Anfängerfragen zu HighPower-LEDs

[stephezapo]

Hallo erstmal!
Ich bin ein ziemlicher Anfänger in Sachen Elektronik und zerbrech mir seit längerem den Kopf über eine Architekturbeleuchtung mit HighPower-LEDs.
Zunächst dachte ich an eine Reihe von RGB-Spotx. Dafür habe ich auf der Homepage von Hendrik Hölscher eine Schaltung für eine DMX LED-Steuerung gefunden: http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/light/dmxled.htm

Jetzt gerade beim Pinkeln O:) kam mir aber ein neuer Einfall, und dazu müsste ich wissen ob das technisch überhaupt möglich ist:

Das ganze funktioniert ähnlich wie ein Laser-Projektor:
3 eng gebündelte LEDs (Rot, Grün, Blau) strahlen auf einen Spiegel. Dieser Spiegel wird durch einen (Schritt?)motor angetrieben und oszilliert um eine Achse, sagen wir mal mit 80-100Hz. Wenn ich jetzt alle LEDs einschalte und die ganze Apparatur auf eine Wand richte sehe ich also einen (nahezu) weißen Strich an der Wand.

Jetzt will ich aber keinen weißen Strich, sondern zb. einen Farbübergang, oder einen Regenbogen-Streifen oder eine gepunktete mehrfarbige Linie. Und hier die konkrete Frage: Ist es möglich, HighPower-LEDs so schnell zu schalten/dimmen, dass so ein Ergebnis machbar ist?

[AlKI]

Highpower-LEDs sind meines Wissens nur "Große" LEDs. Und LEDs haben ja ne winzige Reaktionszeit. In den Pollin-Datenblättern hab ich nix gefunden, aber die Reaktionszeit geht gegen 0, da ja nix glüht, wie bei ner Glühbirne.

Da ich aber mal n (einfachstes) RGB-fade-Programm für nen kleinen ATtiny gemacht hab, weiß ich, dass das auch im MHz-Bereich geht.

[wkrug]

Ohne jetzt konkrete Werte nennen zu können und somit aus dem Bauch heraus, würd ich mal sagen, das sowas möglich sein sollte.
Ich glaub eher fast, das Du Probleme mit den Konstantstromquellen kriegst ( Schaltfrequenz ) als das die Leuchtdioden da nicht mitkommen.
Es wird auch darauf ankommen, wie oft pro Linie maximal umgeschaltet werden soll.
Ich hab mir mal die LM3404 bestellt und möchte mit diesen Treibern ein wenig rumexperimentieren. Guck mal ob die Dinger auch für Deine Anwendung passen würden.

[stephezapo]

hm.. ich denke ich werd mal kleiner anfangen und Hendrik's DMX-Lösung nachbauen.

Dazu hätt ich nämlich auch ein paar Fragen. Die Ansteuerung einer LED sieht in diesem Fall nämlich so aus:

http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/light/led/lux.gif

Frage 1: Ich will an diese Schaltung nicht nur 1 LED (Seoul P4) dranhängen, sondern wahrscheinlich 3. Wie schließ ich die an und ändern sich da Bauteile?

Frage 2: Was ist BUZ11 auf dem Bild? Ein MOSFET? Wo ist da D,G und S? D = die obere Leitung, G die linke und S die untere (GND)?

[Oke]

Welchen zweck verfolgt die Schaltung (Funktion)?

[stephezapo]

Sie dimmt eine LED. Am Anschluss "from MCU" liegt ein PWM-Signal an.

[BASTIUniversal]

Hi!
@Oke: Die Schaltung ist eine Konstantstromquelle für eine (oder mehrere) LED. Die LED kann man mit dem Transistor T1 (BUZ11) ein bzw. ausschalten.

@stephezapo: Der LM317 regelt die Spannung am "Out"-Pin immer so, dass am "ADJ"-Pin 1,25V anliegen. Über den Widerstand R2 (3,9Ohm) fällt eine Spannung ab, die Proportional zum Strom ist (Ohmsches Gesetzt: U = R * I).
Fließt nun durch den Widerstand ein Strom von (I = U / R = 1,25V / 3,9Ohm) 320mA, so liegt am "ADJ"-Pin die Spannung von 1,25V an. Der Regler versucht diese Spannung (und damit den Strom) konstant zu halten.

Ob da jetzt eine oder drei LEDs dran hängen, ist im Prinzip egal. Man muss nur am "IN"-Pin eine 1-2V (-> Geschätzt!) höhere Spannung anlegen, als die Forward-Spannung der LEDs ist (bei Reihenschaltung: Alle Forward-Spannungen addieren).

Zu 2.: Der BUZ11 ist ein Feldeffekttransistor. Liegt an R1 eine Spannung von etwa 10V an, so schaltet der Transistor voll durch und die LED leuchtet. Liegen 0V an, so ist die LED aus.
Es wird nur beim Umschalten zwischen an und aus ein Strom verbraucht.

Ich hoffe das war einigermaßen Verständlich ;-)

Basti

[Gock]

Es sollte Dir noch gesagt sein:
- Kühlkörper für den LM317 nicht vergessen
- anstelle des BUZ11 besser einen LogiklevelFET nehmen, zb IRL3803 oä
- bei hohen Frequenzen einen FET-Treiber benutzen, damit die LEDs schnell schalten und der µCAusgang nicht überlastet wird.
- wie schon gesagt: Reihenschaltung der LEDs!
- bei hohen Frequenzen auf Störstrahlung (EMV) achten (Schirmen, usw)
- Netzteil mit hoher Pulsbelastbarkeit benutzen, damit LEDs schnell schalten
Gruß

[stephezapo]

Hm ... so ganz is mir das nicht klar ...

Vielleicht hilft ein Rechenbeispiel?
Ich hab 3 Luxeon K2, die schalte ich in Reihe. Die techn. Daten:
Spannung typ. 3.72V (max.4.95V)
Strom typ. 350mA (max.1500mA)

Spannungen addieren sich bei Reihenschaltung, also hätte ich dann 11.16V. Und wie gehts weiter?


@Gock: beziehen sich deine Tipps auf die Sache mit dem Schnellschalten mit dem Spiegel? Davon bin ich mittlerweile abgekommen, ich möchte zum Lernen mal was leichteres machen. Aber auf den Kühlkörper werd ich schon nicht vergessen ;-)

[Gock]

Die 1,5A zieht die nur sehr kurz,bevor es das dann war, das ist kein Richtwert!
Du brauchst also rund 3x4V + ca. 2,5V Verlustspannung am Regler +1,3V am Widerstand sind 16V + etwas Reserve für das Netzteil also min. 17-18V vor dem Regler, um ganz sicher zu gehen 20V.
Schnell schalten bezieht sich auf Dein geplantes Punktmuster. Um scharfe Grenzen zu erhalten muss man schnell schalten, sonst "verschwimmen" die Ränder. Außerdem steigt die Verlustleistung im FET (je nach Frequenz) und dieser wird entsprechend warm. Die Farben verfälschen sich ebenfalls.
Gruß

[wkrug]

Hallo Leute,
diese LM3404 sind getaktete Konstantstromquellen speziell für High Power LED's. Durch die Schaltnetzteiltechnik entsteht auch sehr wenig Verlustwärme.
Ausserdem haben die Teile einen TTL kompatiblen PWM Eingang.
Somit sollten sich die Chips direkt von einem Microcontroller ansteuern lassen.
Wenn die mögliche PWM Frequenz hoch genug ist ( im Datenblatt nachschauen ) , sollten diese Chips für die Anwendung geeignet sein.

Beziehen kann man die Chips bei Farnell.

Sicher sind auch die hier aufgezeichneten Konstantstromquellen geeignet.
Ich finds halt schade den guten Wirkungsgrad der LED's durch "heizende" Konstantstromquellen wieder zunichte zu machen.
Ausserdem kann die Schaltung wegen der nicht benötigten Kühlkörper kleiner ausfallen.

[rideyourstyle]

hm.. ich denke ich werd mal kleiner anfangen und Hendrik's DMX-Lösung nachbauen.

Dazu hätt ich nämlich auch ein paar Fragen. Die Ansteuerung einer LED sieht in diesem Fall nämlich so aus:

http://www.hoelscher-hi.de/hendrik/light/led/lux.gif




Irgendwie habe ich die gleiche Schaltung selber gebaut. Damit habe ich mehrere Mega16 verbraten, wegen Spannungsreglerproblem. Die Schaltung sollte eigentlich nur ein Prototyp sein, um die SW zu testen. Nun ist es dabei geblieben.

Aber Achtung: bei 350mA und ca 20V Eingangsspannung wird die ganze Sache zeimlich heiss....

[Gock]

Ich denke auch, dass zwischen Out des Reglers und dem R ein dicker C (>2700µF) helfen sollte, dem Regler etwas Arbeit abzunehmen.
Allerdings würde ich auch sagen, dass bei entsprechenden Frequenzen einfach die Ports des µCs abrauchen können, weil die für sowas nicht geeignet sind. Daher einen FETTreiber!
Gruß

[stephezapo]

Hm. ich denke ich werd mal mit dem Dimmen von simplen NV-Halogenspots anfangen bevor ich da teure LEDs verbrat ... Is vielleicht nicht das geeignetste Anfängerprojekt.

[rideyourstyle]

oder du nimmst ganz einfache leds. dann muss einfach die konstantsromquelle für 20mA augelegt sein und wenn etwas "verbrät" dann war es nur eine billige led....

[stephezapo]

damit kann ich allerdings keine 5m hohe wand ausleuchten ;-) außer ich bau ein riesen array

naja, das muss ich noch mal behirnen :-)

[rideyourstyle]

du wolltest doch ein anfängerprojekt....

PS: viele proffesionelle produkte funktionieren mit einzellenen leds und nicht RGB's

http://www.martin.com/productgroup/productgroup.asp?psg=ledluminaires&selgroup=111

[stephezapo]

Das weiß ich schon, mit RGB meinte ich ja einzelne Spots/LEDs für jede Farbe, also rote, grüne und blaue.

[rideyourstyle]

ah die sind ja nicht teuer... und wenn du normale leds nimmst kannst du auch einfach ein vorwiderstand vorschalten, dann baruchst du nur noch der transistor oder FET um die led per pwm zu dimmen...

[stephezapo]

hm, diese Highpower-LEDs gehen mir nicht aus dem Kopf =P~

Was is wenn ich mir's jetzt einfacher mach und mal ne fertige Konstantstromquelle besorge, wie zB. diese:
http://www.leds.de/p557/Zubehoer/Strom_und_Spannung/Konstantstromquelle_350mA_IP65.html

Und daran 3 Luxeon K2 in Reihe dranhäng. (mit Vorwiderstand?)

Wie dimme ich dieses Setup jetzt? (nochmal: es geht jetzt ums normale Dimmen, diese Sache mit dem schnellen Schalten und dem Spiegel vergessen wir jetzt!)

Ich versuche das ganze mal zu verstehen, mit dem Risiko, dass das folgende jetzt kompletter Schwachsinn eines Elektro-Newbies ist:

Ich ersetze den gesamten oberen Teil der Schaltung durch die fertige Konstantstromquelle, der Rest (also der BUZ11 und der Widerstand vor dem MCU-Output) bleibt.
Der MCU-Output ist ein PWM-Signal, das den FET dazu veranlasst einmal Strom durchzulassen und dann wieder nicht. Dh. die LEDs werden eigentlich nicht gedimmt, sondern schnell aus- und wieder eingeschaltet. Je größer das Verhältnis ein:aus ist, desto heller nimmt man die LED wahr.

War das jetzt kompletter Unsinn? 8-[

[AlKI]

Dh. die LEDs werden eigentlich nicht gedimmt, sondern schnell aus- und wieder eingeschaltet. Je größer das Verhältnis ein:aus ist, desto heller nimmt man die LED wahr.

War das jetzt kompletter Unsinn?

Das war richtig so.



Ich ersetze den gesamten oberen Teil der Schaltung durch die fertige Konstantstromquelle, der Rest (also der BUZ11 und der Widerstand vor dem MCU-Output) bleibt.

da der Output nie höher als 10V geht, sollte das gehen (wenn der Output solange rauf ginge, bis 350mA liefen, stell dir mal vor, was bei sperrendem BUZ11 passiert :o| )

[stephezapo]

ähm ..das kann ich mir leider nicht vorstellen, was passiert denn dann? :D

[Gock]

Eigentlich schon, aber wir haben kein Datenblatt, um die Frage mit Sicherheit beantworten zu können.
Allerdings wirst Du maximal 10/3=3,33V pro Diode bekommen, was nicht die volle Leistung erzeugt.
Gruß

[TheHawk]

WAs hältst du davon?
http://at.rs-online.com/web/416913.html?_ptn=RSAustria

[stephezapo]

naja die rote K2 hat eine typ. Spannung von 2.95V, das geht sich also mit 3 Stück aus.
Die blaue braucht 3.42, da wirds knapp. Und die grüne 3.72, auch nicht gut.


WAs hältst du davon?
http://at.rs-online.com/web/416913.html?_ptn=RSAustria

Hey das sieht gut aus, hat sogar gleich einen PWM-Input!

Ok, dann probiers ichs halt mit je 2 pro Farbe oder mit dem von TheHawk vorgeschlagenem Teil. Aber was wäre genau das Problem mit dem BUZ11?

[AlKI]

Ok, dann probiers ichs halt mit je 2 pro Farbe. Aber was wäre genau das Problem mit dem BUZ11?

wenn du da mein Posting meinst: es wäre nur, es ist nicht. aber trotzdem ne erklärung, damit du dir vorstellen kannst, was ich meine:


Wenn am output die Spannung so lange steigt, bis trotz sperrendem Transistor 350mA fließen, dann steigt sie bis entweder der Transi durchbrennt, weil er die Spannung nicht aushält, oder weil es an seinen Anschlüssen nen Funkenüberschlag gibt.
Aber da bei 10V sense ist, geht das nicht.

War etwas offtopic, da die meisten Stromregler irgendwo ne Spannungsgrenze haben, aber vlt gut für dich zu wissen... (sry wegen der Verwirrung)

[stephezapo]

ok ich verstehe ;-)

ich denke ich werd mir mal die KSQ. von thehawk näher ansehen, da wird die PWM-Regelung der Leistung ja wohl angepasst sein.

[wkrug]

PWM-Regelung der Leistung ja wohl angepasst sein
Mir ist immer noch nicht zu 100% klar was Du eigentlich erreichen willst.
Soll die Farbe an der Wand sich plötzlich verändern, oder sollen da eher sanfte Übergänge stattfinden ( Überblenden ) ?
Damit die Übergänge immer an der selben Stelle der Wand stattfinden muss dein Microcontroller mit dem drehbaren Spiegel synchronisiert werden. Aber ich Denke das war Dir schon klar.
Für ein Anfängerprojekt hast Du Dir da ganz schön was vorgenommen.

Ich denke sprunghafte Übergänge mit voll aufgeblendeten LED dürften am einfachsten zu realisieren sein.
Bei fließenden Übergängen und bei Betrieb mir gedimmten LED muß die PWM mit einer sehr hohen Frequenz laufen um keine Helligkeitsunterschiede an der Wand sichtbar werden zu lassen ( eine Art Stroboskopeffekt ).

Bei den Leuchtmitteln hab ich mich bei meinem Projekt ( LED RGB Spot ) für die "alten" Luxeon Star Emitter mit 3W entschieden.
Die Dinger brauchen zwar mehr Strom, sind dafür aber auch heller als die Rebel. Ich werde da 2 pro Farbe einsetzen - eine war mir zu dunkel.


Bin gespannt auf dein Projekt.

[stephezapo]

Ich sags jetzt nochmal, und dann ist es hoffentlich allen klar ;-) :

Die Idee mit dem rotierenden Spiegel und den Mustern an der Wand vergesst's jetzt bitte! Ich will jetztmal einfach nur LEDs dimmen!

Mittlerweile bin ich aber von der PWM-Schaltung abgekommen, da ich mein Werk schlussendlich auch auf Video bannen will und PWM-Dimmung bei Filmaufzeichnungen ganz schrecklich aussieht. Der von TheHawk vorgeschlagene Leistungstreiber kann auch analog gedimmt werden. Ich denke ich werd mir das mal näher ansehen.

Und bei den LEDs bin ich mir noch nicht sicher welche ich nehm. Eine pro Farbe wird sicher zu wenig sein. Wahrscheinlich werden's eh 2 oder sogar 3.

[wkrug]

Der von TheHawk vorgeschlagene Leistungstreiber kann auch analog gedimmt werden
Hier wurde auch schon erwähnt, das es bei der analogen Dimmung zu Farbverfälschungen bei den High Power LED's kommen kann.
Ausserdem solltest Du noch sichergehen, das der von TheHawk vorgeschlagene Treiber nicht nur einen Analog Dimm Eingang hat, sondern die LED's auch wirklich analog dimmt. Das Datenblatt sollte darüber Aufschluss geben.

[stephezapo]

Laut dem Datenblatt

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0aba/0900766b80aba022.pdf

kann ich leider nicht wirklich erkennen ob das echte analoge Dimmung ist oder nicht. Das mit den Farbverfälschungen ist allerdings ein Problem. Da kann man wohl nur durch Ausprobieren beurteilen, wie sehr das jetzt stört.

[wkrug]

...kann ich leider nicht wirklich erkennen ob das echte analoge Dimmung ist
Wenn man den "Analoge Dim" Eingang benutzt scheint es tatsächlich eine echte analoge Dimmung zu sein.
Du solltest also den Chip mit einer Gleichspannung ansteuern.
Das kann man erreichen wenn man hinter dem PWM- Ausgang des verwendeten Microcontrollers einen Tiefpass setzt.


Das mit den Farbverfälschungen ist allerdings ein Problem. Da kann man wohl nur durch Ausprobieren beurteilen, wie sehr das jetzt stört.
Das seh ich auch so. Blau wird zwar Blau bleiben, allerdings verändert sich der Farbton ein wenig.

[Oke]

Ich hab da auch noch mal ne frage... Bin nämlich an ähnlichem projekt. jedoch ohne Mikrocontroller etc. will nur einen NE555 nutzen und mit nem Poti regeln.
In welchen Frequenzbereichen sollte man denn überhaupt dimmen.
Also es sollte über 50Hz sein, damit es als flimmerfrei wahrgenommen wird. Allerdings hab ich nach oben keine Ahnung. Ist man bei 1500Hz schon bei etwa der Helligkeitssättigung oder muss man die LEDs sogar noch über die 10kHz oder höher laufen lassen damit es nahezu maximale Helligkeit hat. Über 90% "Auslastung/Helligkeit" der LEDs wäre ja schon in Ordnung. 100% bekommt man ja nur bei einer unendlichen Frequenz.

Jedoch sollte es ja auch ein wenig komfortabel sein. nicht das man das Poti drehen (Frequenz erhöhen) kann ohne das man Helligkeitsunterschiede wahrnimmt.

Gruß Oke

[Besserwessi]

Solange die Frequenz über etwa 100 Hz ist sollte das Flimmern weg sein. Mit wesentlich höheren Frequenzen gewinnt man eigentlich nicht viel, sondern erzeugt nur mehr Störungen, 1500 Hz sind schon OK. Die Helligkeit sollte eigentlich nicht von dern Frequenz abhängen, sondern fast nur vom mittleren Strom.

[Oke]

Hab mir grad mal überlegt, dass es ja auch vom Tastverhältnis abhängt.
das heißt es ist ja nicht zwingend notwendig mit einer hohen Frequenz zu arbeiten. Verändert man das Tastverhältnis (bei gleicher Frequenz) müsste es ja auch heller bzw. dunkler werden.das heißt wenn ich eine Frequenz über 100 habe dann muss ich nur zu sehen, das sich das Tastverhältnis verändert.

Aber dein hinweis hat mich schon aufn richtigen trichter gebracht ;)

[Gock]

Was heißt hier auch? Es geht nur über das Tastverhältnis.
Mit der Frequenz kann man das nicht regeln!
PWM bedeutet PulsWIDTHmodulation, man verändert also die Pullsbreite bei gleichbleibender Frequenz. Von 0 bis 100% lassen sich damit alle "Leistungen" einstellen.
Gruß

[Oke]

genau. hatte nur vorher nen Denkfehler^^ ;)

[stephezapo]

Also bei meinem Projekt soll das ganze dann DMX-gesteuert werden.
Für den DMX-Receiver hab ich 2 Möglichkeiten:

Entweder ich bau einen selber (ca. 10-12€ für 8 PWM-Kanäle) und dimm das ganze per PWM mit TheHawk's Leistungsregler...

...Oder ich kaufe mir den Botex ME72 Demultiplexer (150€ für 72x 0-10V) und dimm das ganze analog, ebenfalls mit obigem Leistungsregler.

Letztere Möglichkeit scheint mir irgendwie attraktiver, da muss ich keine Platinen basteln, AVRs programmieren etc. und hab 72 Kanäle mit denen ich 24 RGB-Spots per DMX oder sogar per MIDI ansteuern kann. Bezüglich Farbverfälschungen hab ich kürzlich wo gelesen dass das vom Leistungstreiber abhängig ist, jenachdem ob die Spannung/Stromstärke konstant bleibt oder nicht.

[wkrug]

Du kannst auch mal bei www.dmx4all nach DMX - 0-10V Interface 8fach suchen.
Sollte für Deine Dimmerbausteine auch passend sein und liegt irgendwo dazwischen.

[stephezapo]

hm.. kostet aber ein Schweinegeld. knapp 70€ für 8 Kanäle!