Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC/DC Buck Converter zum Dimmen von LEDs


von Thorsten M. (pistolenpeter)


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Hallo zusammen,

ich versuche gerade 12V LED-Spots über einen selbstgebauten Buck 
Converter zu Dimmen. Zuerst wurden die Spots mit PWM direkt gedimmt. Da 
das Flackern bei 500-1000Hz aber extrem gestört hat, habe ich mich dazu 
entschlossen die LEDs über Spannung (& damit (nicht linearem) Strom) zu 
dimmen.

Um nicht direkt ein xy-Problem (http://xyproblem.info/) zu erzeugen, 
vorab die Frage ob es vielleicht eine bessere Möglichkeit gibt die LEDs 
flimmerfrei zu dimmen, ohne mit der Frequenz in mehrere kHz zu gehen 
(ungern wegen EMV, etc.)

Mein Lösungsansatz war folgender:
Mit dem Baustein PCA9685 hab ich versucht jeweils ein N-Kanal MOSFET 
(IRLZ34N vor GND schaltend) zu steuern und mit der klassischen 
Buck-Converter-Schaltung (Spule, Diode, Kondensator) einen DC-DC 
Converter zu bauen. Angesteuert wird der Chip über einen Arduino per 
I2C.
Ich hab ein wenig mit den Bauteilwerten herumgespielt, allerdings kommt 
am Ausgang - egal mit welchen Kapazitäten & Induktivitäten - nie 
wirklich eine konstante Gleichspannung raus. Kann das vielleicht an der 
relativ geringen Frequenz (1,6kHz) des PCA9685 PWM-Treiber liegen? Kennt 
jemand eine Alternative?

Vielen Dank & liebe Grüße

Thorsten

: Bearbeitet durch User
von Helge (Gast)


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Bei nur 1,6kHz werden Induktivität und Elko ziemlich sperrig. Beide 
Bauteile müßten ja so ausgelegt sein, daß sie jeweils die gesamte 
Energie mindestens eines Taktes speichern können. Dann wäre die 
Restwelligkeit an der Last so gering, daß die optisch nicht wahrnehmbar 
ist. Das ist dann die Größenordnung ordentlicher 
Lautsprecherweichen-Bauteile.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Wieviele Ampere nehmen die Spots denn auf?


mfG

von Thorsten M. (pistolenpeter)


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Oh.. das habe ich vergessen zu erwähnen. Ein Spot hat 3w > bei 12v also 
250mA.
Ich würde sie gerne in 3er Gruppen schalten, also pro Gruppe jeweils 
750mA.
Ich hab über den Rechner 
https://www.daycounter.com/Calculators/Switching-Converter-Calculator.phtml 
mal die benötigten Bauteilwerte bei einer Frequenz von 1,6kHz 
berechnet.. Bei den Werten (250mH & 8mF) werde ich wohl meinen 
Lösungsansatz verwerfen.

Kennt vielleicht jemand einen Totem Pole PWM Treiber mit höherer 
Taktfrequenz?

von Asdf (Gast)


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Womit machst Du denn die PWM? Ist 1KHz die PWM Frequenz? Oder die 
F>requenz des Ausgangssignals? BBei letzterem sollte da nichts Flacker.

Wenn‘s unbedingt per Schaltregler sein muss, miss doch die Spannung über 
einem Shunt, dann hast Du doch eine Stromregelung

von MaWin (Gast)


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Thorsten M. schrieb:
> Da das Flackern bei 500-1000Hz aber extrem gestört hat

Dein Fehler liegt woanders, denn bei 500-1000 Hz sieht man kein 
"Flackern", noch nicht mal ein Flimmern, höchstens ein subjektiv 
nervendes Licht.

Da dein Fehler woanders ist, hilft es auch nichts, jetzt deinen Weg zu 
gehen.

Eventuell (du hast NATÜRLICH nichts dazu gesagt) kommt dein Flackern 
durch instabile PWM aus einem ungeeignet programmierten rPi oder ESP.

Thorsten M. schrieb:
> Mein Lösungsansatz war folgender

Kein Mensch baut einen 750mA Buck mit 1600Hz, das erfordert eine Spule 
von 18mH/0.85A für 10% Stromripple, also irgendwas auf ETD28 Kern.

Thorsten M. schrieb:
> habe ich mich dazu entschlossen die LEDs über Spannung (& damit (nicht
> linearem) Strom) zu dimmen

Kein Mensch steuert LEDs in der Helligkeit über Spannung.

Thorsten M. schrieb:
> ob es vielleicht eine bessere Möglichkeit gibt die LEDs flimmerfrei zu
> dimmen, ohne mit der Frequenz in mehrere kHz zu gehen (ungern wegen EMV,
> etc.)

Ja nun, hat man den Strom mit einer passenden Spule geglättet, kommt 
auch aus einem 1.6MHz Wandler nur Gleichstrom. Man muss natürlich die 
Grundlagen des Schaltregler-Leiterplattenlayouts beherrschen.

Es gibt such fertige dimmbare LED Buck Stromregler.

von Thorsten M. (pistolenpeter)


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> Dein Fehler liegt woanders, denn bei 500-1000 Hz sieht man kein
> "Flackern", noch nicht mal ein Flimmern, höchstens ein subjektiv
> nervendes Licht.

Egal ob „sichtbares“ Flackern oder subjektiv wahrnehmbares Flackern.. 
Flackern bleibt Flackern und hat bei mir für Kopfweh gesorgt und ist auf 
dem Handy bei Videoaufnahmen sichtbar.

> Eventuell (du hast NATÜRLICH nichts dazu gesagt) kommt dein Flackern
> durch instabile PWM aus einem ungeeignet programmierten rPi oder ESP.

WIE GESAGT, die PWM erzeugt der PCA9685.

> Kein Mensch steuert LEDs in der Helligkeit über Spannung.

Vielleicht schlecht ausgedrückt. Über Strom und deshalb veränderlicher 
Spannung am Buck Ausgang.



Schade eigentlich, dass einem hier nie wirklich geholfen wird, sondern 
nur destruktive Kommentare kommen. Naja was soll’s, ich steuere den Buck 
Converter nun direkt mit einem PWM Ausgang von einem Arduino Mega 
(brauche 10 PWM Pins) mit 31kHz an und messe am Ausgang den Strom über 
einen Shunt. Das klappt soweit auch ganz gut mit dem Dimmen.
Falls jemand doch noch einen konstruktiven Vorschlag hat: Ich bin offen 
für Alternativen und freue mich über richtige Antworten.

MfG

von MaWin (Gast)


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Thorsten M. schrieb:
> nur destruktive Kommentare

Die waren wohl eher konstruktiv, denn du hast von 1600Hz mit PCF Abstand 
genommen, fürchtest 32kHz EMV nicht mehr, nutzt Strommessung statt 
Spannungsregelung, schaltest wohl nicht Masse mit IRLZ34 sondern plus, 
du hast dich also komplett von deiner kruden Vorstellung verabschiedet 
und machst es nun richtig.

Das einzige, mit dem du noch nicht klar kommst, war die Kritik an deinem 
Ursprungsvorschlag.  Na ja, niemand mag es gern, wenn die eigenen Ideen 
als schlecht herausgearbeitet werden. Aber um zu lernen, muss man das 
akzeptieren lernen.

von Crazy Harry (crazy_h)


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Schau dir mal den PT4115 an. Das ist ein "Step-down High Brightness LED 
Driver with 5000:1 Dimming" bei bis zu 1MHz. Den Ausgang kannst du mit 
einem C glätten und deinen PCA9685 an den Dim-Eingang anschliessen (max. 
50kHz aber auch analog). Die externe Beschaltung ist sehr gering und den 
IC bekommt man bei z.B. ebay für ca. 8€/100 Stück.

von Ozvald K. (Gast)


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Thorsten M. schrieb:
> Da
> das Flackern bei 500-1000Hz aber extrem gestört hat

Das kann ich mir nicht vorstellen. Ich dimme mit 112.5 Hz (LEDs sind 
ein/aus 112.5 mal in der Sekunde) und sehe kein flackern.

Thorsten M. schrieb:
> WIE GESAGT, die PWM erzeugt der PCA9685.

Verstehe ich es gut: du regelst einmal die LEDs mit PAC9685 und willst 
zusätzlich dazu einen DC/DC Konverter womit du die Spannung an LEDs 
einstellen kannst? Das ist irgendwie doppelt gemoppelt.

Thorsten M. schrieb:
> Schade eigentlich, dass einem hier nie wirklich geholfen wird,

Wenn dein Konzept falsch ist und du beharrst drauf, ist nicht wirklich 
zu helfen. Du hast 12V LED Spots erwähnt. Sind die Spots die man z.B. 
anstatt Halogen Spots einsetzten kann? Dann hast du dort noch zusätzlich 
Elektronik drinnen und kannst sie nicht einfach mit gepulsten Strom 
füttern, und dann hilft ein Buck Konverter auch nicht wirklich.

von Thorsten M. (pistolenpeter)


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Ganz schön viele Missverständnisse hier. Tut mir Leid, ich versuche das 
mal aufzuklären:

Meine EMV Sorge bei 32kHz bestand darin die LEDs direkt und ungeglättet 
über PWM zu dimmen -> lange Leitung, hoher Strom -> Störsignale. Deshalb 
der Buck, um eine variable glatte Gleichspannung am Ausgang zu bekommen, 
mit der ich dann die LED Spots (, die nebenbei erwähnt nur aus 
Widerstand & LED bestehen!!) dimmen kann, indem ich die !Spannung! so 
regle, dass am Ausgang der gewünschte Strom fließt. Soweit der Plan. Was 
ist an dem Konzept falsch? Außer, dass ich eine viel zu kleine Frequenz 
verwendet habe? Den Fehler hab ich ja eingesehen und nach einem IC 
gefragt, der eine größere PWM Frequenz erzeugen kann.
Vielen Dank an der Stelle an den User Crazy H. für den Tipp mit dem 
PT4115!

Wo ist das denn konstruktiv, wenn man bei jeder Gelegenheit von der 
Inkompetenz des Gegenüber ausgeht und nur falsche, negative Annahmen 
macht? Schade..

Trotzdem Vielen Dank an alle, die sich die Zeit genommen haben, das 
Problem anzunehmen.

MfG

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