High Power LEDs über Arduino Dimmen

[D-Heiße]

Hy,

nachdem ich mich jetzt etwas durchs Forum gelesen habe und leider nicht so richtig das gefunden habe was ich eigentlich suche habe ich mich einfach mal angemeldet um euch direkt zu fragen.

Mein Plan ist es eine Leuchte zu bauen die quasi über drei Leuchteinheiten verfügt welche alle über ein Arduino Board angesteuert werden soll.

#1 besteht dabei aus einer einzelnen Nichia High Power LED weiß welche nur ein/aus geschalten werden sollte

#2 ist da schon etwas aufwändiger und besteht aus 6 Nichia High Power LED warmweiß Diese sollen über das PWM-Signal, welches das Ardunio Board ausgibt gedimmt werden

#3 besteht aus 4 Teilelementen die jeweils aus ca. 50 Nichia 3mm LED weiß diese 4 Elemente sollen getrennt voneinander an/ausgeschaltet werden.

So und nun meine Frage - wie versorge ich das ganze am besten mit Strom, bzw. was brauche ich alles dafür, dass vor allem #2 mit dem Dimmen problemlos geht. Also keine Sorge in Sachen Arduino sollte ich das alles lösen können - aber wie schon gesagt, ich weiß nicht was ich dann mit dem PWM Signal bzw. dem an/aus Signal welches aus dem Arduino kommt anstellen muss, so dass die LEDs auch leuchten und dass möglichst nicht nur 1sec…;-)

Beste Grüße und vor allem schon mal besten Dank für eure Mühen
Dominic

[Borax]

Hallo Dominik,
welcome on board!

wie versorge ich das ganze am besten mit Strom

Ich würde ein 12V Netzteil vorschlagen. Daran kann auch das Arduino Board versorgt werden.

#1 besteht dabei aus einer einzelnen Nichia High Power LED weiß welche nur ein/aus geschalten werden sollte

Eine LED ist natürlich 'ungünstig' an 12V zu betreiben. Außer man verwendet/baut einen Schaltregler.

#2 würde ich als 2x3 LEDs an je einer KSQ bei 12V betreiben. Dafür reicht die 2-Transistor-KSQ.

#3 50 Stück ist auch 'doof'. Nimm 49 oder eine andere durch 3 teilbare Anzahl. Dann wieder 3'er Gruppen bilden und jede 3'er Gruppe mit einen eigenen Vorwiderstand an 12V betreiben. Zum getrennt voneinander an/ausschalten einfach je einen Mosfet pro Gruppe und diesen vom Arduino ansteuern.

[D-Heiße]

Hey Borax,

ganz egal ob 49 nun durch 3 teilbar ist oder nicht, hast auf jeden Fall erstmal jede Menge Licht ins dunkle gebracht... Also #3 ist damit auf jeden Fall erstmal klar.

Zum Thema #1 und #2 habe ich mich mal etwas hier im Forum belesen in Anbetracht deiner Antwort und habe dann mal einen deiner vielen Schaltpläne etwas modifiziert


Anzumerken ist vielleicht noch, dass die LEDs nicht 3V haben sondern 10,5V und ich würde sie gern mit 350mA jeweils betreiben. Und für die 12V Stromquelle habe ich an ein 5A / 12V Einbau Netzgeärt gedacht.

So nun allerdings noch zwei Fragen:

1: Um die LEDs nun über PWM zu dimmen, ist es da richtig, wenn ich da einfach einen MOSFET vor die LEDs löte der dann mit dem Arduino verbunden wird - wenn ja welcher wäre dafür ideal?

2: Sind meine Überlegungen soweit richtig, bzw was ist an meinen Überlegungen falsch...?

Besten Dank
Dominic

[Beatbuzzer]

Hallo und Willkommen!
Um auch mal was konstruktives beizutragen :

Das direkte parallel schalten der LEDs würde ich vermeiden. Nimm lieber für jede LED eine eigene KSQ oder schalte in Reihe zu den LEDs noch jeweils einen kleinen Widerstand (z.B. 1 ohm, die brauchst du ja eh für die KSQ).

Dimmen geht direkt am Knotenpunkt von Collector, Gate und dem 10K-Widerstand. Wenn du diesen Punkt mittels eines Transistors nach Masse ziehst, sind die LEDs aus.

[Borax]

Anzumerken ist vielleicht noch, dass die LEDs nicht 3V haben sondern 10,5V und ich würde sie gern mit 350mA jeweils betreiben. Und für die 12V Stromquelle habe ich an ein 5A / 12V Einbau Netzgeärt gedacht.

Ok. In diesem Fall lieber eine KSQ pro LED. Ist einfach gesünder für die LEDs als eine Parallelschaltung. Das Netzteil passt.
Wegen PWM...

Um die LEDs nun über PWM zu dimmen, ist es da richtig, wenn ich da einfach einen MOSFET vor die LEDs löte der dann mit dem Arduino verbunden wird - wenn ja welcher wäre dafür ideal?

Alle High-Power LEDs sollten immer über eine KSQ betrieben werden. Ob mit oder ohne PWM.
Also etwa so:

2-Transistor-KSQ_PWM1.png (41.16 KiB) 21751 mal betrachtet

Das gilt dann für #1 und #2
Die 100Ohm sind nur bei sehr hochfrequenter PWM erforderlich. Bis 500Hz reichen auch 470Ohm locker aus. Dann wird der Arduino nicht so stark belastet.
[Edit] Beatbuzzer war schneller

[D-Heiße]

Besten Dank schonmal, jetzt ist eigentlich alles geklärt, bis auf ein paar "1-Klasse Fragen" von mir...

1. Welche stelle der Schaltung koppel ich mit der Masse des Arduinos.

2. Bei dem Widerstand R1 müsste doch eigentlich 2 Ohm hin - da es aber nur 1,8 bzw. 2,2 Ohm fertig gibt, wieso dann nich sicherheitshalber 2,2 Ohm ?

3. Der Anschluss des Transitors ist mir ja klar, nur beim Anschluss des MOSFETs bin ich mir noch nicht zu 100% sicher: Drain -> LED, Source -> R1 und Gate -> R2/Q1 , oder doch anders?

Dominic

[Beatbuzzer]

1. Welche stelle der Schaltung koppel ich mit der Masse des Arduinos.

2. Bei dem Widerstand R1 müsste doch eigentlich 2 Ohm hin - da es aber nur 1,8 bzw. 2,2 Ohm fertig gibt, wieso dann nich sicherheitshalber 2,2 Ohm ?

3. Der Anschluss des Transitors ist mir ja klar, nur beim Anschluss des MOSFETs bin ich mir noch nicht zu 100% sicher: Drain -> LED, Source -> R1 und Gate -> R2/Q1 , oder doch anders?

1. Den Minuspol der 12V-Quelle, also GND.

2. Bei 2 ohm fließen rechnerisch 0,7V / 1,8 ohm = 389mA. Erfahrungsgemäß etwas weniger, da der Transistor nicht auf 0,7V festgenagelt ist, sondern auch schon bei 0,6V aufmacht. Da die LED bis zu 400mA verträgt, besteht bei ausreichender Kühlung keine Gefahr.
Du kannst aber selbstverständlich auch 2,2 ohm nehmen und liegst dann voraussichtlich bei etwa 300mA.

3. Genau so siehts aus.

[jack1]

Hallo,
ich wollte mal fragen in wie weit die Schaltung abgeändert werden müsste, wenn ich sie nur mit 9V betreiben möchte.

Vielen Dank
Jack

[Beatbuzzer]

Die KSQ-Schaltung?
Gar nicht. Du musst lediglich mit ein paar wenigen mA weniger Konstantstrom rechnen, da der Strom durch den 10K Widerstand und den Transistor etwas niedriger ausfällt. Das ist aber nicht mehr Abweichung, als man auch durch Bauteiltoleranzen erhalten könnte.

Und die maximale LED-Spannung beträgt nur noch um 8V. Es gehen also nur noch zwei weiße/blaue und drei gelbe/rote.

[Bartmann]

Hallo Experten.

Wie sieht es denn aus, wenn man eine 12 V LED Kette (als Meterware erhältlich) uber den
PWM Anschluss des Arduino Boards dimmen möchte.
Der Nachbau der 2-Transistor KSQ klappt leider nicht, die LED Kette bleibt dunkel.
Was muss ggf. modifiziert werden ?
Und - hier ist die Rede von einem höherfrequenten Signal. Wieviel kHz liefert
der PWM Anschluss des Arduino ?

Danke für Tips ?

M.f.G.

Bartmann

[Beatbuzzer]

Ich kene mich jetzt mit diesen Board-Geschichten (Arduino und co.) nicht so aus, aber die PWM-Frequenz hängt normalerweise davon ab, wie du programmiert hast.
Also welchen Prescaler für den Timer, welche Quarz-Frequenz (System-Takt), welche Timer-Auflösung (8,9,10 bit)...

Auch wäre mal eine genauere Beschreibung der Kette hilfreich. Ich gehe mal davon aus, dass dort nur LEDs mit Widerständen in Reihe verbaut sind. Solche Ketten lassen sich locker im kHz-Bereich dimmen.

PS: Schwarz und Normalgröße reicht auch

[Bartmann]

Hallo Beatbuzzer.

Bei der LED Kette handelt es sich um Meterware von Conrad:

Standard-LED-Streifen selbstklebend 5 m, vergossene Ausführung 12 V/DC

Highlights & Details

12 V LED-Streifen selbstklebend
150 LEDs/Länge 5 m
Vergossene Ausführung
Betriebsstrom 1 A
Diese LEDs sind parallel geschaltet, das kleine SMD Teilchen jeweils davor
scheint ein Widerstand zu sein.
Dieser LED Streifen (5m) ist in 5 Teile aufgeteilt, á 29 LEDs.
Diese 5 Stränge sollen auch separat angesteuert bzw.
gedimmt werden.

M.f.G. Bartmann

[Beatbuzzer]

Dann kannst du sie direkt über einen Transistor schalten.
Um auch Stellung zu deiner letzten Mail zu nehmen. So muss die Schaltung pro Led-Streifen aussehen:

PWM LED.jpg (15.95 KiB) 20723 mal betrachtet

Die LED plus Widerstand ist hier natürlich nur als Ersatzschaltbild für die LED-Streifen zu sehen. Diese Schaltung bräuchtest du dann bei 5 getrennt steuerbaren Streifen 5 mal.

[Bartmann]

Hallo Beatbuzzer.

Das sieht schon recht freundlich und schlank aus.
Vielen Dank !

M.f.G.

Bartmann

[D-Heiße]

Hey,

da sich in der Zwischenzeit meine Ideen zu dem Projekt vermehrt haben gibt es auch neue Anforderungen an die Schaltung.

Eine kurze Erklärung wieso nun zwei Microcontroller - da ich aus erfahrung weiß dass man mit dem Programmieren von etwas komplexeren Sachen schnell viel Zeit verbraucht habe ich vor mir die Uhr als Bausatz zu kaufen. Das Display muss allerdings selbst gebaut werden. Und da dies mehr Strom benötigt als ein normales 4-digit Display müssen die Signale verstärkt werden. Und genau mit dem Verstärkungsstrom will ich auch die Helligkeit regeln. Ja und da ist auch schon das "Problem", die Helligkeit wird mittels PWM geregelt und da das Signal was von dem anderen Microcontroller kommt gemultiplext ist, kann es zu unschönem Flackern kommen. Aus diesem Grund das RC-Glied in der Schaltung.

Ja und neben der Frage ob die Schaltung so geht, bzw. was man ändern müsste wäre ich euch auch sehr dankbar wenn ich die Dimensionierung der restlichen Bauteile wüsste.


Besten Dank schonmal!
Dominic

[Beatbuzzer]

Die Funktion der beiden kurzgeschlossenen Bauteile C1 und R2 entzieht sich mir etwas...

Für einen Strom durch D2 von 700mA würde ich für R6 etwa 1 Ohm ansetzen. Das sollte mit dem recht niederohmigen Gate-Vorwiderstand von 470 Ohm schon ganz gut hinkommen.
Bei dem Stripe frage ich mich, ob eine KSQ überhaupt benötigt wird. Ist der nicht schon mit eingebauten Vorwiderständen auf eine Festspannung ausgelegt?

Zum Thema flackern:
Wenn du die PWM-Frequenz auf ein vielfaches der Multiplex-Frequenz auslegst, dann flackert es auch nicht. Je nachdem würde ich hier ruhig schon ein paar kHz ansetzen.

[D-Heiße]

Die Funktion der beiden kurzgeschlossenen Bauteile C1 und R2 entzieht sich mir etwas...

Das "Ziel" dahinter war das PWM Signal des Arduinos zu glätten (RC-Glied) um so das flackern zu vermeiden. Mit der Frequenzanpassung klingt natürlich auch logisch, jedoch bin ich mir fast sicher in ANbetracht meiner Kenntnisse, dass die Variante mit der Glättung des PWM-Signal die wohl einfacherer ist. Oder geht sowas in meinem Falle gar nicht?

Bezüglich des Stripe - ja da solltest du Recht haben, d.h. ein normaler Transitor wäre hier völlig ausreichend - würde leistungstechnisch da auch noch der IRLZ34 dafür ausreichen?


Noch eine weitere Kurze Frage - mit welchem Bauteil bekomme ich die 12V Spannung auf 5V für den ATmega328, oder nimmt man für sowas einen normalen Widerstand?

Besten Dank
Dominic

[Beatbuzzer]

Naja GND vom UDN2981 sollte nicht in der Luft hängen, weil sich die Eingangspegel vom µC auch darauf beziehen. Hier solltest Du besser mit einem p-channel FET die Versorgungsspannung schalten. Nebenbei halte ich die PWM-Lösung für einfacher, da die Dimensionierung des RC-Gliedes auch nicht soo simpel ist. Weiterhin hat PWM die bessere Effizienz. Das RC-Glied macht ja eine Analog-Spannung mit Verlusten über dem Widerstand.
Hast Du PWM schon probiert, oder wieso bist Du so überzeugt, dass es flackern wird?

Zum Stripe:
Gerade wenn der Transistor als Schalter (kleiner Spannungsabfall) verwendet wird, kann man ihn auch mit höheren Strömen belasten, weil er ja weniger Abwärme erzeugt.
Mit einem Wort: JA, der IRLZ34 reicht.

Für 12V auf 5V nimmt man, wenn die Ströme nicht zu groß sind, einen LM7805. Ein Widerstand kann bei schwankenden Strömen keine feste Spannung einstellen. Das ohmsche Gesetz (U = R x I) verbietet das.

[Falo]

Oder geht sowas in meinem Falle gar nicht?

Grundsätzlich sollte das helfen aber schaue dir R2/C1 mal genau an du hast beide Bauteile kurzgeschlossen sie haben so also keinerlei Funktion.

mfg
Falo

[Borax]

Ich glaube nicht, dass es so überhaupt funktioniert. Die LEDs am UDN2981 sind gemuxt. Also ist es unklar, wie viele zu einem gegebenen Zeitpunkt an sind. Wenn Du jetzt die Stromversorgung des UDN2981 mit einer Konstantstromquelle versiehst, dann ist auch unklar wie viele LEDs diesen Konstantstrom gerade 'abbekommen'. Die ganze Stromversorgung des UDN2981 per PWM zu steuern müsste gehen, aber der UDN2981 hat auch eine gewisse 'Trägheit', so dass sehr hohe PWM Frequenzen nicht gut machbar sind. Kommt halt sehr drauf an, mit welcher Frequenz gemuxt wird. Könnte aber klappen. Wenn die PWM Frequenz wenigstens 5 mal so groß ist wie die Multiplex-Frequenz, dann kann auch nichts flackern. Ansonsten wäre es besser, die Spannung des UDN2981 zu steuern. Mit welcher Versorgungsspannung soll der den betrieben werden? Auch 12V?

[D-Heiße]

Gut ich glaube es ist wohl das beste das einfach ma zu testen ob es überhaupt flackert. Und dafür nehme ich dann einfach einen P-Channell FET (IRF9Z34N) und lasse alle andere direkt weg?

@Borax
Das Signal was der UDN2981 bekommt ist 5V und ja wird dann wie in der Zeichnung beschrieben auf 12V verstärkt. Oder meintest du was anderes?

[Beatbuzzer]

Das Datenblatt des UDN2981 sagt typisch 1 µS für ein und 5 µS für aus. Wären zusammen 6 µS. Rechnen wir des Misstrauens und der Sicherheit halber mit 10 µS. Für brauchbare PWM würde ich die Schaltzeiten nicht länger als max 1% der Periodendauer werden lassen. Das bringt uns zu 1 ms oder 1 kHz.
Als Multiplex-Frequenz bei unbewegten Objekten, die nicht als Hauptbeleuchtung dienen, reicht meiner Erfahrung nach 50-60 Hz schon für ein sauberes Erscheinungsbild.
Gehen wir für etwas Luft auf 100 Hz, dann kann die PWM immer noch 10 mal so schnell takten.

Passt also alles

[D-Heiße]

Habe nun noch mal den Schaltplan nach all den Antworten angepasst. Ob der allerdings nun richtig ist, oder ich etwas falsch verstanden habe, ja das werdet ihr mir hoffentlich sagen...

@Beatbuzzer: Eigentlich logisch, wieso bin ich da nicht selbst drauf gekommen...ich hätte sollen doch etwas anders studieren... Auf jeden Fall besten Dank für deine super Antworten immer - genau wie auch die anderen!

[Beatbuzzer]

Ob der allerdings nun richtig ist, oder ich etwas falsch verstanden habe, ja das werdet ihr mir hoffentlich sagen...

Für M1 wolltest du den IRF9Z34 nehmen. Allerdings wird das wohl wohl auch nicht gehen, da der µC-Pin vom Arduino zwischen 0 V und Vcc (5V) hin und her schaltet. Der p-channel FET braucht aber die +12V am Gate, um sicher zu sperren. Hier könntest du noch einen BC546 vorschalten, welcher das Gate nach Masse schaltet. Zusätzlich muss dann vom Gate noch ein Pull-up Widerstand nach 12V, damit der FET sicher sperrt, wenn der Transistor nicht durchgesteuert ist.
Damit würde das Signal auch nochmals invertiert und 1 in der Software bedeutet auch 1 an der Hardware, und nicht 0. Wobei das normalerweise kein Problem ist, aber zu Anfang kann es doch verwirren.

PS: Studium ist nicht alles. Am meisten lernt man in der Praxis und durch Erfahrung. Ich hab weder Studium, noch Abi... Aber danke für die Blumen, die ich auch an alle anderen regelmäßigen qualitativen Autoren hier aufteile.

*3000ster*

[D-Heiße]

Habe das jetzt nochmal abgeändert, jedoch habe ich das Gefühl, dass es so nicht ganz richtig ist... Aber falls doch, welcher Wert wäre für R2 ideal? Und ist BC546 und BC546B das gleiche?