Ansteuerung mit PWM Signal

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

Stoik
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Do, 11.06.09, 11:04

Hallo LEDs Community,

ich will mich kurz vorstellen, mein Name ist Markus und ich studiere in München Maschinenbau, Schwerpunkt Fahrzeugtechnik. Zur Zeit schreibe ich eine Studienarbeit, in der es darum geht, eine LED zur Erfüllung diverser Aufgaben in eine LKW Kabine, zunächst den LKW Fahrsimulator der TU München, zu integrieren. Nach Klärung der Anforderungen etc. habe ich mich für eine Luxeon Rebel triple RGB entschieden. Die LED soll vom Simulator angesteuert werden, also in die Simulationssoftware integriert werden, damit man die Beleuchtung von bestimmten Parametern abhängig machen kann, die der LKW ständig über CAN Bus des Fahrzeugs verschickt und die Software auswerten kann.
Die Hardware spuckt mir hierbei ein pulsweitenmoduliertes Signal aus, Peakspannung 5V, Strom im Bereich +-75mA. Leider kann ich als Maschinenbauer mit Elektronik nur bedingt umgehen :lol: Lernt man zwar im Grundstudium etwas, aber leider viel zu wenig. Deswegen habe ich die Frage an euch, wie ich am besten eine Verstärkerschaltung vom oben genannten Eingang auf die max. 700mA der Luxeon realisiere. Diese Schaltung brauche ich dann ja für jeden Kanal oder? 3 Ausgänge stehen mir zur Verfügung, also ich kann jeden einzeln ansteuern! Ich wäre euch echt dankbar, wenn ihr mir hier praktische Ratschläge geben könntet:)
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Jay
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Do, 11.06.09, 11:48

Hi

im Prinzip brauchst du eine Konstantstromquelle mit PWM Eingang
hier aus dem Shop: Konstantstromquelle
oder z.b. die: CAT4101 KSQ

MfG
Jay
Borax
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Do, 11.06.09, 11:59

Die Hardware spuckt mir hierbei ein pulsweitenmoduliertes Signal aus, Peakspannung 5V, Strom im Bereich +-75mA.
Was für Spannungen stehen Dir ansonsten zur Verfügung? 5V, 12V oder 24V?
Im einfachsten Fall genügt es für jeden Kanal (R,G,B) einen Mosfet nachzuschalten. Bei 24V/12V Eingang ist das aber nicht mehr sinnvoll (da müsste man zu viel Strom verheizen). Bei 5V wäre es ok. Ansonsten könnte man auch die 24V/12V mit einem Schaltregler auf 5V bringen und dann weiter per Mosfets schalten.
Die von Jay vorgeschlagenen KSQ's gehen natürlich auch. Der CAT aber nur bei 5V Eingangsspannung, sonst selbes Problem wie oben (Du willst ja keine Heizung bauen), die KSQs aus dem Shop sind sehr gut, aber 3 Strück sind nicht ganz billig...
Stoik
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Do, 11.06.09, 14:39

Vielen Dank für die Antworten. Wenn das so klappt wäre das einfacher als erwartet:) Wann macht denn dein Shop wieder auf Jay? Reicht mir bei der Mosfet -Schaltung einfach nur ein einzelner Mosfet und eben paar Widerstände? 5V könnte ich bereitstellen!
Borax
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Do, 11.06.09, 15:11

Reicht mir bei der Mosfet -Schaltung einfach nur ein einzelner Mosfet und eben paar Widerstände?
Ja. Einer pro Kanal. Du solltest TTL kompatible Mosfets verwenden, z.B. IRLZ 34N (0.46€ bei Reichelt). Wenn Du noch einen billigen bipolaren Transistor + Widerstand 'spendierst', kannst Du auch eine simple KSQ aufbauen.
Etwa so:
TransistorMosfetKSQ_PWM1.png
TransistorMosfetKSQ_PWM1.png (5.21 KiB) 25849 mal betrachtet
Mit den angegebenen Werten kommst Du etwa auf 600 mA. Mehr würde ich den Rebels nicht 'zumuten'.
Stoik
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Sa, 27.06.09, 11:32

Hi, also ich bin jetzt beim Thema Ansteuerung angekommen und werde die Lösung von Borax verwenden. Würd mich aber gern selber noch etwas tiefer in die Materie reindenken weil mich das jetzt schon interessiert:) Was könnt ihr mir da an Literatur empfehlen, damit ich so ne Schaltung auch wirklich verstehe und auch selber auf sowas kommen würde? Ziemlich beeindruckend, auch wenns nur eine kleine Schaltung ist:)
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Sa, 27.06.09, 12:52

Ich würde sagen, befass dich mit den Bauteilen an sich und fang an zu verstehen was sie können und was sie für Eigenschaften haben. Werde vor allen Dingen eins mit dem ohmschen Gesetz :wink: . Wenn du dann eine Schaltung brauchst, wirst du dich an die Bauteile und deren Funktion erinnern und kannst dann im Kopf die Stücke zusammensetzen und erste Pläne selbst entwickeln. Je mehr Bauteile du im Laufe der Zeit kennen lernst, desto komplexere Schaltungen werden dir möglich sein.
Das Forum hier und das Thema Elektronik für Anfänger können dabei auch eine Hilfe sein. In meinen Anfangstagen bzw. Anfangsjahren :) haben mich die Kosmoskästen sehr weit gebracht. Dadurch habe ich überhaupt erst gelernt im Bereich Elektronik auf eigenen Füßen zu stehen und nicht nur Schaltungen abbauen zu können. Die Lektüre bei diesen Kosmoskästen ist sehr gut und für jedermann geschrieben. Einfache Beispiele aus dem Alltag halten oftmals als einfache Erklärung einer Schaltung her.
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Sa, 27.06.09, 15:21

Danke für den Tip. Einen Kosmos Elektronik hab ich sogar noch im Dachboden rumstehen zu meiner Schande^^. Ich hab mich jetzt mal mit den Bauteilen befasst, dass der IRLZ34N die PWM Steuerung der LED ermöglicht ist mir jetzt klar, aber wie genau die KSQ hinhaut verstehe ich noch nicht leider:(
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Sa, 27.06.09, 16:15

Stoik hat geschrieben:aber wie genau die KSQ hinhaut verstehe ich noch nicht leider:(
Ist schnell erklärt:
der Widerstand R2 misst den Strom, welcher durch die LED und den IRLZ34 fließt. Er hat 1,2ohm. Bei 600mA fallen über ihm nach dem ohmschen Gesetz U=RxI 0,72V ab. Die liegen zwischen Basis und Emitter des Transistors BC546B an. Der Transistor wird ab ca. 0,7V leitend.
Das heisst, er leitet Strom von dem Gate des IRLZ34 nach Masse ab. Dieser fängt dadurch an zu sperren. Das senkt den Strom durch die LED und den IRLZ34 und auch durch den Widerstand. Somit fällt auch die Spannung über ihm und somit die Spannung zwischen Basis und Emitter des BC546B. Er leitet also wieder weniger und zieht somit auch wieder weniger Strom vom Gate des IRLZ34 nach Masse. DIeser steuert nun wieder weiter auf und der Strom erhöht sich.....
Auf diese Weise stellt sich ein Gleichgewicht ein. Die Stromhöhe hängt vom Widerstand R2 ab.
Wird kein PWM -Signal eingespeist, muss der PWM-Eingang auf plus gelegt werden, sonst arbeitet die Schaltung nicht.
Stoik
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Sa, 27.06.09, 16:19

perfekt erklärt, vielen Dank:) Das mit den 0,7 Volt hab ich nicht beachtet! Jetzt hats aber auch bei mir Klick gemacht:) :idea:
Stoik
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Sa, 01.08.09, 15:13

Eine Farbe hätte ich jetzt noch bezüglich der LUXEON Rebel LEDs. Ändert sich beim Dimmen dieser LEDs die Farbe eigentlich? Man kennt das ja von älteren LEDs, dass man z.B. eine grüne auch gelb betreiben kann, je nachdem wieviel Strom fließt. Sind aktuelle LEDs in dieser Hinsicht "farbtreu"?
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Sa, 01.08.09, 15:39

Stoik hat geschrieben:Eine Farbe hätte ich jetzt noch bezüglich der LUXEON Rebel LEDs. Ändert sich beim Dimmen dieser LEDs die Farbe eigentlich? Man kennt das ja von älteren LEDs, dass man z.B. eine grüne auch gelb betreiben kann, je nachdem wieviel Strom fließt. Sind aktuelle LEDs in dieser Hinsicht "farbtreu"?
Bei PWM-Dimmung passiert das nicht, da sie ja in der Zeit, wo sie leuchten, mit Nennstrom betrieben werden und somit dann auch ihre normale Farbe haben.
Bei linearer Dimmung, wenn einfach nur der Strom runtergestellt wird, dann kann es schonmal sein dass sich die Fabre verschiebt.
habe hier eine cyan Highpower LED. Die ist auch erst bei Nennstrom cyan, vorher eher grün.

Was du ansprichst, dass grüne LEDs gelb werden, dass passiert eigentlich dann, wenn man sie überlastet und sie dadurch zu heiss werden.
Dann dehnt sich das Halbleitermaterial aus und die Wellenlänge erhöht sich.
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Sa, 24.10.09, 08:56

Hallo zusammen,

habe von einem User in einem anderen Thread den Tipp bekommen, in diesem Thread zu schauen, wie man eine "einfache" KSQ selber bauen kann.

Der Beispielschaltplan von Borax beinhaltet ja einen PWM-Dimmer, den ich gar nicht bräuchte. Ich brauche eigentlich "nur" eine KSQ mit folgenden Daten:
Eingangsspannung: 12 V
Ausgangsspannung: variabel zwischen 9 und mind. 11 V
Konstanter Strom: 700 mA

Es wäre super, wenn ihr mir dabei helfen könntet.

Grüße und vielen Dank im Voraus
Andreas
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Sa, 24.10.09, 09:08

Jo dann ist die 2 Transistor KSQ hier genau das richtige für dich.
Damit kommst du von 0V bis etwa 11,3V bei 12V Betriebsspannung.
Für 700mA bräuchtest du einen Shunt (R2) von 1 ohm.

Der offene Anschluss, wo PWM dransteht, muss noch auf +12V gelegt werden, damits funktioniert.
Der 100 ohm Widerstand R1 kann bei 12V Betriebsspannung auch auf 470 ohm oder so vergrößert werden, dann wird dort nicht soviel verheizt.
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Sa, 24.10.09, 10:08

Hallo Beatbuzzer,

zunächst vielen Dank für deine schnelle Antwort.

Habe ich dich also richtig verstanden, dass folgendes Schaltbild eine KSQ mit 700 mA für 3 High Power LEDs ergeben sollte?
KSQ 700mA
KSQ 700mA
KSQ700.png (7.93 KiB) 25476 mal betrachtet
Wie viel mA kommt denn bei R2 = 1,0 Ohm eigentlich genau an?

Grüße
Andreas
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Sa, 24.10.09, 10:26

ab-tools hat geschrieben: Wie viel mA kommt denn bei R2 = 1,0 Ohm eigentlich genau an?
Also das errechnet sich wie folgt:
Über der Basis-Emitter Strecke des Transistors BC546B müssen ca. 0,7V abfallen, damit er leitend wird.
Wenn du also 700mA haben willst, rechnest du nach dem ohmschen Gesetz:
0,7V : 0,7A = 1 ohm
Je nach Bauteiltoleranzen sollten da dann schon 700mA fließen.

Der BC546B kann übrigens auch ein BC547 A, B, C sein. Da kommt es nicht so genau drauf an.
ab-tools
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Sa, 24.10.09, 10:51

Hallo Beatbuzzer,

zunächst nochmals vielen Dank für deine schnelle Antwort und die Erklärung.

Bis jetzt habe ich es immer nur mit passenden Widerständen gemacht, aber da die LEDs teilweise derart unterschiedlich sind, wäre eine KSQ schon erheblich "schöner".

Da ich konkret wenn schon, dann tatsächlich gleich einige von dieser Sorte bräuchte (ca. 30 Stück), würde ich hierzu am liebsten eine entsprechende Platine machen lassen, in welche man die Bauteile dann nur reinlöten müsste. Das sieht dann wenigstens ordentlich aus.

Ich habe bereits einmal mit dem Programm Target 3001! gearbeitet und eine kleine Platine in Auftrag gegeben, ist allerdings schon ein Weilchen her. :wink:
Versuche daher gerade in dem Programm die Bauteile reinzukriegen, was bis jetzt ganz gut klappt.

Hinsichtlich der beiden Widerstände müssten 5 Watt Leistung ausreichen, oder?

Grüße
Andreas
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Sa, 24.10.09, 11:06

ab-tools hat geschrieben: Hinsichtlich der beiden Widerstände müssten 5 Watt Leistung ausreichen, oder?
Hier hilft ebenfalls eine kleine Rechnung weiter:
Zum Shunt:
Dort fallen 0,7V ab und es fließen 0,7A.
0,7A x 0,7V = 0,49W

Hier würde also bereits ein 1W Widerstand reichen. Das macht die Platine deutlich kompakter.

Zum anderen:
Wenn der Transistor voll durchschalten würde, läge der Widerstand an 12V.
Dann würden da etwa 25mA fließen.
Also 12V x 25mA = 0,3W

Mit 1W Typen kommst du locker hin, 5W Typen sind überdimensioniert.
ab-tools
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Sa, 24.10.09, 11:11

Hallo Beatbuzzer,

vielen Dank für deine ausführlichen Erklärungen!

Da habe ich dann noch eine Frage für mich zum Verständnis:
Die Berechnung des 1 Ohm Widerstandes habe ich verstanden, aber wie kommst du auf die 470 Ohm?

Grüße
Andreas
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Sa, 24.10.09, 11:24

ab-tools hat geschrieben:aber wie kommst du auf die 470 Ohm?
Das war mehr ein "gefühlter" Wert, als ein errechneter :wink: .
Wählst du den Widerstand größer, wird der LED-Strom etwas geringer, wählst du ihn viel zu groß, wird die Schaltung nicht mehr funktionieren.
Wählst du ihn kleiner, wird der LED Strom etwas größer, wählst du ihn zu klein, kann der Transistor und auch die LED zerstört werden.
ab-tools
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Sa, 24.10.09, 12:21

Hallo Beatbuzzer,
Das war mehr ein "gefühlter" Wert, als ein errechneter .
Wählst du den Widerstand größer, wird der LED-Strom etwas geringer, wählst du ihn viel zu groß, wird die Schaltung nicht mehr funktionieren.
Wählst du ihn kleiner, wird der LED Strom etwas größer, wählst du ihn zu klein, kann der Transistor und auch die LED zerstört werden.
Hm, von was hängt der benötigte Widerstand denn ab bzw. warum kann man den nicht genau berechnen, wenn der Eingangsstrom mit 12 V (geregelt) bekannt ist? *verwirr* :?:

Oder ist dieser Widerstand abhängig davon wie viel Volt tatsächlich von den 3 LEDs benötigt werden?

Grüße
Andreas
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Sa, 24.10.09, 12:43

Mit höherer Betriebsspannung muss der Widerstand größer gewählt werden. Von der Flussspannung der LEDs ist er nicht abhängig.

Der Widerstand dient ja dazu, dem FET IRLZ34 den nötigen Ladestrom zum durchschalten zu geben. Der Transistor BC546B nimmt dem FET bei erreichen des gewünschten Stromes (bei dir 700mA) den überflüssigen Strom weg, indem er ihn nach Masse abfliessen lässt.

Wenn der Widerstand kleiner ist, wird dieser stabile Zustand schneller erreicht, weil der FET schneller geladen ist.
Bei einer PWM Ansteuerung, wo die KSQ mehrere 100mal pro sec. quasi neu gestartet wird, ist ein kleinerer Wert also gut, damit der volle Strom auch erreicht wird.
Wenn die KSQ allerdings dauerhaft läuft, so wie bei dir, ist der Wert eigentlich unkritisch.
Vermutlich könntest du ihn ohne Probleme auch noch größer (1 kohm) wählen.
ab-tools
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Sa, 24.10.09, 12:55

Hallo Beatbuzzer,

verstehe, danke erneut für die Erklärung.

Ist es grundsätzlich möglich die komplette KSQ auch hinter einem PWM-Dimmer zu betreiben?

Also nicht wie in dem Schaltbild von Borax, sondern die KSQ am Ausgang des PWM-Dimmers, sprich:
12 V Netzteil (geregelt) -> PWM-Dimmer (ca. 300 Hz, falls das wichtig ist) -> KSQ -> LEDs

Der Grund ist, dass ich teilweise fertige PWM-Funkdimmer verwende, die jedoch keine KSQ beinhalten. Daher die Frage, ob man diese KSQ dann einfach hinter den Dimmer hängen darf oder ob dabei noch etwas zu beachten ist (außer das der Widerstand, wie du erklärt hast, dann doch kleiner sein muss)?

Grüße und nochmals danke für deine Mühe meine wahrscheinlich recht dilettantischen Fragen zu beantworten :wink:
Andreas
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Sa, 24.10.09, 13:51

Du kannst die fertige KSQ auch an den Ausgang eines PWM-Dimmers anschliessen. Der Dimmer muss nicht unbedingt an dem Widerstand angeschlossen werden. Bau die 30 KSQs einfach mit 470ohm Widerstand auf. Dann sollten sie in jeder Lage gut funktionieren.

Als Dilettant gilt jeder, der seine Basteleien als Hobby, bzw. zum Spass macht, selbst wenn er gute Kenntnisse hat.
Erst wenn er damit Geld verdient und sich selbst ernähren kann, gilt er als gelernter Fachmann.
Viele Leute hier sind also Dilettanten :wink: .
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Sa, 24.10.09, 14:14

Hallo Beatbuzzer,
Du kannst die fertige KSQ auch an den Ausgang eines PWM-Dimmers anschliessen. Der Dimmer muss nicht unbedingt an dem Widerstand angeschlossen werden. Bau die 30 KSQs einfach mit 470ohm Widerstand auf. Dann sollten sie in jeder Lage gut funktionieren.
Super, das heißt, dass die Plus- und Minus-Eingangsleitungen dieser KSQ dann einfach mit den Plus-/Minus-Ausgangsleitungen des PWM-Dimmers verbunden werden (nur um sicherzugehen, dass ich es richtig verstanden habe). :wink:

Bzgl. des "BC546B" meintest du noch, dass es nicht unbedingt der "B" sein muss. Sind die "A"- und "C"-Varianten identisch oder welche sollte idealerweise verwendet werden bzw. wo liegt der Unterschied?
Als Dilettant gilt jeder, der seine Basteleien als Hobby, bzw. zum Spass macht, selbst wenn er gute Kenntnisse hat.
Erst wenn er damit Geld verdient und sich selbst ernähren kann, gilt er als gelernter Fachmann.
Viele Leute hier sind also Dilettanten .
Dann bin ich ja froh, dass ich nicht der Einzige bin. :)

Wenn ich das fragen darf: Verdienst du damit dein Geld? Zumindest scheinst du ja sehr fachkundig zu sein...

Grüße und danke nochmals
Andreas
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