Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET-Eigenleben, LED Treiberschaltung


von David D. (saturi)


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Hallo zusammen,
ich verzweifle mal wieder an einem Elektronik Problem und bin auf eure 
Expertise angewiesen:

Hintergrund:
Ich habe, ambitioniert wie ich bin/war, ca 15m SK6812 LED Bänder als 
Beleuchtung verbaut, die ich gerne über einen uC ansteuern würde.
Da (für meine Verhältnisse) relativ viel Strom fließen wird habe ich 
hier mit PV Kabeln und Sicherung vorgesorgt. Um jetzt bei größeren 
Schaltvorgängen die Spannungsspitzen abzufangen, wollte ich hier die 2x 
2200uF Kondensatoren an die Versorgungsleitung hängen.
Um beim Einschalten der Spannungsquelle aber keinen kurzzeitigen 
Kurzschluss zu erzeugen sollte der Ladewiderstand R3 dienen. Dieser 
sollte dann sobald die Ladespannung erreicht ist (gemessen über den 
Spannungsteiler R4R5 vom uC durch den PMOSFET kurzgeschlossen werden.

Ich habe jetzt schon einiges an Verbesserungspotential ausprobiert 
(Pull-up, bzw Pull-down an den gates (war mir nicht bewusst), BS170 
falschherum eingebaut, und komme trotzdem nicht auf einen grünen Zweig.

Ich messe die Spannung am Kondensator beim Einschalten der 5V Spannung 
(X2-1) und die Ladekurve passt nicht zu dem erwarteten. Sie ist viel zu 
kurz, gerade so, als würde der PMOSFET direkt durchschalten. (die 
Schaltung habe ich 6x verlötet für 6 Spannungsrails und alle zeigen das 
gleiche Verhalten. Ich bin jetzt mal auf ein breadboard gegangen aber 
auch da ist gleiches zu beobachten. sobald ich den pmos fet rausnehmen 
erhalte ich die erwartete "langsame" Ladekurve.

Mache ich basierend auf diesem Schaltplan etwas falsch? Der BS170 ist 
ggf. nicht optimal ausgelegt, weil er erst bei 5V durchschaltet und ich 
mit maximal 3,3 vom uC komme. Aber das sollte ja nur ein Problem beim 
"einschalten" sein.

Ich bin für jeden Tipp dankbar :)

Ich werde zeitnah noch ein Bild vom breadboard aufbau hochladen. 
Vielleicht übersehe ich ja etwas.

viele Dank im Voraus!
David

von Christoph Z. (rayelec)


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Siehst Du die Dioden in den Mosfets?

von David D. (saturi)


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Oh man.... der PMOSfet ist auch falsch rum...
ich dachte ich hätte das schon geprüft... aber habe nur geprüft ob ich 
sie nach dem Schaltplan angeschlossen habe...


Danke ... manchmal frag ich mich wie blind ich sein kann...

von Ron-Hardy G. (ron-hardy)


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David D. schrieb:
> BS170
> falschherum eingebaut

nicht nur den.

von Jörg R. (solar77)


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David D. schrieb:
> Ich habe, ambitioniert wie ich bin/war, ca 15m SK6812 LED Bänder als
> Beleuchtung verbaut, die ich gerne über einen uC ansteuern würde.

> Ich werde zeitnah noch ein Bild vom breadboard aufbau hochladen.

Das gehört bei solchen Problemen besser direkt in die Eröffnung des 
Threads.


Ist dir bewusst dass die SK6812 keine „normalen“ LEDs sind?

Zeige mal den kompletten Schaltplan, inkl. der Stromversorgung und den 
LEDs.

von David D. (saturi)


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ohja...
der BS170 ist doch richtig rum drin... habe mich da durch ein Datenblatt 
dass auch den 2N7000 (mit genau umgekehrter Belegung) führt verwirren 
lassen.

aber bei ursprünglischer beschaltung mit umgedrehtem PMOS funktioniert 
es jetzt nach Tagen der Verzweiflung...

:D und dann ist es so offensichltich....

danke euch!
Das wird jetzt gemurkse das bei der bestehenden Platine zu ändern :D

von David D. (saturi)


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Dein Antwort war mir durch meinen Antwort-Post ungesehen geblieben.

was genau meinst du mit "normalen" LEDs? Mir ist bewusst, dass sie 
einzeln adressierbar sind, falls du das meinst.

anbei der Gesamte Schaltplan der Platine. (nur das linke "rail" ist 
bisher korrigiert mit Pull-up/downs und dem gedrehten MOSFET)

Zusätzlich habe ich noch

Netzteil -- Sicherung --- (LED Band-5V + Klemme x21 der Platine)

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Jörg R. schrieb:
> Ist dir bewusst dass die SK6812 keine „normalen“ LEDs sind?
>
> Zeige mal den kompletten Schaltplan, inkl. der Stromversorgung und den
> LEDs.

Er will die SKs mit seiner Schaltung nicht dimmen, sondern nur das 
Netzteil vor Hickup, bzw. die Sicherung davor, mittels 
Einschaltstrombegrenzer schützen. Um sowas macht sich sonst kaum jemand 
Gedanken.

von Jörg R. (solar77)


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David D. schrieb:
> Dein Antwort war mir durch meinen Antwort-Post ungesehen
> geblieben.

Benutze bitte die Zitierfunktion, damit man erkennt wen du meinst;-)

> was genau meinst du mit "normalen" LEDs? Mir ist bewusst, dass sie
> einzeln adressierbar sind, falls du das meinst.

Ja, das meinte ich.


Gerald B. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Ist dir bewusst dass die SK6812 keine „normalen“ LEDs sind?
>>
>> Zeige mal den kompletten Schaltplan, inkl. der Stromversorgung und den
>> LEDs.
>
> Er will die SKs mit seiner Schaltung nicht dimmen,

Ja, das ist mir bewusst.

von Rainer W. (rawi)


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David D. schrieb:
> Um jetzt bei größeren Schaltvorgängen die Spannungsspitzen abzufangen,
> wollte ich hier die 2x 2200uF Kondensatoren an die
> Versorgungsleitung hängen.

Was möchtest du damit erreichen?
Hast du dir die Stromaufnahme deiner LED-Kette einmal zeitlich hoch 
aufgelöst angesehen?

Die Schaltvorgänge der einzelnen LEDs finden im Mikrosekundenbereich 
statt, Schaltvorgänge in der ganze Kette gibt es gar nicht. Ein 
"Einschalten" der Kette ist immer ein Lauflicht. Die Geschwindigkeit ist 
dabei durch die serielle Übertragung der Daten in die Länge gezogen.
Kondensatoren von 2200µF haben ihre Domäne im Bereich von Millisekunden, 
nicht Mikrosekunden. Du brauchst Abblockkondensator von z.B. 100nF bei 
den LED-Kontrollern und der Rest ist Aufgabe des Netzteils, das doch 
vermutlich ein Schaltnetzteil mit etlichen Kilohertz Schaltfrequenz ist.

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Rainer W. schrieb:
> David D. schrieb:
>> Um jetzt bei größeren Schaltvorgängen die Spannungsspitzen abzufangen,
>> wollte ich hier die 2x 2200uF Kondensatoren an die
>> Versorgungsleitung hängen.
>
> Was möchtest du damit erreichen?

Na ja, der Stripe hat mit steigender Länge einen ohmschen Widerstand auf 
der Versorgungsleitung. Die LEDs am Ende bekommen bei ganzem Stripe 
weiß, weniger, als ein einzelner durchlaufender Punkt. Das kann soweit 
gehen, das hinten  der Rest zeitweise abstürzt und erst beim nächsten 
Telegramm irgendwann reagiert. Beidseitig, oder alle paar Meter 
einspeisen ist der Idealfall, am Ende die Elkos, die sich zu guten 
Zeiten aufladen, kann aber das letzte notwendige Quäntchen Stabilität 
bringen.

von David D. (saturi)


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Rainer W. schrieb:
> Was möchtest du damit erreichen?
Hauptsächlich wollte ich damit meine LEDs "schützen". Bei meinen 
"Versuchsaufbauten" hat mir da ein altes analoges Netzteil beim 
Abschalten schon zweimal eine LED auf einem Strip zerschossen. Das tritt 
vielleicht bei Schaltnetzeilen nicht auf. Aber ich dachte ich könnte es 
etwas "abfedern"

Zu glauben, dass ich das besser mache als ein Netzteil war vermutlich 
sehr naiv ;-) Jetzt ist die Schaltung aber schonmal da. Macht sie denn 
was kaputt?

Rainer W. schrieb:
> Die Schaltvorgänge der einzelnen LEDs finden im Mikrosekundenbereich
> statt, Schaltvorgänge in der ganze Kette gibt es gar nicht.
Das ist natürlich vollkommen richtig, da war meine 
Vorstellung/Überlegung nicht korrekt. Die gibt gibt es wohl nur beim 
Abschalten ;-).

Rainer W. schrieb:
> 2200µF haben ihre Domäne im Bereich von Millisekunden,
> nicht Mikrosekunden. Du brauchst Abblockkondensator von z.B. 100nF bei
> den LED-Kontrollern
Danke. Da fehlt mir die tiefere Fachkenntnis. heißt das die sind 
effektiv tatsächlich "langsamer"? liegt das dann an Widerständen im 
realen Aufbau da es keine reinen Kapazitäten sind? Was genau meinst du 
an den LED-Kontrollern? an den einzelnen chips? da werde ich ja nicht 
dran kommen oder meinst du meine beiden Datenleitungen?

Gerald B. schrieb:
> Beidseitig, oder alle paar Meter
> einspeisen ist der Idealfall, am Ende die Elkos
Ja ich habe die 15m in 2x7,5m unterteilt, weil ich dann (ich habs nicht 
mehr genau im Kopf) grob auf meine 30fps komme. Länger Strips ergeben 
dann ein für mich nicht mehr ansehnliches Ruckeln in einer "Animation".
die 7m haben in Summe 3 Einspeisungen.

Die Elkos hingegen liegen leider nicht am Ende vom Strip sondern auf der 
Platine, wo alle 3 (bzw 2x3 Einspeisungen) hin geführt werden

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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David D. schrieb:
> Ich bin für jeden Tipp dankbar

Lass den ganzen Quatsch weg.

Die SK6812 bekommen 100nF Abblockkondensatoren auf dem Strip (haben sie 
vermutlich schon) und alles ist gut.

Sorge allerdings für Pegelwandler zwischen uC und SK6812, denn die will 
3.4V für high

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/1284638/ETC1/SK6812RGBW.html

von Rainer W. (rawi)


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David D. schrieb:
> Was genau meinst du an den LED-Kontrollern? an den einzelnen chips?

Genau dort

> da werde ich ja nicht dran kommen oder meinst du meine beiden
> Datenleitungen?

An den Datenleitungen haben Kondensatoren nichts verloren. Ich mein 
Abblockkondensatoren direkt an den Chips, die bei fertig gekauften 
LED-Bändern hoffentlich schon vorhanden sind. Im Datenblatt der SK6812 
ist jedenfalls für eine typische Applikation bei jedem Chip ein 
Kondensator von 10nF gezeigt (S.8 "16. The typical application 
circuit:").
https://www.normandled.com/upload/201603/SK6812%20LED%20%20Datasheet.pdf

von David D. (saturi)


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Michael B. schrieb:
> Sorge allerdings für Pegelwandler zwischen uC und SK6812, denn die will
> 3.4V für high
Dafür hätte ich den 74HCT125 eingeplant (wie im zweiten Schaltplan 
eingezeichnet verschaltet) zwar kein klassischer Pegelwandler aber der 
sollte mir das logik Singal ja trotzdem auf 5V heben.

Rainer W. schrieb:
> Abblockkondensatoren direkt an den Chips, die bei fertig gekauften
> LED-Bändern hoffentlich schon vorhanden sind
Das hoffe ich. ich hätte weder die Möglichkeit, noch die Muße jetzt 
nachträglich bei ~3000 LED chips die anzubringen, bzw. zu verdrahten :D


Ich möchte trotzdem nochmal die Frage stellen, ob die Schaltung etwas 
"schaden" bzw. schlechter machen wird. Ich habe verstanden, dass es 
vermutlich vergebene Lebensmüh war [abgesehen von den Learnings die mir 
dieses Projekt gebracht hat :)] und sie nicht den Effekt erzielen wird, 
den ich mir erhofft habe.

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