Piekstroom LED's

Ok, goed om de limiet aan te geven. De eerdere vermeldde 300 Ohm (628A naar gate) en Gate naar 4K7 naar gnd lijkt dan ook een goede combinatie.

De FETS limiet is 10A, dus 1,5 max moet kunnen.

Bedankt

Marcel

Hallo,

Ik heb de reacties nog eens goed doorgelezen en inmiddels een aangepaste versie gemaakt. Volgens mij zit het erin.(zie bijlage)

Volgende stap is op een breadboard uitzetten met de LED strips als belasting. In de originele test opstelling gebruikte ik transistors met 5mm leds, om puur de werking te testen. Dus niet de belasting.

Nu heb ik nog een vraag over FETs en dat is of ik ze los van de print op zo een 10-15 cm kan monteren zonder dat het nadelige gevolgen heeft. Mijn idee is om los van de print de FETs opstelling op een aparte print te monteren met daarbij de Gate weerstanden, zowel van de microcontroller (330) als ook de weerstand (4K7) naar massa. Wordt dat vervelend of niet?

Bedankt alvast.

Groeten,

Marcel

Op dinsdag 5 november 2024 20:07:26 schreef Marets:
Nu heb ik nog een vraag over FETs en dat is of ik ze los van de print op zo een 10-15 cm kan monteren zonder dat het nadelige gevolgen heeft. Mijn idee is om los van de print de FETs opstelling op een aparte print te monteren met daarbij de Gate weerstanden, zowel van de microcontroller (330) als ook de weerstand (4K7) naar massa. Wordt dat vervelend of niet?

De gate-weerstanden van 330Ω zou ik op de print van de microcontroller zetten als een soort van kortsluitbeveiliging van de uitgangen van de microcontroller en de 4k7-weerstanden op de print van de FET's.
Wijs ergens een sterpunt aan. Dat wordt de ground van de gelijkspanningsvoeding, de ground van de microcontrollerprint en de ground van de FET-print.
De ground van de HD1602 moet verbonden worden met een/de ground op de microcontrollerprint en niet op het sterpunt.

Op dinsdag 5 november 2024 12:02:49 schreef Marets:
De FETS limiet is 10A, dus 1,5 max moet kunnen.

Dat moet kunnen, maar is niet echt overbemeten.

De fabrikant geeft altijd het max-van-het-max aan. Dus met "goede" (of soms zelfs "onrealistisch ideale") koeling.

Nu is het zo dat jou fets (IRLB8721) door de fabrikant opgegeven tot 62A kunnen. Dan is die 1.5A ineens "schappelijk".

Ik reken altijd met "max 1W" in een TO220.

Met 1.5A en 16mOhm kom ik op 24mV en 36mW. Dat gaat prima. 5x meer stroom moet ook nog gaan. Dat is 7.5A, 10 is m.i. op of net over het randje....

Waarom zou je een losse print maken voor de fets? Echt met dit soort stromen hoeft dat nog lang niet.

Ik reken altijd met "max 1W" in een TO220.

Dat is ook al eeuwenlang mijn vuistregel, ooit in Elektuur gelezen denk ik. Let wel, het betreft dan een ongekoelde TO220.

Nog even naar je print gekeken je gebruikt in ieder geval wel een gropundplane?

Maar nu zijn het vooral 2 grote kopervlakken en ik verbind dan nog op veel plaatsen met een gnd via de onder en bovenvlakken. Zeker in de hoeken en tussen sporen door zit nu wel koper maar daar zit doodlopende stukkken in. Daar plaats ik dan zeker een gnd via.

Het vlak wat onder U2 doorloopt zit maar aan 1 kant ergens aan vast en dat kan beter.

Als er ca 1,5A per fet mag lopen dan vind ik die sporen daar nog wat dun

[Bericht gewijzigd door benleentje op (11%)]

Op dinsdag 5 november 2024 21:29:21 schreef rew:
Ik reken altijd met "max 1W" in een TO220.

Met 1.5A en 16mOhm kom ik op 24mV en 36mW. Dat gaat prima. 5x meer stroom moet ook nog gaan. Dat is 7.5A, 10 is m.i. op of net over het randje....

Blijf je ook beneden de 1W tijdens de fade in/fade out fase (groep 4, 2A)? Meeste vermogensverlies heb je tijdens de overgangstoestanden.

Parameters is altijd een 'stoelendans'... :)
(je moet alle parameters bij elkaar bekijken, en dan zie je dat de werkelijke waardes veel lager zijn, o.a. afhankelijk van vermogen, stroom, C/W,...)

Ik heb nog even gekeken naar je PCB, maar klopt het dat C4/C6 helemaal niet zijn aangesloten ? Ze zijn inderdaad vlak bij de uC geplaatst en beide zijn verbonden met de GND, maar ik zie geen printbanen aan de onderkant die naar de 5V gaan. Of is het een 4-layer board ?

Verder, met het nieuwe ontwerp, ik denk dat je in het nieuwe schema C6 (100 uF) weg kunt laten die dicht bij de uC zit. Je hebt tenslotte C4 (220uF) al dicht bij de uA7805 geplaatst. Dat zou al voldoende moeten zijn. Van de andere kant, je kunt hem ook laten zitten in het ontwerp en eerst niet erop plaatsen bij een eerste test. Mocht blijken dat er nog steeds hick-ups optreden, dan kun je C4 altijd achteraf nog erop solderen. Beter dat de plek alvast gereserveerd is voor deze cap, dan dat je later weer achter de ontwerptafel moet gaan zitten of ergens printbanen moet bewerken en extra gaten moet boren in je PCB.

En dan heb ik nog een tip voor je, die ik zelf ook wel eens toepas, indien ik vermoed dat er grote piekstromen verwacht kunnen worden, in combinatie met een spanningsregelaar die ook van de 12V spanning moet "eten". Je kunt D1 anders plaatsen, tussen C1 en C2. C1 is hoofdzakelijk bedoeld -denk ik- om rimpelspanning op de 12V-lijn af te vlakken. De LCD + uC zullen geen rare dingen doen, waardoor D1 niet over uA7805 geplaatst hoeft te worden. Plaats je D1 op de voorgestelde plek, dan heb je dat de uA7805 beschermd is tegen ompoling / verkeerd-om aansluiten van de 12V op je bordje. Daarmee bescherm je indirect de uC en LCD erachter en is de spanning minder hoog op de uA7805. De LED-string bestaat zelf al uit LEDs, die in wezen diodes zijn, maar in 1 richting kunnen geleiden. Zij zijn -in weze- al beschermd tegen ompolen.
Het kan best zijn dat iemand vraagtekens plaatst bij deze voorgestelde constructie. Ik nodig hen uit om dat hieronder weer te geven. Ik geef alleen aan, waar ik prima ervaringen mee heb.

-=[EDIT]=-
Het valt me op dat je op de onderkant van je PCB geen baantjes hebt lopen. Gebruik die kant en zeker voor de 12V is er dan ruimte om brede banen te trekken, vanwege de mogelijke hoge stromen. Voor connectoren kan ik je dat ook aanraden. De reden is simpel : mocht je een connector los moeten solderen en vervolgens niet goed gedaan hebben, trek je ook een printbaan mee. Dat wordt lastig repareren bij terugplaatsen / solderen van de connector. Het is een crime om een koperdraadje te trekken door het gat heen om vervolgens aan de bovenkant weer te verbinden met een losgetrokken printbaan. Je moet dan tenslotte de pin van de connector, samen met een koperdraadje door het gat wurmen en vast solderen. Het is eenvoudiger om dat aan de onderkant te doen.

[Bericht gewijzigd door oxurane op (17%)]

Allen,

Wederom bedankt voor de nuttige informatie en aanbevelingen. Het is inmiddels een aardig verhaal geworden maar dat is een ontwerp van theorie naar praktijk dan ook. Ik neem ze te harte, want hoe ik het deed was nog ver van de 100%.

Er zijn ook aanbevelingen die toepasbaar zijn wanneer ik de PCB opnieuw zou maken, wat kan natuurlijk (en ik ook aangaf) maar heb nog 3 PCB's liggen van de huidige ontwerp en probeer die eigenlijk te gebruiken om het resultaat toch ook anders te laten zijn. Als het niet kan, dan wordt het een nieuwe.

Ohm Pi

Oke, de 330 op de PCB laten is gewoon de 47 vervangen dus, makkelijk te doen. Een sterpunt aanbrengen is wat lastiger als ik de huidige print wil gebruiken. Ik kan wel de massa op het printje van de FETs naar een bepaald punt aansluiten, zoals de niet gebruikte massa van de 7805, welke op de plek van de 7812 komt zodat ik de C'tjes rondom kan plaatsen.

Rew

Bedankt voor deze toevoeging. Wanneer ik de FETs op een aparte print monteer, kunnen zo ook op een koelplaat. Heb nog een een stuk liggen.

Paulinha_B

Koelplaat kan geen kwaad, blijft het wat koeler denk ik.

benleentje

Het gedeelte onder U2 loopt ook via de FETs en G-weerstanden naar de +5V van de pinheader(LCD).

Groep 1 t/m 3 zijn samen zo'n 1,5A en is nooit tegelijkertijd aan met groep 4 (~2A). Volgens mij zit het wat spoordikte betreft wel goed.

Ohm Pi

Ze gaan op een koelplaat en heb tijdens de Fade in niet echt grote temperatuur stijging gevoeld. Maargoed, kan geen kwaad.

Arco

Bedoel je dat berekende waarde met de aangegeven parameters en specificaties de meest zekere uitkomst geeft, maar ook dat er ruimte is ten opzichte van wanneer het in de praktijk werkt.

Oxurane

De top layer is +5V en de bodem is de ground.Daarmee zijn alle C's verbonden met de + en -.

Wat C6 betreft kan het geen kwaad, ook omdat ik al het advies kreeg het in plaats van dicht bij de massa te plaatsen, beter dicht bij de +5V kan plaatsen. Tevens kon het hoger, dus ik laat hetzitten en voel me gesterkt door de 220uF.

Ik pas de diode ook steeds vaker toe in de plus aansluiting, vooral vanwege het omdraaien van de + en -. Piekspanningen kunnen dan nog steeds in de 7805 en de diode over de 7805 vloeit juist mooi te hoge waardes af lijkt mij. Dus deels eens, maar twijfel over bestrijding van ontstane probleem.

Zal mijn test opstelling voortzetten.

Bedankt allen,

groeten,

Marcel

benleentje

Het gedeelte onder U2 loopt ook via de FETs en G-weerstanden naar de +5V van de pinheader(LCD).

Ok de bovenkant is dus geen groundplane.
Ik zou dat veranderen in een later ontwerp. Voor die paar dingen die 5V nodig hebben kan je gewoon PCB sporen maken.

Ja dat kan zeker. Het kon zo makkelijk (niet altijd beter), vandaar.

De fase 1 van de testopstelling is gereed. Alleen groep 4 (~2A/fade groep) is nu op de nieuwe wijze aangesloten (gate weerstand naar gnd/47 op de DB4/5/6/7 en C'tjes rond de 7805). Wanneer de spanning erop gaat, geen flits (aan/uit) in de ledstrip en LCD nog prima in orde. Volgende keer verder.

Marcel

Op woensdag 6 november 2024 17:05:40 schreef Marets:
Wanneer de spanning erop gaat, geen flits (aan/uit) in de ledstrip en LCD nog prima in orde.
Marcel

Gefeliciteerd! Doel bereikt. De overige aanbevelingen van ons kan je gebruiken om de schakeling 'mooier' of betrouwbaarder te maken.

geen flits (aan/uit)

Dat is mooi.
De ontwikkelaar van de pic maar ook alle anderen hebben er over nagedacht wat er gebeurt als ineens de spanning aan gaat. En van de pic zelf zal er nooit zomaar een uitgang hoog zijn. En als dat wel zo is om 1 of andere reden dan staat dat in de datasheet. Meestal zijn dit enkel de programmeer pinnen maar voor de rest zijn alle pinnen tijdens het opstarten zoveel mogelijk ingang of laag.
Maar een fet die nog niet aangestuurd word kan al een beetje open staan en met die weerstand zorg je ervoor dat de fet uitstaat.

Maar hoe die stroom en of spanningspiek je display kan slopen snap ik niet.
Het meest logisch is dat spanningsregelaar zelf een spanningspiek geeft door het ontbreken van de verplichte 100nF op de uitgang.

Ohm Pi

Bedankt en zeker is dat de tips toegepast worden. Het zit m soms in de detail en soms gewoon in het niet negeren van wat gewoon nodig is voor een goede schakeling.

Benleentje

Uitgangen zijn inderdaad niet zomaar hoog, wat soms met ingangen die geen duidelijke 1 of 0 hebben wel kan en zweven. Maar goed, dat heeft in dit geval niets met de uitwerking te maken omdat alle ingangen een harde 1 of 0 kennen bij opstarten.

De oorzaak die je beschrijft is ook mijn eindconclusie.

Om de tips over dissipatie en temperaturen wat aan het licht te brengen heb ik de temperaturen gemeten van de FETs in de mogelijke situatie welke vermogen ontwikkelen die niet bruikbaar zijn.

De grafiek is toegevoegd over Gr1/gr2/gr3/gr4 aan. Maar ook de PWM naar vol aan en andersom. De warmste temperatuur gemeten is 27,3 en dan is gr4 390 sec aan. De omgeving temperatuur was 18C.

Vond het opvallend dat wanneer groep 4 van vol aan naar PWM down ging, de temperatuur een 1,3 C opliep, alvorens het zakte. Terwijl vol aan al stabiliseerde op 27,3 C.

Het gebruik van enige extra koeling heb ik hiermee wel uitgesloten.

En als slot nog de stroom, die waren als volgt:

* Groep 1 470 mA
* Groep 2 440 mA
* Groep 3 260 mA
* Groep 4 1,47 A

Totaal 2,64 A

Groeten,

Marcel

Op donderdag 7 november 2024 09:44:28 schreef Marets:

[...]

Vond het opvallend dat wanneer groep 4 van vol aan naar PWM down ging, de temperatuur een 1,3 C opliep, alvorens het zakte. Terwijl vol aan al stabiliseerde op 27,3 C.

[...]

Dat is vrij normaal, schakelen is nooit meteen, je gaat altijd door het gebied heen waarbij de MOSFET niet helemaal open of dicht is. Daar heb je verliezen. Met PWM doe je dit vaker per tijdseenheid dan gewoon aan-uit en dus meer verliezen. Bij de hogere PWM waardes waar aan-tijd-verliezen en schakel-verliezen opgeteld meer zijn dan alleen de aan-verliezen loopt de temperatuur dan op. Hogere gate weerstanden zorgen voor meer verliezen, maar ook voor minder rommel in het radio gebied. En zeker met lange LED-strips die als antennes werken moet je niet te scherpe flanken maken.

Op woensdag 6 november 2024 09:59:13 schreef Marets:
Arco
Bedoel je dat berekende waarde met de aangegeven parameters en specificaties de meest zekere uitkomst geeft, maar ook dat er ruimte is ten opzichte van wanneer het in de praktijk werkt.

Nee,
Ik bedoel dat je de parameters niet losstaand van elkaar kunt aanhouden.
Voor de maximale stroom/spanning bijv. moet je ook rekening houden met het max. vermogen en de C/W waarde van de behuizing...
(je moet aan alle parameters voldoen. )

Benadski

Oke, bedankt voor deze toevoeging. Top

Arco

Bedankt voor het ophelderen.

Groeten

Marcel

Hallo,

Inmiddels heb ik de print zover af en heb beide zijdes in een PDF toegevoegd. Daarbij zijn de aanbevelingen naar mijn mening meegenomen. Het is in ieder geval een vooruitgang. De print is 99 x 99. De gnd sporen zijn 1mm, de +12V zijn 1mm, +5V is 0,5 en de rest is 0,25mm.

Morgen nog een na inspectie en dan naar China.

Groeten,

Marcel

Ik mis alleen nog de GND via's om zo het onder en bovenvlak met elkaar te verbinden. Wees daar niet te zuinig mee kost toch niets extra. :)

Ik zou op een van de zijden een groundplane maken, simpeler en beter als losse (dunne) baantjes...

Benleentje/Arco

Ik probeer het te begrijpen cq uit te voeren. Met Via's werkt ik nooit en moet nog wat uit zoeken. Ik heb er wel even geplaatst als voorbeeld. De instelling zegt dat het van de bovenkant (fe/cu) naar de onderkant loopt, maar een controle wijst uit dat 1 kant verbonden is en de andere kant niet.

Ik heb het idee, wat ik uit jullie reacties opmaken toegevoegd en wellicht is het in de richting.

Marcel

Voor uitleg over een via, kijk eens hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Via_(electronics)

Ik probeer ze ook te vermijden, maar zelfs al doe ik enkel tweelagige printen omdat ik nu eenmaal een simpele ziel ben, zelfs dan kom ik er soms niet onderuit om een via te plaatsen.

Op woensdag 6 november 2024 05:32:43 schreef oxurane:

-=[EDIT]=-
Het valt me op dat je op de onderkant van je PCB geen baantjes hebt lopen. Gebruik die kant en zeker voor de 12V is er dan ruimte om brede banen te trekken.

Nee. Zeker niet doen. Een groot massa vlak zonder onderbreking is een van de belangrijkste eigenschappen van een goed ontworpen print. Dus gewoon de hele onderkant gereserveerd houden voor het massavlak. Een vervelende eigenschap van KiCad is dat bij de standaard instellingen, de koperlakken niet tussen de pinnen van DIP IC's en headers door gaan. Daardoor is de weg van C5/C6 naar de massa pin van de microcontroller helemaal om het IC heen, en dat is niet goed vanuit een EMC standpunt. Maar van wat ik hier begrijp (ik heb niet alle berichten even aandachtig gelezen) heeft verbetering van ontkoppeling met extra condensatoren al geholpen. Ik gebruik zelf nooit de standaard instellingen voor DIP IC's en headers. Ik maak de pads altijd ovaal, zodat het massa vlak tussen de pootjes door ook kontact maakt.

Wat EMC betreft. Elke draad die aan de print zit is een antenne en een potentiele stoor bron. Zowel voor inkomende storing, als voor uitgaande. Hoog frequent storing gaat dwars door een spannings regelaar zoals de ua7805 heen. De transistoren in zo een IC zijn simpelweg te traag om op storingspieken te reageren. De meeste uC schakelingen die ik bouw is op matrix bord, en een echt massa vlak heb je dan niet. De enige manier die ik heb gevonden om het betrouwbaar te maken is door toevoeging van ferriet kralen en spoelen in de voeding leiding. Ook weerstanden in de voeding kunnen helpen. B.v. Als je uC + LCD + Backlight 100mA nodig heeft, dan kun je een weerstand tussen de 12V en de ingang van de ua7805 zetten. (Een spoel is beter, combinatie spoel + weerstand is nog beter). ua7805 heeft ong. 2 tot 3V nodig om te regelen, dus je kunt best 4V over een weerstand laten vallen. 4V/100mA = 40 Ohm. Deze weerstand moet dan voor de condensatoren komen.

De complete volgorde waarop je de print sporen trekt is ook belangrijk.
1). Van de ingang connector naar de spoel (+ serie weerstand = EMC filter).
2). Van het ingangs "filter" naar de condensator.
3). Van de condensator naar de spannings regelaar.

Wat je nu hebt gedaan, is de 12V van de ingang connector rechtstreeks naar de spannings regelaar, en daarna een aftakking naar wat condensatoren die verderop staan. Dit werkt niet goed. Bedenk dat elk stuk draad, en elk print spoor ook zelfinduktie heeft. Tegen de tijd dat de condensatoren in de 12V een binnenkomende storings piek zien, is diezelfde storings piek al voorbij de spannings regelaar, en gaat hij richting je microcontroller.

Elektrische signalen (en dus ook storing) gaat wel heel snel door koperdraad (Iets van 50% tot 80% van de licht snelheid geloof ik), maar de kortste weg is nog steeds de snelste.

maar een controle wijst uit dat 1 kant verbonden is en de andere kant niet.

IK werk zelf met eagle aan daar is het een via [gnd] dacht ik vergeet dat commando steeds. Een gewone via probeert juist de verbinding van boven en onder te vermijden omdat dat voor een gewoon spoor is.

Ik probeer ze ook te vermijden,

Als je zelf moet etsen en van vroeger dan begrijp ik dat. Maar tegenwoordig als je een pcb laat maken kan je net zo goed ruim zijn met via's

Je opbouw van de print is nog niet ideaal zoals kortsluiting_online veel beter uitlegt. Mijn pcb kunsten zijn ook nog maar van een beginner.

Het is de bedoeling om de gnd en dus de groundplane zo groot en aangesloten mogelijk te maken. Als je dan aan 1 kant een spoor hebt zitten wat door de groundplane heen gaat dan kan je wel via via's de onderbroken stukken groundplane aan de andere zijde verbinden