LED-Treiber PR4401 - Weiße LED an 0,9…1,5V

technik
stromversorgung
LED-Trei
Weiße LED an
So lassen sich au
Von Burkhard Kainka
LED-Lampen sind in! Deshalb gibt es auch viele Schaltungen für LED-Treiber. Eine besonders
einfache und praktische Lösung bietet der PR4401. ELEKTOR ist es nun in Zusammenarbeit
mit PREMA Semiconductor GmbH und Würth Elektronik für die Bauteile sowie Eurocircuits
und ECS-Electronics für die Leiterplatte und die Bestückung gelungen, mit diesem Heft eine
kleine Treiberplatine als Gratis-Zugabe zu liefern. Damit können Sie den LED-Booster selbst
testen und eine weiße LED sogar an einer alten 1,5-V-Batterie betreiben. Auch wenn man
es dem Platinchen nicht direkt ansieht: Es handelt sich um einen mit 500 kHz getakteten
Spannungswandler mit hohem Wirkungsgrad.
Bild 1.
Die LED-Treiberplatine
im Einsatz.
Alles, was Sie jetzt noch tun müssen: An der einen Seite
der Platine eine einzelne Batteriezelle anschließen und an
der anderen Seite eine weiße LED (Bild 1). Dafür reicht
auch eine fast leere Batterie, und die LED kann auch rot
oder grün sein. Sie können sogar zwei rote, grüne oder
gelbe LEDs hintereinander schalten. Wichtig ist nur, dass
auf beiden Seiten möglichst kurze Verbindungsleitungen
verwendet werden.
Immer auf die Polung achten …
Auf der Platine sind die Batterieanschlüsse mit + und – gekennzeichnet. Auf der LED-Anschlussseite der Platine sieht
man ein „C“ für die Kathode der LED. Die Anschlussdrähte einer LED sind unterschiedlich lang. Der kurze Anschluss ist die Kathode (K wie kurz …). Außerdem hat
22
der Kragen des Gehäuses an der Kathodenseite eine Abflachung. Das ist praktisch für den Fall, dass die Drähte
schon abgeschnitten sind.
Was passiert bei einer Verpolung des ICs? Am Eingang
des PR4401 liegt eine inverse Diodenstrecke, wie man
mit dem Ohmmeter leicht feststellen kann. Bei -1,5 V fließen 500 mA und das IC wird sehr heiß. Der Versuch wurde nach einigen Sekunden beendet, und das IC hat ihn
überlebt. Bei längerer Falschpolung wird man weniger
Glück haben.
Auch die LED sollte man nicht verpolen. Falls es versehentlich doch passiert, gerät aber nicht die Schaltung
in Gefahr, sondern „nur“ die LED selbst. Sie erhält dann
nämlich Impulse hoher Spannung, die über der zulässigen Sperrspannung liegen. Bei ähnlichen Fehlern wurde
beobachtet, dass einige weiße LEDs darauf besonders
empfindlich reagieren. Es kommt dann zu einem Sperrschicht-Durchbruch, der den Wirkungsgrad der LED erheblich verschlechtert. In Sperrrichtung kann man dann
einen Widerstand messen, der da nicht hingehört. Es gibt
auch weiße LEDs, die eine höhere Sperrspannung klaglos verkraften. Die Hersteller sagen dazu aber nicht sehr
viel, und es ist immer besser, sorgfältig auf die Polung zu
achten.
Zur Unterstützung der Batterie und zur Entkopplung kann
man an die Betriebsspannungsanschlüsse der Platine noch
einen zusätzlichen Keramik-Kondensator von 100 nF anschließen (Bild 2). Der Kondensator verbessert den Wirkungsgrad der LED-Lampe, wenn die Batterie bereits einen
erhöhten Innenwiderstand hat oder wenn längere Leitungen verwendet werden. Mit einem Keramikkondensator
von 100 nF wurde allerdings bei einer 50 cm langen Zu-
elektor - 9/2007
iber PR4401
0,9…1,5 V
uch alte Batterien aufbrauchen!
leitung am IC-Eingang noch ein Wechselspannungsanteil
von 0,5 Vss bei 500 kHz gemessen. Bei dieser Frequenz
hat ein 100-nF-Kondensator einen kapazitiven Widerstand von 3 Ω. Besser ist bei sehr langen Zuleitungen ein
noch größerer Kondensator, zum Beispiel ein Tantalelko
mit mindestens 1 µF. Ach hier ist die Polung sehr wichtig,
da Tantalelkos keine Verpolung vertragen.
Etwas LED-Theorie
Spannungswandler
Eine weiße LED braucht eine Betriebsspannung von mindestens 3,6 V und einen definierten (begrenzten) Strom.
Für den Betrieb an einer 1,5-V-Batterie oder an einer einzelnen 1,2-V-Akkuzelle benötigt man daher einen Spannungswandler mit integrierter Strombegrenzung. PREMA
hat mit dem PR4401 ein passendes IC mit nur drei Anschlüssen entwickelt, das als einziges zusätzliches Bauteil
eine kleine Spule von 10...22 µH benötigt (Bild 4). Mit
seinem SOT23-Gehäuse lässt sich dieser kleine Spannungswandler ohne nennenswerten Platzbedarf einbauen,
zum Beispiel auch in eine vorhandene Taschenlampe.
Der Strom durch die LED wird durch die Wahl der Spule
festgelegt. Das Datenblatt listet die möglichen Spulen und
Ströme auf. Neben dem PR4401 gibt es auch noch den
PR4402 mit größerem Ausgangsstrom.
Mit 22 µH erhält man beim PR4401 einen Diodenstrom
von ca. 12 mA, bei 10 µH sind es ca. 23 mA. Auf der
Platine ist eine Induktivität von 18 µH, die eine gute
9/2007 - elektor
Bild 2.
Zusätzlicher Kondensator
zur Entkopplung.
25
20
Forward Current [mA]
Wozu braucht man eigentlich eine LED-Treiberschaltung?
Natürlich reicht auch ein einfacher Vorwiderstand – aber
nur, wenn die Betriebsspannung hoch genug ist. Das liegt
an der typischen LED-Kennlinie (Bild 3). Eine moderne
rote LED fängt bei 1,5 V gerade erst an zu leuchten. Bei
den andern Farben liegt diese Schwellspannung noch wesentlich höher. Eine weiße LED benötigt für volle Helligkeit
meist etwa 3,6 V, so dass man für ihren Betrieb mehr als
3,6 V benötigt. Eine LED-Lampe könnte man zum Beispiel
mit drei Mignon-Zellen mit zusammen 4,5 V aufbauen.
Verwendet man anstelle von Batterien Akkuzellen in Reihenschaltung, kommt noch ein anderes Problem hinzu.
Bei einer Tiefentladung wird die schwächste Zelle verpolt
und falsch herum geladen, was ihre Lebensdauer stark
verringert. Praktischer, platz sparender und ökonomischer
ist der Betrieb mit nur einer Zelle. Die Lösung ist unsere
kleine Treiberplatine: PR4401 und Spule statt Vorwiderstand – und schon klappt es mit 0,9 bis 1,5 V!
15
10
5
0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Forward Voltage [V]
4.0
070100 - 12
Bild 3.
Typische Kennlinien roter,
grüner und weißer LEDs.
L1
IC1
PR4401
BT1
FF
D1
1V5
weiß
070100 - 11
Bild 4.
Grundschaltung des
Spannungswandlers.
23
technik
stromversorgung
Bild 5.
Strom und Spannung
an der LED.
Relation zwischen Batterielebensdauer und Helligkeit
ermöglicht. Bei einer Batteriespannung zwischen etwa
0,9 V und 1,5 V wird die LED-Helligkeit praktisch konstant gehalten. Der Eingangsstrom nimmt entsprechend
bei sinkender Batteriespannung zu. Das Oszillogramm
(Bild 5) zeigt die Spannung und den Strom an der LED.
Man erkennt, wie mit hoher Frequenz Energie in die Spule geladen und bei höherer Spannung wieder an die LED
abgegeben wird.
Und was ist drin, im PR4401? Die Antwort steht in grober
Form im Datenblatt. Die Einzelheiten werden zwar nicht
offengelegt, im Prinzip handelt es sich aber um einen
Schalttransistor mit einer Ansteuerschaltung (Bild 6).
Um die Funktion zu analysieren, kann man statt der LED
einen Widerstand von 47 Ω anschließen und das Ausgangssignal bei unterschiedlicher Eingangsspannung mit
dem Oszilloskop betrachten. Der NPN-Transistor wird in
der Ladephase der Spule eingeschaltet. Die Länge des
Ladeimpulses bestimmt die in der Spule gespeicherte Energie. In der Sperrphase gibt die Spule die Energie an
den Verbraucher ab. Der Komparator erkennt das Ende
der Sperrphase daran, dass die Spannung Vout unter einen Triggerlevel von 2 V fällt. Dann beginnt eine neue
Ref.
Comp.
VOUT
Control
Logic
VCC
Bild 6.
Das vereinfachte
Blockschaltbild des
PR4401.
Spulenfragen …
GND
070100 - 14
L1
10k
R1
8
7
BT1
2
6
9V
24
1mH
IC1
OUT
TR
NE555
3
T1
R2
D1
1k
BT2
weiß
BC547C
THR
1V5
CV
C1
Bild 7.
Experimenteller
LED-Treiber mit
dem 555.
4
R
DIS
1
Ladephase. Man kann sehen, dass die Ladephase bei sinkender Batteriespannung so weit verlängert wird, dass im
Mittel die gleiche Leistung an der LED ankommt. Wie hält
man aber die LED-Helligkeit bei sinkender Eingangsspannung konstant, wo doch der LED-Strom offensichtlich nicht
gemessen wird?
Um zu verstehen, wie das IC im Prinzip funktioniert, haben wir eine Ersatzschaltung mit dem NE555 als Rechteckgenerator aufgebaut, der einen NPN-Transistor steuert
(Bild 7). Die Funktion der Schaltung mit T1, L1 und der
LED D1 ist praktisch gleich wie beim PR4401. Während
aber der 555 als Ansteuerschaltung eine hohe Betriebsspannung benötigt, hat es PREMA geschafft, dass eine
solche Schaltung auf einem Siliziumchip bei nur 0,9 V
funktioniert. Der Ersatzschaltung fehlt auch ein Ausgleich
für die fallende Batteriespannung, so dass die LED-Helligkeit mit der Eingangsspannung sinkt. Die Schaltfrequenz
ist auf nur 50 kHz eingestellt, weil es bei 500 kHz zu
problematisch wird. Bei 50 kHz und (angenommenem)
Tastverhältnis von 50 % dauert die Ladephase 10 µs. Der
Strom durch die Spule steigt linear an und erreicht den
Endwert 15 mA:
Is = U * t/L
Is = 1,5 V * 10 µs/1 mH
Is = 15 mA
Geht man weiter davon aus, dass in der Sperrphase
eine Spannung von 3 V an der LED liegt und die Spule
damit an -1,5 V liegt, sollte der Strom in 10 µs linear von
15 mA auf Null absinken. Im Mittel sollte ein Strom von
7,5 mA aus der Batterie aufgenommen werden. Die LED
erhält im Mittel 3,75 mA.
So weit die Theorie. In der Praxis kann es ganz anders
aussehen. Ist zum Beispiel der Eingangsstrom wesentlich
höher als berechnet, kann es daran liegen, dass die Spule teilweise in die Sättigung geht. Dabei sinkt die Induktivität und der Strom steigt steiler an, wobei der Wirkungsgrad sinkt. Außerdem gibt es auch noch Schaltverluste. In
der Ladephase bleibt eine Kollektor-Emitter-Restspannung
stehen, die Wärme im Transistor erzeugt. Beim Übergang in die Sperrphase wird der Transistor nicht sofort
gesperrt. Es fließt dann noch Kollektorstrom, während die
Spannung bereits ansteigt. Wieder geht Energie verloren. Das ist der Grund, warum der NE555-Sperrwandler
besser mit einer geringeren Frequenz betrieben wird. Der
PR4401 arbeitet hingegen bei 500 kHz. Deshalb kann
eine kleinere Spule bei höherem Wirkungsgrad eingesetzt
werden.
5
1n
070100 - 15
Angeblich sind Spulen die am wenigsten geliebten Bauteile der Elektronik. Zuerst denkt man, ein wenig Draht
aufwickeln kann ja kein Problem sein. Aber wenn man
eine Luftspule baut, wird sie zu groß und hat zu viel Kupferwiderstand. Also nimmt man einen magnetisierbaren
Kern. Damit braucht man schon mal weniger Windungen.
Es kommt aber auch hier auf die richtige Dimensionierung
an, also richtiges Material und richtige Größe, sonst werden die Verluste groß und die Spule heiß. So muss das
Kernmaterial für die Frequenz geeignet sein. Ist der Kern
zu klein dimensioniert, kann er in die Sättigung gehen.
Die hier verwendete Festinduktivität stammt von Würth
Elektronik. Sie ist trotz der geringen Baugröße eher etwas
größer dimensioniert als unbedingt nötig. Das bedeutet
geringen Kupferwiderstand, hohen Sättigungsstrom und
insgesamt geringste Verluste. Nach ausgiebigen Messungen fiel die Wahl auf die SMD-Speicherdrossel WE-PD2
mit 18 µH. Das Datenblatt nennt einen typischen Kupfer-
elektor - 9/2007
PREMA Semiconductor
PREMA begann 1970 mit der Entwicklung und Produktion digitaler Präzisions-Messgeräte. Bereits seit 1977 fertigt PREMA integrierte Schaltungen in
eigener Fertigung in Mainz. Eine 1996 eingerichtete neue Linie produziert auf
150-mm-Wafern mit einer Kapazität von bis zu 100 Waferstarts am Tag. Hier
werden kundenspezifische ICs (ASICs, Application Specific Integrated Circuits)
unter anderem für Industrieelektronik, Haushaltsgeräte, Barcode-Leser, Bewegungsmelder und Audioverstärker hergestellt.
Seit Frühjahr 2006 bietet PREMA nun auch Schaltkreise an, die auf dem freien
Markt erhältlich sind. Dazu zählen die LED-Treiber, die im ModuSU6-Prozess
hergestellt werden, der bei Einlagenmetallisierung auf acht Ebenen basiert.
Die ersten fünf Ebenen beinhalten die Implantation der N- und P-dotierten
Schichten für die Transistoren, Dioden und Widerstände im Siliziumrohwafer,
eine weitere Ebene stellt in einer Isolationsschicht die Kontakte zu den Metallbahnen her. Dann erfolgt die Metallisierung mittels Aufsputtern von Aluminium
und anschließendem Ätzen der Metallbahnen. Für komplexe Projekte sind auch
Zwei- oder Dreilagenmetallisierungen einsetzbar, die durch Isolationsschichten
mit Kontaktlöchern getrennt werden.
Die abschließende Passivierung (meist eine Silizium-Oxidschicht) schützt die
Schaltung vor Oxidation und Verunreinigungen. Über die ausgesparten Anschlusspads kann der Chip dann entweder in ein Gehäuse (beim PR4401 ein
SOT23-3-Gehäuse) oder direkt auf eine Platine gebondet werden. Je nach
Größe der Schaltung erhält man 2000 bis 15.000 ICs pro Wafer, der für
das Bonden in einzelne Chips zersägt wird. Jeder Chip wird sowohl auf dem
Wafer als auch nach dem Verpacken als IC auf Einhaltung der Spezifikation
geprüft.
Zur Zeit wird bei PREMA die neue BiCMOS-Linie zur Fertigung auf 200-mmWafern qualifiziert.
Link: www.prema.com
Würth Elektronik
Wer Würth Elektronik mit Schrauben in Verbindung bringt, liegt nicht ganz falsch: Am Anfang der weltweit mit über 60.000 Mitarbeitern operierenden Würth-Firmengruppen stand eine Schraubenhandlung des Unternehmensgründers Adolf Würth, und Befestigungs- und Montagematerial zählt immer noch zum Kerngeschäft. Die Würth Elektronik Unternehmensgruppe ist mit etwa 6.700
Beschäftigten in den Bereichen Leiterplattenfertigung, Powerboards, Backplanes, Solartechnik und nicht zuletzt EMV-Bauteile und
Induktivitäten tätig. Bei der Solartechnik ist die weltweit erste Großserienproduktion von „siliziumfreien“ Solarmodulen mit mehrschichtigen CIS-Solarzellen (Kupfer-Indium-Diselenid) besonders zu erwähnen.
Die Induktivität auf der LED-Treiberplatine wurde von der Würth Elektronik eiSos gefertigt, dem Spezialisten für passive und
elektromechanische Bauelemente mit den
Schwerpunkten induktive Bauteile und Steckverbinder sowie EMV und ESD-Schutz. Einen
hohen Stellenwert hat bei Würth die „Entwicklerfreundlichkeit“ mit kostenlosen Mustern, Kleinmengen-Service, Design-In-Support, Design-Kits, kostenlosen Seminaren
und den Applikationshandbüchern „Trilogie
der Induktivitäten“ und „Abc der Transformatoren“, die in mehreren Sprachen erhältlich sind.
Als einziger europäischer Hersteller von
Speicherdrosseln ist Würth Elektronik in den
Referenzdesigns der führenden Schaltregler-Hersteller vertreten, wie beispielsweise
Linear Technology, National Semiconductor, Texas Instruments, ON Semiconductor,
STMicroelectronics, Diodes, MPS, Maxim,
Semtech und Sipex.
Link: www.we-online.de
9/2007 - elektor
25
technik
stromversorgung
150.000 LED-Treiber-Platinen
1
Die LED-Treiberplatine wurde als Zugabe für die ELEKTOR-Ausgaben in
Deutschland, Frankreich, England, den Niederlanden und Spanien sowie
für Lizenzausgaben geplant – macht zusammen eine Druckauflage von rund
150.000 Exemplaren. Wie kommt man aber als Zeitschrift (und Verlag) zu
150.000 bestückten und betriebsfertigen Platinen?
Dazu braucht man natürlich nicht nur die Bauteile von PREMA und Würth, sondern auch einen Leiterplattenhersteller und einen Leiterplattenbestücker. Die
Platinenherstellung übernahm in bewährter Qualität Eurocircuits (ELEKTORLesern auch durch den PCBShop bei www.elektor.de bekannt), und die Bestückung erfolgte durch ECS – Electronics & Component Service. Ausgangspunkt war dabei das im ELEKTOR-Labor entwickelte einseitige Platinenlayout
(Bild 1) für die mit den beiden SMD-Bauteilen zu bestückende Platine. Bei
Abmessungen von 10 mm mal 15,5 mm lässt sie sich aber nicht in 150.000
einzelnen Exemplaren produzieren und bestücken – doch davon gleich mehr.
Beginnen wir bei Eurocircuits. Dort wurden die von ELEKTOR gelieferten Platinendaten im Gerberformat erst einmal gründlich geprüft: Konvertierbarkeit,
Passgenauigkeit und Produzierbarkeit der Abstände und Dimensionen. Auf
der unbestückten Seite wurde eine zusätzliche Lötmaske aufgebracht, um die
Lesbarkeit (den Kontrast) des dort vorgesehenen Logos zu erhöhen. Um später
eine rationelle Bestückung zu ermöglichen, wurden jeweils 100 Platinen (10
mal 10) zu einer größeren Platine (einem Panel) mit einem Rand zur Verstärkung zusammengefasst (Bild 2). Der Rand enthält auch Fiducials (Passermarken) für die automatische Bestückung. Das Panel wurde horizontal und vertikal
in dem durch die einzelnen Platinchen vorgegebenen Raster mit V-Rillen (V-cut)
versehen, um nach dem Bestücken das Trennen in die einzelnen Platinen zu
vereinfachen. Als nächstes folgte die Leiterplattenfertigung in einem der Werke
von Eurocircuits (Bild 3). Als Ergebnis erhielt der Bestücker (ECS) 1500 Exemplare der Panel-Platinen aus Bild 2 zur Bestückung. Die Kupferflächen waren
mit einem bleifreien „Hot Air Leveling Finish Sn100“ versehen. Darauf brachte
dann ECS im Siebdruck eine bleifreie Lötpaste auf (Siebdruckmaschine EKRA
X1-SL, 125 µ dickes Edelstahl-Sieb).
200%
2
Danach erfolgte die automatische Bestückung der Platine mit der Pick&Place-Maschine Samsung SV20 (Bild 4), die pro Stunde
10.000 Bauteile bis SMD0603 platziert. Vor dem Bestücken erfasst der Automat mit Hilfe von Kameras die Fiducials zur exakten
Positionierung der Platine. Die Maschine bei ECS lässt sich sehr flexibel auf das jeweilige Produkt einrichten und eignet sich daher
auch für Kleinserien und Prototypen.
Als Nächstes folgte das Löten mit einer Dampfphasenlötmaschine, die sich optimal für SMD-Platinen eignet. Durch das Eintauchen
der Platinen in ein erhitztes Schutzgas wird Sauerstoff von den Lötstellen ferngehalten und die Löttemperatur sehr präzise gesteuert,
was der Lebensdauer von Bauteilen und Platine zugute kommt.
Nach dem Löten wurden die Lötstellen der Panele mit einer optischen Inspektionsmaschine (Mantis) geprüft. Als Letztes kamen die
Panele noch unters Messer: Mit einer rotierenden Klinge erfolgte die Auftrennung der 1500 Panele in 150.000 einzelne LED-Treiberplatinen. Und wenn auch beim Versand alles gut gegangen ist, haben Sie eine davon mit diesem Heft erhalten.
Links: www.eurocircuits.com – www.ecsgeel.com
3
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4
elektor - 9/2007
widerstand von 0,225 Ω. Der Spulenstrom darf bis 1,1
A ansteigen, die Sättigungsgrenze liegt erst bei 1,29 A.
Der Kern verwendet NiZn-Ferritmaterial, um möglichst
verlustfrei auch bei hohen Taktfrequenzen zu arbeiten. Ein spezieller isolierter Lackdraht ermöglicht hohe
Betriebstemperaturen.
Die Ladephase des PR4401 dauert bei einer Batteriespannung von 1,5 V etwa 1 µs. Daraus lässt sich der Endstrom
durch die Spule berechnen.
Is = U * T / L
Is = 1,5 V * 1 µs / 18 µH
Is = 83 mA
Unter der Näherung, dass die LED-Spannung bei 3 V
liegt, ergibt sich daraus ein mittlerer LED-Strom von ca.
20 mA und ein Batteriestrom von ca. 40 mA. Der Spannungsabfall am Kupferwiderstand der Spule beträgt am
Ende der Ladephase nur ca. 10 mV. Man sieht also, dass
die verwendete Speicherdrossel wesentlich mehr leisten
könnte, als in dieser Schaltung von ihr verlangt wird. Laut
Datenblatt erreicht der Wandler schon mit einer kleineren
Spule einen Wirkungsgrad von 80%. Mit der verwendeten 18-µH-Spule wird er noch etwas höher liegen.
L1
IC1
PR4401
D2
FF
BT1
1N4148
D1
C1
1V5
weiß
Bild 8.
Beschaltung mit
Gleichrichterdiode
und Glättung.
070100 - 16
L1
IC1
PR4401
D2
BT1
FF
1N4148
BT2
Anwendungen
Der LED-Treiber ist weder eine Konstantspannungsquelle
noch eine Konstantstromquelle. Man kann ihn als eine Art
Konstant-Leistungsquelle betrachten. Er gibt nämlich in der
gewählten Dimensionierung immer etwa 70 mW an den
angeschlossenen Verbraucher ab, und zwar in weiten
Grenzen unabhängig von der Eingangsspannung und unabhängig vom Widerstand des Verbrauchers. Wenn die
angeschlossene LED eine höhere Spannung braucht, wird
der Strom entsprechend kleiner. Man darf daher auch
mehrere LEDs in Reihe anschließen. Mit einer weißen und
einer grünen LED in Reihe kommt man auf ca. 5,5 V. Die
Grenze liegt laut Datenblatt bei 15 V, Leerlaufbetrieb ist
also nicht angesagt. Allerdings zeigen Messungen, dass
eine interne Z-Diode die Ausgangsspannung auf 18 V
begrenzt.
Die LED erhält von der Treiberschaltung gepulsten Gleichstrom. Wie man den LED-Datenblättern entnehmen kann,
ist der LED-Wirkungsgrad bei reinem Gleichstrom etwas
höher. Mit Hilfe einer Gleichrichterdiode und eines Ladeelkos erhält die LED einen Gleichstrom mit geringer
Welligkeit (Bild 8). Es muss auch nicht unbedingt eine
Schottkydiode sein, weil der PR4401 den Spannungsabfall an der Gleichrichterdiode durch eine entsprechend
höhere Ausgangsspannung ausgleicht. Die Verlustleistung
wäre an einer Schottkydiode zwar geringer als an einer
1N4148 (ca. 14 mW), ein paar Milliwatt ändern aber
fast nichts an der LED-Helligkeit.
Eine weitere mögliche Anwendung liegt in der Verwendung der Schaltung als Akkulader (Bild 9). Eine NiCdoder NiMH-Zelle (Ladespannung bis 1,45 V) lässt sich
zum Beispiel schon mit zwei (besser drei) in Reihe geschalteten Solarzellen (Nennspannung 0,9 V beziehungsweise 1,35 V) laden. Da der PR4401 die Spannung automatisch anpasst (bis maximal etwa 15 V), können auch
mehrere Zellen in Reihe und NiMH- oder NiCd-Akkus für
9 V oder 12 V an den PR4401 angeschlossen werden.
Allerdings ist der Ladestrom auf etwa 20 mA (bei 3,6 V)
begrenzt. Das passt sehr gut zu einem kleinen Akku
mit 3,6 V/ 200 mAh oder auch zu einem 9-V-Akku mit
150 mAh. Für größere Akkus kann mit dem PR4401 zumindest eine Ladeerhaltung erreicht werden, und für Ströme bis 40 mA empfiehlt sich der PR4402 von PREMA.
Es gibt sicher noch viel mehr Anwendungsmöglichkeiten
9/2007 - elektor
1V2
3V6
Bild 9.
Akkus laden mit 1,2 V.
070100 - 17
für diese beiden ICs. Lassen Sie Ihrer Phantasie freien Lauf
und entwickeln Sie Ihre eigenen kreativen Anwendungen!
Dabei kann es sich um eine besondere Schaltung handeln
oder um einen besonderen Einbau der Platine. Gefragt
ist also technisches Know-how und handwerkliches Geschick. Die besten Ideen werden auf der ELEKTOR-Homepage und die allerbesten auch in ELEKTOR vorgestellt!
Weblinks:
(070100)
[1] PREMA LED-Treiber PR4401/02:
www.prema.com/Application/weisseledtreiber.html
[2] Datenblatt PR4401:
www.prema.com/pdf/pr4401.pdf
[3] Würth Elektronik SMD-Power inductors WE-PD2
und Datenblatt (Order Code 744773118):
www.we-online.com/website/emc/eisos/alg/
kat_layout.php?id=28
27
mailbox
briefe
· e-mails · ideen
Schleife im Vordergrund übrig. Dadurch ist
es nicht mehr möglich, die Motorpositionen
anzupassen (großes Problem!).
Listing 1
int servoTime1;
// Timeout für Servo 1
On _ 20 _ milli _ Seconden:
Output1 = true
WaitMicroSeconds(servoTime1)
Output1 = false
Return// Interruptroutine aus
// warte 1,5 ms
OnInit:
InitTimer()
// setze Timer auf 20 ms und
// setze Interruptvektor
servoTime1 = 1500
// zwischen 1000 und 2000
while( 1 )
// Code um servoTime1 anzupassen
key = getkey()
if ( key = KEY _ UP && servoTime1 < 2000)
servoTime1 = servoTime1 + 1
if ( key = KEY _ DOWN && servoTime1 >= 1000)
servoTime1 = servoTime1 - 1
…
loop
// und andere Dinge zu erledigen
Updates und Ergänzungen
Spulen-Checker,
Induktivitätsmessgerät 0,1 µH bis
100 mH, Elektor Juni 2007, S. 50
Damit „Low Battery“ nicht zu früh angezeigt
wird, muss R2 mit 56 k (statt 10 k) bestückt
werden.
LED-Treiber PR4401,
Elektor September 2007, S. 22
Listing 2
int servoTime[10]
int currentServo = 0;
// Timeout für Servos
On _ 2 _ milli _ Seconden:
Output[currentServo] = true
WaitMicroSeconds(servoTime[currentServo])
// warten
Output[currentServo] = false
currentServo = currentServo + 1
if (currentServo == 10 ) currentServo = 0
Return
// Interruptroutine aus
OnInit:
servoTime[0]
servoTime[1]
…
servoTime[8]
servoTime[9]
Statt für jeden Servomotor einen separaten
Impuls zu erzeugen, können wir auch eine
Maske über 8 (16 oder...) Bits erzeugen und
diese Maske bezüglich der Zeit anpassen. Am
Anfang setzen wir daher alle anzusteuernden
Servomotor-Ausgänge auf “1”, und mit jedem
Zeitschritt schalten wir die Servo-Ausgänge
wieder aus (siehe Listing 3).
Im Vordergrund können dann die Zeitschritte
und die Masken berechnet werden.
K. Wessing
= 1000
= 1100
= 1800
= 1900
Bedauerlicherweise ist bei der auf das Heft
aufgeklebten LED-Treiber-Platine auf dem
Versandweg öfter die Ferritkappe der Induktivität beschädigt worden (kleines Stück
abgebrochen). Für die Funktion der Schaltung ist das kein Problem. Durch die etwas
verringerte Induktivität (schlimmstenfalls
etwa 15 statt 18 µH, zulässig sind minimal 10
µH) wird der LED-Strom etwas größer und
die LED leuchtet unmerklich heller.
In den wenigen Fällen, in denen die Spule
nicht mehr funktionsfähig war, haben wir
eine neue LED-Treiber-Platine kostenlos
zugesandt.
while( 1 )
// Code um servoTimes anzupassen
loop
In dieser Rubrik veröffentlichen wir
Kritik, Meinungen, Anregungen,
Wünsche oder Fragen unserer Leser.
Die Redaktion trifft die Auswahl und
behält sich Kürzungen vor. Bitte geben
Sie immer an, auf welchen Artikel und
welche Ausgabe (Monat/Jahr) sich Ihr
Schreiben oder Mail bezieht.
Listing 3
0 0 0 0 0 0 0 0 alle Motoren aus
On _ 20 _
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
milli _ Seconden:
1 1 1 1
schalte alle Motoren an
\
warte 1000 +d0 Mikrosekunden |
1 1 1 0
schalte Motor 0 aus
|
warte d1 Mikrosekunden
|
1 1 0 0
schalte Motor 1 aus
|
warte d2 Mikrosekunden
|
1 0 0 0
schalte Motor 2 aus
|
|
…
|
|
1 0 0 0 0 0 0 0
schalte Motor 6 aus
|
warte d7 Mikrosekunden
|
0 0 0 0 0 0 0 0
schalte Motor 7 aus
/
10
MailBox
zwischen
1 und 2 ms
Sie erreichen uns per E-Mail
[email protected],
per Fax (02 41/88 909-77)
oder unter der Anschrift:
Redaktion Elektor
Süsterfeldstr. 25
52072 Aachen
elektor - 10/2007