PWM erzeugen mit niederohmigen 0V-Zustand

[Jan Theiss (Gast)]

Hallo,

folgendes ist mein Projekt: bestehende Lichtseilsysteme mit 
LED-Strahlern, die mit 12V-Wechsel laufen, gleichrichten und dann mit 
einer PWM dimmbar machen. Die Steuerung erfolgt mit einem ESP12f (0-3.3V 
Ausgang, 160Hz).
Die bisherige Schaltung sieht wie folgt aus: ein Brückengleichrichter 
und ein entsprechend großer Kondensator erzeugen mit meine 
Gleichspannung -> funktioniert. Mit einem FET unterbreche ich die Masse 
zwischen den LED-Strahlern und dem Kondensator, wenn die Strahler aus 
sein sollen.
Das Problem ist: Manche Strahler haben eine Kapazität eingebaut, die den 
Strahler für 2us weiter leuchten lässt. An einen Signalgenerator mit 
50Ohm Innenwiderstand angeschlossen, kann dieser sich aber anscheinend 
darüber entladen.
Long Story short: Meine Schaltung muss 3 Anforderungen erfüllen. 1) bei 
3.3V sicher schalten, 2) bei 0V niederohmig sein, dass sich die 
Kondensatoren schnell entladen können und 3) muss das Ganze relativ 
klein sein.

Gibt es einen fertigen Baustein, der so etwas kann oder einfache 
Schaltungen, die jeder nutzt? Irgendwie kam ich bei Google auf keinen 
grünen Zweig, aber diese Anforderungen an einen PWM-Ausgang habe doch 
mit Sicherheit nicht nur ich...

Liebe Grüße und vielen Dank!

[Stefan F. (Gast)]

> bei 0V niederohmig sein

Das wäre falsch, denn damit würdest du die Kapazitäten in den Lampen 
kurzschließen. Du weißt nicht, wie hoch der Strom dann ist und wie viel 
Abwärme das erzeugt.

Lampen mit Kondensatoren sind prinzipiell nicht geeignet, mit PWM 
angesteuert zu werden.

Wenn du es trotzdem unbedingt versuchen willst, dann erzeuge mit Hilfe 
von PWM einen geregelten Gleichstrom, den du dann an die Lampe heran 
führst. Dann brauchst du aber für jede Lampe einen eigenen Stromregler.

Dazu kannst Du Dich mal informieren, wie Step-Down Schaltwandler 
funktionieren.

Sowas kann man auch fertig kaufen, nennt sich "Dimmbarer LED Treiber". 
Diese preiswerten Produkte haben in der Regel einen Steuereingang an den 
man über einen Transistor oder Optokoppler das PWM Signal anlegen kann. 
Eventuell musst die PWM Frequenz etwas erhöhen. Schau dazu in das 
Datenblatt des jeweiligen LED Treibers.

[Jan Theiss (Gast)]

Hallo,

dass 0 Ohm zu wenig ist, ist mir bewusst. Aber 12V/200mA sind 60 Ohm, 
das ist doch relativ niederohmig.

Gleichstrom funktioniert nicht, weil andere Strahler nicht dafür 
ausgelegt sind und sich nur über PWM dimmen lassen.

Die Kapazitäten scheinen aber nicht groß zu sein, und ich brauche auch 
keine Perfektion. Alles, was dafür sorgt, dass die Strahler sich in 
0,5us entladen, reicht mir.

Liebe Grüße

[Patrick J. (ho-bit-hun-ter)]

Hi

Was stört Dich an den 2µs?
Mach die PWM langsamer, daß die Strahler die 2µs Zeit haben, aus zu 
gehen.
(Wobei 160Hz nicht nach 2µs klingen)

MfG

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> Long Story short: Meine Schaltung muss 3 Anforderungen erfüllen. 1) bei
> 3.3V sicher schalten, 2) bei 0V niederohmig sein, dass sich die
> Kondensatoren schnell entladen können und 3)

da die LED vermutlich auch einen Gleichrichter eingebaut haben, kannst 
du den Kondensator von Außen nicht entladen.

Wenn du die Lampe eh aufmachen musst, kannst du auch den Gleichrichter 
und den Kondensator ausbauen.

12V Gleichrichtung und dann einen Kondensator kann für einige LEDs auch 
Tödlich sein. Sie wollen 12V Wechselspannung oder 12V Gleichspannung und 
keine 26V Gleichspannung.

[Peter II (Gast)]

Korrektur:

12V Gleichrichtung und dann einen Kondensator kann für einige LEDs auch
Tödlich sein. Sie wollen 12V Wechselspannung oder 12V Gleichspannung und
keine 16V Gleichspannung.

[Mikro 7. (mikro77)]

Eine Zeichnung könnte hilfreich sein.

ATM hört es sich für mich so an:

* du hast Lampen 12V= mit internem Spannungsregler
* die du mit 160Hz PWM dimmen möchtest (MOSFET schaltet 12V)
* die Lampen leuchten 2us aufgrund einer internen Kapazität nach der 
Unterbrechung weiter

Du möchtest, dass sich die Kapazität schnell entlädt. In welchem 
Zusammenhang "niederohmig" ins Spiel kommt, ist mir unklar. Du möchtest 
parallel zur Lampe ein Widerstand zum Entladen schalten? Einen zweiten 
Mosfet, der den Widerstand schaltet?

Wieso ein Nachleuchten von 2us (bei 160Hz) ein Problem darstellt, ist 
mir unklar. Meinst du Millisekunden?

[Jan Theiss (Gast)]

Hallo :-)

vielen Dank für die rege Beteiligung.

Zu aller erst: Ich meine natürlich 2ms, die die LEDs nachleuchten.

Ich richte die 12VWechsel ganz normal mit einem Brückengleichrichter 
gleich und glätte die mit einem Kondensator. Keine 26V oder so, nur 12V=

Die Strahler, die ich im Labor an einem Signalgenerator mit 50Ohm 
Innenwiderstand getestet habe, ließen sich alle mit PWM dimmen. Ich 
vermute, das die keine Dioden zum Gleichrichten nutzen, sondern FETs 
oder so. Fakt ist, es geht. Die Antwort auf die Warum-Frage kann ich nur 
spekulieren.

Der Rest stimmt so, wie Mikro77 es beschrieben hat: ein Widerstand soll 
parallel geschaltet sein, über den sich die Kapazität "schneller" 
entlädt. Im Moment hängt der Minus-Pol der Strahler im "Aus"-Zustand 
offen rum, deswegen ist meine Versorgung quasi hochohmig -> mit 
niderohmig meinte ich eben den "Kurzschluss" (bzw. Entladewiderstand).

Liebe Grüße und nochmal vielen vielen Dank!

[Jan Theiss (Gast)]

Hier nochmal die aktuelle (sehr einfache) Schaltung. Der FET ist ein 
IRF7470.Das gestrichelte müsste irgendwie hinzugeschaltet werden.

[Stefan F. (Gast)]

Was du haben willst ist also nicht ein einfacher Transistor zum Schalten 
der last, sondern eine Push-Pull Stufe aus zwei Transistoren.

Die hätte dann aber annähernd 0 Ohm Ausgangswiderstand, also muss dann 
noch ein Widerstand hinzugefügt werden, der den Ausgangswiderstand 
wieder erhöht. Und wenn du nicht auf große Menge Verlustleistung stehst, 
sollte diese Push-Pull Stufe mit einer Totzeit angesteuert werden.

Solche Sachen kann man fertig als IC kaufen, sie heißen dann "Motor 
Driver" oder "H-Bridge". Davon brauchst du dann jeweils nur eine Hälfte. 
Also eine Halb-Brücke.

Stichworte zum Googeln: Halbbrücke, Push-Pull

[Patrick J. (ho-bit-hun-ter)]

Hi

Jan Theiss schrieb:
> Ich richte die 12VWechsel ganz normal mit einem Brückengleichrichter
> gleich und glätte die mit einem Kondensator. Keine 26V oder so, nur 12V=

Die Spitzenspannung der 12V Wechselspannung ist um Einiges höher, als 
12V.
Sowohl bei AC wie bei DC spricht man von dem Effektivwert der Spannung.
Bei DC ist Das einfach - beide Werte sind identisch.
Bei AC hast Du aber Zeiten, in Denen die Spannung <12V sind - somit hast 
Du auch Zeiten, in Denen die Spannung >12V.
Nach dem Gleichrichten hast Du 'Spannungshubbel' mit >12V 
(Spitzenspannung - 2x Dioden-Spannung).
Wenn jetzt ein Kondensator dazu kommt, wird hier drin die Spannung 
'aufgestaut' - Du bekommst mehr als die 12V der Versorgung.

Deine LED-Birnchen sind aber ggf. für diese höhere Spannung ausgelegt, 
da Sie ja auch an 12V AC betrieben werden und eine LED halt doch 
irgendwie Gleichspannung sehen will.

Einen 12V LED-Stripe würde ich Da aber nicht anschließen - Der wird Dir 
- über kurz oder lang - abrauchen.

MfG

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> Die Strahler, die ich im Labor an einem Signalgenerator mit 50Ohm
> Innenwiderstand getestet habe, ließen sich alle mit PWM dimmen.
> Ich
> vermute, das die keine Dioden zum Gleichrichten nutzen, sondern FETs
> oder so. Fakt ist, es geht. Die Antwort auf die Warum-Frage kann ich nur
> spekulieren.

Dioden werden sie auf jeden Fall haben, eventuell keine Kondensator.

[Jan Theiss (Gast)]

Danke Stefan, damit komme ich bestimmt weiter, so aus dem stand ist mir 
nur das mit der Totzeit noch nicht ganz klar.

@Patrick: ich studiere Elektronik, mittlerweile sogar schon im 7. 
Semester, mir fehlt leider die praktische Erfahrung und die Begriffe, 
nach denen ich googeln kann. Der Kondensator ist für eine Welligkeit von 
1,5V ausgelegt, mit dem Oszillieren hab ich aber festgestellt, dass es 
doch etwas mehr ist. Aber alles noch im Rahmen. Bei zB LED-Leisten von 
Ikea liegt ein Netzteil bei, für die bisherige Schaltung inkl. ESP-Modul 
hat das gereicht, da habe ich den Gleichrichter dann einfach 
weggelassen.

[Jan Theiss (Gast)]

Peter II schrieb:
> Dioden werden sie auf jeden Fall haben, eventuell keine Kondensator.

Naja, einen Energie-Speicher brauchen sie schon zum Nachleuchten. Und 
irgendwie müssen sie sich ja entladen können, am Signalgenerator lassen 
auch die sich mit PWM dimmen, und bei meiner Schaltung nicht...

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> Und
> irgendwie müssen sie sich ja entladen können, am Signalgenerator lassen
> auch die sich mit PWM dimmen, und bei meiner Schaltung nicht...

dann stimmt wohl deine Schaltung nicht. Hast du keine Oszi um mal die 
Spannung zu sehen?

[Jan Theiss (Gast)]

Peter II schrieb:
> Hast du keine Oszi um mal die Spannung zu sehen?

Das gelbe liegt am Seilsystem an, das blaue vorne im Strahler.

[Jan Theiss (Gast)]

Hier mit noch geringerem Duty-Cycle:

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> Das gelbe liegt am Seilsystem an, das blaue vorne im Strahler.

sieht merkwürdig aus. Aber nach einen Kondensator sieht es nicht aus. 
Nicht mal jede Periode ist gleich.

[Jan Theiss (Gast)]

Also der e-Abfall sieht schon nach Kondensator aus. Und nochmal :D im 
Labor mit 50 Ohm Innenwiderstand ist es dann schon so schnell und eckig, 
dass die Endladekurve nicht vom PWM-Rechteck unterscheiden konnte

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> Also der e-Abfall sieht schon nach Kondensator aus.

Der geht doch senkrecht nach unten, wenn die PWM auf 0 geht. Nur geht er 
halt nicht auf 0V?

[Jan Theiss (Gast)]

ich meinte den e-Abfall (also die Kurve von ca. 5 auf 0V).

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> Hier mit noch geringerem Duty-Cycle:

kannst du mal einen Schaltplan zeigen, wie du misst? Bei der PWM wird 
doch bestimmt die GND geschaltet, wie misst du dann die Spannung am 
Stahler?

[Stefan F. (Gast)]

> so aus dem stand ist mir nur das mit der Totzeit noch nicht ganz klar.

Schau hier: 
http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html

Wenn ein MOSFET die Leitung auf 12V High zieht, und dann auf einen 
anderen umgeschaltet wird, der sie auf 0V zieht, wird es eine kurze 
Übergangsphase geben, in der beide MOSFET leiten. Dann hast du einen 
Kurzschluss.

Totzeit bedeutet, dass zuerst der eine MOSFET abschaltet, dann wartet 
man ein paar ns, und erst danach schaltet man den anderen MOSFET ein.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Vergiss Dimmen der LED mit PWM. Das ergibt eine Strobo Beleuchtung. Und 
ist etwas vom ätzendsten was es gibt. LED kann man doch sehr praktisch 
per DC dimmen. Und sit erst noch viel einfacher.

[Jan Theiss (Gast)]

@Stefan: der Übergangsmoment ist mir bewusst, aber im ns-Bereich mit 
einem Widerstand (wo muss ich mir noch anschauen) sollte da doch etwas 
möglich sein... der ganze Aufwand ist ja eh nur bei Lichtsystemen und 
nicht bei LED-Leisten interessant, und das wiederum ist meistens nicht 
gedimmt, nur beim ein- und ausschalten.

@Sapperlot: Funktioniert schon, und mich stört es ab 140 Hz nicht mehr. 
So schnell bewegt sich bei mir nix. Und der Controller hängt im WLAN mit 
Siri. Und alles verschwindet in der Wand/Deckenleuchte...

@Peter II: Einmal über den LED-Kasten in meinem "Schaltplan" und dann im 
Strahler vorne an zwei Kontakten, an denen die reinen LEDs hingen => 
also vor und hinter der Elektronik im Strahler. Die ist praktischer 
Weise auch komplett vergossen :D

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> @Peter II: Einmal über den LED-Kasten in meinem "Schaltplan" und dann im
> Strahler vorne an zwei Kontakten, an denen die reinen LEDs hingen =>
> also vor und hinter der Elektronik im Strahler. Die ist praktischer
> Weise auch komplett vergossen :D

wenn du aber in der PWM die Masse schaltest, dann überbrückst du doch 
mit der Masse vom 2.Kanal im Oszi deine PWM.

[Jan Theiss (Gast)]

Peter II schrieb:
> dann überbrückst du doch mit der Masse vom 2.Kanal im Oszi deine PWM

das verstehe ich nicht :'/ an A und B ist gelb, an C und D ist blau. Ich 
hab auch teilweise nur B oder D angeschlossen gehabt, hat keinen 
sichtlichen Unterschied gemacht.

[Patrick J. (ho-bit-hun-ter)]

Hi

Die GND-Klemmen der Tastköpfe sind untereinander verbunden (und mit dem 
Gehäuse und mit dem PE-Leiter der Steckdose).
Somit schließt Du Dir die Anschlußstellen, an Denen Du die Klammern der 
Tastköpfe anklemmst, über das Oszi kurz.

... habe da leidvolle Erfahrung mit einem USB-Vorsatz und einer 
DC-Drechselmotorsteuerung ... (wobei hier erschwerend hinzu kam, daß das 
Oszi ganz ohne galvanische Trennung auch noch 230V, bzw. Deren 
gleichgerichtetes Potential, über die USB-Buchse ableitete R-I-P)

MfG

[Peter II (Gast)]

Jan Theiss schrieb:
> das verstehe ich nicht :'/ an A und B ist gelb, an C und D ist blau. Ich
> hab auch teilweise nur B oder D angeschlossen gehabt, hat keinen
> sichtlichen Unterschied gemacht.

bei meinem Oszi sind von beiden Kanälen die Masse Verbunden. Da du nicht 
weißt was in dem Fragezeichen ist. Überbrückst du Punkt B und D mit 
einander.

[Mikro 7. (mikro77)]

Ausgehend von Beitrag "Re: PWM erzeugen mit niederohmigen 0V-Zustand" wäre 
es (zumindest für mich) hilfreich ein Beispiel zu sehen, wie man den 
zusätzlichen FET schaltet (in Reihe zum "Entladewiderstand") und ggf. 
(erstmal) unabhängig von einer sichernden "Totzeit". Mit "Push-Pull" 
konnte ich (zumindest auf Anhieb) nix passendes finden.

[Stefan F. (Gast)]

Ich habe Dir doch einen Link gegeben, wo diese Schaltungen ausführlich
erklärt sind:
http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/...

Nimm zum Beispiel diese Schaltung:
http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/...

Wenn deine Lampen zwischen 12V und dem Ausgang angeschlossen sind, wäre
der obere Transistor derjenige, wo du deine 50 Ohm in Reihe zum Drain
Anschluss legen würdest. Dann kann der untere Transistor den vollen
Strom schalten und der obere entlädt deine LED Lampen langsam durch
seinen 50 Ohm Reihenwiderstand.

Jetzt musst du nur noch eine Ansteuerung so programmieren, dass die
beiden Transistoren abwechselnd eingeschaltet werden (und niemals
gleichzeitig).

Oder du nimmst gleich die nächste Variante mit dem Treiber IC. Dann
brauchst du nur ein Steuersignal. Kann man wie gesagt als "Motortreiber"
auch fertig kaufen.

[Jan Theiss (Gast)]

@Stefan :-D ich habe nicht den letzten (fragenden) Beitrag verfasst.

@Peter II: Ich hab hier und da mal die GND-Klemme weggelassen, weil es 
nichts geändert hat.