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Thema: Einfache Schaltung will nicht....

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von oratus sum
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    Einfache Schaltung will nicht....

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    Guten Abend...

    Aus gegebenen Anlass habe ich mir vorgenommen eine schöne LED-Weihnachtsdeko zu basteln.

    Die Schaltung ist im Grunde ganz einfach:
    3 Rote High-Power LEDs
    3 GrüneHigh-Power LEDs
    3 Blaue High-Power LEDs
    3 Weiße High-Power LEDs

    Bis auf die Rote habe alle U=3,85V und I=1,5A sind ca 5W LEDs
    Die Roten sind bei U=3,4V und I = 1,5A

    Soweit so gut. Die Vorwiderstäne passen, sind überhaupt 11Watt Widerstände. Etwas oversized aber sie dienen auch als "Platinenabstandshalte" zur Steuerplatine.

    Die Schaltung ist eigentlich recht simpel:

    Alle LEDs sind mit der Kathode auf Masse.
    Die Anoden der einzelnen Farben sind getrennt, LEDs von der selben Farbe haben ihre Anode zusammen.

    Daraus resultieren 4 "große" Leds, die ihre Kathoden zusammen auf Masse haben.

    Als Controller kommt ein Mega16 ins Spiel. Der soll zunächst nichts weiter machen, als die LEDs zum blinken bringen.

    Als "Schalter" verwende ich den TTL-POWER-MOSFET IRLZ34N.

    Diesen habe ich schon oft erfolgreich verwendet. Bei 5V schaltet der schon fast ganz durch.

    Am Gate des IRLZ34N hängt ein Pull-down Widerstand mit 100k und in Serie zum Port des Mega16 ist ein 10k Widerstand.

    Am Drain hängen 12V und am Source die Kathode des LED-Arrays der jeweiligen Farbe, sprich jede Farbe hat ihr eigenes FET.

    Soweit so gut.

    Mein Problem ist jetzt aber, dass die LEDs zwar blinken, aber extrem schwach leuchten. Es macht den Anschein, alsob die FETs nicht durchsteuern würden.

    Das interessante aber: Lasse ich die Masse auf der LED Platine, nehme die Masse von der Steuerplatine weg, leuchten die LEDs lichterloh.

    Wenn ich die 5V direkt nehme und an das Gate halte, leuchten sie ebenfalls wie sie es sollten.

    Wieso leuchten die LEDs so schwach wenn der µC die 5V schaltet?
    Der relevante Ausschnitt aus dem Schaltplan:

    Zur Erklärung:
    LED ist die LED Stromversorgung, die ist getrennt von der µC Versorgung. Aber egal wie viel ich da drauflege, die LEDs leuchten immer schwach.

    GR ist der µC Port für die Grünen LEDs, analog dazu WEI, BL und RO

    Grün1, Grün2,Grün3 sind die Verbindungen zu den Vorwiderständen der LEDs, diese und die LEDs selber befinden sich auf einer extra Platine.

    Die Massen der Platinen sind natürlich verbunden.

    Der Schaltplan sagt zwar IRF510 aber es sidn die IRLZ34N verbaut, die sind aber Pinkompatibel. (Die IRLZ4N gibts in der Eagle lib nicht)

    Achso, das ganze wird von einem PC Netzteil versorgt, mit genug Power.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken unbenannt_166.jpg  

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Das Problem ist der hohe Gate Widerstand würde ich mal stark vermuten. Der Gatewiderstand bildet mit dem Pulldown einen Spannungsteiler von ca. 1:10. Das heißt es kommen nicht mehr die vollen 5V am Gate an sondern nur noch 4,5V. Ich kenn den verwendeten Mosfet nicht von daher bin ich da nicht sicher.
    Dafür sprechen würde aber die beschriebene Tatsache mit der Masse. Wenn du die Masse von der Steuerplatine nimmst, existiert auch der Spannugnsteiler nicht mehr und somit liegen wieder 5V am Gate an.
    Ich würde einen wesentlich kleineren Gatewiderstand nutzen. 10k sind schon extrem hoch gegriffen. Der Widerstand dient ja nur dazu den Strom im Einschaltmoment des FETs zu begrenzen. Bei dir fließen hier (den Spannugnsteiler nicht berücksichtigt) 0,5mA. Ich würde 1k Ohm oder noch weniger benutzen damit zumindest 5mA fließen können. Der Spannungsteiler würde davon ebenfalls positiv beieinflusst, sodass die Gatespannung wieder hoch genug sein sollte.
    Hoffe ich konnte dir helfen!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von oZe
    Das Problem ist der hohe Gate Widerstand würde ich mal stark vermuten. Der Gatewiderstand bildet mit dem Pulldown einen Spannungsteiler von ca. 1:10. Das heißt es kommen nicht mehr die vollen 5V am Gate an sondern nur noch 4,5V. Ich kenn den verwendeten Mosfet nicht von daher bin ich da nicht sicher.
    Dafür sprechen würde aber die beschriebene Tatsache mit der Masse. Wenn du die Masse von der Steuerplatine nimmst, existiert auch der Spannugnsteiler nicht mehr und somit liegen wieder 5V am Gate an.
    Ich würde einen wesentlich kleineren Gatewiderstand nutzen. 10k sind schon extrem hoch gegriffen. Der Widerstand dient ja nur dazu den Strom im Einschaltmoment des FETs zu begrenzen. Bei dir fließen hier (den Spannugnsteiler nicht berücksichtigt) 0,5mA. Ich würde 1k Ohm oder noch weniger benutzen damit zumindest 5mA fließen können. Der Spannungsteiler würde davon ebenfalls positiv beieinflusst, sodass die Gatespannung wieder hoch genug sein sollte.
    Hoffe ich konnte dir helfen!
    Sehe ich auch so, Fets brauchen ziemlich hohe Ströme zum Schalten. Mir fehlen die Vorwiderstände in dem Schaltplan, ich hoffe Du hast für jede einzelne LED einen eingesetzt NICHT für jede Farbe! LED's können nicht ohne Vorwiderstände parallel geschaltet werden, jedenfalls nicht lange und sie sind hin.

    Gruß Richard

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von oratus sum
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    Danke für eure Hilfe!

    Natürlich hat jede LED seinen eigenen Vorwiderstand.

    Das mit dem Spannungsteiler ist ein sehr guter Ansatz. Daran habe ich garnicht gedacht. Ich war zu dem Moment gestern einfach schon 12h an dem Projekt dran, mit 2 fehlätzungen und ein hafuen gefummel mit Schaltern und Potis und da verliert man mal schnell den Kopf am Ende.

    Ich werde jetzt mal die Widerstände auslöten und andere einsetzten.

    FETs brauchen hohe Stöme zum Schalten? Die sind doch so weit ich weiß nur Spannungsgesteuert.

    Ich werde jetzt mal 220ohm als Schutzwiderstand nehmen. Die 100k Pull down lasse ich zunächst mal ganz weg. Eigentlich sollten die Elektronen schon abfließen können, auch ohne Pull-Down. Wenn nicht sieht man das sowieso :-D

    Und mit 220 ohm fließen dann max 0,0227A sprich 23mA max, das ist noch okay denke ich.

    Ich teste das mal und nochmal danke!

    [EDIT]
    Was mir noch eingefallen ist:
    Die FET's sind ja im Prinzip wie Transistoren zwei entgegengerichtete Dioden. Das heißt aber auch, dass dort ein Spannungsabfall ist.

    Ich werde jetzt mal im Datenblatt schauen ob das steht wie viel bzw was für ein Material das ist. Ich gehe bis dahin vond en üblichen 0,7V aus...

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von ManuelB
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    Normalerweise haben FETS keinen Spannungsabfall sondern nur den RDSon. Nur die parasitäre Diode in Gegenrichtung weist den üblichen Spannungsabfall einer Diode auf.

    MfG
    Manu

    Edit: Für Ansteuerung direkt über 5V wären Logiclevel FETs besser. Ansonsten halt noch einer Treiberstufe davor mit z.B. 12V. Damit bekommt man die FETs auch ordentlich aufgesteuert. Gibt bei FETs die Gatetreshhold Spannung. Diese sollte man mindestens anlegen, damit der Fet anfängt durchzusteuern.

  6. #6
    Moderator Roboter Genie
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    Hallo!

    Zitat Zitat von oratus sum
    FETs brauchen hohe Stöme zum Schalten? Die sind doch so weit ich weiß nur Spannungsgesteuert.
    Das ist auch richtig. Leider haben alle FET's eine mehr oder weniger große Kapazität "im" Gate.
    Diese Kapazität muss man erst einmal von 0V auf die entsprechende V_gs aufladen. Und das braucht Strom.
    Da der Strom nur sehr kurzzeitig fließt kann man manchmal auch komplett auf den Gatewiderstand verzichten (z.B. wenn sehr selten geschaltet wird).

    Gruß
    Basti

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von BASTIUniversal
    Diese Kapazität muss man erst einmal von 0V auf die entsprechende V_gs aufladen. Und das braucht Strom.
    Genau das habe ich gemeint, hätte mich sauberer ausdrücken sollen. Fet's in Verstärker Schaltungen oder im Fet-Voltmeter sind natürlich extrem hochohmig, steuern aber dort auch nie voll durch.

    Gruß Richard

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von oratus sum
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    Dadurch, dass das ein kleiens Troboskop sein sollte, brauche ich wohl den Gatewiderstand.

    Laut Datenblatt
    http://www.datasheetcatalog.net/de/d.../IRLZ34N.shtml
    Hat der IRLZ34N ein VGS(TH) von Min 1,0V und max 2,0V

    RDS(ON) ist bei VGS 5V 0,046ohm

    Ich denke beim FET habe ich mich nicht vergriffen. Und wie gesagt, hat sich schon oft bewährt. Beim Roboter steuere ich damit meine LED-Scheinwerfer an. Mit dem kleinen Unterschied, dass dort nach GND geschaltet wird, sprich die LEDs sind zwischen VCC und Drain und nicht wie hier zwischen Source und GND.

    So der Lötkolben ist jetzt heiß genug, ich geh jetzt ans löten.

    Danke für eure Hilfe!

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Searcher
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    Hallo,

    Zitat Zitat von oratus sum
    Am Drain hängen 12V und am Source die Kathode des LED-Arrays der jeweiligen Farbe, sprich jede Farbe hat ihr eigenes FET
    Verstehe ich hier jetzt irgendwas nicht richtig? Ich denke Du meinst Anoden liegen an Source und die Kathoden an Masse, damit die LEDs in Durchlaßrichtung gepolt sind.

    Wenn der FET schaltet wird das Potential an Source höher und macht den Potentialunterschied zum Gate kleiner. Damit schaltet der FET nicht mehr richtig.

    Normalerweise wird doch die Last an den Drain angeschlossen. Wenn die Kathoden aller LEDs nicht getrennt werden können, müßtest Du eventuell einen P-FET einsetzen?

    Hoffe ich liege hier jetzt nicht komplett falsch.

    Gruß
    Searcher
    Hoffentlich liegt das Ziel auch am Weg
    ..................................................................Der Weg zu einigen meiner Konstruktionen

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von oratus sum
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    Also ich ahb jetzt die Pull-down widerstände entfernt, die LEDs leuchten schonmal viel heller, aber noch immer nicht so hell wie sie sollten.

    Stimmt, die Anoden liegen an Source, verschrieben sry.

    Das die FETs nicht durchschalten liegt aber nicht daran. Wenn ci ein Stücjk draht nehme und die 5v mit der auch mein µC versogt wird dorthin halte wo der Port vom µC ist schaltet er perfekt durch und alles leuchtet wie es leuchten sollte.

    Nur mit µC habe ich probleme. Überbrücke ich jetzt den gatewiderstand mit einem Stück draht, macht es keinen Unterschied mit dem µC.

    Ich bin am Verzweifeln....

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