Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ULN2803(A) am ESP32


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von M. M. (maik3)


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Moin zusammen,

ich habe ein "Wemos D1 Mini ESP32", dieses wird mit 3,3V betrieben.
Ich möchte damit 8 PWM-Signale erzeugen um damit LEDs (24V) anzusteuern.

Die LEDs hängen allerdings noch hinter Verstärkern (z.B. sowas: 
https://www.amazon.de/dp/B01C595Z76?psc=1) damit ich flexibel bin was 
die Stromaufnahme betrifft. Mit 6A pro Kanal (was ich normal nie 
brauchen werde) habe ich viel Luft nach oben.

Jetzt kann ich besagten Verstärker natürlich nicht direkt am ESP32 
betreiben.
Meine Idee war, den guten alten ULN2803(A) dazwischenzuschalten.
Die Reihenfolge wäre dann also: ESP32 => ULN => Verstärker

Spricht da was dagegen?
Mir ist bewusst dass der ULN heutzutage eine Krücke ist. Er ist 
stromgesteuert, er hat einen recht hohen Voltate-Drop usw.

Aber für meinen Fall sollte er doch gut geeignet sein, oder?
Hohe Ströme (Ic) sind nicht zu erwarten da die LEDs ja nicht vom ULN 
geschalten werden sondern der (hochohmige) Verstärker dazwischensitzt.
Bei niedrigen Lasten reichen die 3,3V auch locker um den ULN 
durchzuschalten.
Die Basisströme aller 8 ULN-Kanäle sollte der ESP32 auch abkönnen.
Und, das wichtigste: das Teil liegt noch ein paar mal in der Bastelkiste 
und ist Lochrasterkompatibel ;-)

Also, spricht da was dagegen?

von Paul B. (paule201)


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M. M. schrieb:
> Jetzt kann ich besagten Verstärker natürlich nicht direkt am ESP32
> betreiben.

M. M. schrieb:
> Die Reihenfolge wäre dann also: ESP32 => ULN => Verstärker

Da brauchst du noch Pull-Up Widerstände an den Ausgängen des ULN und die 
Logik wird sich invertieren. Kann man aber in der Software Lösen.

Nicht der Beste weg, aber machbar.

von Ralf D. (doeblitz)


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M. M. schrieb:
> Jetzt kann ich besagten Verstärker natürlich nicht direkt am ESP32
> betreiben.
> Meine Idee war, den guten alten ULN2803(A) dazwischenzuschalten.
> Die Reihenfolge wäre dann also: ESP32 => ULN => Verstärker
>
> Spricht da was dagegen?

Die Tatsache, dass das total überflüssig ist.

Nimm einfach Logic Level MOSFETs, du ersparst dir die Invertierung der 
Logikpegel, die der ULN verursachen würde, und kannst dir ebenso den 
Verstärker sparen (weil die MOSFETs das selbst können).

Wahllos mal bei Reichelt reingeschaurt, da bekommst du z.B. IRLU024N, 
die schalten am 2 Volt durch und verkraften mehr als 10 A Dauerlast - 
für weniger als 5 Euro für deine 8 Kanäle. Der von dir verlinkte 
Verstärker würde alleine schon das dreifache kosten.

KISS beachten.

von Monk (roehrmond)


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Ralf D. schrieb:
> Wahllos mal bei Reichelt reingeschaurt, da bekommst du z.B. IRLU024N

Die sind für 3 Volt nur mit Glück geeignet. Warum, wird hier im Forum 
alle paar Wochen erneut durchgekaut.

Der einzige mir bekannte Transistor, der für deinen einfachen 
Schaltungsvorschlag taugt und Beinchen hat, ist der IRF3708. Aber der 
wird schon länger nicht mehr produziert. Es sind brauchbare schlechtere 
Nachbauten von VBsemi im Umlauf, aber auch erschreckend viele 
unbrauchbare Fälschungen.

Weil dieses Thema immer wieder hoch kommt, habe ich einen 
zusammenfassenden Aufsatz geschrieben, auf den ich leicht verweisen 
kann: http://stefanfrings.de/transistoren/index.html#mosfet

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Ralf D. schrieb:
> Nimm einfach Logic Level MOSFETs,

Logic Level bezieht sich nicht auf den Parameter für Vgs(th).

> Wahllos mal bei Reichelt reingeschaurt, da bekommst du z.B. IRLU024N,
> die schalten am 2 Volt durch..

Nein, tut er eben nicht.

> KISS beachten.

Kenne ich nur als Band.

Steve van de Grens schrieb:
> Der einzige mir bekannte Transistor, der für deinen einfachen
> Schaltungsvorschlag taugt und Beinchen hat, ist der IRF3708.

Kessler hat noch welche.

von Monk (roehrmond)


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Jörg R. schrieb:
>> KISS beachten.
> Kenne ich nur als Band.
https://de.wikipedia.org/wiki/KISS-Prinzip

von Jörg R. (solar77)


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Steve van de Grens schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>>> KISS beachten.
>> Kenne ich nur als Band.
> https://de.wikipedia.org/wiki/KISS-Prinzip

Danke:-)

Also doch nix mit „I Was Made For Lovin' You“🎸

: Bearbeitet durch User
von M. M. (maik3)


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Paul B. schrieb:
> Da brauchst du noch Pull-Up Widerstände an den Ausgängen des ULN und die
> Logik wird sich invertieren. Kann man aber in der Software Lösen.

Warum brauche ich die?
Ich habs gerade mit dem verlinkten Verstärker getestet (der lag von 
einem anderen Projekt noch herum): lege ich am Steuereingang GND an 
schaltet der Ausgang durch und die angeschlossenen LEDs leuchten. Lege 
ich nichts oder 24V an tut sich am Ausgang nichts.
Das Teil schaltet ebenfalls die Masse da LED-Streifen üblicherweise fest 
an V+ hängen und die einzelnen Kanäle über GND gedimmt werden.

Klar wären Pullups schöner, aber notwendig sind sie nicht. Und wenn ich 
grade keinen Denkfehler habe wird da auch nichts invertiert.

Ralf D. schrieb:
> Die Tatsache, dass das total überflüssig ist.
>
> Nimm einfach Logic Level MOSFETs,

Jein. Ganz für überflüssig halte ich diese Verstärker nicht.
Wenn ich einzelne Leistungsmosfets an den ESP hänge und direkt darüber 
die LEDs treibe muss ich mir Gedanken machen über:
- kriege ich alle Bauteile korrekt durchgeschalten?
- habe ich irgendwo Spannungsverluste?
- kann meine Platine die Ströme ab?
- kriege ich die MOSFETS gekühlt bzw. die Abwärme abgeführt?
Da ist es leichter wenn mein Platinchen nur irgendwie ein ausreichendes 
Steuersignal für den Verstärker hinkriegt.
Aber was "einfach" ist ist natürlich Ansichtssache.

Steve van de Grens schrieb:
> Ralf D. schrieb:
>> Wahllos mal bei Reichelt reingeschaurt, da bekommst du z.B. IRLU024N
>
> Die sind für 3 Volt nur mit Glück geeignet. Warum, wird hier im Forum
> alle paar Wochen erneut durchgekaut.

Ich find die durchaus interessant.
Wie gesagt, da muss ja kein dicker Id fließen. Es reicht, einen 
hochohmigen Eingang "hochzuziehen".

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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M. M. schrieb:
> ..
> Ralf D. schrieb:
>> Die Tatsache, dass das total überflüssig ist.
>>
>> Nimm einfach Logic Level MOSFETs,
>
> Jein. Ganz für überflüssig halte ich diese Verstärker nicht.
> Wenn ich einzelne Leistungsmosfets an den ESP hänge und direkt darüber
> die LEDs treibe muss ich mir Gedanken machen über:

> - kriege ich alle Bauteile korrekt durchgeschalten?

Wenn man es richtig macht natürlich.

> - habe ich irgendwo Spannungsverluste?

Wenn man es richtig macht sind die minimal.

> - kann meine Platine die Ströme ab?

Das liegt doch an dem Design, also u.a. an der Leiterbahnbreite.

> - kriege ich die MOSFETS gekühlt bzw. die Abwärme abgeführt?

Wenn man es richtig macht..gäähn..

> Da ist es leichter wenn mein Platinchen nur irgendwie ein ausreichendes
> Steuersignal für den Verstärker hinkriegt.

Klar, wenn man das Rad unbedingt neu erfinden muss. Das was Du vorhast 
funktioniert millionenfach mit Mosfets. In dem Verstärker sitzt auch 
nichts anderes drin.

> Aber was "einfach" ist ist natürlich Ansichtssache.

Nein. Einfach ist auf unnötige Komponenten zu verzichten.

: Bearbeitet durch User
von Ralf D. (doeblitz)


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Jörg R. schrieb:
> Ralf D. schrieb:
>> Nimm einfach Logic Level MOSFETs,
>
> Logic Level bezieht sich nicht auf den Parameter für Vgs(th).
>
>> Wahllos mal bei Reichelt reingeschaurt, da bekommst du z.B. IRLU024N,
>> die schalten am 2 Volt durch..
>
> Nein, tut er eben nicht.

Hast Recht, der ist etwas zu knapp für Ansteuerung mit 3V3. Aber wenn 
auch 4-5A Dauerstrom ausreichen (und ca. 100 Watt pro Kanal ist bei LEDs 
wirklich verdammt hell …), dann passt da ein IRLML6344 hervorragend, ist 
halt nur etwas weniger "Luft nach oben" als der Verstärker mit nominalen 
6A pro Kanal.

von Manfred P. (pruckelfred)


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Ralf D. schrieb:
> Aber wenn
> auch 4-5A Dauerstrom ausreichen (und ca. 100 Watt pro Kanal ist bei LEDs
> wirklich verdammt hell …), dann passt da ein IRLML6344 hervorragend,

(maik3) will ULN2803 verwenden, die maximal 500mA können. Real eher 
nicht, weil der 3V3-µC die garnicht zuverlässig durchgesteuert bekommt. 
Das kann der IRLML6344 unter allen Umständen besser, wenn er denn 
überhaupt notwendig ist.

Die Mimik soll einen "LED-Verstärker" steuern, der mal wieder Amazon- / 
Chinatypisch beschissen beschrieben ist. Da muß erstmal ausgemessen 
werden, was deren Eingänge wirklich brauchen. Dann kommt vermutlich 
heraus, dass man weder ULN noch FETs braucht und simple NPN-Transistoren 
die bessere Wahl wären.

von M. M. (maik3)


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Jörg R. schrieb:
> Nein. Einfach ist auf unnötige Komponenten zu verzichten.
Ich habe in einem anderen Aufbau bereits so einen Verstärker im Einsatz 
und fände es praktisch wenn mein neuer Aufbau weitgehend identisch ist. 
Schon alleine weil ich meinen ESP-LED-Controller dann gegen ein 
handelsübliches Modell auf Funk-, Zigbee- oder SonstWas-Basis umstellen 
kann bzw. den vorhandenen Aufbau ebenfalls mit meiner Lösung nachrüsten 
kann.

Manfred P. schrieb:
> (maik3) will ULN2803 verwenden, die maximal 500mA können.

Jein. Eigentlich will ich nur diesen dummen Verstärker ansteuern. Wie 
ich das erreiche ist mir relativ egal.
Der ULN war meine erste Idee weil die hier eh rumliegen und in 5min mit 
dem ESP-Board auf Lochraster verheiratet sind.

Manfred P. schrieb:
> Das kann der IRLML6344 unter allen Umständen besser, wenn er denn
> überhaupt notwendig ist.

Sehe ich auch so, mit dem Nachteil dass diese hier nicht rumliegen ;-)
Spräche was gegen einen IRLZ44N?

Manfred P. schrieb:
> Dann kommt vermutlich
> heraus, dass man weder ULN noch FETs braucht und simple NPN-Transistoren
> die bessere Wahl wären.
Naja, bei einem NPN-Bipolar kommt schon wieder mindestens ein 
Vorwiderstand ins Spiel. Da finde ich ein IC mit 8 fix- und fertig 
integrierten Kanälen schon schick.

Noch eine Frage (hab ich weiter oben schon mal gestellt):
Für was ist der Pull-Up gut? Für den definierten Pegel am Eingang des 
Verstärkers? Vermutlich hat dieser bereits einen intern verbaut, den im 
unbeschalteten Zustand sperrt er. Aber schaden tut so ein Widerstand 
vermutlich auch nicht.

von Monk (roehrmond)


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Ralf D. schrieb:
> Aber wenn auch 4-5A Dauerstrom ausreichen ...
> dann passt da ein IRLML6344 hervorragend

Nein, das ist wieder ein Griff ins Klo.

Dieser Transistor hat in heißem Zustand (und der wird ganz sicher heiß) 
bei 3,3V Ansteuerung etwa 50 mΩ Innenwiderstand.

5 A · 50 mΩ = 250 mV

250 mV * 5 A = 1,25 W

Aber schon bei 70 °C verträgt er nur 0,7 W. Und das auch nur an einer 
ziemlich großen Kühlfläche die sehr gut belüftet wird.

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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M. M. schrieb:
> Eigentlich will ich nur diesen dummen Verstärker ansteuern. Wie
> ich das erreiche ist mir relativ egal.
> Der ULN war meine erste Idee weil die hier eh rumliegen und in 5min mit
> dem ESP-Board auf Lochraster verheiratet sind.

Dann mach das doch.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Hast du den diesen 'Verstärker' schon da? Dann check doch einfach, was 
für Pegel er benötigt. Kann ja sein, das er direkt mit den 3,3V 
klarkommt, oder zumindest easy darauf zu modifizieren ist. Ich denke, 
das sowas mit Anschlussklemmen und Gehäuse für 15 Mäuse auch gar nicht 
so teuer ist, statt da mit DPAK/D2PAK MOSFets selber rumzuhantieren.

von M. M. (maik3)


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Steve van de Grens schrieb:
> 250 mV * 5 A = 1,25 W

Wie kommst du auf 5A?
Ziel der Übung war doch, einen hochohmigen Eingang anzusteuern.

Matthias S. schrieb:
> Hast du den diesen 'Verstärker' schon da? Dann check doch einfach, was
> für Pegel er benötigt. Kann ja sein, das er direkt mit den 3,3V
> klarkommt,

Ja, der ist schon vorhanden. Aber selbst wenn er mit 3,3V läuft: ich 
werd sicher nicht die GPIOs von einem ESP32 direkt an ein fremdes Gerät 
hängen. Da soll bitte was dazwischen.

H. H. schrieb:
> Dann mach das doch.

Hab ich grad ausprobiert.
Funktioniert super. Auf dem Oszi sieht man dass die Flanken nicht ganz 
so steil sind wie der Ausgang vom ESP. Liegt an den Basiswiderständen 
vom ULN und ist ein netter Nebeneffekt.

von Monk (roehrmond)


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M. M. schrieb:
> Wie kommst du auf 5A?

Ralf hat den Transistor für 4-5A Last vorgeschlagen. Ich habe ihn 
zitiert.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #7666404 wurde vom Autor gelöscht.
von Joachim B. (jar)


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Steve van de Grens schrieb:
> Ralf hat den Transistor für 4-5A Last vorgeschlagen. Ich habe ihn
> zitiert.

warum?
Der TO hat sich zu keiner Zeit über den benötigten Strom ausgelassen, 
aber es wird hier wieder allseits rumgeraten!

M. M. schrieb:
> Wie kommst du auf 5A?

Das muß ja der Treiber leisten können zu deinen 24V LEDs, darf ich dich 
an deine Frage erinnern?

M. M. schrieb:
> Ich möchte damit 8 PWM-Signale erzeugen um damit LEDs (24V) anzusteuern.

und wieder verschweigst du wieviel Strom deine 24V LEDs gesamt wirklich 
brauchen, ohne diese Angabe können wir nur raten!

von M. M. (maik3)


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Joachim B. schrieb:
> und wieder verschweigst du wieviel Strom deine 24V LEDs gesamt wirklich
> brauchen, ohne diese Angabe können wir nur raten!

Lesen:

M. M. schrieb:
> Die LEDs hängen allerdings noch hinter Verstärkern (z.B. sowas:
> https://www.amazon.de/dp/B01C595Z76?psc=1) damit ich flexibel bin was
> die Stromaufnahme betrifft. Mit 6A pro Kanal (was ich normal nie
> brauchen werde) habe ich viel Luft nach oben.

und

M. M. schrieb:
> Wie gesagt, da muss ja kein dicker Id fließen. Es reicht, einen
> hochohmigen Eingang "hochzuziehen".

und

M. M. schrieb:
> Eigentlich will ich nur diesen dummen Verstärker ansteuern.

Aber hat sich erledigt, der ULN macht das super.

von Monk (roehrmond)


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Joachim B. schrieb:
> warum?

Frage das den Ralf

von Ralf D. (doeblitz)


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Joachim B. schrieb:
> Steve van de Grens schrieb:
>> Ralf hat den Transistor für 4-5A Last vorgeschlagen. Ich habe ihn
>> zitiert.
>
> warum?
> Der TO hat sich zu keiner Zeit über den benötigten Strom ausgelassen,
> aber es wird hier wieder allseits rumgeraten!

Weil bei 6A des Verstärkers noch "viel Luft nach oben" wäre und er es 
"normal nie bauchen" würde. Da darf man dann auch mal schauen, ob man 
bei Verzicht auf den Verstärker nicht auch mit 4-5 A auskommen könnte 
und damit alles viel einfacher lösen könnte.

von M. M. (maik3)


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Ralf D. schrieb:
> Weil bei 6A des Verstärkers noch "viel Luft nach oben" wäre und er es
> "normal nie bauchen" würde. Da darf man dann auch mal schauen, ob man
> bei Verzicht auf den Verstärker nicht auch mit 4-5 A auskommen könnte
> und damit alles viel einfacher lösen könnte.

Am einfachsten wäre es gewesen einfach die Frage des TE (also von mir) 
zu beantworten und nicht mit nicht gefragten und nicht erwünschten 
Ratschlägen anzukommen.

Und wenn du schon meinst, das Konzept des TEs irgendwie in Frage stellen 
zu müssen, dann wenigstens lesen was gefragt wurde.

M. M. schrieb:
> Ich möchte damit 8 PWM-Signale erzeugen um damit LEDs (24V) anzusteuern.

M. M. schrieb:
> Mit 6A pro Kanal

Hast du die 8 Kanäle übersehen?
In deiner Lösung wäre der Leistungsteil auf der Bastel-Platine.
8 * 5A sind immerhin 40A und, bei 24V, stolze 960W.
Mit solchen Strömen und Netzteilen in dieser Leistungsklasse will ich 
nichts zu tun haben. Der Aufwand, das abzusichern ist enorm.

Meine jetzige Lösung ist denkbar einfach: ein simpler ULN hinter dem ESP 
(+ jeweils ein Pullup, der aber eigentlich unnötig ist). Eine Platine 
die genau eine Aufgabe gut umsetzt: die Ansteuerung für bis zu 8 
unabhängige Lichtzonen bereitzustellen.
Der Leistungsteil wird in einem oder mehreren externen Verstärkern 
umgesetzt. Diese können praktischerweise jeweils an einem eigenen 
Netzteil in der kompakten 180-240W-Klasse hängen, je nachdem wieviele 
LEDs an einem Kanal hängen. Und natürlich auhc einzeln bei Bedarf 
abgeschalten werden.

: Bearbeitet durch User
von Ralf D. (doeblitz)


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M. M. schrieb:
> Am einfachsten wäre es gewesen einfach die Frage des TE (also von mir)
> zu beantworten und nicht mit nicht gefragten und nicht erwünschten
> Ratschlägen anzukommen.

Man bekommt nicht immer genau das, was man sich wünscht, sondern eben 
manchmal auch sinnvolle Alternativen aufgezeigt. Das ist hier ein 
Diskussionsforum und keine (kostenlose) Service-Hotline.

> Und wenn du schon meinst, das Konzept des TEs irgendwie in Frage stellen
> zu müssen, dann wenigstens lesen was gefragt wurde.

Das habe ich.

> M. M. schrieb:
>> Ich möchte damit 8 PWM-Signale erzeugen um damit LEDs (24V) anzusteuern.

Ja, dazu nimmt man eben 8 MOSFETs.

> M. M. schrieb:
>> Mit 6A pro Kanal

Die du niemals zu benötigen meintest, und offensichtlich erwähnt hast 
weil der verlinkte Verstärker das kann. Daher eben meine Annahme, das 
evtl. 4-5A mit weniger "Luft nach oben" auch reichen können.

> Hast du die 8 Kanäle übersehen?

Nein.

> In deiner Lösung wäre der Leistungsteil auf der Bastel-Platine.

Nö, den kann man auch absetzen. Das würde ich auch auf jeden Fall 
machen. Die MOSFETs jeweils auf Mini-Platine möglichst nah an Netzteil 
und LED montieren, um die hohen Ströme nicht über unnötig lange 
Leitungen zu führen. Das hilft auch, EMI zu reduzieren.

> 8 * 5A sind immerhin 40A und, bei 24V, stolze 960W.
> Mit solchen Strömen und Netzteilen in dieser Leistungsklasse will ich
> nichts zu tun haben. Der Aufwand, das abzusichern ist enorm.

Und? Das musst du doch eh tun, beim Verstärker steht nichts über 
Kurzschlussfestigkeit (sprich: damit wird er auch kaum kurzschlussfest 
sein, denn dieses Qualitätsmerkmal hätte der Hersteller/Händler 
sicherlich angegeben), also musst du selbst für Absicherung sorgen (und 
sei es durch Auswahl eines Netzteils mit passender Strombegrenzung, die 
dann aber auch genauso für die MOSFETs ausreichend wäre). Egal ob du 
deinen Verstärker oder einzelne MOSFETs einsetzt.

[...]
> Der Leistungsteil wird in einem oder mehreren externen Verstärkern
> umgesetzt. Diese können praktischerweise jeweils an einem eigenen
> Netzteil in der kompakten 180-240W-Klasse hängen, je nachdem wieviele
> LEDs an einem Kanal hängen. Und natürlich auhc einzeln bei Bedarf
> abgeschalten werden.

Und wieso solltest du das mit den einzelnen MOSFETs anstelle des 
Verstärkers nicht genauso machen können? Nur eben dass die MOSFETs 
direkt vom ESP angesteuert werden können, ohne ULN dazwischen und mit 
geringerem Preis als der Verstärker? Prinzipiell bist du mit den MOSFETs 
sogar noch flexibler, da du für jeden einzelnen Kanal ein eigenes 
Netzteil vorsehen kannst statt eines pro 4 Kanäle.

Beitrag #7667115 wurde vom Autor gelöscht.
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