High Power LED's (3W) mit Transistor schalten

[Pist154]

Hallo,

ich weiß, ihr habt bestimmt schon oft solche Themen behandelt, leider finde ich nichts was mich meiner Lösung näher bringt.

Zu meinem Projekt:

Ich habe eine Platine gelötet, welches High Power LED's mit einem Mikrocontroller schalten soll. Diese LED haben verschiedene Wellenlängen und sollen für meinen Kräutergarten werden . Zu viel zu meinem Projekt.

Mein Problem:

Ich habe meine Platine soweit fertig (sollte eh als Prototyp dienen). Da ich die 3 Watt LED's leider nicht nur über den Controller (attiny 85) betreiben kann, musste ich dieses ja über einen Transistor machen. Im ersten Versuch hatte ich einen 2N3706 (max. 800mA). Da glimmten die LED's nur, als würde der Transistor nicht voll durchschalten. Dabei war es egal, was für einen Basis Widerstand ich genommen habe. Also bin ich zu dem Schluss gekommen, dass der Transistor dafür nicht geeignet ist. Jetzt habe ich nach Absprache mit einem Kollegen (Betriebselektroniker), den BD135-16 bestellt und mir einen Basiswiderstand von 165 Ohm errechnet.
Trotzdem ist das Leuchtergebnis nicht wie erwartet. Es ist zwar deutlich besser, aber immer noch nicht perfekt.

Meine Rechnung:
Ich möchte mit dem Transistor 700mA schalten. Aus dem Datenblatt entnehme ich eine Hfe von 100. Habe diesen mal auf 30 gesetzt, für die Sicherheit. Wenn ich jetzt die 700 durch die 30 Teile bekomme ich ja 23 Ohm raus. Wenn ich von einer Betriebspannung von 3,8V ausgehe, komme ich auf die 165 Ohm. Dennoch schaltet der Transistor einfach nicht richtig durch. Irgendwo habe ich da einen Denkfehler. Oder ist der Transistor dafür auch nicht geeignet. Immerhin schaltet dieser bis zu 1,5A. Ich habe ein Netzteil 5V 1000mA. Eigentlich voll ausreichend.

Kann mir einer sagen, wo der Fehler ist? Oder muss ich irgendwie mit den max 40mA vom Controller rechnen? Schaltplan kann ich evtl noch nachreichen.

Gruß Julian

[Achim H]

Kann mir einer sagen, wo der Fehler ist?

Möglicherweise hast Du den Spannungsabfall UCE (zwischen Kollektor und Emitter) nicht berücksichtigt. Die eingespeiste Spannung ist um diesen Wert niedriger.

[Pist154]

Ich habe mit 5 Volt gerechnet wovon ich 10% Toleranz abgezogen habe. Dann haben ich noch 0,7 V Spannungsabfall mit einberechnet. Dann komm ich auf die erwähnten 3,8V.

[Borax]

Im ersten Versuch hatte ich einen 2N3706 (max. 800mA). Da glimmten die LED's nur, als würde der Transistor nicht voll durchschalten.

Dann ist schon was faul. Nur glimmen sollten die auch mit diesem Transistor nicht. Der kann auch wirklich die 800mA durch schalten, er kann aber bei diesem Strom auch schnell den Überhitzungstod sterben. So gesehen ist der BD135-16 schon besser. Liefer uns mal den Schaltplan. Möglicherweise liegt es aber auch an Übergangswiderständen.

Dabei war es egal, was für einen Basis Widerstand ich genommen habe.

Welche hast Du denn verwendet?

Wenn ich von einer Betriebspannung von 3,8V ausgehe

Wieso jetzt 3.8V? Du sagtest doch das Netzteil hat 5V und 1A?
Idealerweise wird hier eine KSQ-Schaltung verwendet (siehe: viewtopic.php?f=31&t=7920 ). Diese lässt sich problemlos von einem ATTiny ansteuern (hab ich schon x mal gemacht).

[Pist154]

Also ich habe den Schaltplan angehangen. Er ist zwar nicht professionel, aber ich denke ihr wisst, wie es funktioniert. Also bei dem alten Transistor habe ich von 1K ausprobiert 10K und und einmal 220 Ohm. Leider ohne Effekt.

Ja ich habe ein 5V Netzteil. Ich habe bei der Berechnung halt nur mit 3,8V gerechnet, da ich pauschal einfach 0,7V als UCE genommen habe, da ich im Datenblatt nichts gefunden habe. Dann habe ich noch 10% Toleranz abgezogen. Daher die 3,8V.

Ich denke aber, dass ich irgendwo einen kleinen Fehler drin habe (oder einen großen ), dass es halt nicht ganz funktioniert. Aber vielleicht könnt ihr mir helfen

[ustoni]

Zunächst mal gehe ich davon aus, dass die LEDs richtig herum eingebaut sind und nur im Schaltplan falsch eingezeichnet sind.

Dein eigentliches Problem kannst Du beheben, indem Du die 220 Ohm Widerstände zwischen Kathode der LED und Kollektor schaltest. Zwischen Emitter und Masse haben die nichts zu suchen.
So wie gezeichnet würde die Schaltung versuchen, an den 220 Ohm Widerständen eine Spannung von (Spannung an der Basis - UBE) aufzubauen, was natürlich durch den Spannungsabfall an den LEDs nicht geht.

[Pist154]

Oh ja stimmt sorry. Natürlich sind diese richtig angeschlossen . Ich teste es gleich mal und sag bescheid, ob es geht

[Pist154]

Irgendwie bin ich gerade etwas verwirrt . Zumindest kann ich es mir nicht erklären, warum es so ist. Ich habe die Schaltung jetzt mal auf meinem Steckboard nachgebaut und mal überall nachgemessen. Er zeigt mir 5V an, aber eine Stromstärke von ungefahr 2,5A . Dabei schafft das Netzteil eig nur 1A.

Und wenn ich am Netzteil versuche zu Messen, dann schwankt der von 0,3A bis 0,8A. Er zeigt mir keinen festen Wert an sondern geht immer rauf und runter. Ist das normal?

Und bei der Stromstärke und der Spannung, müssten mir die LED's eigentlich um die Ohren fliegen oder? Oder wo muss ich versuchen die 700mA zu messen? Zwischen Emitter und Masse? Oder zwischen Kollektor und Emitter?

[ustoni]

?????????
Wie willst Du denn den Strom zwischen Kollektor und Emitter messen? Transistor aufsägen?

Bei einer Strommessung muss das Messgerät in Reihe zum Verbraucher geschaltet werden:
http://www.brinkmann-du.de/physik/sek1/ph08_09.htm

Was Du am Netzteil wohl gemessen hast, ist der Kurzschlussstrom.

[AKPSV]

Bei einer Parallelschaltung von Leds teilt sich der Strom auf. Deine Leds brauchen zusammen 3A um korrekt zu leuchten. Dein Netzteil liefert aber nur 1A. Die Arbeitspunkteinstellung des Transistor stimmt auch nicht. Laut Datenblatt hat der BD135 eine Ube von max. 5V und einen Ib von max.0,5A. Daraus ergibt sich der Vorwiderstand von mindestens 10 Ohm. Der Vorwiderstand der Led errechnet sich aus (Ue-Uled) / Iled.
Beispiel: rote Led: (2,2V+2,8V)/2=2,5V; 2,5V / 0,8 I = 3,125 Ohm.
Den Strom zwischen Led und Kollektor des Transistors messen.

Da ich nicht weis wieviel der Ausgangsstrom der Tiny liefert würde ich noch einen BC547 als Treiber für den BD135 davor schalten.

Gruss Andy

[Pist154]

Ok ganz blöder Fehler. Ich habe vergessen zu erwähnen, dass die LEDs nicht alle gleichzeitig leuchten, sondern in bestimmten Zeitabständen. Weiß heißt, dass niemals zwei LEDs gleichzeitig leuchten.
Damit meinst du aber nicht den Basiswiderstand. Das müsste ja dann der widerstand nach den LEDs sein richtig?
Ich mess gleich nochmal aber dann richtig

[Pist154]

Da ich nicht weis wieviel der Ausgangsstrom der Tiny liefert würde ich noch einen BC547 als Treiber für den BD135 davor schalten.

Gruss Andy

Ich glaube der liegt bei max 40mA

[AKPSV]

Wenn die 40mA stimmen, sollte man einen Transistor mit einer Verstärkung von 100 nehmen.
Selbst bei nur zwei Leds reicht dein Netzteil nicht aus!
Was benutzt du als Netzteil?
Als Beispiel mal ein Bild:

[Pist154]

Wie gesagt, an einem Netzteil soll es nicht scheitern. Soll ich eins mit 2A kaufen? Oder mehr? Wollte eigentlich ungern eins mit 12V nehmen, da ich dann noch ein Spannungswandler zwischen machen muss, damit mir der Controller nicht durchbrennt. Deswegen wollte ich alles bei 5V lassen. Wenn ich das aus dem Datenblatt von meinem richtig entnehme, hat der mindestens ein Hfe von 100. Natürlich sollte man immer mit weniger rechnen.

Hab mal Netzteil und Datenblatt angehangen

[AKPSV]

Die 12V sind nur als Beispiel. Du kannst dir ein Netzteil mit 5V / 2A kaufen. Wenn es sowas gibt. Als Test für deine Schaltung würde ich das auf einem Steckboard aufbauen. Als Basisvorwiderstand einen Trimmer mit 200 Ohm einsetzen ihn auf Null stellen. Einschalten und den Trimmer soweit hochdrehen bis der Transistor durchschaltet. Dabei Strom und Spannung messen und den Widerstandswert ausrechnen.
Sollte der BD135 nicht schalten, dann muss du einen Transistor wie schon erwähnt davor schalten und das ganze wiederholen.

Gruss Andy

[Borax]

Der BD135 langt schon. Dessen Stromverstärkung ist durchaus hinreichend. Aber da ist irgendwas ganz anderes faul:
Mit einem LED-Vorwiderstand von 220 Ohm kann da gar kein großer Strom fließen.

Oder wo muss ich versuchen die 700mA zu messen? Zwischen Emitter und Masse? Oder zwischen Kollektor und Emitter?

Keine Ahnung, was Du da gemessen hast. Üblicherweise wird die Spannung am LED-Vorwiderstand gemessen und daraus mit dem Ohm'schen Gesetz der Strom berechnet. Also:
Selbst wenn gar keine LED angeschlossen wäre, könnte bei 5V über einen 220 Ohm Widerstand nur maximal ein Strom von 22 mA fließen. Wenn Du wirklich stabile 700mA willst, dann wie oben schon erwähnt KSQ aufbauen. Sieht so aus (exemplarisch für einen Kanal).

ATTiny_KSQ_700mA.png (8.69 KiB) 8038 mal betrachtet

Es darf dann natürlich immer nur eine LED leuchten. Ansonsten ist ein stärkeres Netzteil nötig. Für alle 4 LEDs gleichzeitig mit 700mA dann mind. ein 3A Netzteil.

[Pist154]

Ok danke Leute. Dann werde ich mich mal nach einem stärkeren Netzteil umsehen. In der Hoffnung, dass es ein 5,5 x2,1 Netzteil gibt. Ich werde mal googlen. Dann werde ich mal sehen, dass ich meine kleinen Fehler noch ausgemerzt bekomme und falls es dann immer noch nicht funtzt werde ich mich wieder melden .

[Borax]

Noch was... Ein Steckbrett ist wahrscheinlich zu hochohmig für 700mA. Das geht nur mit gelöteten Verbindungen auf der Hochstromseite (5V -> LED -> BD135 -> Shunt -> GND). 5V Netzteile mit mehr als 3A gibt es schon recht günstig. Beispiel: http://www.pollin.de/shop/dt/NjQ1ODQ2OT ... V_4_A.html
Und statt dem BC546B im obigen Schaltplan kannst Du genauso gut den 2N3706 verwenden.