LED Designerlampe

[Lukas Leuthold]

Hallo Profis,

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?

Was würdet ihr da entwickeln?

Jeder Kommentar ist herzlich willkommen!

Danke!

Gruss Lukas.

 

[Ulrich Prinz]

Lukas Leuthold wrote:

Hallo Profis,

[...]
Was würdet ihr da entwickeln?

Jeder Kommentar ist herzlich willkommen!

Danke!

Gruss Lukas.

Hallo Lukas!

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.

Gruß,

Ulrich

 

[Pascal Le Bail]

Ulrich Prinz wrote:

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.

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...

--
Gruesse,
Pascal Le Bail, Wien

 

[Heiko Nocon]

Lukas Leuthold wrote:

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?

Was würdet ihr da entwickeln?

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.

 

[Ulrich Prinz]

Pascal Le Bail wrote:

Ulrich Prinz wrote:


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.


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...

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.

Gruß,

Ulrich

 

[Dan Oprisan]

"Lukas Leuthold" <leutholl@gmx.ch> schrieb im Newsbeitrag
news:3b99f442.0309151502.6da05689@posting.google.com...

Hallo Profis,

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.
?!

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 ?)

bye, Dan

 

[Wolfgang Hauser]

Heiko Nocon <Heiko.Nocon@gmx.net> schrieb:

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

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.

 

[Rainer Knaepper]

Moin Lukas,

Was würdet ihr da entwickeln?

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

--
Mit Sicherheit wendet URI GELLER keine Tricks an.
Da(ran) habe ich nicht den geringsten Zweifel.
(Ingrid Liebeler in de.sci.physik)

 

[Tobias Aurand]

Abtrennung zu Wartungszwecken etc.), verteilt sich der Gesamtstrom auf
den Rest. Das Ergebnis dürfte klar sein.
???

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?!

Toboi

 

[Pascal Le Bail]

Ulrich Prinz wrote:

Pascal Le Bail wrote:
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.

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.

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.

--
Gruesse,
Pascal Le Bail, Wien

 

[Wolfgang Gerber]

Pascal Le Bail schrieb:

Pascal Le Bail wrote:
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.

<--->

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

--
My software never has bugs. It just develops random features.

 

[Lars Mueller]

Tobias Aurand wrote:

Wenn man den LM 317 nimmt bleibt der Strom durch
die anderen doch gleich?!

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.

Gruß Lars

 

[Tobias Aurand]

Hi
ich will den nur als _Spannungsquelle_ nehmen.
Ich finde die Ansteuerung mit einer Stromquelle hier unsinnig.

 

[Michael Hofmann]

Wolfgang Gerber wrote:

Pascal Le Bail schrieb:

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.

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?

Gruß,
Michael

 

[Lars Mueller]

Tobias Aurand wrote:

Hi
ich will den nur als _Spannungsquelle_ nehmen.
Ich finde die Ansteuerung mit einer Stromquelle hier unsinnig.

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.

Gruß Lars

 

[Wolfgang Gerber]

Michael Hofmann schrieb:

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.

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?

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

--
My software never has bugs. It just develops random features.

 

[Igor \"Knight\" Ivanov]

Wir wuerden Halogen nehmen ...

... aber ansonsten

Manfred! Respekt! Du bist ja toleranter zu LEDs geworden ;-)

SCNR,
Igor.

 

[MaWin]

Igor "Knight" Ivanov <knightigor@hotmail.com> schrieb im Beitrag <bk9qme$qr836$1@ID-91064.news.uni-berlin.de>...

Manfred! Respekt! Du bist ja toleranter zu LEDs geworden ;-)

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.
--
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.

 

[Wolfgang Hauser]

"Tobias Aurand" <Tobias.Aurand@ei.fh-giessen.de> schrieb:

ich will den nur als _Spannungsquelle_ nehmen.
Ich finde die Ansteuerung mit einer Stromquelle hier unsinnig.

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.