Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LEDs mit gemeinsamen GND schalten


von Michael (mobami)


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Hey Leute,

ich bin aktuell am überlegen, wie ich ein Problem gelöst bekomme. Wenn 
ich bislang LEDs mit einem größeren Spannung geschalten habe, habe ich 
dafür den uln2803 genommen. So brauche ich keine größere Menge an 
Transistoren. Nur wenn ich es richtig auf dem Schirm habe, werden da die 
LEDs über den GND geschaltet und haben ein gemeinsamen Pluspol.

Nun habe ich jetzt eine andere Situation, ich habe Modellbahnsignale, 
die ein gemeinsamen GND haben. Also kann ich die LEDs nicht über dem GND 
schalten.

Hat jemand einen Tipp für mich, was ich anstelle vom uln2803 nehmen 
könnte? Die Versorgungsspannung die ich nutze ist 18V und schalten tue 
ich über ein Arduino Nano. Also 5V.


Michael

: Verschoben durch Moderator
von Ob S. (Firma: 1984now) (observer)


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Michael schrieb:

> Hat jemand einen Tipp für mich, was ich anstelle vom uln2803 nehmen
> könnte? Die Versorgungsspannung die ich nutze ist 18V und schalten tue
> ich über ein Arduino Nano. Also 5V.

Prinzipiell: "HighSide-Switch"

Ist allerdings nicht ganz so billig wie ULNsowieso. Und gibt es auch oft 
nur in wenig bastlerfreundlichen Packages.

von Sebastian R. (sebastian_r569)


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Hier werden ein paar Vorschläge gemacht, die für dich vielleicht 
interessant sein könnten:
Beitrag "Treiber Pendant zu ULN2803"

von Jörg R. (solar77)


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Michael schrieb:
> ich bin aktuell am überlegen, wie ich ein Problem gelöst bekomme. Wenn
> ich bislang LEDs mit einem größeren Spannung geschalten habe, habe ich
> dafür den uln2803 genommen. So brauche ich keine größere Menge an
> Transistoren. Nur wenn ich es richtig auf dem Schirm habe, werden da die
> LEDs über den GND geschaltet und haben ein gemeinsamen Pluspol.
>
> Nun habe ich jetzt eine andere Situation, ich habe Modellbahnsignale,
> die ein gemeinsamen GND haben. Also kann ich die LEDs nicht über dem GND
> schalten.
>
> Hat jemand einen Tipp für mich, was ich anstelle vom uln2803 nehmen
> könnte? Die Versorgungsspannung die ich nutze ist 18V und schalten tue
> ich über ein Arduino Nano. Also 5V.

https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/8-kanal-hochspannungsquellentreiber_-500_ma_dil-18-22008

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/TD62783AF.pdf

von Michael (mobami)


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Guten Abend,

ich gucke mir das mal an. Der UDN2981 hört sich recht interessant an.

Nur ich habe keine andere Möglichkeit als über die VCC zu schalten. Die 
Modellbahn Signale haben ein gemeinsamen GND, klar ich könnte auch 
einfach die Vorwiederstände anpassen und direkt die LEDs schalten. Nur 
so wie ich sie gekauft habe, sind sie für ca. 18V. Die Vorwiderstände 
sind am Ende der einzelnen Adern angebracht.

Eigentlich versuche ich außerhalb von Steuerungen nicht von den 18V 
abzuweichen, um versehentliches anschließen einer falschen Spannung zu 
verhindern.

Michael

von Rainer W. (rawi)


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Michael schrieb:
> Hat jemand einen Tipp für mich, was ich anstelle vom uln2803 nehmen
> könnte?

Wieviel Strom möchtest du schalten, wieviele Kanäle sollen es sein, was 
für Schnittstellen kommen für dich in Frage und welche Footprints sind 
für dich verarbeitbar?

Hier ist vielleicht etwas dabei, wenn du die Filter passend einstellst:
https://www.digikey.de/de/products/filter/energiemanagement-pmic/leistungsverteilungsschalter-lasttreiber/726

: Bearbeitet durch User
von Enrico E. (pussy_brauser)


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Wenn nur an vereinzelten Stellen auf deiner Modellbahnanlage DUO-LEDs 
mit gemeinsamen GND-Anschluss verbaut sind, dann kannst du auch ggf. 
hier und da einen PUM D20 im SOT-363 Package einsetzen.

von Michael (mobami)


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Es geht um einzelne LEDs in sämtlichen Farben. Und je Signal gibt es 2-6 
LEDs die einzeln geschaltet werden müssen.

Und da eine Modelleisenbahn schon ein paar Signale verschieden Typs hat 
werden da schon einige zusammen kommen.

Bauform wäre zwischen DIP und Größe SMD Bauform möglich. SMD kann, ist 
aber kein Muss. Unterhalb der Eisenbahn ist genug Platz auch größer 
Platinen zu platzieren.

Grundsätzlich plane ich „Module“ zu entwickeln die je Arduino bis zu 16 
Ausgänge anzusteuern. Je Signalart können das 8 Signale sein oder auch 
weniger.

Über die Ansteuerung der LEDs muss ich mir Softwaretechnisch keine 
Gedanken machen, dass funktioniert über die Software DCC-EX, welche die 
zentrale der Anlage spielt. Aber das nur am Rande mal erwähnt, falls es 
jemand interessiert.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Was auch noch ginge, waeren 4fach Optokoppler mit 4x Darlington 
Transistoren.

von Michael B. (laberkopp)


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Michael schrieb:
> Die Versorgungsspannung die ich nutze ist 18V und schalten tue ich über
> ein Arduino Nano. Also 5V.

Das geht billiger so
1
  +--------+-----------+-------+
2
  |        |           |       |
3
+ |  +--------+        |       |
4
 5V  | Arduino|--4k7--|< BC556 |
5
- |  +--------+        |       | +
6
  |        |           R      18V
7
  +--------+          _|_      | -
8
                      \_/      |
9
                       |       |
10
                       +-------+
und das schöne an der Schaltung: sie funktioniert sogar mit 18V~ und 
Glühlampen, wenn der Transistor durch einen TRIAC wie Z0103 ersetzt 
wird.

Ein Digitaltransistor wie PDTA143E spart den 4k7 Widerstand, ebenso wie 
ein P-MOSFET wie BS250, oder gleich ein Doppeltransistor PEMB2.

von Rainer W. (rawi)


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Michael schrieb:
> Über die Ansteuerung der LEDs muss ich mir Softwaretechnisch keine
> Gedanken machen, dass funktioniert über die Software DCC-EX, welche die
> zentrale der Anlage spielt.

Und welche Schnittstellen kann die steuern?
Oder willst du jede einzelne LED über einen GPIO steuern?
Dann vielleicht so etwas wie MIC2981/2982?

Michael B. schrieb:
> Ein Digitaltransistor wie PDTA143E spart den 4k7 Widerstand

omg - ein Widerstand.
Widerstandsnetzwerke wurden schon erfunden, damit man sich nicht tot 
lötet.
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/widerstandsnetzwerk_einzelwiderstaende_4_7_kohm_4wid_8pins-17935

: Bearbeitet durch User
von Michael (mobami)


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Grundsätzlich bin ich für alles offen. Ich habe bislang nur ein Arduino 
Nano vor mir liegen. Drum herum ist noch nichts geplant.

Also Optokoppler wären auch eine Möglichkeit.

Grundsätzlich wäre aber dip Bauform am besten, da ich so zum Testen 
alles auf ein Steckbrett stecken kann, bevor ich Platinen entwickle und 
fertigen lasse.

Und ich habe 18V DC im System, grundsätzlich war die Hoffnung auf ICs 
zurück zu greifen, da es auf Dauer sicher einige LEDs werden, auf 
verschiedene Module verteilt. Die geplante Anlage hat ca 6m2 Fläche auf 
mehreren Ebenen.

Entsprechend werden da vorsichtig geschätzt rund 40-50 Signale verbaut 
sein. Und je nach Standort auf der Anlage verschiedene Bauformen (was 
die Anzahl der separaten geschalteten LEDs bestimmt). Ein Blocksignal 
hat nur 2 LEDs, ein Einfahrsignal kommt auf 3 LEDs, wenn ein Vorsignal 
noch dazu kommt, kommen nochmal 4 LEDs hinzu, Ausgahrsignale kommen auf 
4-5 LEDs. Und allein der Bahnhof ist mit 3 Gleisen geplant, je Gleis 
kommt im direkten Umfeld vom Bahnhof mindestens 1 Einfahrtsignal, 1 
Ausfahrtsignal und 1 Vorsignal zum Tragen, da ich aber das ein oder 
andere Gleis nicht mit einer festen Fahrtrichtung begrenzen möchte, 
verdoppelt sich die Anzahl der Signale.

Aber ja, jede einzelne LED über ein gpio, ob direkt am Arduino oder über 
ein portexpander PCF857 (wenn ich mich nicht vertue heißt der so).

Aber welcher Weg ist theoretisch egal, da ich bei beidem 5V raus 
bekomme.

Gruß Michael

: Bearbeitet durch User
von Ob S. (Firma: 1984now) (observer)


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Michael schrieb:
> Grundsätzlich bin ich für alles offen.

Ach, ist das so? Und was hast du bisher über "HighSide-Switches" 
herausbekommen?

von Christian M. (christian_m280)


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Michael schrieb:
> Modellbahnsignale, die ein gemeinsamen GND haben

Ausgerechnet solche hast Du erwischt - sehr selten!

Gruss Chregu

von Alwin K. (alwink)


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Hallo,

bei mir sieht das so aus.
Ich treibe damit meine 4 Stück 100mm 7-Segment-Anzeigen Common Cathode.
Funktioniert gut in meiner Wanduhr, seit 10 Jahren im Dauerbetrieb.
Angesteuert wird direkt mit einem Atmega328P.
Bin ich damals auch erst beim 2. Blick drauf gekommen.

Gruß
Alwin

von Rainer W. (rawi)


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Alwin K. schrieb:
> Treiber.png

Durch DAS Leitungslabyrinth muss man sich erstmal durchwühlen ...

Ja, der UDN2981A war ein 8x High-Side Treiber ...

> Funktioniert gut in meiner Wanduhr, seit 10 Jahren im Dauerbetrieb.

Das war vor 10 Jahren. Inzwischen musst du suchen, um den noch irgendwo 
im Antiquariat zu ergattern.

: Bearbeitet durch User
von Michael (mobami)


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Bei reichelt sind die sofort lieferbar für 1,10€ das Stück.

Habe mir davon 2 bestellt um das mal auszuprobieren. Wenn es klappt 
ordere könnte das ein Weg sein, der für mich interessant ist.

Michael

von Rainer W. (rawi)


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Michael schrieb:
> Bei reichelt sind die sofort lieferbar für 1,10€ das Stück.

Nein, genau lesen.

"UDN 2981" ist die Artikelnummer bei Reichelt, nicht die 
Typenbezeichnung des ICs.
Reichelt verkauft den UTC62783 - das ist ein Nachbau von UTC.

: Bearbeitet durch User
von Michael (mobami)


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Ja okay, aber solange er das leisten kann, was ich brauche erfüllt er 
doch den Zweck.

Zumindest für mich und meine Situation oder nicht?

von Rainer W. (rawi)


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Michael schrieb:
> Zumindest für mich und meine Situation oder nicht?

Ja, du kannst jeden High-Side Treiber verwenden, der deine Anforderungen 
erfüllt. Nur lohnt es nicht, sich auf den obsoleten UDN2981 zu 
versteifen.

von Joachim B. (jar)


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Michael schrieb:
> Grundsätzlich bin ich für alles offen. Ich habe bislang nur ein Arduino
> Nano vor mir liegen. Drum herum ist noch nichts geplant.
>
> Also Optokoppler wären auch eine Möglichkeit.
>
> Grundsätzlich wäre aber dip Bauform am besten, da ich so zum Testen
> alles auf ein Steckbrett stecken kann, bevor ich Platinen entwickle und
> fertigen lasse.

warum dann nicht eine RGB LED wie WS2812B am Nano 328?
OK die Nanos müßten zur Umprogrammierung an USB (Hubs) aber ein Nano 
kann ja eine Kette bis min. 120 LEDs ansprechen.

von Michael (mobami)


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Weil ein Eisenbahnsignal fest verbaute LEDs an festen Positionen hat.

Und zum anderen muss alles über die Zentrale angesprochen werden. Da 
wird am Nano nix programmiert nur eine Software per Uploader aufgespielt 
und der Rest macht die Zentrale bzw. Die Steuersoftware am pc.

Ich nutze DCC-ex als zentrale und Rocrail als Software. Da bekommen die 
Ausgänge Adressen zugewiesen, über die dann Signale gestellt werden, je 
nach fahrsituation auf dem Gleis.

von Joachim B. (jar)


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ach und da kommt nie ein Haus dazu oder eine Strassenlaterne?
Soviel zu fest programmiert, ausserdem kann ein Helligkeitsensor oder 
eine RTC ja nach dem die LED dimmen, alles erweiterbar in Software.
Ich würde auf keinen Fall feste LEDs nehmen ausser an sehr exponierten 
Stellen, sonst viel zu unpraktisch und selbst eine PWM gesteuerte echte 
LED läßt sich mit 2 Drähten noch nachträglich an einen PWM Kanal des 
Nanos nachverdrahten.

: Bearbeitet durch User
von Michael (mobami)


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Es geht um zugsignale am Gleis die verändern sich nicht. Beleuchtung für 
Häuser, Straßenbeleuchtung und der gleichen ist ein anderes Thema.

Die kann man auch anders verschalten und dann über andere Lösungen 
steuern. Und darüber wollte ich mir Gedanken machen, wenn es soweit ist.

Michael

von Rainer W. (rawi)


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Joachim B. schrieb:
> warum dann nicht eine RGB LED wie WS2812B am Nano 328?

Wohl eher ein WS2811, aber wer weiß, ob dieses DCC-ex damit umgehen und 
LEDs in so einer WS2811-Treiberkette die Adressen passend zuweisen kann. 
Den High-Side Treiber bräuchte man trotzdem zusätzlich.

: Bearbeitet durch User
von Michael (mobami)


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Mit solchen RGB LEDs wird es eher Umwege etwas. Also das man 2 Nanos 
kombiniert. Nano 1 hat Verbindung zur Zentrale und bekommt die 
Schaltbefehle und Nano 2 bekommt die „Intelligenz“ zur Ansteuerung der 
LEDs.

Und beide Nanos „kommunizieren“ über digitale Pins. Also Nano 1 hat 
Ausgänge und diese sind verbunden mit Eingängen von Nano 2.

Aber wie gesagt das ist ein anderes Thema und das kommt noch in Zukunft.

Bei Abschnitten die nur Licht an und aus kennen, kann ich auch ein 
uln2803 nehmen, da ich dann die LEDs verschalten kann, wie es für mich 
passt.

Bei den Signalen kommt unten am Mast mehrere Adern raus, ein GND und je 
Farbe ein weitere Ader. Da müsste ich das Signal komplett auseinander 
nehmen und neu zusammenbauen. Und das geht meistens nicht so schön von 
Statten.

Michael

von Jörg R. (solar77)


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Michael schrieb:
> Guten Abend,
>
> ich gucke mir das mal an. Der UDN2981 hört sich recht interessant an.

Ich würde es auch mit der Alternative probieren, dem UTC62783.

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/62783.PDF

> Nur ich habe keine andere Möglichkeit als über die VCC zu schalten. Die
> Modellbahn Signale haben ein gemeinsamen GND, klar ich könnte auch
> einfach die Vorwiederstände anpassen und direkt die LEDs schalten. Nur
> so wie ich sie gekauft habe, sind sie für ca. 18V. Die Vorwiderstände
> sind am Ende der einzelnen Adern angebracht.
>
> Eigentlich versuche ich außerhalb von Steuerungen nicht von den 18V
> abzuweichen, um versehentliches anschließen einer falschen Spannung zu
> verhindern.

Trotzdem würde ich an Deiner Stelle in Erwägung ziehen die 
Vorwiderstände in den Signalen auf 5V Versorgung anzupassen.

Wenn es aber bei den 18V und HighSide bleibt würde ich noch 2 
Alternativen ins Auge fassen.

1) Treiber doch mit klassischen Transistoren BC5.. aufbauen. Du könntest 
kleine Platinen mit KiCad etc. erstellen und die PCBs günstig herstellen 
lassen.

2) Etwas ungewöhnlich, aber mit 4-Fach OPVs als Komparatoren verschaltet 
ginge es auch. Ein Spannungsteiler könnte mehrere OPVs am Minuseingang 
versorgen um die Spannung für die Schaltschwelle bereitzustellen. Eine 
Hysterese vorzusehen ist nicht erforderlich.

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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An einen WS2811 / WS2814 /WS2805 noch ein bisschen Anode zu Kathode 
Mimik dran und fertig :-)
Ich habe hier mal mit dem WS2814 einen Power-Pixel für RGBW vorgestellt, 
wo ich dann auf 4 per PWM dimmbare KSQs gegangen bin. Vor und hinter den 
WS2814 habe ich noch jeweils einen RS485 Transciver geschaltet. Mit 
minimalen Anpassungen kannst du dieses Konzept für deine Aktoren 
verwenden. Die einzelnen Aktorplatinen werden Daisy Chain verschaltet 
und jede steuert ein Signal.
Wenn die Mimik dazwischen besonders einfach werden soll, dann nen 4-fach 
Optokoppler, die LED kommt an den WS28xx und der Kolletor des 
Fototransistor an +Uled, und der Emitter geht auf eine der LED Anoden. 
Vorwiderstände waren ja schon verbaut.
Wenn du die Optokoppler auf Präzisionssockel setzt, kannst du sogar noch 
10 jahren Dauerbetrieb die OK tauschen.

von Manfred P. (pruckelfred)


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Michael schrieb:
> Ja okay, aber solange er das leisten kann, was ich brauche erfüllt er
> doch den Zweck.
> Zumindest für mich und meine Situation oder nicht?

Nach einem Blick ins Datenblatt denke ich, dass die 62783 zu Deiner 
Anwendung passen.

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