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Einfache Schaltung will nicht....
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.
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Das einfach mal mit dem Transistor verstärken ist leichter gesagt als getan. Die Leiterplatte ist schließlich geätzt.
Aber es liegt ziemlich sicher nicht daran.
Die Plaine in meiner Signatur benutzt 1:1 die gleiche Schaltung. Links oben sieht man die IRLZ34N, den Mega16 und die Widerstände habend ie selben Werte.
Ich lade jetzt einfach beide Schaltpläne hoch.
Beid er Controller-Platine sieht man den Top-Layer nicht. Dort sind die 3 LEDs einer Farbe immer zusammengelegt.
Die Schalter sind nach VCC geschalten, das passt so.
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Ja, jetzt wo ich mir die Schaltung nochmal genau angeschaut habe ist der Fehler klar:
Du nimmst einen N-FET und schaltest damit "High-Side".
Im Detail:
Damit der Transistor richtig durchschaltet braucht es eine Spannung V_gs von ca. 5V. V_gs steht dabei für Spannung zwischen Gate und Source.
Da aber nach der "Source" der Vorwiderstand und die LED kommen, liegt diese nicht auf Masse sondern viel höher.
Bild hier
Das Bild zeigt eine Simulation deiner Schaltung. Die grüne Linie stellt die Gatespannung gegen Masse dar.
Die Sourcespannung liegt hier wie im Fenster angezeigt bei rund 3V (rote bzw. weiß gestrichelte Linie). Daraus folgt eine V_gs von etwa 2V.
Das erklärt auch den geringen Strom, der bei dir fließt. Der Transistor pendelt sich irgendwo knapp über V_gs(th) ein, kann aber nicht komplett durchschalten denn Source würde dann genau 5V betragen (und damit V_gs = 0V).
Es gibt jetzt drei Lösungen für dein Problem:
1.: Du ersetzt den N-FET durch einen P-FET. Das wäre eine saubere und schnelle Lösung (wenn du denn einen da hast).
2.: Du steuerst das Gate nicht mit 5V sondern mit >10V an. Das wird auch in professionellen Schaltungen gemacht, wenn ein N-FET High-Side schalten soll.
3.: Du erstellst ein neues Design in der der FET Low-Side schaltet. Die LED und Widerstand hängt in diesem Fall "vor" dem FET an Drain.
Gruß
Basti
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Zitat:
Zitat von BASTIUniversal
Tja, einen passenden P-FET in TO220 und dann noch LogicLevel? Schwer zu finden!
Ich hab schon ein bisschen bei Reichelt, CSD und Segor geschaut aber nichts passendes von International Rectifier gefunden. Da musst du vielleicht selber noch ein wenig schauen.
Spätestens bei Farnell wird man dann fündig, aber die sind recht teuer. Privat bekommst du die Teile auch, da gibt es einen eigenen Shop dafür (der Name ist mir leider entfallen).
Was du noch tun könntest: Miss einfach mal die Gate-Source Spannung. Einmal mit Controller und einmal überbrückt.
Gruß
Basti
So heute hatte ich Zeit das Projekt wieder auszupacken.
Vgs ist überbrückt mit
12V -> 7,63V
5V -> 1,85 (5V von µC)
5V -> 2,16 (5V von VCC)
Die Methode mit dem BC547 in Kollector-Emitter Schaltung habe ich versucht, es kommt aber das Gleiche raus.
Der BC547 wir vom µC gesteuert, der BC547 stuert widerum den IRLZ34N, mit dem selben Ergebnis, die LEDs leuchten nur sehr schwach.
Außerdem verhält es sich komisch mit dem Pull-down Widerstand.
Gebe ich den Pull-Down zwischen Gate und GND, blinken die LEDs aber nur schwach.
Gebe ich den Pull-Down zwischen Basis vom BC547 und Gate schalten sie überhaupt nicht.
Lasse ich den Pull-Down weg, schaltet es einmal ganz durch und bleibt so.
Wenn ich am Gate des IRLZ34N ein Labornetzteil anschließe und langsam die Spannung steigen lasse, dann ist der FET bei ca 6.5V voll durchgesteuert, also die LEDs leuchten zum. danach immer gleich hell.
verrückt....
[EDIT]
OSZI:
µC Port: BLAU
LED-Vorwiderstand: ROT
