3W LED-"Blitz" - Mosfet? PWM?

Grüße, weiterführend zu meinem Projekt ein kleines, schnelles Objekt via Lichtschranke zu detektieren ergeben sich neue Fragen zur Ansteuerung von "High-Power"-LEDs. Kurz und knapp: Die Lichtschranke schaltet für 40ms einen RGB-LED-Strip an. Aktuell hängt alles direkt am Arduino (Nano), ohne Mosfet etc. Da die LEDs nur 40ms an sind und danach eine größere Pause haben macht der Pin das noch mit. Mein Vorhaben ist es jetzt aber mehrere (vermutlich sechs Stück) 3W-Leds (600nm Orange 3W) als Blitz zu verwenden da mir der LED-Strip von der Helligkeit nicht ausreicht. Diese LEDs kann ich dann sicher nicht mehr direkt am Arduino betreiben sondern sollte sie via Mosfet schalten, richtig? Da ist mir dieses Bauteil hier ins Auge gefallen. Als Stromquelle dient ein 7.4V Lipo-Akku aus dem Modellbaubereich. Wäre es mit dem Teil möglich mein Vorhaben zu realisieren? So wie ich das verstanden habe kann ich dem Modul ein PWM-Signal senden wonach es entsprechend die Durchlassspannung anpasst (Für die orangenen LEDs um die 2.8V)?! Wie würde sich das PWM Signal mit dem Arduino Nano erzeugen lassen?

Vielen Dank!

disorder218:
Grüße, weiterführend zu meinem Projekt ein kleines, schnelles Objekt via Lichtschranke zu detektieren ergeben sich neue Fragen zur Ansteuerung von “High-Power”-LEDs.

Danke für die Verweisung, wird leider viel zu selten gemacht!

disorder218:
Diese LEDs kann ich dann sicher nicht mehr direkt am Arduino betreiben sondern sollte sie via Mosfet schalten, richtig?

Richtig!

Der Mosfet muß von den 3,3 V des Arduino-Ausgangs sicher durchgeschaltet werden können. Da beim Link Typ angegeben ist, kann man sich nur auf die Angaben des Händlers verlassen :frowning:

disorder218:
So wie ich das verstanden habe kann ich dem Modul ein PWM-Signal senden wonach es entsprechend die Durchlassspannung anpasst …

Falsch! PWM schaltet die vorhandene Spannung an und aus, verändert sie aber nicht.

Ein Vorwiderstand und zwei LEDs in Reihe (= 5,6 V), das dreimal.

disorder218:
Als Stromquelle dient ein 7.4V Lipo-Akku aus dem Modellbaubereich.

Da würde ich dann immer einen DC-DC-Wandler zur Spannungsstabilisierung vorsehen.

disorder218:
Wie würde sich das PWM Signal mit dem Arduino Nano erzeugen lassen?

Mit analogWrite().

Vielen Dank für die Hinweise. Ich denke ich habe jetzt die passenden Komponenten bestellt. Aufgrund der etwas längeren Lieferzeiten aus China wird es aber etwas dauern bis ich mir hier wieder mit Ergebnissen melde ;)

Etwas generell klargestellt: LED werden nicht Spannungsgesteuert mit einer Konstantspannungsquelle sondern Stromgesteuert mit einer Konstantstromquelle.

Wie lange sollen die Lichtimpulse denn sein?

Grüße Uwe

@uwefed
Wie oben schon beschrieben sind die LEDs ca 40ms an, vielleicht werden auch 50ms draus, mal sehen.
Der Plan ist ganz grob folgender:

7.4V Lipo Akku => DC-DC-Stepdown auf 3,3V (das Modul kann 5A, V-out nicht stellbar) => Mosfet (kann 10A) geschaltet via Arduino (Schaltspannung Mosfet ab 3V) => LEDs.

Pro LED gibt der Händler 700mA an, bei sechs LEDs sind das also 4,2A. Der Akku kann das, 300mAh 35-70C, also kurzzeitig kann der 21A liefern.
Ob ich den LEDs noch Widerstände vorschalte weiß ich noch nicht, ich will möglichst viel Helligkeit rausbekommen. Angegeben sind sie mit max 2,8V, ich werd mal testen wie oft ich eine einzelne LED so schalten kann, bzw ob sie mir direkt um die Ohren fliegt.
Falls ohne Widerstände grober Unfug ist: Welche Bauart wäre für die angegebenen Ströme notwendig?

Grüße

disorder218: Falls ohne Widerstände grober Unfug ist: ...

Oh weh, jetzt wird es kompliziert, denn die Standardantwort in diesem Forum lautet "Ja, das ist grober Unfug!".

Meine Antwort: Wenn Du es richtig machst, geht es auch ohne Widerstände!

Mit 7.4V Lipo Akku kenne ich mich nicht aus, aber Akkus haben normalerweise eine Nennspannung (7.4V), die tatsächliche Spannung dürfte darum kreisen. Eine schwankende Spannung killt aber Deine LEDs wegen deren krummer Kennlinie. Außerdem dürften die tatsächlichen Kennlinien wegen Produktionstoleranzen streuen. Was Du ausdrücklich auf eigene Gefahr testen kannst: StepDown an den Lipo anschließen und auf 5 V einstellen, dann zwei in Reihe geschaltete LEDs anschließen. Leuchten sie länger als einmal kurz? Dann die Spannung langsam erhöhen auf maximal 2 * 2,8 V. Licht oder Rauch?

Mit Vorwiderstand:

(7,4 V - 2,8 V) / 0,7 A = 6,8 Ohm (aus der E-Reihe) (7,4 V - 2,8 V) * 0,7 A = 3,2 W

7.4V Lipo ist ein 2S. Der hat voll geladen 8.4V und sollte bei spätestens 7.2V (3.6V/Zelle) von der Last befreit werden.

@agmue Das DC-DC Stepdown-Modul welches ich bestellt habe regelt fest auf 3,3V runter, von daher sollte die schwankende Spannung vom Lipo eigentlich keine Rolle spielen? Ich habe leider bisher kein Modul gefunden was klein genug ist (vom Bauraum her), sich einstellen lässt und die entsprechenden Ströme mitmacht. Wie gesagt, ich will versuchen die LEDs direkt mit den 3,3V zu betreiben und zu hoffen, dass das für die 40-50ms "okay" ist. Oder was der Platz vielleicht noch hergeben würde ein Widerstand für alle LEDs zusammen und dann parallel schalten. Einen geeigneten Widerstand müsste ich dann entsprechend noch suchen. Das Modul gäbe es auch noch mit 5V Ausgang, wenn ich da zwei LEDs in Reihe dran hänge sollte ich ja bei 2.5V pro LED sein. Würde sicher noch gehen, aber ich möchte wie gesagt die möglichst größte Helligkeit erreichen.

Edit: 9V Ausgang gibt es auch... da könnte ich 2x3 LEDs in Reihe schalten, da wäre ich bei 3V pro LED, wäre vielleicht etwas sicherer...

@wno158 Richtig, ich werd mal schauen ob ich die Spannung über das Arduino messen kann und dann ab 7,2V entsprechend abschalte. Meine Kurzrecherche hat ergeben dass das nur bis 5V ohne Weiteres zuverlässig funktioniert, da muss ich mich erstmal noch weiter belesen.

40ms sind etwas wenig glaube ich. In der Zeit haben die LED noch nicht ihre volle Helligkeit erreicht. Ich hab mal ein Blinksketch gebaut und die onboard LED vom nodeMCU angesteuert. Wenn die Einschaltzeit zu kurz war, war die LED deutlich dunkler. Leider weiss ich die Zeiten nicht mehr aus dem Kopf. Is nur ein Denkanstoß. Probier doch mal 10, 40, 80, 120ms und berichte über die Helligkeit....vielleicht ist auch das Auge zu träge solche kurzen Impulse komplett mitzuschneiden?! Andersrum kann man glaubich auch die LED Spannung noch erhöhen, wenn die Einschaltzeit nur so kurz ist?!

disorder218: Das DC-DC Stepdown-Modul welches ich bestellt habe regelt fest auf 3,3V runter, von daher sollte die schwankende Spannung vom Lipo eigentlich keine Rolle spielen?

Richtig. Wenn das Modul genug Strom verträgt, kannst Du auch die LEDs damit versorgen. An diese Möglichkeit hatte ich nicht gedacht ::)

disorder218: ... (vom Bauraum her), ...

Bitte denke auch an die mögliche Wärmeentwicklung, die muß da raus!

disorder218: aber ich möchte wie gesagt die möglichst größte Helligkeit erreichen.

Nach fest kommt ab und nach ganz hell kommt dunkel. Du bewegst Dich in diese Richtung!

@themanfrommoon LED sind weder Glühlampen die sich aufheizen müssen noch Induktivitäten die der Stromänderung entgegenwirken. Die Helligkeit ist sofort da sobald Strom fließt. Grüße Uwe

Ja meinetwegen. Wie erklärt sich dann meine Erfahrung mit dem Blinksketch?

themanfrommoon:
Ja meinetwegen. Wie erklärt sich dann meine Erfahrung mit dem Blinksketch?

Deine Augen. Die Augen nehmen kurze Lichtblitze dunkler wahr.
Andererseits wenn Du das Einschaltzeit zu Ausschaltzeit-Verhältnis änderst, ändert sich damit auch die wahrgenommene Helligkeit

Man kann LED mit höherem Strom aber dafür mit kürzeren Impulsen und Pausen zum Abkühlen betreiben.
Die betohnung liegt bei Strömen nicht Spannungen. Wenn Du eine Konstantspannung einem LED gibst weißt Du nicht welcher Strom durch die LED fließt. Durch die Steile Kennlinie kann eine kleine Spannungsänderung eine hohe Stromänderung hervorrufen.

Mein Vorschlag:

  1. Konstantstromtreiber. wenn dieser einen EN bzw PWM Eingng hat dann kannst Du die LED darüber Einschalten und brauchst keinen MOSFET.
  2. höhere Spannung zB 5V und einen Vorwiderstand pro LED.

Grüße Uwe

Hallo,

der Grund ist die nicht lineare Wahrnehmung der Helligkeit unseres menschlichen Auges. Das ist der Grund für das hohe Kontrastvermögen des Auges. Deswegen legt man sich Korrekturtabellen an um die Helligkeit für unser Auge zu linearisieren. Wenn du das in Excel vorbereitest hat das die Form einer Parabel und die Stauchung bestimmt die Linearität fürs Auge - die Wahrnehmung*!* der Linearität. Ich glaube der Standardfaktor dafür ist 2.2, den man etwas variieren kann. Such mal unter Led PWM Fading u.ä.

Um Uwes Vorschlag mal hinsichtlich Kosten zu überprüfen, habe ich gesucht und beispielsweise Meanwell LDD-700LW (700 mA), Konstantstromquelle gefunden. Keine wärmeerzeugenden Widerstände und keine experimentellen Überspannungen. Die 6 * 2,8 V = 16,8 V muß dann ein StepUp liefern.

Erstmal noch einmal Danke an alle für den Input und die Diskussion :)

Was könnte denn grundsätzlich passieren wenn ich auf die Konstantstromquelle verzichte? Wie gesagt, die LEDs sind für maximal 50ms an und danach ist immer eine längere Pause. Von Daher denke ich dass die Wärme kein Problem sein sollte.

Und nochmal als Anmerkung: Von Ergebnissen werde ich leider erst in vier bis sechs Wochen berichten können, aufgrund der üblichen Lieferzeiten aus China.

disorder218: Was könnte denn grundsätzlich passieren wenn ich auf die Konstantstromquelle verzichte? ... Von Daher denke ich dass die Wärme kein Problem sein sollte.

Kennst Du die Kennlinie einer LED? Im ersten Quadranten (horizontal die Spannung U, vertikal der Strom I) erst ganz flach, dann exponentiell steigend. Der Arbeitspunkt (2,8 V 700 mA) befindet sich im steil steigenden Teil, wo eine kleine Änderung ∆U eine große Änderung ∆I bedeutet.

Die gemeinsame Kennlinie von LED und Vorwiderstand ist flacher, weshalb eine kleine Änderung ∆U eine kleinere Änderung ∆I bewirkt.

Bei einer Konstantstromquelle bewirkt eine kleine Abweichung ∆I eine noch kleinere Abweichung ∆U, ist also unkritisch.

Der Ritt auf der Rasierklinge ist also der Betrieb einer LED ohne Vorwiderstand, weshalb vollkommen zurecht generell davon abzuraten ist. Soweit allgemein der Sachverhalt.

Elektronik stirbt überwiegend durch Wärme, die nicht schnell genug abgeführt werden kann. Daher ist Wärme eigentlich [u]das[/u] Thema! Ist ein Betrieb hinter dem Arbeitspunkt bei mehr aber gepulstem Strom im Datenblatt noch spezifiziert? Wenn ja, dann kannst Du die entsprechenden Werte nutzen. Wenn nein, dann operierst Du im undefinierten Bereich.

Hast Du ein für Europäer lesbares Datenblatt?

Wenn Du eine nicht sicherheitsrelavante Anzeige baust, dann mache, was Du willst. Manche Dinge halten erstaunlich lange, andere sind genauso erstaunlich schnell kaputt. Hinterher ist man schlauer ::)

Nehmen wir mal an daß die LED den Strom, der bei 3,3V fließt überlebt.

Die Lichtmenge ist vom Strom abhängig. Da der Strom aber von den Tolleranzen der Diodenkennlinie abhängig ist und kleine Abweichungen in der Forwerztspannung Vorwärtsspannung große Stromunterschiede bewirken, werden die 6 LED ungleichmäßig hell sein.

Außerdem hat hier niemand eine Ahnung welcher Strom da genau fließt.

Grüße Uwe

agmue: Um Uwes Vorschlag mal hinsichtlich Kosten zu überprüfen, habe ich gesucht und beispielsweise Meanwell LDD-700LW (700 mA), Konstantstromquelle gefunden. Keine wärmeerzeugenden Widerstände und keine experimentellen Überspannungen. Die 6 * 2,8 V = 16,8 V muß dann ein StepUp liefern.

Einiges Herumgerechne: 16,8V mit 0,7A sind 11,76W Die DC/DC Wandler Konstantstromquelle braucht laut Datenblatt 3 V mehr am Eingang also ca 20V. Bei einerm Wirkungsgrad von 85% sind das 13,8W. Der DC/DC Stepup hat wieder einen Wirkungsgrad von ungefär 85% also 16,3W. Bei 7,4 Batteriesopannung sind das 2,2A. Wenn wir jetzt 6 LED Treiber nehmen ( wenn wir 2 LED in serie schalten ist die notwendige Spannung (2,8x2+3V = 8,6V) schon zuviel für die Batterie) sparen wir uns einmal Wandeln und somit ca 15% Verlustleistung ( ca 3W) Da wir aber nur sehr Kurzzeitig Strom brauchen ist die ganze Rechnung in der Praxis wenig rilevant.

Grüße Uwe