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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kleine Konzeptidee zu LED-Fader


Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Ich möchte mir einen kleinen LED-Fader bauen (wollte ich ja schonmal) Er 
soll 3 AAA-Akkus beinhalten und eine kleine Ladeschaltung. Die Akkus 
sind in Reihe. Der AVR muss die Akkuspannung messen können, da er auch 
die Ladung selbiger überwachen soll. Wenn das Netzteil angesteckt ist, 
wird der AVR über ein elektronisches Relais vom Akku getrennt und 
weiterhin vom Netzteil versorgt.

Die Frage ist nur, wie verschalte ich das. Das Problem ist, dass die 
LEDs je nach Akkuspannung unterschiedlich hell leuchten. Da die drei 
LEDs auch unterschiedliche Kennlinien haben wird sich die Farbe auch 
verändern wenn ich das per Software ausgleiche, mal abgesehen davon dass 
ich da dann ellenlange Tabellen im AVR bräuchte. Es soll eine 10-Bit PWM 
mit 8-Bit Farbauflösung werden, ich hoffe ich habe das richtig 
formuliert. Also 8-Bit Farbauflösung aber 10-Bit Auflösung für die PWM, 
denn sie soll exponentiell gehen damit ich die unteren Helligkeitsstufen 
etwas feiner regeln kann.

Mein Ansatz wäre, einen Schaltregler zu verwenden um die Spannung der 
LEDs konstant auf 3,5V oder so zu halten. Jede LED bekommt einen 
Vorwiderstand. Jedoch kann die Akkuspannung im Bereich von 3-5V liegen. 
Kurz nach dem Laden wird sie ihren Höchstpunkt erreichen. Eventuell kann 
die Akkuspannung auch noch höher liegen also braucht der AVR noch einen 
kleinen Überspannungsschutz.

Der MC34063 kann leider in der Konfiguration meine 3,5V nicht 
bereitstellen. Höchstens -3,5V kann er erzeugen, dann schließe ich die 
LEDs einfach andersrum an. Allerdings wird dann die Ansteuerung über den 
AVR etwas blöd. Der muss ja mit einem 5V High Pegel dafür sorgen, dass 
die LEDs, die an der negativen Spannung hängen, Strom kriegen.

Gibts noch bessere Ideen oder Ansätze?

lg PoWl

Autor: Michael F. (jiro)
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Die LED´s über eine konstantstromquelle speisen dann ist es fast egal 
welche Spannung die batterien zur Zeit haben.

Autor: Paul H. (powl)
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Stimmt, die Idee ist gut.

Mir ist im Übrigen aufgefallen, dass eine ultrahelle rote LED bei 20mA 
Stromaufnahme genauso hell leuchtet wie eine blaue LED bei ka.. 1mA oder 
noch weniger.

Den gleichen Effekt habe ich auch bei den kleinen roten und blauen 
standard LEDs von Reichelt.

Blau leuchtet immer mit dem geringsten Strom am stärksten. Sind das bei 
mir zufällige Einzelfälle oder ist das ein allgemeines Phänomen?

Solche Transistorkonstantstromquellen haben doch die Eigenschaft, dass 
sie ziemlich anfällig für Temperaturschwankungen sind, insbesondere, da 
sie sich selbst aufheizen. Wie kämpf ich gegen dieses Problem an? Einen 
z.B. LM317 zu benutzen wäre zwar besser, aber wegen dem großen 
Spannungsdrop nicht möglich. Ich brauche jedes Volt. Wäre ein 
Spannungsregler nicht auch effektiver anstatt dass die ubrige Spannung 
einfach verheizt wird?

lg PoWl

Autor: Michael F. (jiro)
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verheizen mußte immerwas (vorwiederstand led) aber warum nicht.
die helligkeitsunterschiede sind immerso auch sind die 
durschlasspannungen der verschieden ledfarben alle unterschiedlich.

Autor: Paul H. (powl)
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Naja. Ich habe die Vorwiderstände auf einer festen Spannung abgestimmt 
und dann die Spannung verändert. Weis ist dann beispielsweise langsam 
ins grünliche abgedriftet. Mit Konstantstromquellen hätte ich den Effekt 
natürlich nicht solange die Spannung für jede LED hoch genug ist, dass 
der Strom aufrecht erhalten werden kann.

Allerdings hier halt das Problem, dass sich der Konstantstrom mit sich 
aufheizendem Transistor verändern kann. Ich weiß nicht wie stark sich 
das auswirken wird.

Der Schaltregler könnte die Spannung auf konstante 3.5V umsetzen (bzw. 
eben -3.5V). Somit entfallen Konstantstromquellen. Vorwiderstände können 
gering dimensioniert werden. Dürfte alles recht effizient sein, oder 
overkill?

lg PoWl

Autor: Michael F. (jiro)
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sollte gehen probier es aus und wie wäre es mit dem LT 1302 den habe ich 
bei reichelt ausgegraben ist zwar nicht der billigste aber der macht 
auch noch aus 2V -> 12V wenn es sein muß bei den beispielschaltungen im 
datenblatt

Autor: Paul H. (powl)
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Ja hast recht, probieren geht über studieren. So DC/DC Wandler die ab 1 
oder 2V arbeiten sind leider immer recht teuer > 4€. Da ich das ganze 
nicht nur einmal aufbauen möchte ist das ganze recht unpraktisch.

Autor: Michael F. (jiro)
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naja ich will mir nen belichter aus uv led basteln, die led´s brauchen 
laut datenblat zwichen 3,2v und 4V soltest mal schauen welche 
durschlassspannung deine led´s haben und bei meinen led´s las ich über 
konst. strom laufen eben wegen dieser enormen exemplarstreuung der 
led´s, bei konst. spannung wirste wohl für jede led die 
durschlasspannung bestimmen müßen und den passenden R berechnen müßen 
wenn sie alle gleich leuchten sollen

Autor: Paul H. (powl)
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Die Konstantstromquellen oder Vorwiderstände werden natürlich 
abgeglichen. Ich benutz eine integrierte RGB LED (Superflux? Oder doch 
SMD? oder 5mm Diffus wäre nett..)

Ich werde so lange an den Reglern rumspielen bis ich weiß erreicht habe.

lg PoWl

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Paul Hamacher (powl)

>Die Konstantstromquellen oder Vorwiderstände werden natürlich
>abgeglichen.

Das kannst du dir sparen, wenn du einen TLC5922 & Co nutzt.

MFG
Falk

Autor: Michael F. (jiro)
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er wollte aber gerne ne 8bit farbauflösung haben nicht 7bit :)

Autor: Michael F. (jiro)
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bei meinen konst. stromquellen muß nicht nicht viel abgleichen da ja als 
refferenz ein r dient und wenn mann 1% nimmt ist das gut genug

Autor: Paul H. (powl)
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ist zwar lieb gemeint aber ich glaub DAS IC ist etwas overkill :-D

@ Michael, ich habe halt 3 LEDs die unterschiedliche Ströme für die 
gleiche Lichtintensität brauchen. Den strombestimmenden Widerstand zu 
bestimmen, das meine ich mit Abgleichen. Wenn ich ausgetestet hab 
welchen Wert ich brauche kann ich natürlich auch einen festen R mit dem 
Wert einsetzen und brauch keine Trimmer mehr.

Autor: Michael F. (jiro)
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ja aber du wolltest die eventuell aus deinem versuch resultierende 
schaltung ja öfter bauen und da ist konst. strom besser weil sonst bei 
jeder schaltung aufs neue abgleichen must

Autor: Paul H. (powl)
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Ja, also ich rede da so von n paar mal.. 4..5. da kann man das machen.

Offensichtlich hat die Schaltreglervariante folgende Vorteile:
- Konstante Spannung über den gesamten Ladezustandsbereich des Akkus
- Betriebsfähig bis 3V (und weniger?)
- Höhere Effizienz da die Energie gewandelt und nicht verheizt wird

Das ist doch schonmal was :-)

Problem ist nur, die LEDs mit dem AVR über Transistoren zu schalten, da 
muss ich mir nochmal Gedanken zu machen. Klar für manche ist das ein 
Klacks.

lg PoWl

Autor: Michael F. (jiro)
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20% verbrätst du auch mit dem dc dc wandler mindestens so wie ich das im 
diagramm gesehen hab, aber die led´s mit transistor zu schalten dürfte 
das kleinste problem sein siehe 
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutori...

aber ich rate dir schonmal von transistor array´s ab wie ulnXXXX die 
verbraten zuviel von deinen spannungsreserven

Autor: Paul H. (powl)
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Ja, das Problem ist, dass der Wandler mir nur eine negative Spannung 
bereitstellen kann. Die Ausgangsspannung darf irgendwie nicht im Bereich 
der Eingangsspannung liegen.

Autor: Michael F. (jiro)
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naja was plus und minus ist ist reine definations sache, so wie ich das 
sehe speist du mit dem dc wandler den microcontroller und auch die led´s 
richtig ?
wenn du also die -V als masse defenierst wird die alte masse zu +V weist 
du was ich meine must nur microcontroller und leds gemeinsamm hinter dem 
dc dc wandler betreiben.

mach mal ne skitze von dem was vorhast bitte

Autor: Paul H. (powl)
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Ja, das wäre ja einfach. Wenn ich aber einfach GND und VCC vertausche 
und den µC an die -3.5V anschließe dann hat das Akku+ gegenüber dem µC 
ja negatives Potential. D.h. ich kann mit dem ADC die Akkuspannung nicht 
mehr messen :-S

Deswegen hängen nur die LEDs an den -3.4V. Im Anhang mal eine Idee wie 
das funktionieren könnte. Ich musste leider einen MOSFET verwenden. Habe 
es zuerst mit einem BC557 PNP-Typ probiert aber da hat die LED, auch 
wenn ich die Basis über den Basiswiderstand 10k mit +5V verbunden habe 
schwach geleuchtet. Nur wenn ich die Basis direkt an +5V gesetzt habe 
ging es. Ist da was faul oder sind das Leckströme, die dann vom 
NPN-Transistor an der LED verstärkt werden?

lg PoWl

Autor: Paul H. (powl)
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Sry.. hier der Anhang
Der BS250 ist ein P-Kanal FET. Habe das ganze aufm Steckboard aufgebaut.

Autor: Michael F. (jiro)
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doch du kanst die accuspannung messen über einen spannungsteiler

Autor: Michael F. (jiro)
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hatte grade langeweile, vieleicht hilfts

Autor: Paul H. (powl)
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Danke danke!

Die Idee ist nicht schlecht :-) Allerding durchschaue ich die Funktion 
von D1 und D2 noch nicht so ganz.

Es gibt aber noch einen Grund der dagegen spricht den µC mit dem 
Spannungsregler zu betreiben. Der Spannungsregler hat ne ziemliche 
ripplespannung und die wird nicht gut für die ADC-Messung sein. Ich weiß 
nicht wie stark sich das auswirkt.

Der Schaltungsaufwand dürfte in etwa der gleiche sien. Ausser den LEDs 
muss ich noch die Akkuladeschaltung und noch einen FET, der mir die 
gesamte Schaltung ausschalten kann, ansteuern. Aber ich könnte es mal 
probieren :-)

Hast du ne Idee wieso meine kleine Transistoranordnung mit normalen 
Bipolartransistoren nicht funktioniert sondern nur mit dem FET?

lg PoWl

Autor: Michael F. (jiro)
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bei nem pnp typ muß die basis negativer sein muß als der emitter um ihn 
dursch zu schalten und das wirst du nicht so schaffen da der avr wenn 
ausgang 0V hat immer noch 3,5V positiver ist als der emitter

Autor: Paul H. (powl)
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Moment ich hab das nochmal hier verändert. Der Emitter hängt an 5V. Die 
Basis-Emitter-Strecke liegt zwischen dem AVR und 5V. Wenn am AVR-Port, 
also an der Basis, 0V anliegt, dann kann dein Strom über die BE-Strecke 
fließen und den Transistor durchschalten. Wenn allerdings 5V anliegen 
kann theoretisch kein Strom fließen da die Basis-Spannung gegenüber dem 
Emitter nicht positiv ist.

Trotzdem leuchtet die LED schwach wenn ich die Leitung vor dem 
Basisvorwiderstand auf 5V lege. Wenn ich die Basis direkt auf 5V lege 
leuchtet nix.

Der MOSFET macht ja theoretisch auch nix anderes. Anstelle der 
BE-Strecke gibts da halt eine Gate-Source Strecke. Source liegt dann 
halt da wo sonst der Emitter liegt. Hier entfällt halt auch der 
Vorwiderstand. Ich würde aber gerne normale Transistoren verwenden und 
frage mich warum das nicht funktioniert. Leckströme, die dann noch 
verstärkt werden?

lg PoWl

Autor: Winfried (Gast)
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LED-Helligkeit: Ich hatte mal eine RGB-LEd von Reichelt im 5mm Gehäuse, 
da war rot sehr dunkel im Vergleich zu blau und grün. Jetzt habe ich 
eine Superflux RGB von led1.de eingesetzt, da ist rot vom Eindruck her 
genauso hell.

Klar ist natürlich, dass wegen der höheren Flußspannungen bei gleichem 
Wirkungsgrad blau und grün heller sein müssen.

Bei deinen Überlegungen hier fehlt mir übrigens die Berücksichtigung der 
Flußspannungen für grün und blau. Blau kann z.B. bei 3.4-3.6 Volt liegen 
und wenn du dann noch über einen Vorwiderstand den Strom regulieren 
willst, brauchst du mindestens nochmal 0.2-0.7 Volt mehr. Das wird dann 
nichts mit Direktversorgung aus den Akkus, du brauchst dann einen 
Step-Up.

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