Steuerung von RGB LED Lichterkette

Hallo,
da leider die originale Steuerung von meiner LED Lichterkette gestorben ist habe ich mir überlegt eine Steuerung für die LED Lichterkette zu bauen. Da ich weiterhin die Helligkeit der einzelnen Farben regeln will habe ich an Leistungsmosfets gedacht die von der Arduino mit einen PWM Signal angesteuert werden um die Spannung zu regeln. Die Schaltung soll an einen 12V Netzteil betrieben werden die 5V Versorgungspannung werden von einen DC DC Wandler bereitgestellt. Die Steuerung soll über Infrarot erfolgen.

Meine Aktuelle Schaltung sieht momentan so aus (Eagle)

Momentan verwende ich

  • 3xIRFZ44N Mosfets
  • 1x ATMEGA328P-PU
  • 1x TSOP4838
  • 1xB1205S-1W DC-DC-Wandler
  • 1x 16MHZ Quart
  • 2x 22pF Kondensator
  • 1x 100nF Kondensator
  • 1x 10k Ohm Widerstand
  • 1x Taster
  • 1x 12V Stromeingang

Meine Frage ist habe ich irgendwo einen Fehler gemacht ?

Mit freundlichen Grüßen

Oblivionevil

Hallo!

22pF und 100nF sind Kondensatoren keine Transistoren :slight_smile:
Aber das ist sicher nur ein Tippfehler.
Der Infrarot-Empfänger ist doppelt.

Viel entscheidender ist aber der MOSFET den du verwendest: IRFZ44N
Der ist leider nicht besonders gut geeignet!

Wenn du den MOSFET mit 5 Volt ansteuern willst braucht du einen so genannten “Logic Level MOSFET”, der auch bei 5 Volt am Gate schon voll durchsteuert.
Selbst wenn du nur die wesentlichsten Daten des MOSFETs anschaust bzw. das Datenblatt nur ganz grob überfliegst siehst du beim IRFZ44N:
V(GS)(th) max.: 4 Volt
Das bedeutet:
V…Spannung (manchmal steht da auch U statt V)
GS…Gate - Source
th…threshold (also Schwelle)
Zusammengesetzt bedeutet das:
Die Spannung die am Gate anliegen muss, damit der MOSFET gerade (ganz wenig) anfängt zu leiten (zwischen Drain und Source) ist 4 Volt.
Da fängt es aber erst gerade so (ein wenig) an zu leiten. Das bedeutet bei 5 Volt ist er noch lange nicht voll durchgesteuert. Das brauchst du aber für deine Anwendung!

Es braucht etwa die doppelte Spannung am Gate, damit der MOSFET voll durchsteuert - in diesem Fall wären das also etwa 8 Volt am Gate. 5 Volt vom Arduino-Pin sind also zu wenig!

Du brauchst unbedingt andere MOSFETs. Zum Beispiel IRLZ44.
Das L steht für “Logic Level”.
Dieser MOSFET hat:
V(GS)(th) max.: 2 Volt
Der steuert bei 5 Volt am Gate schon “schön” durch.

Zu überlegen wären auch noch ein paar Widerstände am Gate.
Etwa so:
mosfet_lowside_switch_ir_led_driver.png
Bitte beachte IR LED 1, IR LED 2 und R3 nicht, es geht hier nur um R1 und R2.

R2 sorgt dafür, dass der MOSFET sicher sperrt, auch wenn gerade kein definierter Pegel am Arduino-Pin ist, was zum Beispiel kurz nach dem Einschalten der Fall sein kann. Die Lichterkette könnte sonst flackern.

R1 reduziert den möglichen Stromfluss auf ein für den Pin des Mikrocontrollers zulässiges Maß.

Morgen,

Als MOSFET hatte auch schon mal die IRF 3708 genommen(können auch mit 3,3V angesteuert werden).
Noch ein Tipp : schau mal hier :

http://fkainka.de/category/arduino/

Da hat jemand so etwas auch schon nachgebaut - vieleicht hilft es ...

Ok hab meine Schaltung überarbeitet:


Das Board sieht momentan so aus

Ich finde, das schaut schon recht gut aus.
Quarz is schön nahe an Pin 9/10.

Ich würde noch ein paar kleine Änderungen vornehmen:

  • C3 (100nF) Entkopplungskondensartor sollte so nahe wie möglich an Pin7/8 (Vcc, GNC). Die Leitungen sollten so kurz wie möglich sein - bei deinem Layout sind sie noch ein wenig lang.
  • Wie wirst du den Mikrocontroller programmieren?
    Ich würde RX (Pin 2), TX (Pin3) und GND noch zu einer kleinen Stecker- oder Buchsenleiste führen. Die kannst du dann komfortabel zum Programmieren verwenden. Reset kannst du ja per Hand mit dem Reset-Taster machen (Bootloader aufspielen nicht vergessen).
  • Alle “Power”-Leitungen bei den MOSFETs würde ich noch dicker machen. Also jene zu S(ource) und D(rain) und die Leitung +12Volt, eben alles wo etwas mehr Strom fließt.
  • Wieso du AREF auf eine Buchse herausführst ist mir nicht ganz klar - das stört zwar nicht, aber …
    Wünsche gutes Gelingen!

PS: Wieviel Strom wird denn von den MOSFETs geschalten?
Du hast nicht gesagt, wie viele “Lichter” du anschließen willst.
Laut Datenblatt hat der MOSFET 22 mΩ wenn er voll durchgesteuert ist.
Du musst ausrechnen wieviel (Verlust-) Leistung am MOSFET entsteht: P = I2 R
Leistung (P) ist Strom (I) zum Quadrat mal Widerstand (R).
Ab etwa 1 Watt (Verlust-) Leistung brauchen die MOSFETs Kühlkörper.
Also ab etwa 7 Ampere braucht es Kühlung, weil:
72 x 0,022 = 1,078 Watt

Ach ja: Und bitte Fotos, wenn es fertig ist! :slight_smile:

So nochmal komplett überarbeitet
Schaltplan


Board

Meines erachtens ist es ein grober Fehler die Masse der 12V durch den Spannungswandler mit der Masse der 5V zu verbinden. Es braucht eine gemeinsame stabile Masse oder eine Ansteuerung der MOSFETS über Optoisolatoren.
Ich weiß, daß bei gewissen Spannungswandler die Massen nicht zusammenschaltet werden dürfen. Ist das Bei Dir auch der Fall?
Grüße Uwe

Hallo Uwe
Der DC DC Wandler isoliert laut datenblatt den 5v bereich von den 12 V Bereich

mfg

oblivionevil

uwefed:
Meines erachtens ist es ein grober Fehler die Masse der 12V durch den Spannungswandler mit der Masse der 5V zu verbinden. Es braucht eine gemeinsame stabile Masse oder eine Ansteuerung der MOSFETS über Optoisolatoren.
Ich weiß, daß bei gewissen Spannungswandler die Massen nicht zusammenschaltet werden dürfen. Ist das Bei Dir auch der Fall?
Grüße Uwe

Da hat Uwe sicher recht. Und es ist meine Schuld, dass ich mir das Datenblatt von diesem Spannungswandler nicht angesehen habe (ich habe den noch nie verwendet).

Du könntest doch einfach einen "ganz normalen" Spannungsregler verwenden. Die Mikrocontroller-Schaltung braucht ja nur wenig Strom (wahrscheinlich deutlich weniger als 100mA).
Vielleicht einfach so etwas statt dem B1205S:


Die Diode D1 kannst du auch weglassen.
Da kannst du die Massen ohne Probleme verbinden (bzw. sie sind ja schon verbunden).

Oblivionevil:
Hallo Uwe
Der DC DC Wandler isoliert laut datenblatt den 5v bereich von den 12 V Bereich

http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/274914/MORNSUN/B1205S/D-1W.html

mfg

oblivionevil

Ok, und wie willst Du dann den MOSFET ansteuern? Du mußt eine Spannung auf das Gate gegen Masse 12V geben. Wenn Du die 5V von den 12V galvanisch trennst dann geht das nicht.

Statt eines 7805 kannst Du einen nicht isolierten Step Down Wandler nehmen.

@uxomm
Wir ergänzen uns ja gut, darum muß nicht jeder alles sehen :wink: :wink: :wink:

Grüße Uwe

Erst mal vielen dank für die Hilfe
ich habe jetzt den lm7805 als Spannungswandler eingesetzt
Schaltplan


Board

Ich hoffe ich hab alles richtig gemacht

mfg
oblivionevil

Am Resetpin sollte noch eine Diode hinkommen. Wie D2 auf den Arduino UNO https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3-schematic.pdf

Grüße Uwe

So noch was ergänzt warm weiß
Schaltplan


Board

Ich hoffe ich hab die richtigen PINs für die PWM Ausgänge genommen
Vielen dank für die Hilfe
Oblivionevil