Anfängerfrage: WS2801 LED-Treiber

[Sebastian B. (Gast)]

Hallo liebes Forum!

Ich habe eine Anfängerfrage:

Ich möchte gerne mit dem WS2801-IC (Datenblatt: 
http://www.adafruit.com/datasheets/WS2801.pdf) ein paar RGB-LEDs dimmen.
Ich habe also eine Schaltung, in der ein Spannungsregler meine 
Eingangsspannung auf 5V herabregelt. Diese 5V gehen dann an einen µC. 
Dieser hat "Standardbeschaltung", und liefert die Clock und Serial Data 
für die ICs. Außerdem gehen die 5V an die ICs, sowie an die Anoden der 
LEDs. Bei den ICs werde ich noch einen Pufferkondensator zwischen VDD 
und GND hängen, wie in einigen Beiträgen im Forum hier empfohlen wird.

Meine Frage ist jetzt eigentlich eher eine Verständnis-Frage zur 
Verschaltung der ICs:

Wozu brauche beide Widerstände

$$R_L$$

 bzw.

$$R_{FB}$$

 und wie setze ich den WS2801-IC richtig ein?

Meine bisherigen Gedanken dazu:
Ich kann den IC in 2 Modi betreiben: Im Konstantstrommodus und im 
Konstantspannungsmodus.

Zu der erstem Möglichkeit (Fig 6: Constant Driving Current Mode):
Der IC hat eine Konstantstromquelle, die allerdings ein für manche LEDs 
zu hohen Strom ausgibt. Dazu braucht man einen Widerstand, der den Strom 
begrenzt, sodass die LED nicht kaputt geht. Richtig? Das wäre für mich

$$R_{FB}$$

 - und dieser Widerstand wird laut Datenblatt berechnet als

$$I_{XOUT} = \frac{V_{REF}}{R_{FB}}$$

, wobei

$$V_{REF} = 0,6V$$

 ist (- woher kommt dieser Wert?), und

$$I_{XOUT}$$

 der Durchlassstrom meiner LED (also z.B. 20mA).
Wozu benötige ich denn dann noch R_L direkt an der LED? Wie hoch sollte 
R_L sein?

Bei der zweiten Möglichkeit (Fig 7: Constant Voltage Driving Mode) habe 
ich nur einen Widerstand, nämlich den direkt nach der LED. Dieser 
begrenzt den Strom zur LED. Sein Wert berechnet sich laut Datenblatt aus

$$R_L = \frac{V_{DD} - V_{LED} - {V_OUT}}{I_{LED}}$$

.

$$V_{DD}$$

 ist meine Versorgunsspannung von 5V,

$$V_{LED}$$

 ist die Flußspannung meiner LED, also z.B. 2,2V, und

$$I_{LED}$$

 wieder der Durchlassstrom - Aber was ist

$$V_{OUT}$$

? Da werd ich aus dem Datenblatt nicht schlau? Die Sättigungsspannung 
des Ausgangstreibers? Damit kann ich leider (auch nach Google-Befragung) 
nichts anfangen?

Welche der beiden Möglichkeiten bietet sich für meine Zwecke an?
Das Ohmsche Gesetz ist mir eigentlich grundlegend bekannt. Trotzdem bin 
ich da bisweilen ein bisschen verwirrt, weil LED's spannungsgesteuert 
sind, und das irgendwie noch nicht so in mein Denken vom 
Physikunterricht früher passt :) Also bitte alles berichtigen, das bei 
mir irgendwie nicht passt. Danke! :)

Liebe Grüße, und ein schönes Jahr 2013

Sebastian

PS: Sorry für die blöde Formatierung, ich hatte gehofft, dass LaTeX 
inline gerendert wird. :(

[Frank B. (elan40)]

Sebastian B. schrieb:
> weil LED's spannungsgesteuert
> sind, und das irgendwie noch nicht so in mein Denken vom
> Physikunterricht früher passt :) Also bitte alles berichtigen, das bei
> mir irgendwie nicht passt. Danke! :)

Falsch. LED werden strombetrieben. KSQ, ggfs gesteuert.

[Sebastian B. (Gast)]

Frank B. schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> weil LED's spannungsgesteuert
>> sind, und das irgendwie noch nicht so in mein Denken vom
>> Physikunterricht früher passt :) Also bitte alles berichtigen, das bei
>> mir irgendwie nicht passt. Danke! :)
>
> Falsch. LED werden strombetrieben. KSQ, ggfs gesteuert.

Verdammt. Genau das meinte ich ja :)
Eine KSQ ist in dem IC ja enthalten.

Sebastian

[Sebastian B. (Gast)]

Und noch eine weitere Frage ist bei mir grade aufgekommen.
Wie groß sollte der Pufferkondensator an den ICs denn jeweils sein? Ich 
habe vor 25 ICs zu versorgen. Da die ICs am selben Stromkreis wie die 
(ge-PWM-ten) LEDs hängen, könnte es da ja einiges an Störungen geben? 
Was kann man da als Richtwert nehmen? 100nF? 1µF? 4,7µF? Alle drei Werte 
hab ich an verschiedenen Stellen als Empfehlung gefunden. Leider reicht 
mein Fachwissen bei weitem nicht aus, das sinnvoll ab- und 
einzuschätzen.

Liebe Grüße

Sebastian

[Stefan (Gast)]

Im Datenblatt müsste der Hersteller einen Kondensator empfehlen. 
Verpasse jedem Chip einen eigenen Kondensator, und zwar mit möglichst 
kurzen Leitungen, dann bist Du auf der sicheren Seite.

Einfach die Kapazität mit 20 Multiplizieren (für 20 Chips) wäre der 
falsche Weg, weil die Widerstände und Induktivitäten zwischen den Chips 
und dem Kondensator stören würden.

Wenn das Datenblatt keine Angabe zur Kapazität enthält, dann versuch' es 
mit 100nF.

[Sebastian B. (Gast)]

Hat vielleicht noch jemand eine Antwort auf meine ursprüngliche Frage? 
:)

Liebe Grüße,
Sebastian

[Delta (Gast)]

Hallo Sebastian

Ich würde sagen, dass im constant current mode der RL zur 
Strombegrenzung ist. Zudem fällt ein Teil der Leistung über diesem 
Widerstand ab und nicht im IC. Somit wird das IC nicht zu sehr geheitzt. 
In diesem Fall kannst du nicht! die Formel (2) für RL benutzen.

Im constant voltage mode stellst du mit RL den Strom ein. Vout ist die 
Spannung die anliegt, wenn der Treiber FET voll durchgeschaltet ist.

Gruss

[skyperhh (Gast)]

Zur Frage... LEDs möchten einen konstanten Strom haben... deshalb den 
"Constant Driving Current Mode" verwenden.

Mit der Formel im Datenblatt

$$I_{XOUT} = \frac{V_{REF}}{R_{XFB}}$$

der Angabe der Referenzspannung (lt. Datenblatt)

$${V_{REF}} = 0,6V$$

und der Information des gewünschten LED-Stromes (z.B. 0,02A)

$${I_{XOUT}} = 0,02A$$

brauchst Du die Formel nur noch entsprechend umstellen, dass Du als 
Ergebnis den gewünschten Widerstand erhälst ... ist sogar als Beispiel 
mit im Datebblatt angegeben ... für 0,02A ist R = 30 Ohm.

Über diesen Widerstand erfolgt die Stromregelung, fließen die 
gewünschten 0,02A fallen am Widerstand eine Spannung von 0,6V ab - die 
Referenzspannung des WS2801.

Zu den Kondensatoren, ich hab der 5V Versorgungsspannung jeweils 100nF 
pro Chip spendiert, dazu noch einen für die 12V Versorgung der LEDs ...

[Sebastian B. (Gast)]

skyperhh schrieb:
> Zur Frage... LEDs möchten einen konstanten Strom haben... deshalb den
> "Constant Driving Current Mode" verwenden.
>
> Mit der Formel im Datenblatt
> der Angabe der Referenzspannung (lt. Datenblatt)
> und der Information des gewünschten LED-Stromes (z.B. 0,02A)
> brauchst Du die Formel nur noch entsprechend umstellen, dass Du als
> Ergebnis den gewünschten Widerstand erhälst ... ist sogar als Beispiel
> mit im Datebblatt angegeben ... für 0,02A ist R = 30 Ohm.
>
> Über diesen Widerstand erfolgt die Stromregelung, fließen die
> gewünschten 0,02A fallen am Widerstand eine Spannung von 0,6V ab - die
> Referenzspannung des WS2801.

Dankeschön für die Antwort! Jetzt weiß ich zumindest, woher die 0,6V 
kommen - die will also der IC als Referenzspannung.
Ich frage mich aber trotzdem noch, warum bei den Typical Application 
Circuits  (z.B. Fig 6) dann noch der Widerstand R_L eingezeichnet ist? 
Die LED bekommt ja ihren durch R_XFB spezifizierten Strom? Also einfach 
weglassen? Sowas hab ich mir auch schon gedacht, und ich denke, ich 
werde das in meiner Schaltung genau so machen wie du in deiner. 
Dankeschön!


> Zu den Kondensatoren, ich hab der 5V Versorgungsspannung jeweils 100nF
> pro Chip spendiert, dazu noch einen für die 12V Versorgung der LEDs ...

Okay, bei mir wird die LED-Versorgung und die IC-Versorgung der selbe 
Stromkreis sein. Meinst du, die 100nF reichen dann immer noch? Gibt es 
sonst da noch was besonderes zu beachten?

-- Sebastian

[Delta (Gast)]

Sebastian B. schrieb:
> Ich frage mich aber trotzdem noch, warum bei den Typical Application
> Circuits  (z.B. Fig 6) dann noch der Widerstand R_L eingezeichnet ist?

Habe ich ja beschrieben.

[Sebastian B. (Gast)]

Delta schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> Ich frage mich aber trotzdem noch, warum bei den Typical Application
>> Circuits  (z.B. Fig 6) dann noch der Widerstand R_L eingezeichnet ist?
>
> Habe ich ja beschrieben.

Ah! Hatte ich übersehen, Sorry!
Aber wozu muss man den Strom begrenzen, wenn doch der IC eh einen 
passenden Konstantstrom liefert?
Und wie hoch sollte man den wählen? Kann man ihn üblicherweise 
weglassen?

Sebastian

[Delta (Gast)]

Sebastian B. schrieb:
> Aber wozu muss man den Strom begrenzen, wenn doch der IC eh einen
> passenden Konstantstrom liefert?

Wäre z.B. sinnvoll wenn du als Feedback Widerstand ein Poti hast, damit 
du die Helligkeit einstellen kannst. Aber wie gesagt, auch wenn du die 
Verlustleistung im IC minimal halten willst, kann RL hilfreich sein.

In deinem Fall würde ich RL weglassen.

[skyperhh (Gast)]

Sebastian B. schrieb:
> Okay, bei mir wird die LED-Versorgung und die IC-Versorgung der selbe
> Stromkreis sein. Meinst du, die 100nF reichen dann immer noch? Gibt es
> sonst da noch was besonderes zu beachten?

Die 100nF sind auf jedenfall für die Stabilisierung der 5V Versorgung 
des ICs notwendig ... ob das alleine reicht, wenn der WS2801 schaltet, 
kann ich Dir nicht sagen ... hängt auch von der Versorgungsspannung, 
Leitungslängen, Layout etc. ab ... Fig. 5 zeigt zur Stützung der 
Versorgungsspannung (bei Vdd größer 6V) einen 1uF Kondensator ... 
gefühlt würde ich was im Bereich 1-10uF nehmen, dazu parallel noch 
100nF...