Arduino + RGB LEDS an LiIon / Lipo

[Mathias K. (mathias_k148)]

Hallo Zusammen,

ich habe ein recht ähnliches Projekt wie hier vor...

Beitrag "RGB-LEDs mit Arduino und PWM - Schaltplan so ok?"

... mit dem Unterschied, dass das ganze möglichst effizient in 
Verbindung mit einem Arduino Nano und 3,6-3,7V LiPo / LiIon Akkus 
vonstatten gehen sollte (zb 9*18500 Zellen bei 3,7V).

Im Prinzip sollen etwa 6-24 oder auch mehr RGB LEDs (alle selbe Farbe) 
angesteuert werden.

LEDs erstmal normale 20mA RGBs, etwa 2,2V Rot, 3,0-3,4V grün / blau. 
Meist wohl eher gedimmt über PWM und selten auf MAX.

Versorgung...

LiPo / Li-Ion: Am einfachsten wäre es wohl das System mit 
~3,0(leer)-4,2V(Ladeendspannung) zu betreiben, also ein Akku in Reihe, 
ladbar über 5V und Lademodul.
Würde aber auch bedeuten, dass ich viele Vorwiderstände bei den LEDs 
brauche da ich immer 1 Vorwiderstand / Farbe habe, richtig?

Das Arduino und der Rest der HW lässt sich bei etwa 3-4V betreiben, kann 
aber auch mehr ab.

Wenn ich nun zb die Zellen zu je 2 in Reihe schalte, dann hätte ich etwa 
7,4V, würde mir Vorwiderstände sparen aber das Laden wäre komplexer und 
müsste überwacht werden - effizienter wäre es wohl auch nicht.

Gehen wir von 0,02A / Farbe aus, bei ~3,7V Versorgungsspannung, dann 
komme ich auf

Blau/Grün: (3,7V-3,2V)/0,02A = 25 Ohm
Rot: (3,7V-2,2V)/0,02A = 75 Ohm.

Pauschal hätte ich 27 Ohm und 82 Ohm Widerstände genommen da recht üppig 
zu bekommen.

Gehn wir mal von 24LEDs aus, käme ich Vollast auf 0,02A x 3 Farben 
x24LED = ~1,45A bzw pro Farbe 0,5A.

Aus dieser geplanten Schaltung tun sich mir nun mehrere Fragen auf:

-> Versorgungsspannung:
Leuchten die LEDs bei einfacher LiIon / Lipo Schaltung auch lange und 
erlauben ein ordentliches Entladen der Akkus?
Bei 3,1V und 27 Ohm bekämen die LEDS (grün Blau) ja wohl nur noch 3,1V 
-(0,02A*27 Ohm) = 2,56V ab.
Wie kann ich denn eine optimale und gleichbleibende Versorgung 
gewährleisten? Konstantstromquelle und zb auf 7,4V oder gar mehr 
betreiben?
Was wäre der effizienteste und professionellste Weg?

Wie schalte ich die dann nötige Spannung / Strom am besten über die PWM 
Outs des Arduinos? Welchen Transistor nehm ich?

Vielen herzlichen Dank für eure Mühen!

Grüßle Kraut

[Hubert G. (hubertg)]

Mathias K. schrieb:
> Bei 3,1V und 27 Ohm bekämen die LEDS (grün Blau) ja wohl nur noch 3,1V
> -(0,02A*27 Ohm) = 2,56V ab.

Die Spannung über die Led bleibt gleich, solange die Batteriespannung 
über der Ledspannung liegt, nur der Strom sinkt.

Als Transistor kannst du einen BC337 nehmen. FET mit kleiner Leistung 
gibt es fast nur in den div. SMD-Ausführungen.

Einen 2S-LiPo nehmen, die Led damit versorgen, die sich verringernde 
Spannung messen und in die PWM einfließen lassen.

[Mathias K. (mathias_k148)]

erstmal danke für die Antwort!! :)

SMD ist kein Problem, später sollte das eh bestückt werden. Klar, für ne 
Testschaltung wäre nen "steck / lötbarer" Transistor Vorschlag gut, 
außer es gibt noch sinnigere, effizientere Lösungen. BC337 klingt 
brauchbar - ma studieren.

> Die Spannung über die Led bleibt gleich, solange die Batteriespannung
> über der Ledspannung liegt, nur der Strom sinkt..

wie erklärt sich das physikalisch? Der Widerstand bleibt doch derselbe, 
oder? Unabh. von der Ladespannung fungiert er als Spannungsteiler. In 
dem Fall fix 27 Ohm. Vielleicht denk ich da aber auch falsch?

Was gilt als LED Spannung? Gehen wir mal von späteren 5050 SMD 30ma LEDs 
aus, sowas hier
http://www.pur-led.de/index.php?cl=details&anid=8dc25945b1f88ccb8b56ad2a2c3fd714&adword=google-de/artikelbox/pur-led/&gclid=CjwKEAiAkvmzBRDQpozmt-uluCQSJACvCd1l0O0wTR6gjump8pTUC0jxvRBBTX69IUieCfnZwa0PrhoCeG_w_wcB

also etwa 3,2 V bei blau / grün.

Rechne ich mit 4,2V (Ladeendspannung) oder 3,7V bei einem Li-Ion / Po 
Akku (?) gerade auch um dien Vorwiderstand der Farben / LED zu 
dimensionieren...
LiIon / Po gilt wohl dass laut Ladekurve viele Steuerungen bei 3,0 -3,2 
V abschalten. Im Regelfall liegt die Spannung >3,2V (bei 25°V)

>Einen 2S-LiPo nehmen, die Led damit versorgen, die sich verringernde
>Spannung messen und in die PWM einfließen lassen.

warum genau 2S (7,4V)? Verbrate ich dann nicht viel Saft am 
Vorwiderstand? (mehr als die Hälfte)
Was genau ändert die PWM am Sachverhalt, ist die LED / 
Vorwiderstanddsache nicht statisch?

[Hubert G. (hubertg)]

Mathias K. schrieb:
>> Die Spannung über die Led bleibt gleich, solange die Batteriespannung
>> über der Ledspannung liegt, nur der Strom sinkt..
>
> wie erklärt sich das physikalisch? Der Widerstand bleibt doch derselbe,
> oder? Unabh. von der Ladespannung fungiert er als Spannungsteiler. In
> dem Fall fix 27 Ohm. Vielleicht denk ich da aber auch falsch?
>
> Was gilt als LED Spannung? Gehen wir mal von späteren 5050 SMD 30ma LEDs
> aus, sowas hier
> 
http://www.pur-led.de/index.php?cl=details&anid=8dc25945b1f88ccb8b56ad2a2c3fd714&adword=google-de/artikelbox/pur-led/&gclid=CjwKEAiAkvmzBRDQpozmt-uluCQSJACvCd1l0O0wTR6gjump8pTUC0jxvRBBTX69IUieCfnZwa0PrhoCeG_w_wcB
>
> also etwa 3,2 V bei blau / grün.

Die Durchflussspannung einer Led bleibt in weiten Bereichen relativ 
konstant, egal ob 2mA oder 20mA durchfließen.

Mathias K. schrieb:
> Rechne ich mit 4,2V (Ladeendspannung) oder 3,7V bei einem Li-Ion / Po
> Akku (?) gerade auch um dien Vorwiderstand der Farben / LED zu
> dimensionieren...
> LiIon / Po gilt wohl dass laut Ladekurve viele Steuerungen bei 3,0 -3,2
> V abschalten. Im Regelfall liegt die Spannung >3,2V (bei 25°V)

Den Vorwiderstand wird man bei 3,7V berechnen

Mathias K. schrieb:
> warum genau 2S (7,4V)? Verbrate ich dann nicht viel Saft am
> Vorwiderstand? (mehr als die Hälfte)
> Was genau ändert die PWM am Sachverhalt, ist die LED /
> Vorwiderstanddsache nicht statisch?

Du kannst natürlich auch mehr nehmen. Klar das man am Vorwiderstand 
etwas verliert. Allerdings wird eine grün/blaue Led bei 3V kaum mehr 
leuchten.
Über die PWM kann man die Helligkeit, bei nachlassender Spannung und 
daher auch geringeren Strom, nachregeln.