Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromstärke verteilen


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Hallo,

Ich habe ein paar Verständnisfragen. Andere würde Anfängerfragen sagen.

Ich habe ein PCB welches 10 JST SH Anschlüsse hat für Pixel LED 
Streifen.
Es werden SK6805 EC10 verbaut. Je Streifen 180 Stück.
Ein Pixel verbraucht maximal 5mA bei 5V.
Somit maximal pro Streifen 0.9A

Der JST SH verträgt maximal 1 A. Das passt.

Nun geht es mir aber um die Hauptstromzufuhr.

Hier würden maximal 10 x 0.9A drüber laufen. Also 9A bei 5V.

Nun meine Fragen:
- was passiert wenn ich am Labornetzteil 5V und maximal 5A angebe und 
ich alle Pixel auf volle Helligkeit stelle. Leuchten diese dann einfach 
weniger oder geht etwas kaputt?

- macht es Sinn, dass ich das PCB mit 20V betreibe und einen Step Down 
einbaue um auf 5V zu kommen? Die meisten Step Down können allerdings 
keine 10A bei 5V. Wie kann man das machen?

- wenn ich mit 20V betreibe ist es doch aber so, dass ich dann 
theoretisch nur 2.25A bräuchte, korrekt? Dann würde nämlich auch eine 
(fertige) USB-C PD Versorgung in Betracht kommen. Bzw bei 15V bei USB-C 
nur 3A. Alles das würde mir USB-C PD liefern.

- letzte Frage: welche Sicherung könnte ich nutzen um direkt nach der 
Spannungsversorgung (ob bei 5V oder bei 20V) die gesamte Schaltung 
abzusichern?

Ich hoffe, dass ihr mir auch diese Anfänger fragen beantworten könnt. 
Würde mich freuen.

von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
> was passiert wenn ich am Labornetzteil 5V und maximal 5A angebe und ich
> alle Pixel auf volle Helligkeit stelle.

Dann wird die Stromvegrenzung dazu führen, dass die 5V absacken. Das 
wiederum führt zu Fehlfunktionen deiner Schaltung und der LEDs.

> macht es Sinn, dass ich das PCB mit 20V betreibe und einen Step Down
> einbaue um auf 5V zu kommen?

Besorge dir lieber ein geeignetes Netzteil. Wo wenig drin ist, geht 
wenig kaputt.

> Die meisten Step Down können allerdings
> keine 10A bei 5V. Wie kann man das machen?

Einen passenden Step-Down Wandler kaufen. Und dabei bedenken, das die 
Chinakracher selten die versprochene Leistung aushalten.

> wenn ich mit 20V betreibe ist es doch aber so, dass ich dann theoretisch
> nur 2.25A bräuchte, korrekt?

Gehe von 20% mehr aus wegen Verluste im Wandler. Und überlege dir, wie 
du die 20% Verlustwärme von dort weg bekommst. Und glaube nicht, wenn 
dir >95% Wirkungsgrad für 50 Cent versprochen werden

> Dann würde nämlich auch eine (fertige)
> USB-C PD Versorgung in Betracht kommen.

Wozu? Das ist unnötig aufwändig und teuer. Du brauchst 5V, also nimm ein 
5V Netzteil.

> letzte Frage: welche Sicherung könnte ich nutzen um direkt nach der
> Spannungsversorgung (ob bei 5V oder bei 20V) die gesamte Schaltung
> abzusichern?

Sicherungen dienen dazu, Kabel vor dem Abfackeln zu beschützen. 
Halbleiter brennen schneller durch, als Sicherungen. Wenn deine Kabel 
notfalls den maximalen Strom des Netzteils vertragen, brauchst du keine 
Sicherungen.

Schau dir das an, vor allem die Infos zur Letungsführung: 
http://stefanfrings.de/ws2812

: Bearbeitet durch User
von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Hallo,

Danke dir.
Mir geht es hier vorallem darum „ein ausersehen“ zu schützen.
Das ganze ist für den Modellbau und da wird viel herumexperimentiert. Da 
kann es leider mal vorkommen, dass auf dem Labornetzteil noch 12V 
eingestellt waren und das möchte ich vermeiden. Auch wenn jemand anderes 
diese Platine mal verwendet.
Zusätzlich zum experimentieren fände ich USB-C PD halt sehr interessant, 
da es idiotensicher in der Bedienung ist. Wenn das USB Netzteil 20V / 3A 
oder 5A ausgibt ist alles gut, macht es das nicht funktioniert das Board 
nicht richtig, aber es geht nichts kaputt.

Deshalb ja die Frage, ob ich es richtig verstehe, wie ich es oben 
beschrieben habe.
Einfach ein 5V Netzteil nehmen, dann ist mir klar dass nichts passiert.

von Klaus H. (hildek)


Lesenswert?

Der Reihe nach:
- Die Spannung bricht ein und ab einem bestimmten Wert werden sie halt 
nicht mehr auf die Daten reagieren. Bis dahin vermutlich einfach etwas 
dunkler werden.

- Kann man machen, wenn du einen passenden findest. Oder auch mehrere 
verwenden, die dann nur einige Streifen versorgen.

- Ja, soweit korrekt, bis auf die Tatsache, dass auch ein Step-Down 
keine 100% Wirkungsgrad hat. Es wird also etwas mehr sein. Allerdings: 
Muss für eine höhere Spannung und Strom aus der USB-C-Quelle nicht erst 
ein Aushandeln erfolgen? Da kenne ich mich nicht aus.

- Eine Sicherung schützt eh nur die Zuleitungskabel bei einem 
Kurzschluss vorm Abrauchen. Wenn du am Ende eines Strangs einen 
Kurzschluss machst, gehen wahrscheinlich die Leiterbahnen trotzdem 
kaputt. Zudem: Elektronik ist üblicherweise schneller kaputt als die 
Sicherung. Den Wert ca. 30%-50% höher wählen als der tatsächliche 
Maximalstrom sein wird.
In dem Zusammenhang: bei längeren Strängen parallel dazu die 
Stromversorgung führen und immer wieder mit dem Strang verbinden hat 
sich bewährt, auch aus den Gründen, dass sonst die LEDs gegen das Ende 
hin immer weniger Spannung bekommen.

-

von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Klaus H. schrieb:
> Der Reihe nach:
> - Die Spannung bricht ein und ab einem bestimmten Wert werden sie halt
> nicht mehr auf die Daten reagieren. Bis dahin vermutlich einfach etwas
> dunkler werden.
Danke dir. Damit kann ich was anfangen.
>
> - Kann man machen, wenn du einen passenden findest. Oder auch mehrere
> verwenden, die dann nur einige Streifen versorgen.
Ok, das heißt einfach mehrere Step Down mit z.b. jeweils 3A. Ist dann 
aber so, wenn ich 20V und 2.25A brauche und bei 5V dann 9A, müssen meine 
Step Down auf 5V fix in Summe auch 9A abkönnen.
Kannst du einen sehr guten Step Down auf 5V bis 3A empfehlen, der nicht 
zu heiß wird?
>
> - Ja, soweit korrekt, bis auf die Tatsache, dass auch ein Step-Down
> keine 100% Wirkungsgrad hat. Es wird also etwas mehr sein. Allerdings:
> Muss für eine höhere Spannung und Strom aus der USB-C-Quelle nicht erst
> ein Aushandeln erfolgen? Da kenne ich mich nicht aus.
Ja, das stimmt, aber dafür würde ich einen STUSB4500 verwenden.
>
> - Eine Sicherung schützt eh nur die Zuleitungskabel bei einem
> Kurzschluss vorm Abrauchen. Wenn du am Ende eines Strangs einen
> Kurzschluss machst, gehen wahrscheinlich die Leiterbahnen trotzdem
> kaputt. Zudem: Elektronik ist üblicherweise schneller kaputt als die
> Sicherung. Den Wert ca. 30%-50% höher wählen als der tatsächliche
> Maximalstrom sein wird.
Kann ich auch irgendwie die Spannung absichern? Wenn jemand z.b. mit 40V 
daran geht? Möchte hauptsächlich meine Platine und die Pixel Streufen 
schützen.

> In dem Zusammenhang: bei längeren Strängen parallel dazu die
> Stromversorgung führen und immer wieder mit dem Strang verbinden hat
> sich bewährt, auch aus den Gründen, dass sonst die LEDs gegen das Ende
> hin immer weniger Spannung bekommen.

Das ist mir klar. Danke dir.
>
> -

: Bearbeitet durch User
von Wolf17 (wolf17)


Lesenswert?

Sind die 5mA pro Farbe, also mal drei, oder kann je Chip immer nur eine 
Farbe eingeschaltet werden?

Ein 4,5-5,5V einstellbares 10A Netzteil kostet nur 17€, dann sollte man 
aber 1A Strangsicherungen vorsehen, am besten die selbstrückstellenden 
Polyfuse (auf Ri achten):
https://www.pollin.de/p/mean-well-schaltnetzteil-lrs-50-5-5-v-10-a-352167

Für externe 20V Speisung schlage ich die Aufteilung auf 5 Stepdownmodule 
vor (<2€), mit rated 3A wird es dauernd 1,8A können. Bei 20>5V 3A stehen 
82% im LM2596 Datenblatt.
https://www.ebay.de/itm/404292803182
Das Datenblatt sagt max 6,9A Stromlimit. Abschaltverhalten testen und 
ggf doch absichern. Besser Reservemodule mitbestellen.

Mit einem >55W USB-C PD Netzei braucht man noch ein 20V Triggerdevice:
https://www.ebay.de/itm/276110328325
Direkt in das Netzteil stecken und dann mit 0,75qmm verbinden.

von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Wolf17 schrieb:
> Sind die 5mA pro Farbe, also mal drei, oder kann je Chip immer nur eine
> Farbe eingeschaltet werden?
>
> Ein 4,5-5,5V einstellbares 10A Netzteil kostet nur 17€, dann sollte man
> aber 1A Strangsicherungen vorsehen, am besten die selbstrückstellenden
> Polyfuse (auf Ri achten):
> https://www.pollin.de/p/mean-well-schaltnetzteil-lrs-50-5-5-v-10-a-352167
Netzteil habe ich ein passendes hier. Danke dir.
>
> Für externe 20V Speisung schlage ich die Aufteilung auf 5 Stepdownmodule
> vor (<2€), mit rated 3A wird es dauernd 1,8A können. Bei 20>5V 3A stehen
> 82% im LM2596 Datenblatt.
> https://www.ebay.de/itm/404292803182
Das heißt 82% des Stroms bleiben noch zur Verfügung bei 20V auf 5V?

> Das Datenblatt sagt max 6,9A Stromlimit. Abschaltverhalten testen und
> ggf doch absichern. Besser Reservemodule mitbestellen.
Wie meinst du das? Reservemodul? Also doch lieber 6 Stepdown Module?
Womit und wie würdest du es absichern?
>
> Mit einem >55W USB-C PD Netzei braucht man noch ein 20V Triggerdevice:
> https://www.ebay.de/itm/276110328325
> Direkt in das Netzteil stecken und dann mit 0,75qmm verbinden.
Was passiert bei einem 20V Triggermodul wenn das USB-C Netzteil nur Max 
9V oder 15V ausgibt?

von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Achtung, die China Module mit dem LM2596 haben typischerweise die 
billigste Spule, mit der es irgendwie funktioniert. Den optimalen 
Wirkungsgrad erreichst du damit nicht. Also wenn im Datenblatt 82% 
genannt werden, dann sind es real eher etwas weniger.

von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Könnte ich auch einen TI LM61495Q5 nehmen?
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm62460-q1.pdf?HQS=dis-dk-null-digikeymode-dsf-pf-null-wwe&ts=1707743512986

Diesen nach dem VIN und nach dem STUSB4500. Die beiden Eingänge würde 
ich mit einer Schottky trennen.

von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
> Könnte ich auch einen TI LM61495Q5 nehmen?

Ohne Erfahrung mit so schnell getakteten Wandlern solltest du dich nicht 
an so hohe Leistungen wagen. Zu leicht baut man damit einen heftigen 
Störsender.

Kaufe lieber fertige Module.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
> Ich habe ein PCB welches 10 JST SH Anschlüsse hat für Pixel LED
> Streifen.

Ok, passt.

Jurgen H. schrieb:
> was passiert wenn ich am Labornetzteil 5V und maximal 5A angebe und
> ich alle Pixel auf volle Helligkeit stelle. Leuchten diese dann einfach
> weniger oder geht etwas kaputt?

Es bricht die Versorgungsspannung zusammen und vermutlich funktionieren 
die LED nicht mehr wie programmiert. Also nicht bloss dunkler.

Jurgen H. schrieb:
> - macht es Sinn, dass ich das PCB mit 20V betreibe und einen Step Down
> einbaue um auf 5V zu kommen?

Nein.

Jurgen H. schrieb:
> - letzte Frage: welche Sicherung könnte ich nutzen um direkt nach der
> Spannungsversorgung (ob bei 5V oder bei 20V) die gesamte Schaltung
> abzusichern?

Keine. Sicherungen schützen Leitungen, nicht Schaltungen.

Jurgen H. schrieb:
> Nun geht es mir aber um die Hauptstromzufuhr.

Sorge halt für guten Kontakt der 10A zuführenden Leitung vom Netzteil, 
die ja hoffentlich nicht 1 Pol von JST nutzt, sondern einen ordentlichen 
Anschluss.

von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Im Datenblatt ist jedoch ein sauberes Layout aufgebaut, dass soweit 
recht verständlich ist… das „Problem“ ist, dass das alles zusammen auf 
eine Platine soll, welche später in ein vorgegebenes Gehäuse passen 
soll.

von Wolf17 (wolf17)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
>> https://www.ebay.de/itm/404292803182
> Das heißt 82% des Stroms bleiben noch zur Verfügung bei 20V auf 5V?
Für 5V 0,9A =4,5W OUT braucht man 20V 0,27A =5,5W IN

>> Das Datenblatt sagt max 6,9A Stromlimit. Abschaltverhalten testen und
>> ggf doch absichern. Besser Reservemodule mitbestellen.
> Wie meinst du das? Reservemodul? Also doch lieber 6 Stepdown Module?
> Womit und wie würdest du es absichern?
Das Datenblatt sagt nicht wie lange 6,9A fließen. Reservemodul, falls 
beim testen was kaputt geht. Wenn der Kurzschlusstestest keine 
Abschaltung bestätigt oder das Modul kaputt geht, dann 1A 
Strangsicheung/Polyfuse einsetzen.

>> Mit einem >55W USB-C PD Netzei braucht man noch ein 20V Triggerdevice:
>> https://www.ebay.de/itm/276110328325
>> Direkt in das Netzteil stecken und dann mit 0,75qmm verbinden.
> Was passiert bei einem 20V Triggermodul wenn das USB-C Netzteil nur Max
> 9V oder 15V ausgibt?
Wahrscheinlich 0V, könnten aber auch 15V sein.

von Foobar (asdfasd)


Lesenswert?

Wolfi schrieb:
> Sind die 5mA pro Farbe, also mal drei, oder kann je Chip immer nur eine
> Farbe eingeschaltet werden?

Die "Datenzettel" von denen sind lächerlich.  Konkrete Zahlen zum 
LED-Strom geben sie nicht an, nur indirekt über den verwendeten 
Controller "6805 5mA version" (es scheint auch noch eine 15mA Version zu 
geben).  Die 5mA sind pro "Channel" aka Farbe, 15mA total.

An seiner Stelle würd ich mal einen Streifen bei ständig sendendem 100% 
Weiß messen ... kommen ja auch noch Controllerverbrauch und DOUT-Treiber 
dazu.

von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Noch eine Frage.
Ist für meinen Anwendungsfall, wenn ich also von 20V auf 5V / bis zu 10A 
runter möchte ein Spannungswandler oder ein Step Down sinnvoller?
Immerhin müssen bei einem Spannungswandler 150W (15V*10A) in Wärme 
abgeleitet werden, wie ich nicht wußte wie ich das gekühlt bekomme. Bei 
einem Step Down wird es etwas besser aussehen, oder?
Bekommt man die umgewandelte Wärme bei einem wie oben geschriebenen TI 
LM61495Q5 in den Griff?

von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
> Ist ... ein Spannungswandler oder ein Step Down sinnvoller?

Step-Down Wandler sind Spannungswandler.
Es gibt auch Step-Up Wandler, die wären in deinem Fall logischerweise 
falsch.

Falls du lange Leitungen (mehrere Meter) hast:
Anstelle einen großen Wandler und dicken 5V Kabeln zu den LEDs könntest 
du auch die 20 Volt verteilen und dann vor Ort wandeln. Dann hast du 
weniger Verluste in den Kabeln bzw. kannst dünnere nehmen.

Jurgen H. schrieb:
> Immerhin müssen bei einem Spannungswandler 150W (15V*10A) in Wärme
> abgeleitet werden, wie ich nicht wußte wie ich das gekühlt bekomme.

Das wäre bei einem linearen Regler (nicht Wandler) der Fall. Von dem 
hätten wir dir sowieso abgeraten, weil das wie du selbst erkannt hast, 
thermisch problematisch wäre.

> Bei einem Step Down wird es etwas besser aussehen, oder?

Ja. Wenn deine LEDs 100 Watt brauchen, kannst du grob mit 15-20 Watt 
Verlustwärme rechnen, die abgeführt werden muss. Bei 200 Watt wäre es 
doppelt so viel. Diese entsteht hauptsächlich in der Spule und der Diode 
des Wandlers, bei manchen auch im Chip. Also ziemlich kleine Hot-Spots, 
die gut gekühlt werden sollen.

Manche Module sind wirksamer, haben weniger Verluste. Aber bei den 
Billigprodukten wird da gerne übertrieben, um sie schneller los zu 
werden.

: Bearbeitet durch User
von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Aber der oben empfohlene LM2596 ist doch ein Spannunsgregler, oder?
Der funktioniert mit der Wärme, da es bis maximal 3A (eher 2A) kann?

Und wäre der Step Down LM61495Q5 qualitativ gut?
Mit welcher Abwärme (Watt) kann ich bei diesem rechnen wenn ich von 20V 
auf 5V/10A runter gehe?

: Bearbeitet durch User
von Steve van de Grens (roehrmond)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
> Aber der oben empfohlene LM2596 ist doch ein Spannunsgregler, oder?

Das ist ein Schaltwandler. Allerdings ein recht alter mit relativ hohen 
Verlusten. Dafür ist er (wegen der niedrigen Schaltfrequenz) relativ 
einfach zu verwenden, und weniger riskant, was Abstrahlung von 
Radiowellen angeht. Der funktioniert sogar auf Lochraster, wenn man die 
Bauteile ganz nahe nebeneinander platziert.

> Der funktioniert mit der Wärme, da es bis maximal 3A (eher 2A) kann?

Der Chip hat eine Kühlfahne, ist daher prinzipiell leicht zu kühlen. 
Module mit dem Chip sind allerdings oft so aufgebaut, dass man da doch 
nicht heran kommt. Denke daran, dass auch die Spule und die Diode 
signifikant Wärme abgeben.

> Und wäre der Step Down LM61495Q5 qualitativ gut?
Keine Ahnung, mit dem habe ich keine Erfahrung.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Jurgen H. schrieb:
> wenn ich also von 20V auf 5V / bis zu 10A runter

Warum hängst du an dem Fehler so fest ?

Es gibt genügend 5V/10A Netzteile.

von Jurgen H. (jache)


Lesenswert?

Michael B. schrieb:
> Jurgen H. schrieb:
>> wenn ich also von 20V auf 5V / bis zu 10A runter
>
> Warum hängst du an dem Fehler so fest ?
>
> Es gibt genügend 5V/10A Netzteile.

Das habe ich oben bereits geschrieben. ich habe solch ein Netzteil hier. 
Mir geht es um die Sicherheit, dass nichts zerstört wird. Es geht um ein 
Bastel Projekt für den Modellbau wo das ganze auch mehrere Kollegen 
verwenden und hier möchte ich sicherstellen, dass nicht die gesamte 
Elektronik zerstört wird, wenn jemand ausersehen mit seinen 20V dran 
geht. Ebenfalls hätte ich gerne zusätzlich die Möglichkeit das ganze 
über USB-C PD zu versorgen.

Folgendes USB-C Board habe ich mir bestückt und soll gerne auch dafür 
verwendet werden, da es bei uns im Modellbauverein sehr häufig verwendet 
wird:
http://www.technoblogy.com/show?441V

: Bearbeitet durch User
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.