BCR 421 liefert zu "groben" konstanten Strom (mit Messdaten)

[Arokh (Gast)]

Hi,
ich wollte vor ein paar Tagen ein simples Projekt mit 120 LEDs (Weiß 
25mA) (test weise) zum leuchten bringen.

Gedacht war ein 40V DC Netzteil an welchem 12x BCR421 angeschlossen 
werden sollen. Jeder BCR421 soll 10 LEDs in Reihe versorgen.
Da die BCRs auch PWM können hatte ich auch noch vor einen ATTiny mit 12 
Soft-PWM zu nutzen.

BCR 421 Datenblatt Quelle: 
http://www.reichelt.de/index.html?ARTICLE=114328

Nun bin ich aber auf drei Probleme gestoßen.
1. Die vernünftige Wahl von Frequenz und Abstufungen der PWM Ausgänge. 
(Bisher durch Trial and Error herausgefunden)
2. Ein günstiges 40V Netzteil zu finden oder mit einem Trafo selber 
bauen (Reichelt hat leider nur relativ schwache Trafos in dem benötigten 
Voltbereich)
3. Der Strom der vom BCR geliefert wird steigt relativ stark mit der 
Anzahl der angeschlossenen LEDs

Hauptsächlich interessiert mich momentan der dritte Punkt:
Als erstes habe ich test weise 12 LEDs in Reihe an einem BCR 
angeschlossen und Rext so gewählt das 25mA fließt.
Dann habe ich nacheinander, 1, 2, ... LEDs überbrückt und musste leider 
feststellen das ich der Strom um einiges angestiegen ist.
Erst als nur noch ca. 7 LEDs in Reihe waren nahm der Strom wieder 
langsam ab.

Zudem bekomme ich Werte die sich (meiner Ansicht nach) nicht mit den 
Datenblätter decken.
Was mich normalerweise zum Schluss führt das ich irgendwo einen Fehler 
eingebaut habe.
Allerdings benutze ich die vorgeschlagene Schaltung ohne Veränderungen:
Ven = 3.3V (Konstantspannungsregler)
Vs = ca. 36.2V (3 in Reihe geschaltete Netzteile)
Rest variabel.

Im Anhang sind meine gemessene Werte sowie zwei original Graphen aus dem 
Datenblatt,
in denen ich ein paar meiner gemessenen Werte eingetragen habe.

Durchführung der Messungen:
BCR421 auf Lochrasterplatine gelötet (nur die 4 Äußeren Pins benutzt) 
und 4 Kabel angeschlossen welche in einem Breadboard gesteckt wurden.
Verbindungen:
1 (EN) <--> 3.3V Konstantspannungsregler
3 (OUT) <--> 1-12 LEDs <--> Vs
4 (GND) <--> GND (Netzteil)
6 (Rext) <--> Widerstand <--> GND

Messungen:
Rext: In Reihe geschaltete Widerstände 4*10Ohm + 8*7.5Ohm und dann immer 
ein Widerstand weniger angefangen bei den 10Ohm Widerständen
Iout: OUT <--> Multimeter <--> LEDs
Ien: EN <--> Multimeter <--> 3.3V
Vcc: Netzteil+ <--> Multimeter <--> Netzteil-
Ven: Spannung über Konstantspannungsregler
Vleds: Spannung über alle LEDs
Vout: Vcc - Vleds
Leds: Anzahl der angeschlossenen LEDs


Hat jemand eine Idee was ich falsch gemacht habe?

[Falk B. (falk)]

@ Arokh (Gast)

>1. Die vernünftige Wahl von Frequenz und Abstufungen der PWM Ausgänge.
>(Bisher durch Trial and Error herausgefunden)

Mit welchem Ergebnis?

>2. Ein günstiges 40V Netzteil zu finden oder mit einem Trafo selber
>bauen (Reichelt hat leider nur relativ schwache Trafos in dem benötigten
>Voltbereich)

Ein lösbares Problem. 48V ist eine Standardspannung und mit einem Trick 
kann man den "Treiber" auch damit verwenden.

>3. Der Strom der vom BCR geliefert wird steigt relativ stark mit der
>Anzahl der angeschlossenen LEDs

Nö, dann machst du was falsch.

>Als erstes habe ich test weise 12 LEDs in Reihe an einem BCR
>angeschlossen und Rext so gewählt das 25mA fließt.
>Dann habe ich nacheinander, 1, 2, ... LEDs überbrückt und musste leider
>feststellen das ich der Strom um einiges angestiegen ist.

WIEVIEL?

>Erst als nur noch ca. 7 LEDs in Reihe waren nahm der Strom wieder
>langsam ab.

>Was mich normalerweise zum Schluss führt das ich irgendwo einen Fehler
>eingebaut habe.

Wird wohl so sein.

>Ven = 3.3V (Konstantspannungsregler)
>Vs = ca. 36.2V (3 in Reihe geschaltete Netzteile)

Rext?

>BCR421 auf Lochrasterplatine gelötet (nur die 4 Äußeren Pins benutzt)
>und 4 Kabel angeschlossen welche in einem Breadboard gesteckt wurden.
>Verbindungen:

Lass den Unsinn, poste einen vernünftigen Schaltplan. Eine saubere 
Skizze mit Bleistift und Papier reicht, ist im Smartphonezeitalter aber 
wahrscheinlich uncool.

>Hat jemand eine Idee was ich falsch gemacht habe?

Ich vermute, dein Treiber wird recht heiß, denn er muss Vout*I_LED als 
Wärme verheizen. Darum sollte Vout möglicht klein sein (1-5V) und 
ausserdem der IC mit möglichst viel Kupferfläche aufgelötet sein, zur 
Kühlung, siehe Kühlkörper. Wenn der Treiber heiß(er) wird, sinkt 
automatisch der Ausgangsstrom.

Ausserdem solltest du prüfen, ob VEN konstant ist.

[Arokh (Gast)]

>>1. Die vernünftige Wahl von Frequenz und Abstufungen der PWM Ausgänge.
>>(Bisher durch Trial and Error herausgefunden)
>Mit welchem Ergebnis?
44.444Hz fürs PWM mit 130 Stufen
Realisiert durch 8MHz mit 8Bit Timer in CTC mode (180 match)
Softcounter 0-129
(In den folgenden Daten wurde der µC aber abgeklemmt und Ven direkt an 
die 3.3V angeschlossen)

>>Ven = 3.3V (Konstantspannungsregler)
>>Vs = ca. 36.2V (3 in Reihe geschaltete Netzteile)
>Rext?
Rext ist der Name eines pins mit dem man den Strom Iout bestimmen kann.
(Siehe Anhang Graph.png für den Zusammenhang)

>>Als erstes habe ich test weise 12 LEDs in Reihe an einem BCR
>>angeschlossen und Rext so gewählt das 25mA fließt.
>>Dann habe ich nacheinander, 1, 2, ... LEDs überbrückt und musste leider
>>feststellen das ich der Strom um einiges angestiegen ist.
>WIEVIEL?
Bei Vs~=36.2V, Ven=3.33, Rext=100 Ohm und 12 LEDs => Iout = 12.04mA
Selbe bei 6LEDs => Iout = 17.55mA. (Siehe Anhang Data.png für mehr 
Informationen)


>BCR421 auf Lochrasterplatine gelötet (nur die 4 Äußeren Pins benutzt)
>und 4 Kabel angeschlossen welche in einem Breadboard gesteckt wurden.
>Verbindungen:
Ist im Anhang.

>Ich vermute, dein Treiber wird recht heiß, denn er muss Vout*I_LED als
>Wärme verheizen. Darum sollte Vout möglicht klein sein (1-5V) und
>ausserdem der IC mit möglichst viel Kupferfläche aufgelötet sein, zur
>Kühlung, siehe Kühlkörper. Wenn der Treiber heiß(er) wird, sinkt
>automatisch der Ausgangsstrom.
Ein Kühlkörper wird wohl nicht vorgesehen sein da er keine 
Kühlkörperfläche anbietet. (IC Dimensionen sind 2.9mm x 1.6mm)
Und es wird zumindest im Datenblatt nicht explizit darauf hingewiesen 
das eine weitere Kühlung notwendig ist.
Es steht drin das max 1W aushält und auf dem OUT Pin max 40V anliegen 
darf.
Leider habe ich aber nicht nach der Wärmeentwicklung gefühlt.
Sobald ich es wieder aufgebaut habe, werde ich das prüfen.

>Ausserdem solltest du prüfen, ob VEN konstant ist.
Ist definitiv konstant, da ein Festspannungsregler direkt damit 
verbunden ist und ich auch diesen Wert jedesmal gemessen habe.

[Magnus M. (magnetus)]

Arokh schrieb:
>>Ausserdem solltest du prüfen, ob VEN konstant ist.
> Ist definitiv konstant, da ein Festspannungsregler direkt damit
> verbunden ist und ich auch diesen Wert jedesmal gemessen habe.

Wenn dein Aufbau mit deinem geposteten "Schaltplan" übereinstimmt, 
schickst du 43,3V in den Enable Eingang!

[Arokh (Gast)]

>Wenn dein Aufbau mit deinem geposteten "Schaltplan" übereinstimmt,
>schickst du 43,3V in den Enable Eingang!

Oops, korrigierter Plan im Anhang.

[Falk B. (falk)]

@ Arokh (Gast)

>44.444Hz fürs PWM mit 130 Stufen

44 Hz ist etwas wenig zum Dimmen von LEDs, das flimmert.
100 Hz sollten es schon sein, je nach Augenempfindlichkeit verschwindet 
das Flimmern bei vielleicht 60-70 Hz.

>Ein Kühlkörper wird wohl nicht vorgesehen sein da er keine
>Kühlkörperfläche anbietet. (IC Dimensionen sind 2.9mm x 1.6mm)

Die Platine ist der Kühlkörper!

http://www.mikrocontroller.net/articles/K%C3%BChlk%C3%B6rper#Die_Platine_als_K.C3.BChlk.C3.B6rper

>Und es wird zumindest im Datenblatt nicht explizit darauf hingewiesen
>das eine weitere Kühlung notwendig ist.
>Es steht drin das max 1W aushält und auf dem OUT Pin max 40V anliegen
>darf.

Und du glaubst, dass dieses kleine Gehäuse ohne weiteres 1W abführen 
kann, ohne zu Weißglut überzugehen? ;-)
Du hast dir wohl noch nie die Finger an einem kleinen Widerstand oder 
Transistor im Metallgehäuse verbrannt?

Ich halte die 1W für reines Marketing! Denn 1W kriegt man schon von 
deutlich größeren Gehäusen wie SOT223 oder DPAK nicht so einfach weg!
Ich würde mal bestenfalls 300mW ansetzen!

[Soul E. (Gast)]

Falk Brunner schrieb:

> 44 Hz ist etwas wenig zum Dimmen von LEDs, das flimmert.
> 100 Hz sollten es schon sein, je nach Augenempfindlichkeit verschwindet
> das Flimmern bei vielleicht 60-70 Hz.

Nimm 250 Hz. Mit 100 Hz flimmert die Lampe nicht mehr, aber Du siehst 
merkwürdige Streifenmuster, wennn Du ins Licht schaust und dabei den 
Kopf drehst. Einen ähnlichen Effekt hat man bei DLP-Videoprojektoren 
("Beamern").

[Arokh (Gast)]

>44 Hz ist etwas wenig zum Dimmen von LEDs, das flimmert.
>100 Hz sollten es schon sein, je nach Augenempfindlichkeit verschwindet
>das Flimmern bei vielleicht 60-70 Hz.

Oh, ich meinte 44kHz fürs PWM, vorrausgesetzt das eine PWM Periode 
zwischen zwei möglichen Pegeländerungen liegt.
Nach ein bisschen googlen scheint diese Annahme nicht korrekt zu sein.
So wie ich es jetzt verstanden habe, scheint es ein Einschalt und 
Ausschalt Paar zu sein.
In dem Falle: 8MHz  180  130 = 341Hz

In dem Datenblatt ist von 10kHz PWM, ist damit wirklich die PWM Frequenz 
gemeint?
Also mit Einschalt + Ausschalt als Periode.
Weil sobald ich die Frequenz erhöhe fängt wieder an zu "flimmern".
Flimmern in Anführungszeichen da eher Effekte ähnlich zu Aliasing 
auftreten
=> Mit stetigen erhöhen der Frequenz geht sich flimmern in langsames 
pulsieren über und vice versa.
Pulsieren nicht im Sinne von komplett an und aus sondern leichtes 
schwanken um die Ziel Helligkeit.
Der µC sollte nicht schuld sein (genauer: Verzögerte ISR), da ich es 
vorher mit 12 direkt angeschlossenen LEDs (mit Widerstand natürlich) 
versucht habe und es dort einwandfrei geklappt hat.

>Und du glaubst, dass dieses kleine Gehäuse ohne weiteres 1W abführen
>kann, ohne zu Weißglut überzugehen? ;-)
>Du hast dir wohl noch nie die Finger an einem kleinen Widerstand oder
>Transistor im Metallgehäuse verbrannt?
Mhh, überzeugt, ich werde einen neuen BCR nehmen, nochmal testen und 
dabei auf die Wärmeentwicklung achten.
Hoffentlich ist das die Ursache.