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How to drive High Power LEDs

January 7th, 2012 3 comments

Well, I did it wrong last time 😉

From 28C3 Lightning Talks

Categories: arduino, nerdcore Tags: , , ,

Moodlight mal etwas größer

August 4th, 2010 No comments

Mir ist das Phillips Living Color zu teuer, wer will schon für eine bunte Lampe mehr als 100EUR ausgeben? OK, es sieht wirklich schick aus. Allerdings sind wir Nerds und da kommt es eher auf den Lerneffekt als auf super Design an.

Die obligatorische Warnung sei aber angebracht: wir haften für keine Schäden die ihr Euch, Anderen oder Dingen zufügt wenn ihr das hier Beschriebene ausprobiert. Es besteht auch keine Gewähr für Korrektheit!

Es gibt mehrere Möglichkeiten buntes Licht -sozusagen bastelnd- in den Raum zu bringen. Eine ist das klassische Fnordlicht, das allerdings nur mit “normalen” 5mm LEDs. Dann gibt es noch verschiedene Projekte mit RGB-vielfarb-LEDs wie zum Beispiel: das hier. Das alles ist aber nicht so schön, weil nicht hell genug. Also selbst ist der Nerd.

Eagle-CAD gibt’s frei im Netz in einer abgespeckten Version (die völlig reicht). Nützlich ist außerdem der reichelt.de Versand, die High-Power LEDs bestellt man am besten bei mouser.com. Etwas Geschick beim Löten sollte auch von Vorteil sein.

Das nrtm.org Moodlight besteht im wesentlichen aus 3 getrennten Teilen:

  • Einen Mikrocontroller, einen PWM-Mischer oder Was auch immer um getrennte PWM Signale für jede Farbe zu erzeugen.
  • Eine Leistungsschaltung die die PWM Signale als Eingang nimmt und dadurch die LEDs “an und aus” schaltet (was bei >100Hz einer Dimmung entspricht).
  • Ein Gehäuse oder Irgendetwas was die LEDs und ihre Kühlung aufnimmt.

Als PWM-Erzeuger benutze ich einen arduino-mega Mikrocontroller. Eigentlich ist dieser viel zu mächtig um nur PWM zu erzeugen. Da ich aber grundsätzlich jede Elektronik-Bastelei damit entwickle war es einfacher erst mal den arduino zu benutzen. Später kann man beispielsweise einen kleinen ATMEGA8 und einen NXP-Farbmischer dazu benutzen. Die PWM-Signale dienen wie oben beschrieben als Eingang für folgende Schaltung:

Leistungsschaltung für nrtm-moodlight

An dieser Stelle ist eine Warnung angebracht. Die Widerstände nach den LEDs sind jeweils für die vorhanden LEDs an zu passen und korrekt zu dimensionieren. Vor allem ist auf die Leistung der Widerstände ausreichend groß zu dimensionieren. Für LED Stromversorgung und die zugehörige Widerstandsberechnung ist ein Blick in die Wikipedia bzw. led-treiber.de, letzteres ist sowieso sehr lesenswert.

Die Funktion dieser Leistungsschaltung ist recht simpel. Im Prinzip will man ja einen großen Strom (der durch die LEDs fließt) ganz schnell ein und aus schalten (PWM). Das PWM-Signal aus dem Mikrocontroller ist aber nicht ausreichend um den großen BD139 Transistor zu schalten. Deshalb muss ein kleiner Transistor (BC550) den großen ansteuern und dieser kleine wird mit dem PWM-Signal geschaltet. Die LEDs sind hier nur symbolisch eingezeichnet, da die so groß sind würden sie sowieso nicht auf die Leiterplatte passen. Deshalb werden sie über die Buchsen später per Kabel (gestrichelt) verbunden. Da es eine gemeinsame Masse geben muss wird die Masse des Mikrocontrollers noch mit 4,7kOhm Widerstand auf die Masse der Leistungsschaltung geklemmt. Hier empfiehlt es sich mit einem Messgerät mal nach zu messen, es sollten nicht mehr als 10mA über diesen Widerstand abfließen, sonst besteht die Gefahr das der Mikrocontroller gegrillt wird. Zu beachten ist noch das die Leistungstransistoren und möglicherweise auch die Widerstände gekühlt werden müssen. Die Leistungstransistoren sind auch abwechselnd gedreht damit die Kühlkörper auf das Board passen.
Die 12V für die Spannungsversorgung der LEDs holt man sich aus einem Netzteil was 3A Output bei 12V Gleichspannung liefern kann.

Layout (Top-Layer rot) für das Leistungs-Board

Das LED-Board kann man gestalten wie man möchte. Allerdings müssen die LEDs passiv gekühlt werden. Ich habe eine Mischung aus 1/2 Aluminiumspänen und 1/2 Epoxidharzkleber benutzt um sie auf 4x4x5cm Kühlkörper zu kleben. Die Aluspäne dienen der Wärmeleitung.

Jetzt kann man beliebige Folgen von PWM-Signalen erzeugen um die Farbmischung zu bewerkstelligen … der Kreativität sind dabei keine Grenzen gesetzt.

Teileliste (mouser.com Artikelnummern), den Rest wie Transistoren bitte selber bei reichelt.de aussuchen:

  • 889-R42182 LED Rot
  • 889-B42182 LED Blau
  • 889-W42182U LED Weiß
  • 897-LZ110G105 LED Grün
  • 889-A42182 LED Amber

bestueck_layer_black Bestückungsschablone für Leistungsschaltung

top_layer_black Top Layer Belichtungsschablone der Leistungsschaltung

bottom_layer_black Bottom Layer Belichtungsschablone der Leistungsschaltung