Hallo Ihr Lieben, Ich habe hier eine (relativ triviale) Schaltung aufgebaut, die zwar inzwischen "funktioniert" mir ein paar Fragen aufgibt. Da ich bei analoger Elektronik (und hier ist es ja "nur" ein MOSFET) leider ein paar Wissenslücken habe, ist das mal wieder eine gute Gelegenheit für mich, was zu lernen. Die Schaltung (siehe angehängten Schaltplan) soll mit einem WS2801 LED Treiber IC (https://www.led-studien.de/datasheet/WS2801.pdf) eine 3W RGB-LED ansteuern. Der WS2801 selbst kann pro Kanal leider keine 350mA treiben, aber in den Application Notes wird eine "Constant Voltage Driving Mode with External Switches" beschrieben. Dort schaltet ein Transistor am Ausgang die LED. (Fig.8 - im Text wird fälschlicherweise Fig.9 referenziert) Da die Schaltung nur mit einer Lithium-Ionen-Zelle betrieben wird, und ich mit der Versorgungsspannung damit eh schon sehr nah an der Forward Voltage der grünen und blauen LED bin, kann/will ich mir den 0.5 - 0.8V Drop des Transistors nicht wirklich leisten. Daher dache ich mir, dass ich einen MOSFET benutze. Eine kurze Recherche hat ergeben, dass das andere auch schon gemacht haben: (https://www.reddit.com/r/electronics/comments/oyfnc/how_to_connect_mosfets_to_a_ws2801_chip_instead/) Ich habe also die Schaltung wie im angehängten Bild (und nach Vorschlag des Redditors) auf einem Breadboard und einem wohl massiv überdimensionierten IRLB8721PBF aufgebaut - und dort hat alles wunderbar funktioniert. Im nächsten Schritt habe ich mir aus der Schaltung ein PCB designed und fertigen lassen. Da der IRLB8721PBF mir überdimensioniert vorkam, und ich außerdem für ein einseitiges (Aluminium-)PCB designen musste, habe ich mich mit den Kriterien - kleiner Footprint - den Preis, - niedrige V_GS(th) - genügend großen I_D auf die suche gemacht, und mich dann für den YJL2302B N-Channel MOSFET (https://datasheet.lcsc.com/lcsc/2007231239_Yangzhou-Yangjie-Elec-Tech-YJL2302B_C699316.pdf) entschieden. Nachdem das erste Board fertig bestückt war, kam die erste Überraschung: Es funktioniert, aber die LEDs leuchten invertiert. Also an statt aus, hell statt dunkel. Hier also Frage 1: Hat jemand ne Idee, wieso? In einem kleinen Experiment habe ich herausgefunden, dass der POL(arity)-Pin sich bei meinem WS2801 anders verhält, als ich es im Datenblatt lese: Auf GND gezogen zeigt er das selbe Verhalten wie wenn ich ihn floaten lasse. Auf VCC gezogen invertiert sich die Ausgabe. Das Datenblatt interpretiere ich so, dass Floating und HIGH das selbe Verhalten haben sollte.. Meine Vermutung also: Vielleicht habe ich ne andere Chip-Version erwischt, und das Verhalten des POL-Pins ist invertiert? Der WS2801 IC auf dem Breadboard war 10 Jahre alt, im PCB habe ich einen ganz neuen verbaut. Da ich die PCB jetzt schon hatte, habe ich einfach softwareseitig das Eingabesignal invertiert und gut war. Das zweite Problem, das sich dann zeigte, war, dass die LED leicht flackerten. Meine Vermutung war, dass der Pull-Up mit 1K etwas zu knapp bemessen war, und der WS2801 das Gate des MOSFET nicht voll nach GND ziehen konnte. Ich hab den 1k Pull-up durch einen 10k Pull-Up ersetzt, und das flackern war weg. Nach einiger Zeit ist mir allerdings aufgefallen, dass die LED nie ganz aus sind, wenn sie es sein sollten, sondern immer noch leicht glimmen. Mit einem Poti habe ich dann den Widerstand des Pull-Ups bestimmt, bei dem die LED auch aus war, wenn sie es sein sollte: 33 k - Das kam mir für einen Pull-Up recht viel vor, aber damit funktionierte die Schaltung dann. Eine Alternative, mit der ich sie auch ans Laufen bekommen habe, war folgende: Den POL(arity)-Pin des WS2801 doch wieder auf HIGH zu ziehen. Damit waren die LED dann auch schon mit dem 1k Pull-Up aus, wenn sie es sein sollten. Allerdings bin ich ein wenig unsicher, da das laut meiner Interpretation des Datenblattes den IC in den "Constant Current Driving Mode" versetzt. Das will ich ja eigentlich nicht? Da ich jetzt (auch aus einem anderen Grund) noch einmal neue PCBs fertigen muss, hier die Frage: Welches meiner beiden Lösungen ist die bessere Variante? (33k Pull-Up oder POL auf HIGH?) Und ich werde das Gefühl nicht los, dass ich nicht verstehe, was im WS2801 vor sich geht. In meiner Vorstellung liegen an den X_OUT-Pins im Constant Voltage Driving Mode verschiedene Spannungen an, die dann den MOSFET durchschalten oder eben nicht. Warum da dann der Wert des Pull-Ups so wichtig ist, ist mir nicht klar. Vielleicht kann da einer mein Verständnis erhellen. (Entsteht da vielleicht ein relevanter Spannungsteiler, der die Spannung am MOSFET beeinflusst?) Vielleicht hat ja jemand von euch einen hilfreichen Input für mich :-) Liebe Grüße, Sebastian
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Herzlich willkommen in der Welt der Analogtechnik :-) > Und ich werde das Gefühl nicht los, dass ich nicht verstehe, was im > WS2801 vor sich geht. Ein Blick in die Datenblätter verrät folgendes: Der "überdimensionierte" IRLB8721 hat ein Uth von ca. 1,8 V bei 25 µA. Der "Neue" hat ein Uth von ca. 0,78 V bei 250 µA. Bei 250 µA leuchtet eine LED bereits deutlich sichtbar, selbst bei 25 µA schon ein klein wenig. Grob überschlagen (Mathe falsch, keine Lust die exakten Formeln nachzuschlagen, aber pragmatisch grob passend) hat "der Neue" dann bei 25 µA ein Uth von 0,5 V. Das ist ja keine Schwarz-Weiß-Ein-Aus-Thematik, sondern ein mehr oder weniger sanfter Übergang ... Analogtechnik eben ;-) Der WS2801 hat eine "Output Saturation Voltage" von ca. 0,4 bis 0,6 Volt (bei 20 mA), für andere Ströme ist nix spezifiziert (Seite 2 ganz unten). Kurz: Es ist gut möglich, dass Dein Uth bei dem neuen Mosfet ZU GERING ist, weil der WS2801 die Spannung nicht so weit runter ziehen kann. Deswegen leuchten die LEDs noch und vermutlich schwingt / flackert es deswegen auch. > Mit einem Poti habe ich dann den > Widerstand des Pull-Ups bestimmt, bei dem die LED auch aus war, wenn sie > es sein sollte: 33 k - Das kam mir für einen Pull-Up recht viel vor, > aber damit funktionierte die Schaltung dann. Ein Mosfet braucht (DC-mäßig) keinen Strom, daher ist ein großer Pull-Up theoretisch kein Problem. Praktisch wird es ein Problem, weil der Treiber PWM macht und dann die Gate-Kapazität zu langsam aufgeladen wird. Der Mosfet wird dann unnötig heiß und die PWM ist nicht mehr linear. UND der Treiber bekommt die Gates auch nicht schnell genug entladen, weil er eine Sättigungsspannung hat, die sehr dicht am Uth dran ist. > Da ich jetzt (auch aus einem anderen Grund) noch einmal neue PCBs > fertigen muss, hier die Frage: Welches meiner beiden Lösungen ist die > bessere Variante? (33k Pull-Up oder POL auf HIGH?) Ich würde keines von beidem machen, da es Gefrickel ist. Sonst erlebst Du bei den nächsten PCBs wieder eine Überraschung. Vorschläge: 1. Nimm andere Transistoren. a) Entweder npn ... dann einmal kurz vorher auf dem Breadboard aufbauen und testen, ob das funktioniert ... oder b) Nimm Mosfets mit einem Uth von mehr als 1,2 V. Damit bist Du ausreichend weit von den 0,6 V Sättigungsspannung entfernt. 2. Achte darauf, wo Du die ICs herbekommst. Das Datenblatt ist schon "schlampig" ... es würde mich nicht wundern, wenn jemand dazu noch schlampige ("gefälschte") ICs verkauft. Nur so 'ne Idee. Normalerweise sollten sich Chips aus unterschiedlichen Chargen nicht gegensätzlich verhalten. 3. Miss mal nach, was Deine Schaltung tatsächlich macht! ;-) Ich habe mich bei Deinem Beitrag gewundert, dass keine konkreten Spannungsangaben bzw. Messergebnisse darin vorkommen.
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Bearbeitet durch User
Hallo Sebastian Betr. 1) - aus dem Datenblatt ist tatsächlich nicht ersichtlich, wieso POL offengelassen sich gleich verhält, wie wenn er auf GND gelegt wird und wieso die Funktion anders als beschrieben ist. Ich hätte den pin auch auf GND gezogen, da Du ja die invertierte Polarität möchtest. Betr. 2) bin ich einer Meinung mit Christoph. Ich hätte aber noch einen andern Vorschlag: um den FET unabhängiger von Sättigungseffekten des R/G/BOUT zu machen und daher niedriges Uth spezifizieren zu können (um den Transistor möglichst leitfähig zu machen sollte ja VGS - Vth maximiert werden und Deine Spannungen sind ja nicht enorm) könntest Du einen P-Kanal MOS verwenden. Der Leckstrom am Ausgang des WS2801 ist ja mit max. 1uA spezifiziert, d.h, mit einem pull-up von 10k wäre der P-Kanal MOS sicher dicht. Ich verwende z.B. immer gerne mal Si3477. POL wäre damit wieder umzukehren. Ich hoffe, mein ASCII-art kommt durch ---------------- Vcc | |--| |R| | |>-| |_____| |------ | | | |R| | _|_ | \ / LED R/G/BOUT ----- | GND Viel Glück - Till
...one more thing... wie von Christoph schon angetönt möchtest Du R1/2/3 so klein halten, dass die Zeitkonstante zum Entladen der FET-Kapazitäten (schon beim Si3477 beträchtliche Ciss=2.6nF, Crss=0.6nF zusammen also ~3nF) klein im Vergleich zur PWM Frequenz bleibt. Falls ich das richtig verstehe sind das 2.5kHz ~ 400us (nachmessen?). Ein dickerer FET kann nicht nur stärkere Lasten treiben - er braucht (beim dynamischen Betrieb) auch mehr Treiberpower. 10k*3nF = 30us; sollte OK sein, viel grösser würde ich R1 bei diesem Beispieltransistor nicht wählen.
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