MezData-Logo Creative Commons License 400 Lösungen Button :AVR: LEDs mit µC: Schaltungen und Berechnungen

Synopsis: [ Wikipedia-LED ]

Sollen (viele) Leuchtdioden mit einem Mikrocontroller gesteuert werden gibt es neben der Dimensionierung der Vor-Widerstände auch die Qual der Wahl einer möglichst geschickten Beschaltung.

 

LEDs von Max, Beispiel für Produktstreuung

Blaue LEDEin Schüler brachte mir eines Tages einen Sack voller ovaler roter, grüner und blauer LED mit, die für große Anzeigen vorgesehen waren, aber auf Grund zu großer Streuung (siehe Tabelle) aussortiert wurden. Ein Datenblatt ist nicht vorhanden. Wo ist Anode und Kathode? Normalerweise ist der Anschlussdraht an Anode länger und an der Kathode is das Gehäuse abgeflacht. Bei den LED waren die Anschlüsse bereits zum Einbau abgelängt und eine Abflachung am Gehäuse gibt es nicht. Daher ins Gehäuse schauen, der LED-Chip liegt mit der Kathode im Reflektor (links Anode, rechts Kathode). Je nach Hersteller liegt der LED-Chip auch mal mit der Anode im Reflektor liegen, daher sind nur die Beinchen und die Abflachung eine verlässliche Kennzeichnung.

Farbe Gewicht 10 Stück Spannung bei 1 mA Spannung bei 20 mA
Rot 1,75 g 1,7 V 2,0 V
Grün 1,76 g 2,9-3,0 V 3,5-3,9 V !
Blau 1,74 g 2,8 V 3,3-3,8 V !

LEDs dieser Grösse können typischerweise mit einem maximalen Strom von 20 mA betrieben werden. Um die Kenndaten zu ermitteln messe ich die Spannung an der LED bei einem Strom von 1 mA und 20 mA. Ausserdem wog ich Jeweils 20 LED um die Anzahl der Lieferung abschätzen zu können.

Besonders bei den grünen LED ist ein Helligkeitsunterschied bei 20 mA zwischen einer 3,5 V und einer 3,9 V (heller) LED erkennbar.

RGB-LED-Stripe für 12V

LED-Stripe 60/m

Indirekte Beleuchtung mit farbigem Licht ist heute einfach mit RGB-Stripes machbar. Günstig sind 5m Streifen mit 30 bzw. 60 LED pro Meter erhältlich. Die LED sind zu Segmenten mit jeweils 3 RGB-Chips und 3 Vorwiderständen verschaltet, ein Segment hat die Länge von 10 bzw. 5 cm. In einem Segment sind die LED gleicher Farbe in Reihe mit einem Vorwiderstand verschaltet.

Farbe Vor-Widerstand Strom bei 12V Spannung an LED
Rot 330 Ω 17 mA 2,1 V
Grün 150 Ω 19 mA 3V
Blau 150 Ω 18 mA 3,1V

Alle Farbstränge sind mit der +12V Leitung verbunden. Die Summe der Ströme pro Segment ist 54mA. 5m eines 60 LED/m Streifens müssten theoretisch 5,4 A ziehen, tatsächlich habe ich einen Strom von ca. 3,5A in den Controller gemessen. Der Spannungsabfall in der +12V Leitung des Stripes ist dafür verantwortlich. Am Ende leuchet der Streifen dunkler als am Anfang, der Anfang wird recht warm da der Widerstand der 12V Leiterbahn zu gross ist.

RGB-LED-Kachel für 12V

RGB-Kachel

Farbe Vor-Widerstand Strom bei 12V

Strom pro LED

Spannung an LED
Rot 300 Ω 56 mA 19 mA 2,1 V
Grün 150 Ω 62 mA 20 mA 3V
Blau 150 Ω 47 mA 16 mA 3,2V

 

 

 

 

 

 

Ansteuerung mit ULN 2003

ULN2003 InnenschaltungReicht der Strom am Ausgang eines µC nicht aus oder sollen höhere Spannungen geschaltet werden, helfen externe Transistoren weiter. Ein praktisches Bauteil ist ein IC mit Transistorarray [Datenblatt ULN2003]. 7 Ausgänge mit 500 mA maximalem Strom in einem Gehäuse. Ein RGB-Stripe kann direkt angeschlossen werden siehe [Farbwunder].

Vorteile: Kostengünstiges Bauteil mit 7 OpenCollector Ausgängen mit Schutzdioden bei Anschluss induktiver Lasten (Relais). Direkter Anschluss an µC möglich.

Nachteil: Minimale Spannung zwischen Ausgang und GND (Uce(satt)) ist recht hoch. Beispiel: Bei Ic=350mA beträgt der Spannungsabfall 1,2V. Die Verlustleistung ist dann 0,42W. Bei 7 Kanälen wären das 3W. Bei 67°C/W thermischem Widerstand des Gehäuses würde der Chip überhitzen. Auch würden bei einem angeschlossenen LED-Stripe statt 12V nur 10,8V ankommen.

Ansteuerung mit NMOS-Transistor

 

Ansteuerung mit Treiberchip

 

Anordnen als Matrix

 

 

RGB-LED mit eingebautem Controller