Mit dem Arduino 2,5 Watt Glühlampen ansteuern

    Ich habe hier noch ein einstelliges Projektionsdisplay liegen und wollte daraus ein kleines Demo bauen. Da sind 10 Glühlampen drin, für jede Ziffer 0-9 jeweils eine, das heißt es muss immer nur ein Lämpchen angesteuert werden. Die Lämpchen sind mit 6,3 Volt beschriftet und brauchen 300-400 mA, damit sie ordentlich hell leuchten.


    Ok, dachte ich mir, dann nehme ich zwei ULN2003 oder 10 Transistoren. 0,5 Ampere können die meisten. Aber wie ist das mit dem Einschaltstrom? Der ist ja beim Glühlämpchen viel höher. Raucht mir da beim Einschalten jedesmal der Transistor ab? Oder kann ich den Strom einfach mit einem Widerstand begrenzen? Ihr wisst ja, ich hab's nicht so mit Transistoren.


    Wie muss die Schaltung aussehen um die Lämpchen mit einem Arduino anzusteuern (5 Volt, 40 mA)? Wenn PWM zur Helligkeitssteuerung auch noch funktionieren würde, wäre das optimal.


    Ein Bekannter, an den ich das Display weitergegeben hatte, wollte die Lämpchen mit Relais ansteuern. Das hat mir nicht so gur gefallen.

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    Douglas Adams: "Everything, that is invented and exists at the time of your birth, is natural. Everything that is invented until you´re 35 is interesting, exciting and you can possibly make a career in it. Everything that is invented after you´re 35 is against the law of nature. Apply this list to movies, rock music, word processors and mobile phones to work out how old you are."

    Mit Relais geht schon mal kaum PWM.

    500mA für den Transistor ist zu knapp.

    Der höhere Strom ist aber nur beim ersten Einschalten, durch die Temperatur der Lampe

    wird der Widerstand dann höher.


    So ein AVR-Controller kann doch gegen H-kaum was treiben, also lieber mit Masse schalten.

    Mit irgendeinem P-Fet. Die können ja etliche Ampere problemlos.

    Pollin hat doch irgendwas.


    Ansonsten gibts von Panasonic PhotoMOS-Relais, hab die aber noch nicht benutzen müssen.

    Dann hast Du gleiche eine galvanische Trennung, ob die Lampen dann mit AC oder DC laufen ist dann auch egal.

    Die brauchen aber etwas Zeit zum Schalten.


    Zitat von Enrico

    So ein AVR-Controller kann doch gegen H-kaum was treiben, also lieber mit Masse schalten.

    Mit irgendeinem P-Fet. Die können ja etliche Ampere problemlos.

    Pollin hat doch irgendwas.

    Ich hatte zwischenzeitlich etwas recherchiert. Meistens werden wohl trotzdem N-MOSFETs eingesetzt, weil das wohl schaltungstechnisch einfacher ist.

    Ich schaue gerade mal ob ich eine Schaltung für P-MOSFET finde.

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    Ich habe mal den Lampenwiderstand in kaltem Zustand gemessen: 1,6 Ohm. Bei 6 Volt dürften also max. 3,75 Ampere fließen.


    Also mein Plan ist jetzt folgender:


    Ein Logic-Level N-MOSFET mit 5A (pro Lampe, also 10 Stück), separate Spannungsversorgung für Arduino und Lampen. Da ich die Lampen ja nicht mit 3,75 A versorgen werden, wird die Spannung beim EInschalten kurz zusammenbrechen und damit den Strom automatisch begrenzen. Deswegen extra Versorgung für den Arduino.

    Kann das so funktionieren oder passt das dem MOSFET nicht, wenn die Spannung zusammenbricht?


    Zu den Relais: 10 x 4,50 = 45 Euro. Abgesehen von dem Platzbedarf. Das soll in einen möglichst kleine Box.

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    Zitat von Enrico

    So ein AVR-Controller kann doch gegen H-kaum was treiben, also lieber mit Masse schalten.

    Das stimmt nicht. Die AVRs haben alle symmetrische Treiber, +/- 20 mA je Pin (unter Berücksichtigung des Gesamtstroms für das IC).


    Hier aus dem 328er Datenblatt:



    (usw. bei jedem Port)



    Das spielt aber bei MOSFETS auch keine Rolle, weil diese mit Spannung und nicht mit Strom schalten, d.h. der Ausgangsstrom am AVR ist in beiden Fällen nahe 0. High Side schalten braucht trotzdem zwei Transistoren, weil die Versorgungsspannung der Glühlampen (6.3V) höher ist als die Versorgungsspannung des AVR.

    Zitat von detlef

    Ein Logic-Level N-MOSFET mit 5A (pro Lampe, also 10 Stück), separate Spannungsversorgung für Arduino und Lampen. Da ich die Lampen ja nicht mit 3,75 A versorgen werden, wird die Spannung beim EInschalten kurz zusammenbrechen und damit den Strom automatisch begrenzen. Deswegen extra Versorgung für den Arduino.

    Kann das so funktionieren oder passt das dem MOSFET nicht, wenn die Spannung zusammenbricht?

    Der low side MOSFET hat kein Problem damit. Aber er ist auch schnell genug, um die Lampe über PWM (und einen großzügig dimensionierten Kondensator in der Versorgung) strombegrenzt hochzufahren, wenn man das möchte.

    Zitat von detlef

    Ein Logic-Level N-MOSFET mit 5A (pro Lampe, also 10 Stück), separate Spannungsversorgung für Arduino und Lampen.

    Wozu 10 Begrenzungen einbauen, wenn immer nur eine Lampe gleichzeitig leuchtet?


    Würde ja eine Strombegrenzung für alle reichen und Du schaltest nur die jeweilige Lampe ein (ähnlich einem Demultiplexer). Also eine Begrenzung auf z.B. 400mA in die Plusleitung (für die Lampen) einbauen. Mit den 10 Transistoren ziehst Du die Lampen (jeweils nur eine) gegen Masse. Die Basen der Transistoren (z.B. NPN) sind jeweils über einen Widerstand an den Arduino angeschlossen. Falls versehentlich mehrere Lampen gleichzeitig eingeschaltet würden, dann würden diese nur schwach leuchten, da ja der Strom begrenzt ist.


    Grüße, PAW

    Ok, danke. Dann werde ich das mal so ausprobieren.


    Das mit den symmetrischen Treibern beim Atmel wusste ich auch nicht. Ich dachte auch, dass die Dinger hauptsächlich nach Masse treiben können.

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    Zitat von PAW
    Zitat von detlef

    Ein Logic-Level N-MOSFET mit 5A (pro Lampe, also 10 Stück), separate Spannungsversorgung für Arduino und Lampen.

    Wozu 10 Begrenzungen einbauen, wenn immer nur eine Lampe gleichzeitig leuchtet?

    Was meinst du mit 10 Strombegrenzungen? PWM wollte ich ja sowieso haben.


    Zitat von PAW

    Würde ja eine Strombegrenzung für alle reichen und Du schaltest nur die jeweilige Lampe ein (ähnlich einem Demultiplexer). Also eine Begrenzung auf z.B. 400mA in die Plusleitung (für die Lampen) einbauen. Mit den 10 Transistoren ziehst Du die Lampen (jeweils nur eine) gegen Masse. Die Basen der Transistoren (z.B. NPN) sind jeweils über einen Widerstand an den Arduino angeschlossen. Falls versehentlich mehrere Lampen gleichzeitig eingeschaltet würden, dann würden diese nur schwach leuchten, da ja der Strom begrenzt ist.

    Dafür bräuchte ich dann einen genauen Schaltplan. Die Beschreibung sagt mir so nichts.

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    Zitat von detlef

    Dafür bräuchte ich dann einen genauen Schaltplan. Die Beschreibung sagt mir so nichts.

    Habe mir das nochmal angesehen.


    Du könntest, wie ursprünglich von Dir vorgeschlagen, mit einem ULN2003 arbeiten. Der hat aber nur max. 500mA am Ausgang. Die Eingänge kannst Du direkt am Arduino anhängen, da der ULN2003 Vorwiderstände integriert hat. Der ULN zieht dann die Lampe(n) gegen Masse.


    Du musst nur den Strom begrenzen. Das geht am Besten mit einer Konstantstromquelle (constant current source). Diese begrenzt dann den Strom in der gemeinsamen Plus-Zuleitung zu den Lampen auf z.B. 400mA. Pulsen müsste auch gehen. Anleitungen findest Du im Netz.


    Du könntest dann z.B. eine Stromversorgung mit 9V/1A nehmen und von dieser auch den Arduino speisen. Durch die Stromberenzung können die 9V nicht einbrechen. Beim Arduino musst Du noch schauen, ob er mit 9V Versorgung klar kommt, ansonst noch einen 5V Spannungsregler dazwischen schalten.


    Grüße, PAW

    Das klingt gut. Ich suche mal nach so einer Strombegrenzung. Oder falls da zufällig jemand eine Schaltung kennt... ;)

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    Schaue vor Allem, ob beim Reset die Pull-Up Widerstände aus sind.

    Weiterhin brauchst du Widerstände nach GND, damit nicht alle Glühlämpchen unkontrolliert leuchten, bis die Software alle Ausgänge auf 0 gesetzt hat.

    Falls die Pull-Ups während Reset aktiv sind, muss der Widerstand nach GND klein genug sein, dass die Transistoren nicht ansprechen.

    Zitat von Manawyrm
    Zitat von Reinhard

    damit nicht alle Glühlämpchen unkontrolliert leuchten

    viel schlimmer: damit die MOSFETs nicht in der Linearregion sind und dann einen hohen Innenwiderstand haben.

    Wenn die dann plötzlich die Hälfte (oder mehr) der Leistung der Glühbirne wie ein Längsregler verheizen, könnten die sogar abfackeln.

    Deswegen ja Logic Level MOSFETs. Und natürlich mit Pull-Down. Soviel habe ich inzwischen schon gelernt. ;)


    Aber ich bin jetzt gerade bei dem Ansatz von PAW. Gibt es eine einfache Strombegrenzungsschaltung, die mir die Einschaltspitzen auf 0,5 A begrenzt?

    Im Netz finde ich nur aufwändige Lösung, die halt dauerhaft einen konstanten Strom liefern. Geht das nicht für so eine Anwendung hier auch einfacher. Im Idealfall nur ein Widerstand? Der kurze Einschaltstrom kann ja von mir aus verheizt werden.


    Ich suche halt eine möglichst einfache Lösung. Das wird ein Demo und keine Schaltung, die 10 Jahre dauerhaft in Betrieb sein wird. ;)

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    Oder vielleicht versorge ich die Lämpchen doch einfach separat mit einer Spannungsquelle die einfach nur 0,5 A liefern kann. Dann habe ich meine Strombegrenzung. Sorry, dass ich jetzt etwas springe. Aber die Idee, dass ich vielleicht doch einfach zwei ULN2003 einsetzen kann, statt 10 MOSFETs plus jeweils zwei Widerstände fand ich jetzt doch überzeugend.

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    Ein Heißleiter.


    Da Du immer nur eine Lampe anschalten willst, kannst Du die ja über einen Trafo betreiben,

    der nicht viel mehr, als die 500mA für eine Lampe bei 6V schafft.

    Dann begrenzt sich das von allein.


    Aber das ist doch egal.

    Der höhere Strom, ist doch nur beim ersten einschalten, dann sind die Lampen warm, danach

    wird der Strom niedriger.


    Oder Du nimmst warmweiße LEDs. ;)



    Edit: da kommt man ja nicht hinterher.......

    Nur FYI: Die ULN2004 sind intern Bipolartransistoren/NPNs, d.h. du verlierst ueber den ULN2004 etwa 1V.

    Beim Design der Spannungsversorgung evtl. beruecksichtigen.


    Auch: Doch mal alle Lampen gleichzeitig an ist mit dem ULN ausgeschlossen, jeder Treiber verheizt ungefaehr 500mW, bei 7 Laempchen muss der Chip dann 3.5W verheizen, das kann er nicht und ueberhitzt!

    Zitat von Manawyrm

    Nur FYI: Die ULN2004 sind intern Bipolartransistoren/NPNs, d.h. du verlierst ueber den ULN2004 etwa 1V.

    Beim Design der Spannungsversorgung evtl. beruecksichtigen.


    Auch: Doch mal alle Lampen gleichzeitig an ist mit dem ULN ausgeschlossen, jeder Treiber verheizt ungefaehr 500mW, bei 7 Laempchen muss der Chip dann 3.5W verheizen, das kann er nicht und ueberhitzt!

    Bei der Wahl von Vcc bin ich ja frei. Ich dachte jetzt an 9 oder 12 Volt. Das passt auch für den Arduino.

    Und als Stromregelung für die Lämpchen einen LM317. Der soll dann 0,4 Ampere liefern.


    Mehrere Lämpchen macht bei der Anzeige keinen Sinn.

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    Zitat von Enrico

    Ein Heißleiter.


    Da Du immer nur eine Lampe anschalten willst, kannst Du die ja über einen Trafo betreiben,

    der nicht viel mehr, als die 500mA für eine Lampe bei 6V schafft.

    Dann begrenzt sich das von allein.

    Ich wollte jetzt einen LM317 nehmen. Damit kann ich den Strom und damit auch die maximale Helligkeit der Lämpchen genau einstellen.

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    Ich würde die Lämpchen einfach mal anschliessen, und zwar direkt an den ULN. Mehr als rauchen kann's nicht - Ich glaube, die Lämpchen werden einfach schneller warm (und hochohmiger) als die Transistoren in den Chips. Ich hab' mal in einen alten Flipper reingeschaut, der hat das auch (mit 12V-Birnchen) genau so gemacht.

    Moin,


    koennte man die Laempchen nicht "vorwaermen" ohne das sie leuchten, dann ist der Anlaufstrom schon mal nicht mehr so hoch?

    Also einen Grundstrom fliessen lassen, bei dem der Gluehfaden nur glimmt und noch nicht von aussen sichtbares Licht abgibt.


    MfG

    Bernhard

    Die Mühe würde mir einfach nicht machen und die fertigen MosFET-Module für Arduino kaufen, die gibts in China auch als Mehrfach-Ausgang.

    Alternativ die Glühbirnchen vllt. durch LEDs tauschen?


    4 Kanäle 5€ https://www.ebay.de/itm/401602546754

    10x 1 Kanal 8€ https://www.ebay.de/itm/404316163249


    Die müssten 5A kurzzeitig und 1A dauer aushalten

    ::solder::Ich "darf" beruflich basteln...

    mit einer Begrenzung auf 0,5A 'startet' möglicherweise die Lampe nicht sondern bleibt zu kalt. Das würde ich vorher mit einem Labornetzteil nachprüfen.

    Es ist alles nicht so einfach, wie man glaubt ;)

    Zitat von Reinhard

    mit einer Begrenzung auf 0,5A 'startet' möglicherweise die Lampe nicht sondern bleibt zu kalt. Das würde ich vorher mit einem Labornetzteil nachprüfen.

    Es ist alles nicht so einfach, wie man glaubt ;)

    Das wird eher wie eine Softstart-Funktion bei Halogen sein: das Licht kommt langsam. Das passt nicht für eine Anzeige...

    ::solder::Ich "darf" beruflich basteln...

    Zitat von detlef

    Ich wollte jetzt einen LM317 nehmen. Damit kann ich den Strom und damit auch die maximale Helligkeit der Lämpchen genau einstellen.

    Ich denke der LM317 regelt nur die Spannung?


    Als konstantstromquelle kannst Du auch einen herkömlichen Spannungsregler nehmen und entsprechen beschalten (zwei Widerstände). siehe z.B.: Konstantstromquelle mit Festspannungsregler-IC


    Zitat von Reinhard

    mit einer Begrenzung auf 0,5A 'startet' möglicherweise die Lampe nicht sondern bleibt zu kalt. Das würde ich vorher mit einem Labornetzteil nachprüfen.

    Das macht natürlich Sinn, vorher zu probieren.


    Zitat von Manawyrm

    Auch: Doch mal alle Lampen gleichzeitig an ist mit dem ULN ausgeschlossen, jeder Treiber verheizt ungefaehr 500mW, bei 7 Laempchen muss der Chip dann 3.5W verheizen, das kann er nicht und ueberhitzt!

    Es soll ja nur eines gleichzeitig brennen! Aber selbst wenn alle, dann schlägt die Strombegrenzung zu (liefert nicht mehr als z.B. 400mA, in dem Fall für alle). Kann also nichts passieren, auch wenn der Arduino während der Startphase alle Ausgänge auf High hätte. Tut er aber meines Wissens nach nicht, da man die Pins erst als IN/OUT konfigurieren muss. Unmittelbar nach dem Konfigurieren setzt man den Output auf Low (liegt im Mikrosekundenbereich).


    PAW

    Anstatt 10x LM317 als Stromquelle oder sonst was zu vergeuden, können wir da einfach 5A MosFETs wie oben vorgeschlagen nehmen, es ist ja nicht so, als ob seine Stromquelle beschränkt wäre...

    ::solder::Ich "darf" beruflich basteln...

    Zitat von PC-Rath_de

    Anstatt 10x LM317 als Stromquelle oder sonst was zu vergeuden, können wir da einfach 5A MosFETs wie oben vorgeschlagen nehmen, es ist ja nicht so, als ob seine Stromquelle beschränkt wäre...

    Das war ja auch nicht angedacht, für jede Lampe einen Regler zu nehmen, sondern nur einen für alle, sowie 2 x ULN2003.



    detlef

    Habe gerade gesehen, dass auch der LM317 als Konstantstromquelle verwendet werden kann (Datenblatt Applikationen Seite 14), analog zu dem Fixpspannungsregler. Habe aber keine Ahnung was preislich günstiger ist.




    Grüße, PAW