12V LED Fluter mit Arduino µC dimmen

[Julian-Bauer]

Hallo zusammen,

ich habe mir aus der Bucht folgende Fluter bestellt:
http://www.ebay.de/itm/251447693840

Nun habe ich vor, einen Arduino zu nutzen, um die Fluter zu dimmen, nein noch weiter zu gehen und die Zeitschaltuhr zu ersetzen und stattdessen eine Tageslichtsimulation draus zu machen.

Technische Daten der Strahler: 10W, 12V -> zur Sicherheit mit 1A pro Strahler gerechnet.

Dabei wird ein 12V Netzteil verwendet mit 3A+, das wird reichen um zwei Strahler und den Arduino, der auch bis 12V versorgt werden kann, zu betreiben.

Da der Arduino µC eine Spannung von 5V an den GPIOs liefert, können die Strahler nicht direkt über den Arduino betrieben werden. Es wird daher pro LED ein N-MOS als Leistungsschalter verwendet
Der Controller erzeugt dann ein PWM (Puls-WeitenModulation) Signal und schaltet die LED quasi mehrmals pro Sekunde (490 Hz ist bei Arduino standard an den PWM-Pins) an und aus. Ist also so schnell, dass man es garantiert nicht sieht.
Durch Regulierung der On/Off Zeiten resultiert dann die Helligkeit der Lampen, von 100% runter bis, mal schauen wann sie aus gehen
(Der Pulldown Widerstand zwischen GATE und GND ist beim Arduino meines Wissens nicht unbedingt notwendig, da er eh schon aktiv zwischen low und high schalten kann.



Kosten des Vorhabens:
2x LED 12V Fluter für 12€
1x 12V Netzteil für 10€
1x Arduino UNO R3 für 12€
Diverses für maximal 5€:
-2x NMOS Schalter
-2x Hohlstecker/Buchsen um das Netzteil einzustecken
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macht unterm Strich ca 40€, wenn alles neu beschafft werden muss

hat jemand von euch schon eine ähnliche Steuerung auf einem Arduino oder ähnlichem gemacht? Oder ist jemand hier, der vorweg auf Probleme aufmerksam machen kann? :smile:
Speziell Hilfe bei der Auswahl des richtigen NMOS, damit dieser bei den Strömen nicht zu warm wird, wäre toll.

Vielleicht interessiert es ja den ein oder Anderen und fühlt sich animiert, ein ähnliches Projekt zu starten :bier:

Ich werde voraussichtlich am Wochenende anfangen, spätestens Anfang der nächsten Woche.

Grüße,
Julian

 

[omega]

Hallo Julian,

die Strahler wirst Du m.E. nicht über die 12V Versorgungsspannung PWM-dimmen können. Da sitzt sicher noch eine Konstantstromquelle im Gehäuse, die es sicher nicht mag, 490x/s an- und abgeschaltet zu werden.

Grüße, Markus

 

[Mandocello]

Hallo Julian,

da stimme ich dem Markus zu. Nun sind die Brenner ja schon unterwegs. Da das Gehäuse verschraubt ist, sollte sich das aber klären lassen.
Falls die Speisung über Widerstände erfolgt, ist alles unverändert verwendbar.
Wenn da eine KSQ sitzt, wird sie 'herausverdrahtet'. Bei KSQ-Betrieb müssen die LEDs in 4 Strängen a 3 LED verschaltet sein, weil 4 LEDs schon über 12V kommen. Entweder in jeden Strang 12Ohm (>0.5W) einbauen, oder vor alle gemeinsam 3Ohm (>2W).

Wenn jetzt der Deckel noch zugeht...

Zum n-FET: VDS>18V, ID>1.2A, VGS.th von 1.5 ... 2.5V, da gibt es natürlich endlos viele.
Für die Bastelei macht sich etwas bedrahtetes im TO220 gut, z.B. 2SK3703 von OnSemi. Wenn er Dir nicht gefällt, such halt mal nach logic level FET.

Grüße
Uwe

 

[Julian-Bauer]

Hallo ihr beiden,

ok das mit der KSQ ist eine gute Anmedkung, das muss ich als erstes noch herausfinden, falls die Fluter noch vor dem Wochenende kommen sollten.
Was ist aber nicht ganz verstanden habe, wo die KSQ sitzen soll. Ich hab ja einen ohmschen Verbraucher und keine Quelle, sonst müsste ich ja nicht noch zusätzlich was anschließen Also wird wohl die angeschlossene Spannugnsquelle von 12V durch die interne Schaltung zu einer Stromquelle umgeformt oder? Wird dann ein Widerstand parallel zu den LEDs geschaltet, um einen konstanten Strom zu liefern?
Sorry aber ich habe leider deine Erklärung mit den Strängen nicht ganz verstanden, finde es aber wichtig, daher bitte ich dich nochmal mir das etwas genauer zu erklären, vll hast du einen Link dazu parat?

Wichtig wäre dann zu wissen, wie ich herausfinden kann, um welche Quellenform es sich handelt, wenn ich die Dinger in der Hand habe.
Und dann noch zu wissen, was ist statt einer Dimmung per PWM als Lösung macken kann, dann muss ich ja zwischen 0-12V aktiv schalten können?

Zum FET, vielen Dank, die Größenordung habe ich mir auch in etwa vorgestellt. Zum Verlöten mach ich mir keine Gedanken, hab schon QFN und andere SMD gelötet, aber muss natürlich auch die Wärme noch gut abgeführt werden können.

Ich danke euch,
Grüße
Julian

 

[Mandocello]

Moin Julian,

nö, ohmscher Verbraucher ist hier eine Modellvorstellung, die immer nur in einem Arbeitspunkt passt. Der Hersteller gibt an, dass die Leuchte für Betrieb an 12VDC geeignet ist. Damit intern die LEDs den erforderlichen Konstantstrom bekommen, ist entweder ein Widerstand davorgeschaltet oder ein Schaltregler wandelt die konstante Spannung in einen konstanten Strom. Diesen Wandler kannst Du nicht mit mehreren 100 Hz ein- und ausschalten. Kann sein, dass es irgendwie hell wird, aber nicht so wie es soll.

Im Falle Widerstand (erstes Bild links) kannst Du die Leuchte unverändert verwenden. Im Falle Wandler (erstes Bild rechts) musst Du umbauen. Wie Du das unterscheiden kannst? Na, entweder sind es Widerstände oder ein Stückchen Elektronik mit Schaltkreis, Spule Kondensatoren.

Umbau sinngemäß wie im zweiten Bild gezeigt. Die 12 einzelnen LEDs sind in 4 Strängen zu je 3 LEDs verschaltet. Die Widerstände kannst Du einbauen wie im dritten Bild links oder rechts. Für die LEDs ist die rechte Variante angenehmer (bessere Stromaufteilung), kann aber mehr Gefrickel an der Platine bedeuten.

Die Leuchte wird dann anstelle D1 in Deinem Bild eingefügt.

Öffne erstmal die Leuchte und schau, was Dir da entgegenschlägt. Kannst ja mal ein Bild posten.

Viel Erfolg
Uwe

 

[steppy]

Edit: Hatte hier in etwa das selbe geschrieben wie Uwe, nur war er etwas schneller.

 

[Julian-Bauer]

ok vielen Dank habe alles verstanden und werde, wenn nötig, den Umbau so vornehmen, wie von dir beschrieben.
Danke auch, dass du dir den Aufwand mit dem Schematic gemacht hast :thumbs: :thumbs: :thumbs:

Ich werde mich melden sobald ich mehr weiß

 

[Julian-Bauer]

Nochmal einen kleinen Zwischenstand meiner Arbeit heute Vormittag:

Ich habe zwei parallele Schaltkreise mit je einem BUZ11 N-FET (den hatte ich verfügbar) aufgebaut. Hier können nun die LED angeklemmt werden, sowie die 12VDC vom Netzteil kommend.

Das Layout ist natürlich nicht das Letzte, ich will damit einfach mal testen, ob es funktionieren wird (Bild 1).


Dafür habe ich einen Frequenzgenerator mit PWM-Signal, 5V, 200Hz und 50% Duty Cycle eingestellt als simuliertes PWM Signal vom Arduino kommend und 10V VDC angeschlossen (Bild 2).


Über zwei 1k Widerstände (so hochohmig, dass erstmal ein kleinerer Strom fließt) habe ich dann gemessen, welche Spannung abfält (Bild 3).


Fazit: funktioniert doch schon mal ganz gut, also heizen kann ich schon mal über PWM :lol:

 

[Mandocello]

Hallo Julian,

na, das wird doch. Die verschliffene Rückflanke kann an der etwas hohen Gateschwelle ligen. Wirst Du sehen, ob der FET mit finaler Last recht warm wird. Kein Grund zur Panik.
Ich bin dan mal offline bis Sonntag abend.

Grüße
Uwe

 

[Julian-Bauer]

Hallo Uwe,
ja wird es vermutlich, so lang sind die Zuleitungen jetzt auch nicht, dass ich hier so hohe Kapazitäten drin hätte. Ist ja auch nicht weiters schlimm, da ja eh nicht ständig gedimmt wird. Die meiste Zeit wird ja auf 100% oder 0% (aus) eingestellt sein, mal schauen wenn es denn dann später läuft kann man ja auch noch spielereien einbauen die über den Tag verteilt die Helligkeit regulieren - so weit denk ich jetzt erstmal noch nicht.

Gerade läuft der FET schon gut ne stunde mit 90% dutycycle und wird hier nicht warm, jedoch fließt auch kaum Strom. Ich werde mir gleich noch nach Hochleistungswiderständen schauen und mal ein paar Watt drüber jagen und dann nochmal schauen.

EDIT: 60Ohm -> 2,5W und die Flanken sind nun auch viel schöner. Erwärmt sich hier noch nicht, aber ist ja auch erst 1/4 der Leistung


Danke bis hier her und ein schönes Wochenende
Grüße Julian

 

[Julian-Bauer]

Hallo zusammen,

nun sind die LED gestern angekommen und ich bin auch schon einiges weiter. Ich habe sie geöffnet und gesehen, dass ein PT4115 - Stepdown LED Treiber drin steckt. Das gute daran jedoch ist, dass dieser einen input pin bietet, der es ermöglicht, den Ausgang PWM zu dimmen und dazu kommt man an diesen Pin auch noch einfach ran (auch wenn im Schaltungslayout nicht explizit vorgesehen).
Daher habe ich nun an meiner Lampe die Anschlüsse +12V, GND und PWM.
Ich werde nun auf einen Arduino Nano umsteigen, hierfür ein shield bauen, an das 12V angeschlossen werden. An dieses Shield werden dann auch die LED direkt angeschlossen. Ebenso wird der Nano über dieses Shield über Vin versorgt, direkt mit 12V aus dem Netzteil kommend.

Hier ein kleines Video der ersten Konstruktion (noch nicht wunderschön jedoch funktionsfähig). Einziges Manko, dass der LED Treiber bei Änderung des PWM Signals anfängt leicht zu fiepen, ist zwar nicht sehr laut, aber im Dauerbetrieb wäre es dann doch etwas nervig. Das Fiepen ist auf die hohe PWM Frequenz von 490Hz zurückzuführen, nachdem ich auf 122Hz runter bin, war es kaum noch wahrnehmbar. Versuche jetzt noch einen guten Wert zwischen 50-100Hz einzustellen um einen Kompromiss zu finden, wo das fiepen noch leise ist und das flackern der LEDs noch nicht sichtbar ist

https://youtu.be/W6qOLMUFZVM

Grüße,
Julian

 

[Mandocello]

Hallo Julian,

manchmal wird eben alles ganz einfach.
Das Pfiepen kommt meistens von der Spule oder den Keramikkondensatoren am Ausgang. Du kannst versuchen, die Wicklungen mit dünnflüssigem Sekundenkleber zu tränken oder die Kondensatoren mit einer Schicht Heißkleber zum Schweigen zu bringen. Das hilft manchmal.

Viel Erfolg noch, das passende Werkzeug hast Du ja, wie man sieht.
Ich tauche jetzt ab in die Sommerfrische.
Uwe