und Referenzspannung der Schaltung 
nutzen kann. Als empfindliche Schalter (<0.04V) tun es Komparatoren wie 
LM393.

+5V --+------+----+---+--o
      |      |    |   |
     5k      |   LED LED
      |      |    |   |
      |      |   1k  1k
      +-----|+\   |   | Last
      |     |  >--+   |
     22R +--|-/       |
      |  | LM393      |
      +--(--|+\       |
      |  |  |  >------+
      |  +--|-/
     38R |   |
      |  +---(--------+
      |      |        |
GND --+------+--0.1R--+--o

[Ich bin ihm (Gast)]

Oder wenns "mechanisch" sein soll:
https://sound-au.com/articles/relays.htm
Kapitel 10.3 würden dann deinem Fall ca. 80 / 40 Windungen bedeuten. 
Finde die Lösung auch noch elegant.

[MaWin (Gast)]

Ich bin ihm schrieb:
> Finde die Lösung auch noch elegant.

Problem jeglicher Relais: sie schalten erst bei ca. 20% der 
Einschaltschwelle wieder aus.

[Martin S. (gibsea106)]

Vielen Dank für die Antworten!

Ich werde die Schlechtwettertage zum Üben und Testen Eurer Vorschläge 
nutzen.
Bin ja immer noch "Löter nach Zahlen" ;-)

@olaf:
Die Sache mit dem R in die Stromzuleitung hatte ich bereits verstanden.
Könnte sich somit um einen Shunt handeln, oder?
Davor/dahinter den Spannungsabfall messen und an einen OPV weitergeben.
Und genau diese Berechnungen eines OPV muss ich noch lernen...
LM324 habe ich, LM3914 leider nicht.

@Dieter:
Der 1. link ist ja richtiges "Löten nach Zahlen"...herrlich.
2. link: Muss ich noch studieren (OPV am linken Eingang ?).

@MaWin:
Danke für Deinen Vorschlag, LM393 habe ich.

@ich bin ihm:
Das wäre ja eine geile Lösung...so richtig diskret!
Allerdings ungenau (@MaWin).
Egal, muss man testen.
Hmmm...allein, ich habe noch nie Spulen berechnet/gebaut
"ca. 80/40 Windungen":
Womit beginne ich beim Testen?
Drahtdurchmesser, Anzahl paralleler Drähte, Spulendurchmesser, Kern, 
...?
Ich habe nur eine Type Reedkontakte, leider ohne Bezeichnung.
(Schliesser, 2 x 13,5 mm Glaskörper)


Mal schauen, angeblich habe ich ja derzeit indoor recht viel Zeit.
Liebe Grüße aus Österreich,
Martin

[TomA (Gast)]

Hallo Martin.

Ausgehend vom weiter oben genannten Link zur Transistorschaltung habe 
ich diese um einen Shunt (Strommesswiderstand) und einen Verstärker 
erweitert (Bild Leuchtband). So dass aus 0A bis 1A Strom eine 
Shuntspannung von 0 bis 150mV wird und diese dann auf 0 bis ca. 5V für 
die Anzeige verstärkt wird.

V1 ist die 5V Spannungsquelle, I1 ist eine Stromsenke, welche den 
Laststrom linear von 0mA bis 1A erhöht und dann wieder auf 0mA 
zurückgeht.

R1 ist der Shunt von 150 mOhm (0,15 Ohm), leider reicht die Verstärkung 
nicht für 0,1 Ohm. Q1 und die Bauteile herum sind der Verstärker. Mit R2 
kann dessen Verstärkung etwas beeinflusst werden.

Im Diagramm ist die rote Kurve (dreieckig) die Spannung am Shunt. Die 
anderen Kurven zeigen, wie der Reihe nach die Led's von Strom 
durchflossen werden. Dieses Einschalten geschieht nicht bei einer 
bestimmten Spannung, sondern über einen Spannungsbereich.

Ausgehend von dieser Schaltung habe ich sie auf deine Bedürfnisse 
abgespeckt (Bild Leuchtband2). Die eine LED wird bei ca. 400mA und die 
Andere bei ca. 700mA leuchten. Die Schaltung wurde bislang nur mit 
LTSpice simuliert. Es gibt keine Überprüfung durch einen realen Aufbau.

Viel Erfolg und Gruß. Tom

[A-Freak (Gast)]

Ich möchte einmal eine Randbemerkung einwerfen:

Bitte Anfängern keine Schaltungen empfehlen bei denen der Shunt in der 
Masseleitung liegt. Das führt nachher nur zu Fehlern die diese nicht 
verstehen weil sie verschiedene Massepotentiale bekommen.

Also Shuntwiderstand in die Plusleitung und Komparatoren die damit 
umgehen.

[Dieter (Gast)]

Wenn ein Spannungsabfall nicht in Frage käme für den TO, dann müßte er 
es über ein Hallsensormodul realisieren, wie z.B. dieses mit 
Analogausgang:

5A Version: Chip ACS712ELCTR-05B-T
Spannungsversorgung: 5V | Messbereich: -5A bis +5A |
Spannungsänderung am Sensor pro 1A: 185mV

https://funduino.de/nr-41-stromstaerkesensor-arduino

[Martin S. (gibsea106)]

Hi !

Danke MaWin,
habe nun Deine oben gezeichnete Schaltung zum Laufen gebracht.

Muss mit OPV noch so einiges lernen...
Derzeit mach ichs noch empirisch; Widerstände ändern um andere 
Ausgangspegel zu erhalten ;-)

Letzte Frage zu Deiner Schaltung:
Wie errechne ich richtig die Leistungsklasse des Shunts?
Mit den 5V der gesamten Schaltung (5W) oder mit den max. 83mV (0,083 W) 
Spannungsabfall?
Ich vermute zweiteres, oder?

Diese krummen 83mV errechnen sich durch den R des Shunts mit (gemessenen 
[mOhm-Meter]) 83mOhm.

In den nächsten Tagen werde ich Eure anderen Vorschläge ausprobieren; 
speziell die Lösung mit dem Reedkontakt und Spule.

So long,
lg Martin

[Jörg R. (solar77)]

Martin S. schrieb:
> Danke MaWin,
> habe nun Deine oben gezeichnete Schaltung zum Laufen gebracht.
>
> Muss mit OPV noch so einiges lernen...
> Derzeit mach ichs noch empirisch; Widerstände ändern um andere
> Ausgangspegel zu erhalten ;-)

Hallo Martin,

ich habe die Schaltung von MaWin etwas geändert/erweitert. Die 
Spannungswerte für die Schaltschwellen lassen sich so getrennt 
einstellen. Mit 100R Potis bist Du flexibel, Festwiderstände gehen 
natürlich auch. Den 5K habe ich durch 2 Stück 4K7 ersetzt, das sind 
gängige Werte.
Nachteil bei der Schaltung von MaWin ist dass beide Schaltschwellen 
verschoben werden wenn einer der Widerstände geändert wird. Meine 
Änderung hat den Nachteil das 3 Bauteile mehr benötigt werden.


Martin S. schrieb:
> Wie errechne ich richtig die Leistungsklasse des Shunts?
> Mit den 5V der gesamten Schaltung (5W) oder mit den max. 83mV (0,083 W)
> Spannungsabfall?
> Ich vermute zweiteres, oder?

Ja, zweiteres. Nimm einen mit 1W oder auch 2W, auch wenn rechnerisch 
0,1W reichen würden. Ein größerer Widerstand führt die Wärme besser ab. 
Dadurch bleibt die Spannung an ihm stabiler wenn ein größerer Strom 
fließt.

[Dieter (Gast)]

Beachtet die Randbemerkung vom Post 22.03.2020 08:13 A-Freak.

[Martin S. (gibsea106)]

@Jörg R.
Danke für Deine Mühe; habe Deinen Schaltplan kapiert.
Und den passenden Leistungswiderstand habe ich auch gefunden.

@Dieter / A-Freak
"Shunt in der Masseleitung..."
Hmmm, wenn Ihr das so explizit anspricht so lässt sich der Shunt wohl 
nicht einfach in die Plus-Leitung legen...
Wie würde in diesem Falle der Schaltplan aussehen?

[MaWin (Gast)]

Martin S. schrieb:
> Wie errechne ich richtig die Leistungsklasse des Shunts?

1A x 0.1 Ohm x 1A = 0.1W

[TomA (Gast)]

Habe die Schaltung nochmal bearbeitet.

Die weichen Übergänge, welche bei VU-Anzeigen angenehm anzusehen sind, 
stören bei Messwerten eher. Ersetzt man die einfachen Schaltstufen durch 
Schmitt-Trigger, wird punktgenauer geschaltet.

Im Diagramm ist die rote Kurve direkt der Laststrom, die anderen Kurven 
zeigen die Schaltflanken. Wo die rote Kurve die Anderen schneidet ist 
der Schaltpunkt. Wie gefordert bei ca. 0,4A und bei ca. 0,7A.

Gruß. Tom

[Dieter (Gast)]

Martin S. schrieb:
> einfach in die Plus-Leitung legen...
> Wie würde in diesem Falle der Schaltplan aussehen?

A) Schaltplan auf den Kopf stellen. Alle Dioden umdrehen und Eklos auch. 
Alle Transistoren npn durch pnp ersetzen, wie auch pnp durch npn.
B) Oder einfacher, die von TomA nehmen.

[Jörg R. (solar77)]

A-Freak schrieb:
> Ich möchte einmal eine Randbemerkung einwerfen:
>
> Bitte Anfängern keine Schaltungen empfehlen bei denen der Shunt in der
> Masseleitung liegt. Das führt nachher nur zu Fehlern die diese nicht
> verstehen weil sie verschiedene Massepotentiale bekommen.

Man kann aber versuchen es zu erklären?


Martin S. schrieb:
> @Jörg R.
> Danke für Deine Mühe; habe Deinen Schaltplan kapiert.
> Und den passenden Leistungswiderstand habe ich auch gefunden.

Du musst daran denken die „Sense“-Leitung nahe am Shunt abzugreifen. 
Sonst wirkt die Leiterbahn/Drahtverbindung auch als Shunt. Das 
Messergebnis ist dann nicht wie erwartet. Die andere Seite des Shunts 
würde ich nahe am NT anbringen, an dieselbe Stelle auch den Rest GND der 
Schaltung.
Einen Abblockkondensator von 100nF würde ich noch nahe am IC vorsehen.

Ansonsten ist die Schaltung doch recht überschaubar und wenig aufwendig.

[2 Cent (Gast)]

Martin S. schrieb:
> Berechnungen eines OPV muss ich noch lernen...
> LM324 habe ich, LM3914 leider nicht.
Ein Lm324 kann Eingangsseitig nur in der Nähe seiner negativen 
Versorgungsspannung messen. Stichwort Eingangsseitiges RailtoRail (da 
kann ein LM324 keinesfalls anstinken), Trick: Shunt in der positiven 
Versorgungsleitung: Mit (vergleichsweise hochohmigen) Spannungsteilern 
-je einen vor, und einen hinter dem Shunt- rennt ein 324 auch.

Jetzt gibts gleich wieder Folgediskussionen: ein OPV ist kein 
Komperator. Das ist richtig (und wichtig!), aber man kann, wenns nicht 
rasend schnell werden muss, auch einen 324-er für solche Spielereien 
verwenden. Gegen flattern hilft Hysterese, Stichwort "positive 
Mitkopplung".

HTH, trotz Prosa.

[Martin S. (gibsea106)]

Hi !

@TomA / Schaltung "Leuchtband2A"
Danke für den Vorschlag.
Aufwändig/viele Bauteile, aber schön/interessant.
Mit R10 + R12 läßt sich die Schwelle verändern?
Potis?

@Dieter:
A) Von welcher Schaltung sprichst Du?
   Ich finde nirgends eine Schaltung mit Elkos und Dioden (Meinst Du 
LEDs ?)
   Bin ratlos.
B) Ja eh, gefällt mir, wenn auch etwas platzraubend.


Jörg R. schrieb:
> Man kann aber versuchen es zu erklären?
Danke für die Aufforderung, aber mit meinem heutigen Wissenstand ist die 
Wahrscheinlichkeit des Verstehens eher einstellig ;-)
Ich oute mich jetzt:
Ich könnte bei Euren Schaltungsbeispielen nicht einmal die LED 
umgekehrt, also bei I < 400mA, leuchten lassen...aber ich lerne und 
lerne...und mir machts Spaß.

@Jörg R. / "Shunt Platzierung" / Abblock-C
Ok, verstanden.
Neue Grundregel für mich: Shunts immer möglichst dicht am Messeingang 
positionieren. Sowie ausreichende Leiter-ø
Abblockkondensator:
In die U-Versorgung, knapp an den IC ?

Schönen Tag,
lg Martin

[TomA (Gast)]

Hallo Martin.

R10 und R12 haben einen geringen Einfluss auf die Verstärkung.

Die maßgeblichen Bauteile zum Einstellen sind R2 (Offset) und R20 
(Verstärkung). Bedingt durch die einfache Schaltung beeinflussen sie 
sich aber gegenseitig. Bei dieser Art Schaltung (Emitterschaltung) 
ergibt sich die Verstärkung ungefähr zu V = RC / RE (Kollektorwiderstand 
durch Emitterwiderstand).

Zum testen könntest du R2 durch einen 1k-Trimmer und R20 durch einen 
25k-Trimmer ersetzen und verschiedene Einstellungen ausprobieren.

Du kannst dich auch mit dem Simulationsprogramm "LTSpice" der Firma 
Linear Technology vertraut machen, mit dem ich die Simulationen gemacht 
habe. Das Programm ist kostenlos dort erhältlich. Wie es installiert 
wird und wie man damit umgeht ist hundertfach im Netz beschrieben. Ist 
sehr Lehr- und Hilfreich.

Gruß. Tom