bräucht mal hilfe bei nem led-fader

hallo zusammen,

ich bin gerade am zusammenschrauben eines nc´s, in dem eine led-fader-schaltung 10 led-blöcke ansteuern soll.

ich habe mich für diese schaltung entschieden, da diese einen sehr weichen fade in/out gewährleistet.
nun habe ich folgendes problem:

die fadersteuerung arbeitet am besten bei einer ub von 5volt.
die led-blöcke ( 10 blöcke á 3 led´s ) sind aber aus helligkeitsgründen auf eine ub von 12v ausgelegt ( 3 x 2,2v in reihe + rv ).
die 10 blöcke sind via ringleitung verbunden, um die verlustspannung flach zu halten ( an jedem block soll die gefadete ub von 12v anliegen ).

nun benötige ich einen regel-kreis. die steuerung läuft wie gewünscht, nur der regelkreis...., kein plan. mit einem bd132/135, der über die basis vom 2n3904 angesteuert wurde, gabs keinen postiven erfolg
( trotz kennlinienberechnung + hohen schaltungsaufwand ).
ich dachte schon an eine mosfet-lösung, um den fade von 0 ->12 / 12 -> 0 volt realisieren zu können.

anbei ein kleines blockdiagramm zur besseren übersicht.

hat einer von euch ne idee wie ich das prob lösen kann, oder einen besseren vorschlag um das vorhaben zu realisieren?


der stromverbrauch aller led-blöcke kann, abhängig vom rv, bis zu 0,8A betragen.


gruß,
stevie_ray

Stevie_Ray schrieb:

hat einer von euch ne idee wie ich das prob lösen kann, oder einen besseren vorschlag um das vorhaben zu realisieren?

der stromverbrauch aller led-blöcke kann, abhängig vom rv, bis zu 0,8A betragen.

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... so ganz verstehe ich nicht was Du da eigentlich willst und warum da 5 und 12V nötig sind. Wieviele LEDs sind das? Und wie sollen die LEDs angesteuert werden?

Viele LEDs an einen Microcontroller kriegt man per 'Charlieplexing', mit Transistor kann das auch mehr liefern als die 60mA eines Atmel. Und wenn die am Controller hängen heißt das Stichwort 'PWM' (Pulsweitenmodulation).

hallo stonewood,

eine opamp-schaltung, die am besten bei 5v läuft, soll 10 led-blöcke, die eine ub von 12v benötigen, zum pulsieren ( faden ) bringen.

( 1 block = 3 leds in reihe ( inkl. rv ) x 10 = 30 led´s ( 2,2v / In = 30-80mA ( 6,6v pro block) )

oder anders: eine steuerung soll 10 led-blöcke ( 30 led´s ) in ihrer helligkeit via ??? regeln.

aus verlustspannungsgründen, bedingt durch den leitungswiderstand, müssen die 10 parellel im ring geschalteten led-blöcke mit einer ub von 12v betrieben werden.
die ringstrecke kann bis zu 30meter betragen.

" ...habe mich für diese schaltung entschieden... " hat einen grund.
pwm hätte ich auch einfach mit nem 555 realisieren können!
aber es hat ja einen grund, warum es diese opamp-schaltung ( steuerung ) sein soll, die die led´s über ??? regelt.

Stevie_Ray schrieb:

eine opamp-schaltung, die am besten bei 5v läuft, soll 10 led-blöcke, die eine ub von 12v benötigen, zum pulsieren ( faden ) bringen.
( 1 block = 3 leds in reihe ( inkl. rv ) x 10 = 30 led´s ( 2,2v / In = 30-80mA ( 6,6v pro block) )

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Ich jongliere mal Zahlen, nur um zu verstehen, was du treiben möchtest - bitte rechtzeitig "Halt" schreien, wenn ich in meinen Annahmen irgendwo grob danebenliege.

Du hast 10 deiner LED-Blöcke (die sehen übrigens ziemlich hübsch aus - Respekt ! war glaub ich ein Sack voll Arbeit...), die aus je 3 in Reihe geschalteten LEDs und einem Vorwiderstand bestehen. Wenn du die Dinger mit 12V betreiben willst und sie dabei 80mA pro Block bekommen sollen, dann komme ich auf einen Vorwiderstand von (12-6,6)V : 0,08A = 67,5R => 68R als nächster E12-Wert.

Frage 1: Warum nur 3 LEDs pro Block ? Du wirfst bei voller Helligkeit gerade (12-6,6)V * 0,08A = 0,43W Verlustleistung pro Block als Wärme weg. Hoffentlich hast du Metallfilmwiderstände verbaut, die 0,4W abkönnen - Standard Kohleschicht-Teile in der Bauform kriegen üblicherweise ab 0,25W schon dicke Backen. Wenn du eh 12V hast, dann hätte man auch problemlos 4 oder sogar 5 von den Teilen in Reihe schalten können pro Block und hätte deutlich weniger Verlustleistung an einem dann deutlich kleineren Widerstand haben können. Ich vermute mal, dir gings um die Aufteilung auf mindestens 10 Blöcke, da du weiter unten von Leitungslänge sprichst.

Stevie_Ray schrieb:

oder anders: eine steuerung soll 10 led-blöcke ( 30 led´s ) in ihrer helligkeit via ??? regeln.

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Ich vermute mal, die gesuchte Formulierung ??? soll heißen "echt analoge Veränderung der Block-Versorgungsspannung".

Stevie_Ray schrieb:

aus verlustspannungsgründen, bedingt durch den leitungswiderstand, müssen die 10 parellel im ring geschalteten led-blöcke mit einer ub von 12v betrieben werden.
die ringstrecke kann bis zu 30meter betragen.

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Bidde ? Wieviele Kilometer sollens denn werden ? Die billigste Telefonleitung YSTY 2x2x0,6 hat üblicherweise pro Paar einen Schleifenwiderstand von 130R pro km, macht 13R pro 100m oder 3,9R pro 30m oder 1,95R pro 30m wenn du beide Paare parallel schaltest. Das wird kein Mensch in der Helligkeit erkennen, dass im ersten Block (12-6,6)V : 68R = 79,4mA fließen und im letzten Block am Ende der langen Leitung (12-6,6)V : (68+1,95)R = 77,1mA fließen. Aber nun gut, 12V ist ne handliche Größe, und 9V-Blöcke dürften um 800mA aufzubringen etwas arg schwachbrüstig sein. Von mir aus. Worauf ich "eigentlich" hinauswollte:

Wenn du das Ganze echt analog regeln möchtest (wonach dein Verdrahtungsplan aussieht, Schaltplan ist dafür etwas zu hoch gegriffen), dann wirst du 2 Probleme bekommen:

1.) Du wirst einen deutlich dickeren Transistor als den dort vorgeschlagenen brauchen, da da beim Regeln echte Verlustleistung entsteht. Als Spannungsfolger kriegst du den Transistor selbst im hellsten Fall nie ganz satt durchgesteuert, d.h. du hast bei "voller Helligkeit" am Transistor 0,7V Flußspannung * 0,8A LED-Strom = 0,56W Verlustleistung am Transistor und bei "dunkler Helligkeit" (ich nehme mal die von dir vorgeschlagenen 30mA pro Block) (12-6,6-(68R*0,03A))V * 0,3A = 1,008W Verlustleistung. Das geht definitiv nicht ohne Kühlkörper ab.
2.) Die Stromverstärkung deines Transistors als Spannungsfolger ist schaltungsprinzipbedingt extrem bescheiden, angenommen du würdest eine Verstärkung von 10 hinbekommen (verdammt optimistisch betrachtet), dann hieße das immer noch 80mA Ausgangsstrom in der Nähe der oberen Betriebsspannung eines LM324, das ist völlig illusorisch.

Um also irgendwie auf eine echt analoge Regelung zu kommen, musst du noch reichlich Klimmzüge betreiben um die Stromverstärkung deines Leistungstreibers zu vergrößern, dir ein Kühlkörperchen auftreiben und noch einen Sack anderer Unschönheiten antun.

Da in deinem LM324 noch zwei Viertel unbenutzt sind, ließe sich damit bestimmt was tricksen in Form eines Stromspiegels und mit einem MOSFET als Leistungs-Ausgangstransistor, aber das wird richtig Aufwand. So sehr ich klassische Schaltungstechnik mag und immer traurig bin, wenn hier gleich jedes Problem mit einem Microcontroller nach Wahl erschlagen wird - aber gerade für einen elektrotechnischen Anfänger würde ich diesen mit einer Software-PWM als Lösung hier auch dringend empfehlen. Mit allem Anderen wirst du glaub ich unglücklich....

chrysophylax.

P.S.:

Stevie_Ray schrieb:

" ...habe mich für diese schaltung entschieden... " hat einen grund. pwm hätte ich auch einfach mit nem 555 realisieren können! aber es hat ja einen grund, warum es diese opamp-schaltung ( steuerung ) sein soll, die die led´s über ??? regelt.

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Ich glaube, wir sind immer noch Alle neugierig, wie dieser Grund genau heißt - es würde uns helfen, das Problem zu verstehen....

Nur so als Idee mal ein "Gegenvorschlag" angehangen.
1k und 10k sind nicht lebensnotwendig sondern mehr für das ordentliche Arbeiten und die Angst, aber kosten nichts. Die Sicherung würde ich DRINGEND empfehlen, sonst rauchts sehr laut wenn du mal einen Kurzschluss in deinen 30m Kabel hast. Der IRLU ist hart im Geben und kommt durch die Nutzung von PWM auch völlig ohne Kühlkörper aus. Die PWM-Frequenz würde ich bewusst irgendwo in den Audio-Bereich legen (einstellige kHz), dann hört man auch was und hat keine zu wilden Schaltverluste.

Ein- und Auschalten kann man das Ding gut über den Schalter, wenn der aus ist brauchts wirklich gar keinen Strom mehr. Alles bei Reichelt für cents zu haben bis auf den IRLU (75cent) und einen µC nach Wahl (unter 1€).

chrysophylax.

chrysophylax schrieb:

Ein- und Auschalten kann man das Ding gut über den Schalter, wenn der aus ist brauchts wirklich gar keinen Strom mehr. Alles bei Reichelt für cents zu haben bis auf den IRLU (75cent) und einen µC nach Wahl (unter 1€).

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irgendwie sowas wär bei mir auch rausgekommen. Wobei, muß es hier zwingend ein FET sein, oder würde ein entsprechender Transistor nicht reichen? Um 80mA pro 3er LED-Block zu schalten würde das doch reichen?

Wie kommst Du eigentlich bei der 12V->5V-Schaltung auf die 680R? Einfach weil der MC wenig genug braucht?

pwm hätte ich auch einfach mit nem 555 realisieren können!

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Ob das pwm nun vom NE555 kommt oder vom MC ist erst mal relativ egal. Mit nem MC kann man dann eben noch mehr blinken ohne viel in der Schaltung zu ändern. Problem bei allem was analog läuft (also nicht per pwm) ist eben daß die Transistoren am liebsten 'ein' oder 'aus' sind, dann liefern sie am wenigsten Verlustwärme. Alles dazwischen macht es den Transistoren schön warm, und muß weggekühlt werden. Dabei könnte sich dann die Charakteristik der Bauteile dann noch ändern.

Wenn Du also genau weißt was Du tust kannst Du das auch analog aufbauen. Ich würde da nicht drangehen, schon allein weil ich genau weiß daß PWM dafür ausreicht und ich mir damit keinen großen Kopf mehr um die Verlustleistung der Transistoren, Auslegen der Bauteile&co. machen muß. Bestes Beispiel dafür war mal ein Analogrechner den ich in einem Praktikum 'programmieren' mußte: Standardprozedur war da 'ausschalten' - 'CLAMP' aus (d.h. das Modul komplett Kontaktlos zu machen) - 'CLAMP' ein - 'einschalten'. Dann ging das was man aufgebaut hatte auf einmal.

stonewood schrieb:

irgendwie sowas wär bei mir auch rausgekommen. Wobei, muß es hier zwingend ein FET sein, oder würde ein entsprechender Transistor nicht reichen? Um 80mA pro 3er LED-Block zu schalten würde das doch reichen?

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Faulheit, Skalierbarkeit und Sättigungsspannung. Faulheit, weil man damit am wenigsten eigenes Hirn einsetzen muss und das ein ziemlich handliches ziemlich cooles Leibundmagenteil ist. Skalierbarkeit, weil Hobbybastler gerne einunddieselbe Schaltung nehmen um sie unverändert für möglichst viele verschiedene Anwendungen einzusetzen - mal für 1 LED und mal für 10 LEDs, und übermorgen dann um einen Motor geschwindigkeitszuregeln. Mit dem MOSFET kann man 10mA (ok, da isser wirklich überdimensioniert) bis 10A Schaltstrom locker ohne Schaltungsänderung abdecken - wer weiß ob 10 Module reichen oder nicht irgendwann mal ein paar mehr hermüssen ? Sättigungsspannung, weil man mit einem einfachen klassischen unipolaren Transistor schon nicht mehr ganz so viel Luft in alle Richtungen hat. Ein BD135 z.B. (um mal einen Klassiker zu nehmen) hat bei einem Kollektorstrom von 800mA z.B. nur noch eine Stromverstärkung von 40 - d.h. der µC muss da 20mA Basisstrom reindrücken um das Ding halbwegs anzubekommen (geht, aber ist nicht schön) und hat oberhalb von 500mA Kollektorstrom noch eine Sättigungsspannung von 0,5V, d.h. macht in der Anwendung 0,5V*0,8A = 0,4W Verlustleistung. Das ist je nach Einbauart und -Volumen schon wieder etwas knapp ohne Kühlkörper. Geht alles, ist aber nicht "rundum sorglos". Und bei Bastlern bietet sich "rundum sorglos" eben für gewöhnlich an, weil die selten Lust haben, auf Randbedingungen zu achten.

Wie kommst Du eigentlich bei der 12V->5V-Schaltung auf die 680R? Einfach weil der MC wenig genug braucht?

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Augenmaß und Kopfrechnen. Zenerdioden in der Spannungsgegend sind am stabilsten in ihrer Regelcharakteristik so um die 5mA Zenerstrom, und wenn man dann nochmal 5mA Luft nach oben gibt fürs Regelverhalten und den Verbrauch des µC (damit wird so ziemlich jeder auskommen, das ist reichlich großzügig), dann ergeben 10mA Strom an 7V die der Widerstand kaputtmachen muss einen schönen geraden Wert von 680R.

chrysophylax.

chrysophylax schrieb:

Faulheit, Skalierbarkeit und Sättigungsspannung.

Augenmaß und Kopfrechnen.

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Jepp, ist gebongt. Steckt also doch ein tieferer Sinn dahinter.

Danke für die Erklärung!

stonewood schrieb:

Jepp, ist gebongt. Steckt also doch ein tieferer Sinn dahinter.

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Nicht immer, aber häufiger. Charmanterweise ist bitte darüber zu schweigen, wann und wie häufig

stonewood schrieb:

Danke für die Erklärung!

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Da nich für.

P.S.: Habe übrigens heute morgen mal geschaut, der allseitsbeliebte Tiny13 hätte wenn er auf internem Takt mit Vollgas läuft (9,6MHz, PWM-Modul aktiviert und genutzt, ich würde noch einen Vorteiler von irgendwas zwischen :8 und :32 für den PWM-Generator nutzen, um in sinnvolle Frequenz-Bereiche zu kommen) gerne 1.5mA bis 2mA Versorgungsstrom, wenn man 1k als Widerstand vor der Zenerdiode nähme wäre man also immer noch reichlich im grünen Bereich. Von daher: Hausnummer. Das schöne ist: Bei 800mA Laststrom braucht man sich keine Gedanken mehr zu machen, ob man 2mA oder 5mA für den Controller spendiert. Stromverbrauch zählt da nicht mehr. Schön auch mal etwas asen zu können, muss ja nicht alles Reaktivlicht-Technik sein.

P.P.S: Und wo wir gerade dabei sind: Die 1k und 10k sind nichtmal kopfgerechnet. Das 1k ist nur Freundlichkeit gegenüber dem µC, die mögen es nicht so mit ihren Ausgängen knallharte kapazitive Lasten zu schalten (nichts anderes ist ein MOSFET-Gate), und durch diesen Angstwiderstand werden die Schaltflanken am MOSFET etwas runder. Freut die EMV und die Welligkeit der Versorgungsspannung. Die 10k sind eine Art "Pulldown" für den Fall, dass der µC ausgeschaltet wird. So ein µC besteht innendrin ausschließlich aus Halbleiterei, d.h. irgendwann ist die Versorgungsspannung nach dem Auschalten so weit abgesoffen, dass im µC keinerlei Schaltvorgänge mehr passieren und bleibt dann als "Restspannung", die nie entladen wird so in der Größe 0,5V bis 1V am Keramikkondensator stehen. Der 10k-Widerstand leert diese Restspannung dann auch noch, da der MOSFET relativ empfindlich ist an seinem Gate könnte diese sonst ausreichen, um Rest-Kriechströme im Lastpfad fließen zu lassen. Unschön. Ausserdem hält er den MOSFET sicher aus und schützt ihn für den Fall, dass mal jemand den µC aus seinem Sockel zieht - sonst kann man nämlich den MOSFET nur durch Berühren des Gates mit einem Finger teilleitend einschalten und dann zerkocht er sich analog ohne Kühlkörper, weil er weder ganz an noch ganz aus ist.

chrysophylax.

Hallo zusammen, insbesondere Chrysophylax,

ich bin hier gerade vorbei gestolpert, das ich auch mit der Fader Schaltung mit 2 Operationsverstärkern so meine Problemchen habe. Jetzt lese ich hier von Alternativen, die ich aber nicht verstehe. Meine Randbedingungen sind die folgenden:

- Versorgung mittels 4 Akkus also 4,4-5,2V
- 4 rote LEDs mit 20mA und 2 rote LEDs mit 50mA (bei derselben Spannung)
- am liebsten immer 2 LEDs in Reihe (ist der Gesamtstrom nicht so hoch)
- die LEDs sollen langsam an und wieder ausgehen und so weiter...
- die Frequenz des ganzen soll veränderlich sein (0.1Hz - 100 Hz, irgendwas in dem Bereich)
- die Maximalhelligkeit der LEDs soll regelbar sein
- keine µC Programmierung (davon habe ich keine Ahnung und werde mich da auch nicht einarbeiten)

Habt ihr dafür auch einen Vorschlag ?

Vielen Dank Wolfgang

wondalfo schrieb:

- keine µC Programmierung (davon habe ich keine Ahnung und werde mich da auch nicht einarbeiten)

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ich denke nicht daß Deine wünsche ohne µC realisierbar sind. Die Schaltung von chrysophylax hat auch einen (siehe den großen Kreis 'MC nach Wahl' in seiner Schaltung oben). Damit werden per PWM (Pulsweitenmodulation) und FET die LEDs sehr schnell ein- und ausgeschaltet.

Bei ca. 5V wird die Schaltung übrigens einfacher, die Diode und den Widerstand um die 5V für den µC zu generieren kann man dann weglassen.

Die unterschiedlichen LEDs sind erst mal nicht so das Problem, solange die jeweils einen eigenen Vorwiderstand bekommen. Auch 2 LEDs in Reihe gehen solange das von der Spannung her ausreicht.

Ach ja, '4 Akkus' sind bei NI-CD/NI-MH 4,8V Nennspannung, 4V wenn die Akkus leer sind, 6V wenn die Akkus voll geladen sind. Da sollte also der µC vor mehr als 5,5V geschützt werden und auch die Vorwiderstände der LEDs entsprechend berechnet sein.

Büddesehr, es wurde eine riesige analoge Hardwareschlacht gewünscht. Die Schaltung ist relativ flexibel, es kommen noch Stromspiegel für die LEDs hinzu (Beschaltung verlinkt), dafür kann man mit dem Konstrukt in der Tat eine beliebige Anzahl LEDs nacheinander weich ein- und ausblenden...

Ob ich das aufbauen würde.... Das wäre mir glaub ich zu viel Arbeit.

P.S.: Der dort ebenso aufgeführt "Simple Fader" ist zwar erheblich einfacher, aber auch nicht ganz ohne Tücken, insbesondere der improvisierte Spannungs-Strom-Wandler. Das würde ich evtl. etwas anders lösen, wahrscheinlich mit einem dickeren PNP-Transistor und einem eigenen Spannungs-Strom-Wandler für jeden LED-Kanal. Der MOSFET ist in seinen Eckdaten nicht ganz untrivial, insbesondere wenn man mehrere LEDs in Reihe undoder einen größeren Strom möchte.

chrysophylax.