Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET im Linearbetrieb mit Microcontroller


von Pascal H. (0skill)


Lesenswert?

Hallo,

Bin gerade dabei mir einen LED Treiber zu bauen.
Anfangs dachet ich an PWM nach ein wenig recherchieren bin ich über
Lineartreiber gestolpert.
Also hab ich mir zum testen mal ein paar geeignete MOSFETs besorgt
und einen Spannungsteiler aus einem Fixwiderstand und einem Poti gemacht
Funktioniert ganz gut soweit
Nun möchte ich gerne mit einem uController den Strom über einen Shunt 
messen und dadurch den Ausgang regeln.
Das ganze wäre ja eigentlich nicht so schwer nur ist mir jetzt unklar 
wie ich ein sauberes Analog Signal aus meinem uC bekommen soll weil wenn 
ich mir einen PWM Ausgang Programmiere
schalte ich den FET ja genau mit der Frequenz und ich bin wieder bei 
einem PWM Treiber

Oder würde es reichen das PWM Signal mit einem Kondensator zu glätten?
Oder wie macht man das sonst so?

von TestX (Gast)


Lesenswert?

Was du suchst nennt sich Stromregler/stepdown und wird von sogut wie 
jedem guten led treiber umgesetzt.

Linearbetrieb nutzt man hingegen nur für spezialanwendungen

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

Pascal H. schrieb:
> Oder würde es reichen das PWM Signal mit einem Kondensator zu glätten?

Nein, du brauchst im einfachsten Fall einen RC-Tiefpass.

Ein einfacher Kondensator dirket an deinem PWM Ausgang würde nur zu 
extremen Lade-/Entladeströmen im Takt deines PWM-Signals führen.

von Wilhelm M. (wimalopaan)


Lesenswert?

Der Tiefpass ist das menschliche Auge. In der Kette davor (µC, Fet, LED, 
Kanal) ist es besser, mit PWM zu arbeiten, um die Verluste zu 
minimieren.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


Lesenswert?

Hallo,

letztendlich wird trotz einer Tiefpassfilterung des PWM-Signals eine 
Regelschwingung entstehen, die um den genauen momentanen Wert herum 
pendeln wird, da die PWM immer diskrete Stufen hat.

MfG

von H.Joachim S. (crazyhorse)


Lesenswert?

Pascal H. schrieb:
> Nun möchte ich gerne mit einem uController den Strom über einen Shunt
> messen und dadurch den Ausgang regeln.

> Oder wie macht man das sonst so?

Das passende Bauteil nennt sich OP und existiert seit >50 Jahren.
Wenn du sowieso linear regeln willst macht der das besser als ein MC.

von Pascal H. (0skill)


Lesenswert?

TestX schrieb:
> Was du suchst nennt sich Stromregler/stepdown und wird von sogut wie
> jedem guten led treiber umgesetzt.
>
> Linearbetrieb nutzt man hingegen nur für spezialanwendungen

Das ganze wird eine Stirnlampe
Linearbetrieb nutzt man wenn man im unteren Bereich effizient 
(Lumen/Watt rein an der LED) sein will
es geht hier um Cree XHP70 LEDs die ziehen ~2,4A @~5,8V
Ich schalte 2 in Serie. Das LiIon Akkupack hat vollgeladen 12,6V
Bedeutet bei 100% Output bleibt mir 1Vx2,4A= 2,4W was ich am FET 
verheizen muss
Wenn ich im PWM den FET voll durchschalte jage ich ~5A durch die LED

Deshalb wenn ich im PWM betrieb jedes Puls voll durchschalte verbrate 
ich an der LED unnötig Leistung was wiederum schwerer zu kühlen ist als 
ein FET der gerade mal 2,4W verbraten muss und das Verhältnis Lumen/Watt 
sinkt
Ein MOSFET wird dabei ja nichtmal wirklich warm

PWM ist bei 100% Output und darüber hinaus gleich effizient
mir geht es aber hier im Linearbetrieb um die unteren Bereiche

Ich will an der Lampe dann einfach ein paar modes haben zwischen denen 
ich dann per Taster durchschalte also quasi 10% 20% usw bis ca 150% 
Output und einen Spezial Mode als quasi Fotoblitz 1Sek Direkt Drive

von Einer K. (Gast)


Lesenswert?

Hört sich an, als wärest du verwirrt....

Aus meiner Sicht benötigst du eine KSQ für deine LEDs.
Und wenn du es in Stufen wünscht, ist eine mit Dim Eingang, oder eine 
mit PWM schaltbare, das richtige.

2 Polige, in der Stärke, habe ich noch nicht gesehen.

von Georg M. (g_m)


Lesenswert?

Pascal H. schrieb:
> Deshalb wenn ich im PWM betrieb jedes Puls voll durchschalte verbrate
> ich an der LED unnötig Leistung

Beim Stepdown-LED-Treiber ist eine kleine Induktivität vorhanden. So 
wird der Strom effizienter begrenzt als mit einem Widerstand.

http://www.ebay.de/itm/1PCS-3W-DC-DC-7-0-30V-Nach-1-2-28V-LED-Lampe-Treiber-Unterstutzung-PWM-Dimmer-GE/172792261908

https://www.ebay.de/itm/350mA-1W-LED-Treiber-PWM-Light-Dimmer-DC-DC-5-35V-Step-Down-Module/152713284402

von Pascal H. (0skill)


Lesenswert?

Arduino F. schrieb:
> Hört sich an, als wärest du verwirrt....
>
> Aus meiner Sicht benötigst du eine KSQ für deine LEDs.
> Und wenn du es in Stufen wünscht, ist eine mit Dim Eingang, oder eine
> mit PWM schaltbare, das richtige.
>
> 2 Polige, in der Stärke, habe ich noch nicht gesehen.

Ja genau einen Konstantstromquelle
Genau das ist ja ein MOSFET im Linearbetrieb (mir ist klar das er 
eigentlich ein regelbarer Widerstand ist)

Nur wie realisiere ich das jetzt mit meinem uC
Analog wäre es ja relativ leicht realisiert
Aber halt ohne Stromregelung ohne die definierten Sprünge und ohne 
Temperaturüberwachung

von Der Mitleser (Gast)


Lesenswert?

PWM-Ausgang, RC-Tiefpass-Filter 1. oder 2. Ordnung, erzeugt eine schöne 
analoge Spannung. Mit der dann ans Gate vom MOSFET.

Strommess-Widerstand low-side an LED, Spannung zwischen LED und 
Strommess-Widerstand abgreifen und Operationsverstärker oder Komparator 
einfüttern.

So kannst Du alles machen, inklusive linearer Ansteuerung und 25%, 50% 
etc. und Temperatur-Überwachung mittels NTC.

von Pascal H. (0skill)


Lesenswert?

Der Mitleser schrieb:
> PWM-Ausgang, RC-Tiefpass-Filter 1. oder 2. Ordnung, erzeugt eine schöne
> analoge Spannung. Mit der dann ans Gate vom MOSFET.
>
> Strommess-Widerstand low-side an LED, Spannung zwischen LED und
> Strommess-Widerstand abgreifen und Operationsverstärker oder Komparator
> einfüttern.
>
> So kannst Du alles machen, inklusive linearer Ansteuerung und 25%, 50%
> etc. und Temperatur-Überwachung mittels NTC.

Danke genau das sind die Infos die ich brauche
Ich hoffe dann mal das ich den Rest alleine schaffe (Der Elektronik 
superhero bin ich ja leider nicht) aber anhand der pwm Frequenz den 
tiefpass auslegen sollte ich hinbekommen

Vielen Dank

von Helmut L. (helmi1)


Lesenswert?

Pascal H. schrieb:
> Ja genau einen Konstantstromquelle
> Genau das ist ja ein MOSFET im Linearbetrieb (mir ist klar das er
> eigentlich ein regelbarer Widerstand ist)

Und genauso macht man es nicht. Du verbraets unnoetig Energie im FET.
Was du brauchst ist eine geschaltete Stromquelle und die braucht um 
effektiv zu arbeiten eine kleine Spule.

von Dinosaurier (Gast)


Lesenswert?

Helmut L. schrieb:
> Und genauso macht man es nicht

Warum? Ist doch eine Stirnlampe, und grad im Winter tauscht man doch 
gerne Akkulaufzeit gegen warme Ohren. Also zwei FETs an langen Kabeln 
hinter die Löffel!

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


Lesenswert?

Pascal H. schrieb:
> Das LiIon Akkupack hat vollgeladen 12,6V

Wenn du möchtest, dass die Lampe nicht schon nach 10 Minuten wieder
ausgeht, musst du die Akkuspannung bei fast leerem Akku messen. Die
12,6V bei ganz frisch geladenem Akku deuten auf 3 Zellen mit je 3,7V
Nennspannung hin, auf die die Zellenspannung mit Beginn der Entladung
schnell absinkt. Die Gesamtnennspannung ist also 11,1V. Rechnen wir 0,1V
für die Regelung, dann bleiben für jede der beiden LEDs etwa 5,5V. Das
ist aber sehr optimistisch gerechnet, denn einerseits sinkt die Spannung
bei Belastung noch etwas, andererseits möchtest du Akku ja sicher etwas
weiter als bis zur Nennspannung entladen (bspw. auf 3,3V pro Zelle).
Dann bleiben für jede LED nur noch 4,9V. Laut Datenblatt der XHP70
beträgt die Flussspannung bei 2100mA typisch 5,8V und maximal 6,2V. Du
musst also damit rechnen, dass die LEDs bei nicht mehr ganz vollem Akku
nur noch glimmen und bei weiterer Entladung gar nicht mehr leuchten.

von Helmut L. (helmi1)


Lesenswert?

Dinosaurier schrieb:
> Also zwei FETs an langen Kabeln
> hinter die Löffel!

Muss man sich da die Ohrlaeppchen stechen lassen um die FETs daran 
festzuschrauben?

von Pascal H. (0skill)


Lesenswert?

Yalu X. schrieb:
> Pascal H. schrieb:
>> Das LiIon Akkupack hat vollgeladen 12,6V
>
> Wenn du möchtest, dass die Lampe nicht schon nach 10 Minuten wieder
> ausgeht, musst du die Akkuspannung bei fast leerem Akku messen. Die
> 12,6V bei ganz frisch geladenem Akku deuten auf 3 Zellen mit je 3,7V
> Nennspannung hin, auf die die Zellenspannung mit Beginn der Entladung
> schnell absinkt. Die Gesamtnennspannung ist also 11,1V. Rechnen wir 0,1V
> für die Regelung, dann bleiben für jede der beiden LEDs etwa 5,5V. Das
> ist aber sehr optimistisch gerechnet, denn einerseits sinkt die Spannung
> bei Belastung noch etwas, andererseits möchtest du Akku ja sicher etwas
> weiter als bis zur Nennspannung entladen (bspw. auf 3,3V pro Zelle).
> Dann bleiben für jede LED nur noch 4,9V. Laut Datenblatt der XHP70
> beträgt die Flussspannung bei 2100mA typisch 5,8V und maximal 6,2V. Du
> musst also damit rechnen, dass die LEDs bei nicht mehr ganz vollem Akku
> nur noch glimmen und bei weiterer Entladung gar nicht mehr leuchten.

Ok da muss ich dir jetzt recht geben
Daran hab ich jetzt im ersten Moment garnicht gedacht
Wenn man 4s Akkupacks verwenden würde verheizt man dann schon wieder 
extrem viel Energie im Linear Mode bei hohen Strömen
Da wäre dann pwm wohl wieder besser oder?

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.