Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Netz-/Akkubetriebene LED-Schaltung mit µC, PWM, Konstantstrom


von Andi M. (rootsquash)


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Hallo.

Ich möchte möglichst verlustfrei viele LEDs mit konstantem Strom und PWM 
ansteuern.

Es geht dabei um ein Geburtstagsgeschenk, genauer um so einen "IN CASE 
OF ZOMBIE OUTBREAK"-Kasten.

Das Ding benötigt natürlich eine Beleuchtung (Innenbeleuchtung und 
Umfeldbeleuchtung), insbesondere wenn der Strom ausfällt, und es wäre 
bestimmt nett, wenn man rote und weiße LEDs mischt, die dann lustige 
Dinge machen können (µC + PWM)

- Für die Umschaltung vom Steckernetzteil auf Batterie/Akku-Betrieb 
dachte ich an ein Relais. Die Versorgung des µC sollte sich während des 
Umschaltens ja mit Kondensator und Diode sicherstellen lassen, die LEDs 
können ruhig kurz ausgehen. Schaltungsidee im Anhang.
-- Sinnvoll?


- Die LEDs wollen Typ. 2.1 Volt @ 20 mA (rot) bzw. 3,4 bis 3,7 V @ 20 mA 
(weiß). Wenn ich 2 hintereinander schalte und die Spannung noch regeln 
will, sind 7 Volt wohl etwas wenig. Mit 6 Batterien würde ich 9 Volt 
kriegen, mit 6 Akkus aber nur 7,2 V. :-/
Ist es möglicherweise besser auf den Regler (Lin. oder Schalt?) zu 
verzichten? Dann müsste ich mich bloß für Akkus oder Batterien 
entscheiden.
Oder: Ich hänge den Widerstand zwischen LED und Erde und geb die 
Spannung, die über dem Widerstand abfällt, an den µC,  dann müsste er 
während der "an" Phase der PWM noch als Konstantstromquelle dienen. 
Dafür bräuchte ich dann aber schon so einige I/O-Ports.
Zwischen µC und LEDs käme ein 2803 oder so. Der µC brauch ja kaum Strom 
(oder zieht son 2803 was?), da reichen ja ein paar Dioden oder ein 
Linearregler um die Spannung anzupassen.
Konstantstromquellen mit Schaltreglern vor jeden Zweig á 2 LEDs ist 
vermutlich relativ teuer... ich plane bisher mit 25 bis 30 LEDs.
-- Batterien? Akkus? Akkus mit Ladeschaltung? 9V-Block(s)?
-- Linearregler? Schaltregler? Kein Regler?
-- Zusätzlich zu PWM auch einen Konstantstrom über µC regeln? Oder 
einfach LEDs mit Vorwiderstand und 2803 an die Versorgungsspannung?

Damit das Ding auch bei Stromausfall schön lange funktioniert, sollte 
das ganze Zeug natürlich einigermaßen effizient sein. Es soll 
schließlich nicht nur sich selbst sondern auch den Flur bzw. das Zimmer 
ausreichend hell beleuchten.

/e: Das Bild zeigt noch ">=5 Volt", das passt natürlich nicht.

von Andi M. (rootsquash)


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Vielleicht hilft ein Bild.

Ich denke mir das bisher so wie im Anhang skizziert, weiss aber nicht ob 
das gut funktioniert, wie effizient das ist und mit welchen Spannungen 
ich arbeiten will.
Von der Spannung hängt dann ja auch ab wie die Stromversorgung des µC 
geändert werden muss und ob ich diesen Spannungsregler (linear oder 
schalt) brauche.

Irgendwelche Tipps bevor ich einfach Teile bestelle und unglücklich 
werde?

Wenn ich einfach davon ausgehe dass sich die leuchtdioden alle verhalten 
wie im Datenblatt angegeben kann ich mir die Strom-Messung z.B. auch 
sparen...

von MaWin (Gast)


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Also 2 weisse LEDs in Reihe an einem uC-Ausgang wird nichts.
Du hast ja schon selbst berechnet, daß die eher 7.2V brauchen.

> Mit 6 Batterien würde ich 9 Volt kriegen, mit 6 Akkus aber nur 7,2 V.

Nur wenn sie voll sind. Du musst eher von 5.4V bis 9V ausgehen.
Und weil das so ungeregelte ist, solltest du die Spannung für
den uC regeln, und den Strom für die LEDs.

Wenn du dir jetzt noch überlegst, welche Akkus, ob Blei oder
NiMH oder LiIon, dann könnte man auch überlegen, ob man die
Ladeschaltung gleich mit einbauen kann

Ob man allerdings als Schaltung gleich einen uC braucht, den
man ja auch erst mal rpogrammieren müsste, glaueb ich nicht,
tut es denn kein Wechselblinker und Alamrsirene ? Spart viel
Arbeit.
                                          +----+  5V LED
Trafo--Gleichrichter--+-------|>|-----+---|7805|--+--|>|-+
                      R               |   +----+  |      |
                      +--|>|--+--|>|--+     |     |    100R
                              |       |     |   100nF    |
                           NiMH Akku 100nF  |     |     uC
                              |       |     |     |
                           ---+-------+-----+-----+-- Masse

R ist ein Widerstand, der den Ladestrom so begrenzt (C/50),
daß der Akku dauierladefest ist.

von Andi M. (rootsquash)


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Ja, so könnte man das machen. Ich würde aber gern wissen ob das auch 
effizienter geht, z.B. mit Schaltreglern statt 7805 und 
"Konstantstromquelle" (PWM?)  statt oder zusätzlich zum Vorwiderstand.
Die Strom/Spannungskennlinien von Leuchtdioden sind ja merklich 
bauteilanhängig so weit ich weiss, sonst würd ich einfach für die roten 
und weißen 2 entsprechende Schaltregler einbauen.
Wobei das vielleicht eh nicht die schlechteste Idee ist.

Was ist wenn ich das mit einem Ultra low drop Linearregler für den µC 
und 2 Schaltreglern für die LEDs baue? Das ist zwar auch nicht super 
billig und die LEDs werden nicht alle die gleiche Helligkeit haben, aber 
irgendwas ist ja immer.

Akkus sollten NiMH sein denke ich.
Statt Trafo mit Gleichrichter dachte ich an ein Steckernetzteil damit da 
keine Netzspannung anliegt.

Statt einem Relais einfach einen Widerstand vor die Akkus und mit Dioden 
abblocken... mmh..
Dann verschenke ich im Akkubetrieb wieder ein halbes Volt und etwas 
Leistung an die Diode.

von MaWin (Gast)


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> Dann verschenke ich im Akkubetrieb wieder ein halbes
> Volt und etwas Leistung an die Diode.

Und das Relais kostet keine Leistung ?

Das ein Spannung, das andere Strm (zwar nur wenn das
Netzteil dransteckt, aber das ist der überwiegende Teil
der Zeit).

Natürlich kann man mit beliebigem Aufwand die Akkulaufzeit
verlängern.

Eine LiIon Zelle statt NiMH Unsinn

Ein uC der direkt mit 2.5 .. 4.2V arbeitet.

Ein LED Driver der direkt den Strom erteugt wie LT3476.

Aber willst du das alles bis zum Geburtstag schaffen ?

Schon dazu extra einen uC zu programmieren, kommt mir
übertrieben vor.

von Andi M. (rootsquash)


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Mit dem µC würde ich gerne einige einfache Blinkschaltungen bauen.
Herzschlag-artiges Pulsieren, Rot/Weiß-Wechsel "über Kreuz" bei der
Umfeldbeleuchtung.. sowas in der Art. Das sollte nicht viel Aufwand sein 
und in den 2 Wochen zu schaffen sein.

Okay, vergessen wir mal das ganze komplizierte Zeug und rechnen das 
näherungsweise mal durch:
Batteriebetrieb mit 5 oder 6 Volt; im Mittel sollen die LEDs mal 300 mA 
ziehen.

300 mAh für eine Stunde Licht. Bei > 16 Stunden von Sonnenuntergang bis 
Sonnenaufgang wird das wohl kaum reichen um eine ganze Nacht zu 
leuchten.
Mit 6 NiMH Akkus, 2,5 Ah, davon meinetwegen 2 Ah nutzbar bis die 
Spannung zu niedrig ist, käme man ja schonmal 6 bis 7 Stunden hin, das 
wäre okay.
Welche Art von Li-Ion Akku könnte man denn nehmen? Modellbau? Handy?
Oder doch nen Blei-Gel-Akku?

Wenn ich nicht so sehr auf die Effizienz achte könnte ich ja mit einem 
Linearregler und Vorwiderständen alles regeln wie ich lustig bin:
- Keine Stromregelung, einfach hoffen dass die LEDs halbwegs gleich hell 
sind
- 2 rote LEDs hintereinander, die weißen einzeln damit da auch bei 5 
Volt noch was rauskommt
- Gespartes Geld in größeren Akku stecken
- Und wenn die LEDs halten was sie versprechen sollte auch ein Teil 
ihrer Maximalhelligkeit ausreichen... da ist ja auch noch Sparpotenzial.

von Andi M. (rootsquash)


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Moin.

Was haltet ihr von dieser Schaltung?
2 der Eingänge kämen nicht an den DIP-Schalter fällt mir jetzt gerade 
auf..
ich will ja noch detektieren ob Netzspannung anliegt und ob die Tür 
geöffnet wurde, aber das ist ja kein Problem.

Offene Fragen:
- Nickel, Blei oder Lithium?
- Ist die Schottky-Diode okay?
- Ist der LM2940 okay?

von Jonathan S. (joni-st) Benutzerseite


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Andi M. schrieb:
> - Nickel, Blei oder Lithium?

NiMH. Kann man mit kleinem Strom dauerladen. Ein Lithium-Akku würde dir 
wegen Überladung explodieren.


Andi M. schrieb:
> - Ist die Schottky-Diode okay?

Ja, falls sie denn genug Strom aushält. Aber eine popelige 1N4007 würde 
auch funktionieren und ist billiger (1ct).


Gruß
Jonathan

von Andi M. (rootsquash)


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Hallo nochmal.

Vielen Dank für die Antworten und Tipps.
Ich denke ich habe die Schaltung dann so weit dass ich nächste Woche 
Teile bestellen kann.

Um die Kosten gering zu halten werde ich wohl erstmal Batterien statt 
Akkus nehmen, natürlich mit zusätzlichen Schaltern um die 
Erhaltungsladung auszuknipsen und um den Akku-/Batteriebetrieb bei 
Bedarf zu unterbinden.
Jetzt habe ich blos noch eine Frage zum Soft-PWM-Beispielprogramm, aber 
dafür mache ich wohl besser einen neuen Tread auf wenn ich keinen alten 
mit passender Antwort finde.

Danke :)

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