Lauflicht mit SMD-LED´s

Guten Morgen Forum.
Zuersteinmal sage ich, dass ich Anfänger mit Arduino bin, Physik gute Kenntnisse habe, Elektronik noch nicht, die Intelligenz gibt es aber her, hier schnell, vlt auch mit eurer Hilfe Fortschritte zu machen.
Ich bin im Modellbau tätig, und beleuchte Kirmes-Modelle, und zwar die Schriftzüge des Fahrgeschäfts, mit SMD-LED´s, und will diese als Lauflicht mit einem Arduino ansteuern. (Mir stehen ein UNO und ein MEGA zur Verfügung). Um die Programmierung geht es hier nicht, die bekomme ich schon hin.
Eher die elektronische Umsetzung.
So ein Schriftzug besteht z.B. aus 9 Buchstaben (OCTOPUSSY), und diese neun Buchstaben werden mit SMD-LED´s gerformz. Je nach Baugröße (0805 oder auch 0603) kommen da durchaus sagen wir 30 SMD-LED´s zusammen. Grob gesagt jede benötigt 20mA.
Und dann soll noch jeder Buchstabe mit einem Arduino-Kanal angesteuert werden und zu einem Lauflicht programmiert werden, d.h. auch, dass es durchaus mal dazu kommt, dass alle 9 Buchstaben vollständig an sind.
Was ich bisher gelesen habe sagt mir, dass da ein Arduino bzw Mega was den Strom angeht überfordert ist.
Ich werde da ein zusätzliches Netzteil für benötigen, der wahrscheinlich 16V liefert und den benötigten Strom.
MEINE FRAGE:
wie löse ich die Umsetzung.Arduino steuert WAS, damit dann die LED´s leuchten.
Relais? Da habe ich gehört dass die nicht so langlebig sind, und bei einem Lauflicht gehen die ja ständig an und aus.
Oder was wären die passenden Alternativen?
Ich bin überzeugt, es gibt dafür eine Lösung, mir ist bis jetzt aus dem Forum allerdings noch nicht klar geworden welche.
Vielen Dank an alle schonmal vorweg
Holger

Hallo
Ich empfehle einen MOSFET als Schalter.

Hallo Paul, vielen Dank für die Antwort. Ein MOSFET.
Konkret bei einem IRFZ44N verstehe ich das so:

  1. Nennstrom 49A. Das heist bis soviel A lässt er durch ohne Schaden zu nehmen, die Stromstärke muss die externe Stromquelle zur Verfügung stellen, oder verstärkt er selbst soweit hoch?
  2. Im Beispiel der Webseite ist ein 9V Block als externe Stromquelle aufgeführt. Der Verbraucher (der Motor) benötigt/bekommt 12V. Verstärkt der MOSFET das auch? (Nennspannung 55V)
  3. Wenn er das selbst verstärkt heißt das er kann hoch bis 55V verstärken?
  4. Wie bekomme ich raus wieweit er hochverstärkt. Das muss ich wissen, damit ich weis, wieviele LED´s ich dann in Reihe schalten kann.
  5. Die PWM Funktion klingt elegant, das hieße ich kann die Helligkeit der LED darüber regeln. Bräuchte ich also nicht, da ich diese mit dem Vorwiderstand der LED regeln könte. Gibt es also eine "einfachere" Version?
  6. Und zuletzt für mein Verständnis: es ist ein N-Mosfed, das heißt er schaltet N (vermutlich Null), es gibt aber auch P-MOSFET´s, die schalten dann vermutlich Plus. Dafür würde aber eine Vorschaltung benötigt. Richtig? Wie ich meine LED´s schalte, über N oder P ist ja egal.

Vielen Dank für weitere Antworten, ich bin begeistert.
Holger

Ich würde die LED in einer Matrix verlöten und einen MAX7219 zur Ansteuerung nehmen.
Da brauchst Du keine einzelnen Widerstände und die Matrixansteuerung übernimmt der MAX7219.
Die Helligkeitsanpassung (LED strom) kannst Du zentral mit einem Widerstand machen
zB LED Matrix Kit Daisy Chain a Dot-Matrix LED Display

Bei der genannten Anwendung glaube ich daß Du keine 20mA brauchst.
Grüße Uwe

Zum Ansteuern von LEDs gibt es u.a. folgende LED Treiber ICs

  • MAX7219 / MAX7221
  • HT16K33
  • SX1509

Der bereits erwähnte MAX7219 hat eine SPI ähnliche Schnittstelle in einer Matrix kann er 8x8 = 64 LEDs individuell ansteuern. Er ist kaskadierbar, das heißt an einer Chip-Select Leitung kannst du mehrere ICs ansteuern. Der Max7219 wird gerne für 7 Segment Anzeigen verwendet, es gibt auch Fertigmodule Fertigmodule mit 8x8 Matrixen.

Der HT16K33 ist über I2C steuerbar, du kannst aus 8 Adressen auswählen. Pro IC können 8 x 16 LEDs angeschlossen werden. Es gibt auch fertige 7 Segment Anzeigen beim freundlichen Chinesen/Aliexpress findest du auch Alphanumerische Anzeigen, aber auch einfach nur Module wo der SMD Chip bastlerfreundlich auf einem Breakoutboard aufgebracht ist.

Auch der SX1509 ist über I2C steuerbar, du kannst aus 16 Adressen auswählen. Der SX1509 kann 16 LEDs ansteuern. Jede LED kann mittels PWM individuell vom IC gedimmt werden.
Der SX1509 kann Ausgänge selbständig "blinken" oder pulsen ohne den Microcontroller zu belasten. D.h. du schickst einmal einen Blink-Befehl an den SX1509 - und dieser erledigt den Rest. Er eignet sich auch zum Auslesen von Tasten-Matrixen und zum pegelschiften.

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Vielen Dank für die Idee. Matrix kenne ich bis jetzt nicht. Aber ich verstehe es so, dass es ein fertiger Baustein ist im Format 8x8 LEDs zum Beidpiel, diese Matrix kann angesteuert werden und je nachdem welche LEDs ich aktiviere kann ich einen Buchstaben vorgeben. Richtig?

Wenn ja hilft mir das leider nicht, denn die Worte die ich kreieren will sind vor designed, das heißt auf einem Stück Plastik aufgemalt, und die muss ich individuell durch ein Auffüllen mit LEDs oder Umranden mit Leds beleuchten. Oder besser gesagt so will ich es. Daher die mitunter sehr kleinen SMD Leds die ich dann schön der Vorform nach legen, kleben bzw. dann verlöten kann.
Konnte man das verstehen?
Vielen Dank für die Idee trotzdem. Hat jemand noch einen Kommentar wie ich so ein Mosfed verstanden hat?
Danke
Holger

Deine Grundlagen sind leider nicht sehr gut ausgeprägt. Da solltest du noch ein wenig dran arbeiten. Grundsätzlich kann ein Transistor nur das liefern (verstärken), was ein angeschlossenes Netzteil auch zur Verfügung steht.
Die von dir zitierten Werte sind vermutlich die absoluten Werte aus einem Datenblatt. Somit kann der Transistor nur 9Volt verarbeiten, wenn die Batterie auch 9Volt liefert, nicht mehr.
Mit dem Strom ist es ähnlich. Wenn da max. 10A steht, kann er 10A schalten, wenn das Netzteil auch diese liefert.

Fazit: Der Transistor kann aus einem Netzteil, welches 12 Volt bei 5 Ampere liefert, nicht 20 Volt bei 10 A liefern (verstärken).

Die elektrische Verschaltung entspricht üblicherweise auch der mechanischen Anordnung, das muß aber nicht so sein. Die 64 LEDs einer 8x8-Matrix kannst Du auch als Schlangenlinie verlegen.

Ohne Matrix kannst Du MCP23S17 als Porterweiterung nutzen und ULN2003A oder ULN2803 als Treiber.

Lies den Link, den ich Dir in meinem Post aufgezeigt habe.
Wenn der erste Buchstabe aus zB aus 9 LED besteht dann steuerst Du einfach diese 9 LED an.
Grüße Uwe

Nein! du hast das falsch verstanden.

Der Chip ist sorgt für die Ansteuerung - wie du die LEDs anordnest ist dir überlassen.
Die angesprochenen LED Treiber haben kein Problem mit deinen SMD LEDs.
Und z.B. beim MAX7219 sparst du dir auch die Vorwiderstände. Mit einem einzigen Widerstand legst du den Strom für alle deine LEDs fest. SMD LEDs einfach an den Chip anschließen.
how-it-works-max7219-8x8-led-matrix

wenn du nur eine (oder zwei) Reihen von LEDs brauchst, na dann bleiben die anderen halt frei.

Falls du noch immer unsicher bist, wirf eine Blick in eines der Datasheets:
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX7219-MAX7221.pdf

oder Frage wenn dir noch etwas unklar ist.

Vielen Dank allen.
Matrix verstehe ich nun, da sind bis zu 8 LEDs parallel und 8 in Reihe, alles jeweils 8x und das wird geschickt angesteuert, sogar jede einzelne LED möglich.
Das würde für mich ja sogar bedeuten, dass ich jeden Buchstaben theoretisch sogar als lauflichr laufen lassen kann.

2 Fragen nur.
Kommt der Max7219 denn damitvzurecht, allen LEDs genug Strom bzw. Spannung zur Verfügung zu stellen? 8 In Reihe, sagen wir U=2V pro LED. Das sind 16V

Im maximalfall würden bei mir dann 64 LEDs auf einmal leuchten. Geht das?

Und ist der Widerstand für die LEDs im MAX?

Danke allen, im Kopf gehts gut voran. Danke

Nein.
Du hast eine Matrix wo jeweils 8 Anoden der LED auf ein Pin gehen zb Waagerecht und 8 kathoden auf ein anderes Pin (zB senkrecht) so hast Du 8 x 8 Anoden und 8x8 Kathoden . Jede LED ist eindeutig zwischen einem Anoden-Pin und einem Kathodenpin geschaltet.

Jetzt kommt das Multiplexing. Ich schalte ein Anoden -Pin auf +5V und schalte die 8 Kathonden der LED die am Anodenpin hängen wenn sie leuchten sollen über Konstantstromsenken auf Masse. so leuchtten immer nur 0 ia 8 LEd gleichzeitig und damit alle 64 LED drankommen wird das 8 mal mit verschiedenen Pins gemacht.

zB http://lednique.com/display-technology/multiplexed-display/

Grüße Uwe

Der Strom wird durch die Treiber begrenzt, Vorwiderstände sind nicht notwendig.

Nur RSET ist notwendig, bei 2 V 20 mA sind das 30 kΩ (Table 11).

Hallo Community
Nach einer Nacht überlegen finde ich die Idee mit der Matrix für mein Vorhaben eine Super Lösung. Und will und werde diese umsetzen.
Als letztes Thema hierzu ist meine Sorge über die Stromliegerung.
Sagen wir ich benutze ein MAX Modul mit 64 LEDs. Jedes zieht 20mA. Wenn dann alle 64 Leds leuchten brauche ich einen Strom von 1280 mA.
Das schafft der UNO oder Mega definitiv nicht. Oder?
Gibt es eine Möglichkeit in der Verschaltung den Strom über eine externe Quelle zur Verfügung zu stellen?
Bei so einem Kirmesgeschäft, welches ich beleuchten will ist eigentlich so ein MAX Modul längst nicht ausreichend.
Wir reden von 10-20 Midulen.
Wie könnte ich das verwirklichen?
Vielen Dank

Holger

Nein, das beschreibt den Aufbau(Dotierung) des Mosfets. Es bestimmt, welche Spannung das Gate im Bezug zur Source haben muss, um Leitfähig zwischen Drain und Source zu werden.
Bei N-Channel Mosfets muss das Gate positver geladen sein als das Source. Bei P-Channel Mosfets muss das Gate negativer geladen sein als das Source.

Nein, die liegen doch alle parallel.

Den Max7219 wird darfst du nicht über den vom Arduino geregelten 5V Ausgang versorgen, das schafft der Regler auf dem Uno nicht.
Aber ein Externer 5V Regler (oder 5V Netzteil) kann den Arduino und den Max7219 versorgen. Dieser muss natürlich die erforderliche Leistung bringen.

Und da ich auch Modellbau betreibe, bin ich mir relativ sicher, das die 20mA zu hell sind. Geschätzt reichen 5mA aus um eine ordentliche Leuchtkraft seiner Buchstaben zu bestimmen. Bei 20mA ist auch die Lebensdauer der LEDs viel kürzer, wie bei weniger Strom. Es macht bestimmt keinen Spaß die LEDs in dem Modell zu wechseln.

Auch sind die SMD-LEDs für PCB Montage entwickelt. Die kleinen Pads an den LEDs halten nahezu keine Zugkraft an etwaigen angelöteten Kabeln aus. Unmöglich ist es nicht, wird auch viel gemacht im Modellbau, aber gilt zu beachten.

Hallo Plumps

wie sie liegen, ob in Reihe oder Parallel ist doch eine Frage meiner Verlötung.
Und ich kann sie, das hat mit Aufwandsersparung zu tun, in Reihe verlöten.
Und dafür wäre meine Berechnung korrekt.
Oder?

du ziehst die 1280mA nicht über die Platine des UNO sondern stellst saubere 5V beiden Schaltungen zur Verfügung und versorgst damit Uno und Max. der Max versorgt dann die LEDs.

Ok, ich habe das so verstanden, das du alle LEDs einzeln steuern willst. Pro Buchstabe die LEDs in Reihe, wäre eine Möglichkeit. Aber dann brauchst du die höhere Spannung. Strom wäre gleich wie bei einer LED.

Die LEDs pro Buchstabe kannst du auch parallel betreiben. Spannung bleibt gleich, es wird für gleiche Helligkeit mehr Strom benötigt. (Diesen begrenzt dann der Max7219)

Hallo und Danke
Aber wo kommen die 1280 mA her?
Die müssen doch von irgendwo her geliefert werden.
Sorry aber das verstehe ich noch nicht ganz.

na von einer Stromquelle die du zur Verfügung stellen musst. Such dir ein 2A Netzteil, sorg dafür dass es 5V ausgibt und damit hast du deine 1280mA und den Rest für den Uno.