OpenUp RGB-LED Stripe (SMD5050)

  • 2

OpenUp RGB-LED Stripe (SMD5050)

Kategorien:

Arduino

Gestern habe ich ein paar Kleinigkeiten aus dem Baumarkt gebraucht und bin mal wieder zu Obi gefahren.

Auf dem Weg aus der Gartenabteilung in Richtung der Schrauben befindet sich dort im breiten Hauptgang in der Mitte die Quengelware f├╝r den ausgewachsenen Mann. ­čÖé

Im Vorbeigehen warf ich einen Blick auf die Artikel und dann stand dort ein Regal, auf dem LED-Stripes lagen.

Da ich f├╝r ein aktuelles Projekt auch eine Beleuchtung brauche – ich dachte eher daran, meine abertausend Standard-5mm-LEDs daf├╝r zu verwenden, aber der Preis f├╝r die Stripes waren doch recht interessant.

Es gab drei Ausf├╝hrungen. Die G├╝nstigste hat eine Rolle mit 3 Metern mehrfarbigen LEDs auf einem Streifen, der alle 10 cm abgeschnitten werden kann.

Kostenpunkt im Set mit Fernbedienung, LED-Ansteuerung, Steckernetzteil und Verbinder f├╝r 11,99 EUR. (Marke: Briloner LED-Strip. Stand zumindest auf dem Aufsteller und wird in einer Blisterverpackung ausgeliefert, in der man dann an der LED-Rolle ein silbernes Etikett mit der Adresse von Obi drauf vorfindet.)

 

LED-Stripe SMD5050

Zum Vergr├Â├čern Bild anklicken

 

Obi hat gewonnen. Ich habe das Teil mitgenommen. ­čÖé

Da ich die LED-Ansteuerung nicht wirklich brauche f├╝r mein Projekt, mache ich hier ein OpenUp, damit Ihr sehen k├Ânnt, was sich in diesem kleinen Geh├Ąuse befindet und wie es aufgebaut ist.

Doch zuvor noch ein paar Worte zu den verbauten SMD-LEDs des Typs 5050:

Der Stripe ist 10 mm breit und in meinem Fall sogar Wasserfest. Es gibt aber wohl auch eine nicht wasserfeste Version zu kaufen.
Beide Varianten verf├╝gen ├╝ber 3 Lichtquellen und auf einem Abschnitt von 10 cm sind 3 LEDs verbaut.
Durch die 3 Lichtquellen k├Ânnen die drei Grundfarben darstellt werden (RGB ÔÇô Rot, Gr├╝n und Blau), oder auch drei mal so hell in wei├č strahlen.
Da aber f├╝r ein wei├čes Licht im Farbspektrum alle Grundfarben gemischt werden m├╝ssen, wird hierf├╝r aber auch gleich die dreifache Energie (0,24W / Chip) verwendet. Auch beim mischen von zwei RGB-Farben f├Ąllt immer jeweils die zweifache Energie an, wobei Rot der meist verbrauchende Teil einer Komplement├Ąrfarbe ist.

Die gekaufte 3 Meter LEDÔÇôLeiste mit 90 LEDs (30 pro Meter) ben├Âtigt also ca. 24 Watt, bzw. ca. 8 Watt pro Meter.

Geringer Stromverbrauch also und ebenfalls auch eine geringe W├Ąrmeentwicklung machen diesen LED-Streifen daher besonders langlebig. (Zumindest die ersten beiden Eigenschaften habe ich schon getestet und es stimmt.)

Laut Obi-Seite ist das Ger├Ąt in der┬áEnergieeffizienzklasse A++ angesiedelt und die
Mittlere Nennlebensdauer soll 25000 Stunden betragen.

Finde ich ok.

Noch zu erw├Ąhnen ist, dass sich dieser LED-Typ NICHT daf├╝r eignet, ein TV-Backlight-System damit zu bauen, denn die LEDs k├Ânnen nicht jede einzeln die Farbe ├Ąndern, sondern nur der gesamte verwendete Streifen.

Nach dem ersten Zusammenstecken kam nat├╝rlich Freude auf, denn nichts macht einen wohl zufriedener, als buntes Licht. ­čÖé

Auf der Fernbedienung gibt es 4 verschiedene Farbprogramme, die den Streifen auf diverse Arten im gesamten Farbspektrum laufen lassen. Flash, Strobe, Fade und Smooth.
Daneben gibt es 16 feste Farbtaster, zwei Taster um die Leuchtkraft zu erh├Âhen, bzw. herunterzufahren und nat├╝rlich einen An- und einen Aus-Taster.

Nat├╝rlich l├Ąsst sich der Streifen auch ohne die Fernbedienung f├╝r ein eigenes Projekt – beispielsweise mit einem Arduino, oder auch einem Raspberry Pi – verwenden, wenn die Ansteuerung komplexer und/oder einfach individueller sein soll.

Ich brauchte daher eigentlich nur das Netzteil und den LED-Streifen, aber mich interessiert, was sich da in dieser kleinen Schachtel namens “RGB Control Box” befindet und ob sich das best├Ątigt, was ich schon im Vorfeld vermute.

LED-RGB-Controlbox_1

Zum Vergr├Â├čern Bild anklicken

Als ich dann die Box vorsichtig mit einem Schraubenzieher auf der R├╝ckseite ge├Âffnet habe – von innen ineinander gesteckt – kam die Platinenr├╝ckseite zum Vorschein.

LED-RGB-Controlbox_3

Zum Vergr├Â├čern Bild anklicken

Nachdem ich nun die Platine auch noch herausholen konnte, best├Ątigte sich meine Vermutung. Es handelt sich um einen Mikrocontroller unbekannten Typs, denn der achtbeinige IC hat keine Typbezeichnung. Ich dachte erst an einen ATtiny85, aber so weit ich das richtig sehe, passt das vom Pinout nicht.

LED-RGB-Controlbox_4

Zum Vergr├Â├čern Bild anklicken

Auf der linken Seite Oben ist ein AMS 78L05 (U1) Spannungswandler zu sehen mit einem Gl├Ąttungskondensator um 5V vom 12V Netzteil abzuzweigen um den achtbeinigen Controller-IC (U2) samt Ansteuerung via MOSFETS TSM2302 (Q1-Q3) anzusteuern, die Ihr rechtsseitig im unteren Bereich sehen k├Ânnt.

Mittig unterhalb der Platine ist mit D1 eine Diode als Verpolschutz eingebaut und rechts oben neben dem Controller sieht man vier 470 Ohm-PullDown-Widerst├Ąnde, um die vier IO-Pins des Controllers auf GND zu ziehen (3 davon f├╝r die MOSFETs Q1-Q3 die jeweils die Farbe Rot, Gr├╝n, Blau des Streifens ansteuern).

Der vierte Widerstand zieht den INPUT-Pin des Controller auf GND. An diesem Pin h├Ąngt ein IR-Empf├Ąnger, der an einem Kabel h├Ąngt und somit f├╝r die Fernbedienung da ist. (Das untere Kabel mit dem schwarzen “Knubbel”.)

LED-RGB-Controlbox_2

Zum Vergr├Â├čern Bild anklicken

An diesem Pin wird das IR-Signal als INPUT eingelesen, um den Fernbedienungs-Tastenbefehl f├╝r das entsprechende Programm im Controller auszuw├Ąhlen, welches dann die entsprechenden Kommandos an die MOSFETs gibt, die ja die LEDs als OUTPUT ansteuern, beispielsweise die Lichtfarbe wechseln, die Helligkeit, usw.
Das funktioniert dann mittels PWM-Ansteuerung (Pulsweitenmodulation) der MOSFETs.

Jeweils am Gate eines der MOSFETs (Q1-Q3) ist ein 10 kOhm Widerstand verbaut.
Vermutlich, um die Schaltflanken abzuflachen, um eine bessere EMV (Elektromagnetische Vertr├Ąglichkeit) zu erhalten und Schaltstrompsitzen abzufedern.
Es ist eine relativ einfache Schaltung zur Ansteuerung der MOSFETs, sollte aber ausreichen, um die Ausg├Ąnge des Controllers zu sch├╝tzen.

W├Ąre das Produkt hochwertiger und entsprechend teurer, w├Ąre hier sicher ein bipolarer Transistorschaltkreis (NPN) zus├Ątzlich an jedem Gate verbaut, oder sogar eine Gegentaktsteuerung mit zwei komplement├Ąren Transistoren (NPN und PNP) an jedem Gate, aber jedes Bauteil, auch wenn es nur einen Bruchteil eines Cents kostet, erh├Âht die Herstellungskosten bei riesigen St├╝ckzahlen drastisch und senkt den Gewinn, was heutzutage gerade im Bereich Netzteile fatal ist.
Zu viel Ersparnis und Bauteile am Limit verringern die Lebensdauer und steigern die Gefahren, da hier mit hohen Str├Âmen umgegangen wird.
In der Zeit vor dem Internet sind nie so viele Netzteile wie heute abgefackelt. Die Qualit├Ąt war eine ganz andere und die Preise auch.

Ein Nachbauen mit einem Arduino ist ganz einfach, zumal wir die “RGB Control Box” als Vorbild nehmen k├Ânnen.
Als Alternative f├╝r die MOSFETs k├Ânnten wir einen┬áIRLB 8721 verwenden, da dieser sehr g├╝nstig zu haben ist (um die 0,60 EUR).
Wenn Ihr eine andere Alternative wollt, weil Ihr beispielsweise schon diverse MOSFETs zu Hause in Eurem Materiallager habt, dann sollte diese mindestens die folgenden Werte aufweisen:┬áUDS = 20 V — Id = 2,4 A — Ptot = 1,25 W.

Sind diese Werte h├Âher oder viel h├Âher, kein Problem, nur niedriger d├╝rfen sie nicht sein.

Auch muss es unbedingt ein N-Channel-MOSFET sein mit Logic Level 3,3V oder 5V.

Und keinesfalls den LED-Streifen, egal wie kurz er ist, direkt an den Arduino klemmen. Das d├╝rfte den Arduino garantiert zerst├Âren.

Hier mal ein Aufbau mit einem Breadboard. (Ich habe jetzt mal behelfsweise IRLZ34N-MOSFETs verwendet.)

LEDStripe-Treiber-MOSFET_Steckplatine

Zum Vergr├Â├čern Bild anklicken

 

Ein kleines Beispielsketch f├╝r den Arduino:

 

Das Ergebnis schaut dann so aus wie in dem kleinen Video. Leider bin ich nicht gut im Videos aufnehmen … Sonst k├Ânnte man die einzelnen Farben auf dem Stripe sicher besser sehen k├Ânnen.

Auf dem Multimeter kann man gut den schwankenden Stromverbrauch der Farbkombinationen sehen. Einige Kombinationen brauchen relativ viel, andere wenig. Insgesamt schwankt der Bereich zwischen 12-38 mA bei diesen 3 LEDs.

 

Ich hoffe, das OpenUp hat Euch gefallen.
Der Controller blieb ja im Gegensatz zu anderen OpenUps Funktionsf├Ąhig, aber kommt bei mir erstmal in die Bastelkiste, da ich ja eine andere Ansteuerung brauche.

 

 


2 Comments

Robert

30. April 2019 at 3:54 pm

Danke f├╝r die Anleitung! Ich habe ein paar Fragen:

1. Welche Widerstandswerte werden f├╝r die Schaltung ben├Âtigt? Sehe ich es richtig, dass 10 kOhm (braun, schwarz, orange) und 470 Ohm (gelb, violett, braun) jeweils dreimal ben├Âtigt werden?

2. Funktioniert die Schaltung ohne Ver├Ąnderung auch f├╝r den Raspberry Pi (bis auf den Anschlu├č ans Ger├Ąt nat├╝rlich)?

3. Wieviele LEDs kann man damit ansteuern? Ich w├╝rde gern f├╝nfStreifen a 5m ansteuern. Mir ist klar, da├č ich dann f├╝r jeden Streifen eine ausreichende Stromversorgung ben├Âtige, aber schafft die Schaltung auch 25m (d.h., 750 LEDs)? Falls nicht: wie lie├če sich das umsetzen?

    Ronin

    30. April 2019 at 10:04 pm

    Hallo Robert,

    zu 1.) Genau. 3x 10kOhm, sprich, zu jedem MOSFET ein 10KOhm.
    Und je 3x 470 Ohm habe ich jetzt genommen, weil 470 Ohm auch in der Original-Schaltung waren.
    Ein FET wird ja mit Spannung angesteuert. Strom flie├čt da keiner im Gegensatz zu einem Transistor.
    Und ein FET hat eine Gate-Source Kapazit├Ąt, die im Moment des Umschaltens wie ein Kurzschkluss wirkt. Um den Conroller vor einem Kurzschlusspuls zu sch├╝tzen, braucht es einen Widerstand.
    Berechnet wird dieser Baiswiderstand mit R = U/I. Beim Arduino mit maximal 40mA am Pinausgang w├Ąre der kleinstm├Âgliche Wert ein Widerstand von 125 Ohm (R= 5V/40mA).
    Aber das Maximum von 40mA auf Dauer ist nicht wirklich gut. Also nimmt man einen h├Âheren Widerstand. 20mA statt 40MA reichen auch aus. (also w├╝rde man 250 Ohm nehmen. Da es den aber nicht gibt, geht man auf 330 Ohm (E24-Reihe). Aber auch meine verwendeten 470 Ohm passen dann noch gut rein.)

    F├╝r das, was Du vorhast (ich gehe davon aus, das wir wenn ├╝berhaupt von nur wenigen Schaltvorg├Ąngen pro Sekunde sprechen) kannst Du alles zwischen 200-1000 Ohm f├╝r diese MOSFETs nehmen, ohne Unterschiede im Betrieb feststellen zu k├Ânnen.

    zu 2.: Nein, die oberen Werte aus 1.) m├╝sstest Du zuerst umrechnen. Den 10KOhm kannst Du lassen (er zieht so das Gate immer erst mal auf Ground und richtet keinen Schaden an), aber der Vorwiderstand (470 Ohm) reicht dann nicht mehr, da der Raspberry Pi keine 40mA pro Pin vertr├Ągt. So weit ich mich noch erinnere, sind es maximal 8mA beim Pi. Rechne mal lieber mit 5mA.
    Also R=3,3V / 5mA = 660 Ohm (680 Ohm E24-Reihe). Auch ein 1000 Ohm sollte problemlos gehen.

    Ich habe ja einen IRLZ34N-Mosfet verwendet … Den kannst Du mit einem Raspberry Pi nicht ohne Weiteres verwenden, da dieser ein 5V-TTL-Mosfet ist und bei rund 4V durchschaltet. Dein Raspberry Pi arbeitet aber nur mit 3,3V.
    Daher solltest Du bei der Wahl eines passenden Mosfets darauf achten, dass er bei 2,7V sauber durchschaltet (“RDSon”-Wert @VGS 2,7V im Datenblatt beachten), damit Dein Raspberry Pi ihn auch ansteuern kann. Schau mal in die Liste unter https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht. Dort findest Du ein paar, die Du auch mit dem Pi verwenden kannst. In der Kommentar-Spalte steht, wenn der Typ einen 2.7V LogicLevel besitzt)
    Alternativ m├╝sstest Du eine Treiberstufe bauen, um mit Deinem Pi einen 5V-TTL-MOSFET ansteuern zu k├Ânnen, aber dazu brauchts wieder mehr Bauteile.

    zu 3.) Es kommt darauf an, welchen Streifen Du verwendest. Dieser von mir hier wird mit 12V betrieben und jeder Abschnitt des gesamten Streifens von 3 Metern besteht aus 3 mehrfarbigen LEDs die sich die 12V teilen (ein Abschnitt = 10cm). Zusammen verbrauchen sie bei ung├╝nstiger Farbkombination rund 40mA. Bei 3 Metern sind das 30 Abschnitte mit 3 LEDs mit also insgesamt rund 1,2A Strom bei Volllast.

    Nehme ich Deine 25 Meter und rechne sie pi mal Daumen auf die eben genannten Werte um habe ich die 8fache Menge, also rund 10A Stromverbrauch.

    Meine obige Schaltung w├╝rde auch die 25 Meter mit den verwendeten IRLZ34Ns schaffen, da diese einzeln bis zu 55V/30A schalten. (Bei 10A reizen wir sie zu 1/3 aus. Denen ist selbst dann noch langweilig ­čÖé )

    Du musst halt darauf achten, dass der von dir ausgew├Ąhlte MOSFET-TYP neben einem 2,7V Logikpegel auch mindestens 20A (“ID” im Datenblatt) schalten kann. Mehr ist immer gut, aber weniger Ampere bedeutet, dass der MOSFET im Betrieb hei├čer wird und schneller altert und bei 20A h├Ąttest Du 50% Reserve.

    Ich hoffe, ich konnte Dir bei Deinem Projekt weiterhelefen. Viel Erfolg und wenn noch Fragen sind… her damit ­čÖé

    Viele Gr├╝├če,
    Michael

Schreibe einen Kommentar

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr dar├╝ber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.