{"id":450,"date":"2018-07-16T21:33:53","date_gmt":"2018-07-16T19:33:53","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/?page_id=450"},"modified":"2018-07-16T21:34:50","modified_gmt":"2018-07-16T19:34:50","slug":"led","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/gruppe-4-licht\/led\/","title":{"rendered":"LED"},"content":{"rendered":"

Schaltungsbeschreibung<\/strong><\/p>\n

Die Schaltung besteht aus einer konstanten Stromquelle, als deren Last wird das Netz von LEDs angeschlossen. Die Stromquelle wird aus dem Operationsverst\u00e4rker und einen n-Kanal MOSFETs aufgebaut. Das Netz der LEDs besteht aus 4 Str\u00e4ngen, in jedem Strang be\ufb01nden sich 3 LEDs, in Anordnung von rote Diode, blaue Diode und rote Diode. Rote Dioden emmitieren Licht mit Wellenl\u00e4nge von 660nm, und blaue Dioden mit 470nm. In LTspice-Schaltung wurden die LEDs mit ohmschen Widerst\u00e4nden ersetzt, um die Simulation zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n

Es gibt zwei Versorgungsspannungen, Quelle V1 von 5 V, die durch einen Spannungsteiler (Widerst\u00e4nde R(7) und R(8)) und ein Potentiometer den nichtinvertierenden Eingang des OPVs versorgt. Das Potentiometer dient zum Fine-Tuning, falls andere Bauteile oder Signale Abweichungen von angenommenen Werten aufweisen. Quelle V2 von 12 V, die zur Versorgung der Dioden und des OPVs geeignet ist.<\/p>\n

Die Schaltung wird mit einem Temperatursensor verbunden. Wenn der Temperatursensor registriert niedrige Temperatur der Umgebung, wird von ihm die Spnannung von 0,8 V geschickt, die macht den p-Kanal MOSFET (FDC5614P) leitend .\u00a0Deshalb wird der + Eingang des OPVs mit 2,6 V versorgt, also Ausgangsspannung des OPVs ist jetzt so gesteuert, um das n-Kanal MOSFET (UF640L) geeignete Strome durchlass.<\/p>\n

Deswegen \ufb02ie\u00dft der Strom durch die Dioden – die P\ufb02anzen werden durch die Dioden beleuchtet. Wenn der Temperatursensor registriert hoche Temperatur der Umgebung, wird von ihm die Spnannung von 3,8 V geschickt, die sperrt den p-Kanal MOSFET (FDC5614P) . Deshalb wird der + Eingang des OPVs mit 0 V versorgt, also Ausgangsspannung des OPVs ist auch Null, das n-Kanal MOSFET (UF640L) sperrt und \ufb02ie\u00dft kein Strom durch die Dioden – die P\ufb02anzen werden nicht durch die Dioden beleuchtet.
\nIn der Schaltung stehen zwei Kondensatoren. Beide funktionieren als Tiefpass\ufb01ltern und versichern die Schaltung von hochfrequenten Schwingungen. C1 gl\u00e4ttet die Spannung an den Gates von n-Kanal MOSFETs und C2 gl\u00e4ttet die Versorgungsspannung von 12 V. Die Widerst\u00e4nde R1 und R2 versichern andere Bauteile vor unerwartet hochen Spannungen.<\/p>\n

Die Schaltung ist auch mit drei Jumpers ausger\u00fcstet, um die Spannungsbemessungen zu\u00a0vereinfachen.<\/p>\n

Schnittstellen<\/strong><\/p>\n

LEDs-Netz ben\u00f6tigt zwei Versorgungsspannungen (5V und 12V) von der Versorgungsgruppe.<\/p>\n

Schaltung<\/strong><\/p>\n

\"eagleschaltungNEU\"<\/a><\/p>\n

EsgibteineStelle,inderensichdiereelleSchaltungvonderEagle-Schaltungunterscheidet. Statt nMOS in jeder LED-Strang, wird nur ein nMOS (UF640L) in der gesamten Schaltung angewendet. Vier LED-Str\u00e4nge wurden in der Praxis gleich nach den letzen LED kurzgeschlossen und zusammen mit dem Drain der nMOS verbunden. Ursache dieser \u00c4nderung ist unsymmetrisches Verhalten der MOSFET. An dem nMOS wird ein K\u00fchler angeschlossen, um die \u00dcberhitzung zu verhindern. Trotz der kleinen \u00c4nderung, l\u00e4sst\u00a0sich die ver\u00e4nderte Schaltung auf der Platine, die auf der Basis von oben pr\u00e4sentierten Schaltung, einfach best\u00fccken.<\/p>\n

Funktionsweise<\/strong><\/p>\n

In dem LED-Netz es gibt 4 Str\u00e4nge, jeder Strang kann mit maximalem Strom von 700mA durchge\ufb02ossen werden (gr\u00f6\u00dferer Strom verletzt die Dionen). Das Ziel der Stromquelle ist in jedem Strang den Strom von 650mA zu treiben, also 2,6 A insgesamt. F\u00fcr den Wert des Shunt-Widerstandes wird 1Omega gew\u00e4hlt. Das bedeutet, dass der Wert der an dem Shunt-Widerstand entstehende Spannung 2,6 V betragt. Die Spannung von 2,6 V wird dem invertierenden Eingang des OPVs \u00fcbergegeben. Dazu wird der nicht invertierende Eingang der OPVs an konstante Spannung von 2,6 V eingestellt. OPV versucht die Di\ufb00erenzspannung immer bei Null halten, deswegen wird die Ausgangspannung des OPVs so gesteuert, um Spannung von 2,6 V an dem Shunt Widerstand stets zu halten, also Strom von 650mA pro Strang und 2,6 A insgesamt.<\/p>\n

Dimensionierung<\/strong><\/p>\n

Eine Sache, die in der Schaltung Dimensionierung ben\u00f6tigt, sind die Widerst\u00e4nde, aus denen der Spannungsteiler besteht. Sie wurden so dimiensioniert, um in der Verkn\u00fcpfung mit einem Potentiometer einen Fine-Tuning des + OPV-Eingangs im Bereich von ca. 1,5 V bis ca. 3,5V zu erm\u00f6glichen.
\nAndere Sache, die man dimensionieren musste, ist der Wert des Shunt-Widerstandes. Dessen Wert wird so gew\u00e4hlt, damit sich mit dem durch\ufb02ie\u00dfenden Strom von 2,6 A an die erreichbare Spannung von 5 V von der Versorgunsggruppe anpassen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Simulation<\/strong><\/p>\n

DiegesamteSchaltungwirdmitLTspicesimuliert.DieSchaltungwirdpr\u00e4sentiertuntenin den Abbildungen. Es gibtinsgesamt 8Messpunkte : die Spannung desnicht invertierenden Eingangs von dem OPV (Vn008), die Spannung des Ausgangs vom OPV (Vn010), die drittebisdiesechstesinddieStr\u00f6me,diejeweilsinjedemStrangdurch\ufb02ie\u00dfen(I(R3),I(R4), I(R5), I(R6), die sind alle gleich!), die Spannung \u00fcber den Shunt-Widerstand (Vn011) und der Strom, der durch ihn \ufb02ie\u00dft (I(Rshunt)). Die Simulationsergebnisse sind in der
\nfolgenden Abbildung zusehen (bitte beachten:Vn008=Vn011,I(R3)=I(R4)=I(R5)=I(R6)). Die oben genannte \u00c4nderung wird in der Simulation schon ber\u00fccksichtigt, also sieht die reelle Schaltung gleich wie die LTspice-Simulation aus.\"ltspiceschaltungNEU\"<\/a><\/p>\n

Bauteillisten<\/strong><\/p>\n

Die wir in diesem Projektpraktikum verwendeten Bauteilelisten stehen folgendenma\u00dfen: ein N-Kanal MOSFET (UF640L) ein P-Kanal MOSFET (IRF9530) ein Operationsverst\u00e4rker (TL071) ein RTRIM Poti mit Bereich 0 bis 1k\u2126 ein Shuntwiderstand mit dem Wert 1 und 5W Leistung\u2126 4 Widerst\u00e4nde jeweils mit dem Wert 100\u2126, 10k\u2126, 820\u2126, 222\u2126<\/p>\n

Layout<\/strong><\/p>\n

Wie schon vorher besagt, beein\ufb02ussen die oben genannte \u00c4nderung das Betrieb der Schaltung nicht, und die funktionierende Schaltung l\u00e4sst sich auf einer nicht akutellen Platine best\u00fccken.<\/p>\n

\"eagleplatineNEU\"<\/a><\/p>\n

Theorie<\/strong><\/p>\n

Zwei wichtigste Begri\ufb00e der Schaltung sind Operationsverst\u00e4rker und n-Kanal sowie p-Kanal MOSFET.<\/p>\n

Aufbau- und Abgleichanleitung\/Einstellm\u00f6glichkeiten<\/strong><\/p>\n

Die gesamte Schaltung wird mit einem Potentiometer ausger\u00fcstet, mit dessen Hilfe l\u00e4sst sich die Spannung des nicht invertierenden Eingangs des OPVs im Bereich von ca. 1,5 V bis 3,5 V einstellen. Mit Hilfe des Temperatursensor l\u00e4sst sich auch die gesamte Schaltung ein- und ausschalten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Schaltungsbeschreibung Die Schaltung besteht aus einer konstanten Stromquelle, als deren Last wird das Netz von LEDs angeschlossen. Die Stromquelle wird aus dem Operationsverst\u00e4rker und einen n-Kanal MOSFETs aufgebaut. Das Netz der LEDs besteht aus 4 Str\u00e4ngen, in jedem Strang be\ufb01nden … Weiterlesen →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":74,"featured_media":0,"parent":402,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/450"}],"collection":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/users\/74"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=450"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/450\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":454,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/450\/revisions\/454"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/402"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=450"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}