Ich möchte ein Vorschaltgerät bauen dass 708 (!) LEDs mit konstantem Strom ansteuert. Das schwierige daran ist, es muss so klein wie nur möglich sein.
Die 708 LEDs sind in einer Reihenschaltung von 6 LEDs pro Spalte. Das ergibt 708 / 6 = 118 Spalten. Pro Spalte muss bei der eingesetzten SMD-LED (weiss) ein Strom von 0.02A fliessen. Der Gesamtstrom ist dann 0.02A * 118 = 2.36 A für die gesamte Leuchte. ?!
Die Eingangsspannung beträgt 230VAC.
Die Frage also, wie kann ich eine konstante Lichtausbeute haben? Der Strom muss unabhängig (konstant) der Eingangsspannung von ca 205 - 245 V sein. Wie kann man das möglichst mit wenig Bauteilaufwand (und vor allem Grösse) entwickeln?
Wie gross muss die Ausgangsspannung sein? Kann man direkt mit 230VAC einspeisen? Oder sollten alle LED's parallel geschaltet werden?! PWM? 12VDC mit Trafo/Gleichrichter? Konstantstromquelle mit OP und FET?
Also wenn das eine Designerleuchte werden soll, dann möchtest Du sie ja vielleicht auch dimmen oder einige Muster schalten können um die Leuchtfläche mit ein paar Effekten zu versehen. Eventuell setzt Du ja farblich unterschiedliche LEDs ein, was bunte Effekte erlauben würde. Aber bedenke dabei, dass unterschiedliche Farben auch unterschieedliche Spannungen und Ströme erfordern.
Um das elegant zu bewerkstelligen, solltest Du wissen, dass man LEDs, wenn man sie gepulst betreibt, auch mit einem mehrfachen des angegebenen Stromes belasten kann. Das 'Flimmern' sollte man aber in Frequenzbereiche verlegen, die z.B. ein Fernsehbild nicht stören, also nicht unbegingt dicht um den Bereich 50/100Hz herum.
Damit ist die Lösung dann schon relativ einfach. Bilde aus den LEDS Blöcke aus einigen parallel geschalteten Zeilen von mehreren LEDs besteht. So entstehen 'Kacheln' die separat gesteuert werden können. FET-Treiber an jede Spalte / Zeile und mit einem kleinen Controller diese Kacheln nun im Multiplex-Betrieb ansteuern. Bei den Kacheln kommt es darauf an, jede Zeile mit einem eigenen Vorwiderstand zu versehen. Der Ausfall einer LED führt damit zwar zum Erlöschen der ganzen Zeile, aber das ist immer noch besser als ein Totalausfall einer Kachel oder einer ganzen Zeile.
Der Microcontroller kann nun per PWM die ganzen Kacheln separat ansprechen und damit sind der Anzahl der Muster oder ganzer Sequenzen sich verändernder Lichtspiele keine Grenzen mehr gesetzt.
Als Netzteil muss etwas her, dass gut 10-20% Reserve über die maximale Stromaufnahme der Schaltung hat, da die Impulsbelastung durch das Multiplexing hoch ist. Generell empfiehlt es sich bei solchen Schaltungen ein Schaltnetzteil zu verwenden, weil es stromsparender ist als ein Trafo, aber es ist schwer impulsfeste Schaltnetzteile zu erschwinglichen Preisen zu kaufen. Eventuell kann man das in Deiner Konfiguration aber mit ein paar Low-ESR Kondensatoren in der Kachel-Treiberstufe abfangen.
Mir fällkt gerade ein, dass man zum einen die Impulsbelastung über die Software des Microcontrollers noch senken könnte, indem man die Schaltphasen von von mehreren Spalten einer Zeile geriingfügig zeitversetzt an die Treiber legt. Und außerdem fällt mir noch ein, dass es Notebook Netzteile mit 10-20V DC bei 3-5A fertiig auf dem Flohmarkt geben müßte. Diese kleinen Teilchen sollten auch einiges an Impulsfestigkeit besitzten, da sie ja mit Festplatten klarkommen müssen. Einige von denen kommen mit 90V-250V AC klar ohne, dass man sie umschalten müßte. Generell würde ich das Netzteil, wenn es in der Leuchte zum Einsatz kommen soll, oberhalb der LEDs anbringen, damit es seine Wärme nicht über die LEDs abgibt.
Bei der Software sollte man dann aber nicht vergessen, den Watchdog des Controllers zu benuetzen, so dass im Falle eines Absturzes die LEDs vor einem zu lange dauernden "Impuls" bewahrt werden. Im Reset-Zustand muessen natuerlich alle Treiber aus sein...
Als erstes muß man sich über die Fragen des Berührungsschutzes klarwerden. Kann die Gesamtanlage schutzisoliert aufgebaut werden oder nicht?
So wie du fragst, fehlen dir offensichtlich jegliche ernsthaften Kenntnisse in der E-Technik, weswegen ich dringend von Schutzisolierung abraten und auf Schutzkleinspannung orientieren würde. D.h. du kaufst einen industriell gefertigten Netz"trafo" (darf auch ein Schaltnetzteil sein) welches sekundär eine ungefährliche Spannung abgibt und über ausreichende Leistung zum Betrieb deiner LEDs verfügt.
Praktischerweise nimmst du dann gleich ein geregeltes Netzteil, das sorgt für eine nahezu konstante Spannung und enthebt dich damit der Notwendigkeit, Ströme zu regeln.
Was bleibt, ist eigentlich nur noch die Frage nach der Flußspannung einer einzelnen der von dir verwendeten LEDs. Die kannst du dem Datenblatt entnehmen oder schlicht messen. Aus diesem Wert kann man dann alles andere errechnen. Nehmen wir mal als Beispiel ein Flußspannung von
1,8V an. Die Flußspannung einer Reihenschaltung von 6 dieser LEDs ist dann:
6 * 1,8V = 10,8V
Der nächsthöhere Standardwert für konfektionierte Trafos ist 12V. Wissen wir also die Sekundärspannung des Trafos. Nun sorgen wir für den richtigen Strom, indem wir genau die überschüssigen 1,2V bei 0,02A mit einem Widerstand zu Wärme verheizen:
R = U / I = 1,2V / 0,02A = 60 Ohm
Nun noch die Leistung für den Widerstand:
P = U * I = 1,2V * 0,02A = 0,024W
Du brauchst also für jede Spalte einen Widerstand 60 Ohm, 1/10W. Der nächste Standardwert wäre 62Ohm.
So, nun noch die Gesamtleistung auf der Sekundärseite des Trafos. Den Gesamtstrom hast du schon selber ausgerechnet, den brauchst du nur noch mit der Sekundärspannung zu multiplizieren:
2,36A * 12V = 28,32W
Nimmt man mal pessimistisch einen Wirkungsgrad von 70% für den Trafo an, muß er also eine Nennleistung von 40W haben.
Damit hast du alles zusammen was du wissen mußt. Passende Trafos gibt's beim Elektronikhandel, Widerstände ebenfalls. Und im Vergleich zu den Kosten der LEDs kannst du die Kosten für diese Teile komplett in den Skat drücken.
Das ist in diesem Fall nicht unbedingt notwendig. Man kann das Multiplexing über einen Counterinterrupt steuern und diese Routine natürlich sehr übersichtlich halten. Den einzigen Befehl, den man dann nach dem Start des Timers nie mehr verwenden darf, ist der DisableInterrupt.
Das Verhalten der I/Os im Reset-/StartUp Fall des uCs sollte man natürlich kennen und auch die Invertierung durch die Treiberstufen beachten. Je nach Anzahl der zu steuernden Spalten und Zeilen muss man eh externe Latches unterbringen. Diese könnte man zum einen mit dem Reset koppeln, so daß der Controller auf der steuernden Seite machen kann, was er will, zum Anderen könnte man diesen Latch-Reset an eine Schaltung ankloppeln, die das Multiplexing überwacht. Diese könnte viel schneller auf einen ausgefallenen Takt reagieren als der Watchdog des Controllers.
Aber ich sehe das als recht hohen Aufwand an. Eine sauber programmierte TimerIRQ Schleife und dann geht das.
"Lukas Leuthold" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@posting.google.com...
Das
Leuchte.
Wenn du die Spalten ohne weiteres parallel schaltest, könnte es sein, dass wegen Parametertoleranzen unterschiedliche Ströme durch manche Spalten fliessen => ungleiche Intensität. Deshalb wäre es am besten jede Spalte mit einem Widerstand zu versehen. Wenn du z.B. einen
150ohm Ohm Widerstand nimmst würde der Spannungsabfall bei 20mA 3V betragen und die auf dem Widerstand verbratene Leistung 60mW, also vergleichlich mit der einer einzigen LED.
SMD Widerstände (wenn du schon SMD LEDs verwendest) sind billig, sehr klein, und wenn du sie nicht nebeneinander plazierst wird die entstandene Wärme gleichmässig verteilt.
Als Versorgung käme dann ein entsprechendes dimensioniertes (regelbares) Netzteil in Frage (vielleicht mit LM317 selbst gebastelt):
Unetzteil = 6 * Uled + 3V
Uled = der Spannungsabfall auf einer LED (~3V für weiss ?)
So einfach funktioniert die Stromkonstanthaltung leider nicht zuverlässig, weil bei so einem kleinen anteiligen Spannungsabfall am Vorwiderstand die Stabilisierung sehr empfindlich auf Toleranzen in der Flußspannung und auf Toleranzen der Versorgungsspannung reagiert. Ich würde die LED-Kette nur auf etwa 2/3 der Netzteilspannung auslegen.
wenn es so klein wie möglich sein soll, würde ich jedenfalls ein Schaltnetzteil nehmen, und zwar eins mit 24V. Solche gibt es ggf. auch als fertige Baugruppe. Die LEDs dann so gruppieren, daß sich etwa 18 bis 22V Flußspannung ergeben. Passende Vorwiderstände berechnen und fertig. Für die konstante Helligkeit sorgt dann das SNT.
Rainer
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Mit Sicherheit wendet URI GELLER keine Tricks an.
Da(ran) habe ich nicht den geringsten Zweifel.
(Ingrid Liebeler in de.sci.physik)
okay mag sein das ich hier grad auf dem Schlauch stehe, aber wenn ich _keine_ Konstantstromquelle nutze ist es doch wirklich egal ob eine Led über die Wupper geht oder nicht weil dann der Strom absinkt. Bei einer Konstantstromquelle wird dann der Strom durch die anderen LEDs gepresst und die gehen dann kaputt, oder? Wenn man den LM 317 nimmt bleibt der Strom durch die anderen doch gleich?!
Naja, ein Controller kann sich auch durch externe Einfluesse "aufhaengen". Dabei kann alles Moegliche passieren, auch eine Umprogrammierung des Timers etc. Da ist es sicherlich gut, wenn ein Watchdog mit unabhaengigem Oszillator im Notfall einen Reset ausloest. Wenn ein solcher ohnehin gratis dabei ist, wuerde ich dessen Verwendung schon sehr empfehlen.
Bei einem idealen und perfekten Geraet braucht man natuerlich niemals einen Watchdog, aber es duerfte schon einen Grund haben, dass die Controller-Hersteller sowas einbauen.
Wozu Watchdog? Mit einem richtig bemessenem Kondensator in der Ansteuerungsleitung z.B. eines Treibertransistors lässt sich schädlicher Dauerstrom auch verhindern. Egal was der Prozessor ausgibt.
Gruß Wolfgang
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My software never has bugs. It just develops random features.
Ah, woher denn? Vor allem woher bei einer Parallelschaltung aller Dioden und beim Arbeiten mit der Strombegrenzung? Und warum gerade dieser schreckliche 317? Es gibt doch wirklch genug IC und Schaltungsvorschläge für eine regel, bzw. programmierbare Stromquelle mit geringem Aufwand.
Aha. Und wie könnte besagter Kondensator den Controller wieder zur Arbeit bewegen? Oder warten wir lieber auf den nächsten P/O Reset, wann immer der auch kommen mag?
Sorry, ich habe das wohl viel zu ungenau gelesen, weil ich
|Hi |ich bin für parallel. |Sonst fällt Dir bei Ausfall einer LED gleich die ganze Zeile aus.
noch im Hinterkopf hatte. Wobei mir nicht klar ist, was du genau mit parallel meinst. Jede einzelne Diode, oder die angesprochenen Spalten zu je 6 Dioden? Ich bin wohl heute etwas zu müde und unkonzentriert.
Es geht nicht darum den Kontroller wieder zu starten, sondern die LEDs im Worstcase zu schützen!
Und da hilft ein Kondensator in einer passenden Ansteuerleitung. Und so schützt man i.r.R auch solche Schaltungen. Ich kenne das selbst aus gemuxten Anzeigetafeln.
Wenn natürlich der Treibertransistor durchgeht, schützt das auch nicht mehr. Auf jedem Fall sollte auf der analogen Seite so eine Sicherheit eingebaut werden. Kostet pro LED-Spalte weniger als eine LED!
Gruß Wolfgang
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My software never has bugs. It just develops random features.
Ich muss ja auch so eine zwangsweise saumaessig ueberteuerte und mit unbrauchbar schlechtem Lichtspektrum unangenehmn strahlende mit Sicherheit noch potthaesslich aussehenede 'Designer'leuchte nicht kaufen.
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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
Argh, ist ja noch schlimmer, als ich angenommen hatte (317 in modifizierter Beschaltung als Stromregler). LEDs kann man nicht sinnvoll direkt mit fester Spannung betreiben.
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