Vortrag zum Thema Light Emitting Diodes
20.06.2013 © Urs H. 1
Referierender: Urs H.
Betreuer: Stephan Bauroth
Gliederung
1. Einleitung • Motivation • Aufbau • Bautypen
2. Verhalten und Ansteuerung
• Kennlinie • Vorwiderstand • Konstantstromquellen
3. LED –Matrizen
• Problemstellung • Charlieplexing • Multiplexing
4. Schluss
• Zusammenfassung • Fazit
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EINLEITUNG
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Motivation des Referierenden
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Motivation des Publikums
HLB Dieser Vortrag
Reale Anwendung
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Von der Glühlampe zur LED
0
50
100
150
200
250
Lichtstrom in Abhängigkeit von der Leistung
lm/W
Quellen: Gückstock, O[2009]; CREE*
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Meilensteine der LED
1876: Gleichrichtender Effekt durch Sulfidkristalle (Ferdinand Braun)
1907: Lichtemission Anorganischer Stoffe (Henry Joseph Round)
1921: Round- Effekt wird widerentdeckt (Oleg Lossev)
1951: Erfindung des Transistors
1962: Erfindung der LED (Nick Holonyak)
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Quelle: Wikipedia [1]
Aufbau
Quelle: HLB [2]
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Quelle: Wikpedia [3]
Aufbau
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Bonddraht Reflektor
Halbleiter Leuchtstoff
Bautypen
• Leuchten oder Beleuchten
Unterschiedliche Anforderungen erfordern unterschiedliche Bautypen
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Bautypen I – 3 und 5mm
• Klassische Bauweise
• Polung:
– Langes Bein: Anode
– Delle: Kathode
• Beschränkte Leistungsfähigkeit
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Quelle: elektronik-kompendium.de [4]
Bautypen II - SMD
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• Surface Mounted Device
• Zustandsanzeige
• Bauform: Gehäusemaße
Quelle: Wikipedia [5]
Bautypen III – HP und COB
• High Power
– Erfordern besondere Kühlmaßnahmen
• Chip on Board
– Mehrere LED auf Platine vergossen
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Quelle: led-tech.de [6]
Quelle: ebay.de [7]
VERHALTEN UND ANSTEUERUNG
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Glühbirne als Verbraucher
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Diode als Verbraucher
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Was lernen wir aus der Kennlinie?
Quelle: cree.com [15]
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Rekombination
Valenzband
Leitungsband
Bandlücke
x
W(x)
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Merke:
• Wir stellen den Strom ein
• Die Spannung regelt sich von selbst
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Stromsteuerung I - Vorwiderstand
• Blaue LED:
– 20mA, ~3V
• Spannungsabfall über R
=2V
• R= 2V/0,02A = 100Ω
• UDD±0,5V -> I ±0,005A
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R
UDD=5V
Stromsteuerung II - KSQ
• Verschiedene Möglichkeiten
– Step Down
– Linear
• Zum Teil dimmbar
– Phasenabschnitt
– PWM Input
– 0-10V
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Quelle: led-tech.de [12]
LED- MATRIZEN
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Problemstellung
• 4 Port a 8 Pins
32 Pins frei
Maximal 32 LEDs?
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Quelle: wiki.ctbot.de [8]
Charlieplexing I
• Tri State Logic:
– High
– Low
– Input
20.06.2013 © Urs Hecht 24 Quelle: Wikipedia [9]
• P1 High; P2 Low
– LED1 Leuchtet
• P1 Low; P2 High
– LED2 Leuchtet
Charlieplexing II
• #LED = n²-n
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Quelle: Wikipedia [10]
Multiplexing
• Aufteilung in Zeilen und Spalten
• Immer nur eine Spalte Low, rest In
• Z.B.:
– C1 Low
– Spaltenmuster an R1- R7
– Nächste Spalte
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Quelle: mikrocontoroller.net [11]
Multiplexing – RGB
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Pros und Cons
• PRO:
– 𝑛 Vorwiderstände und Transistoren
– Wenig Pins benötigt
– RGB fähig
– Dimmbar über PWM
• CON:
– Für gleiche Helligkeit benötigt es Hohe Pulsströme:
= Betriebsstrom*#Spalten
Anhalten führt zu Überlastung
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Ansteuerung
• Direkt an die I/Os
• Bipolare Transistoren oder MOSFET
– Spannungsabfall in Widerstands Berechnung einbeziehen!
• Spezielle Treiber wie der UDN2981
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Quelle: allegromicro.com [13]
SCHLUSS
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Zusammenfassung
• Wähle die Art der LED nach den Anforderungen
• Auf den Strom kommt es an
• Nutze die schlauste Strategie um Matrizen zu betreiben
• Aufpassen bei der Dimensionierung
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Danke für eure Aufmerksamkeit!
Bildquellen
[1] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiC_LED_historic.jpg [2] UE_HLB_A13_Solarzelle_Photodiode-20110105.pdf [3] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_Querschnitt_bestromt.jpg [4] http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/fotos/02011111.jpg [5] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Arduino_led-4.jpg [6] http://www.led-tech.de/images/products/resized/LT-1628-1265289243.jpg [7] http://i.bosity.com/wt/22000001/14002607/image_50733.jpg [8] http://wiki.ctbot.de/images/Atmega32.jpg [9] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Complementary_Drive.png [10] https://en.wikipedia.org/wiki/File:3_Pin_Charlieplexing.png [11] https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:LEDmatrix_5x7.png [12] http://www.led-tech.de/images/products/resized/LT-889-1178278952.jpg [13] http://www.allegromicro.com/en/Products/Part_Numbers/2981/2981.pdf [14] http://www.noodlehed.com/ebay/datasheets/GTM2088ARGB-21.pdf [15] http://www.cree.com/led-components-and-modules/products/xlamp/discrete-directional/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/Data%20and%20Binning/XLampXPG.pdf
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Credits
1) https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode 2) https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode 3) https://www.mikrocontroller.net/articles/LED-Matrix 4) https://en.wikipedia.org/wiki/Charlieplexing 5) http://www.noodlehed.com/ebay/datasheets/GTM2088ARGB-21.pdf 6) https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_Schieberegister 7) http://led-treiber.de/html/leds_grundlagen.html#LED-Kennlinie 8) http://www.cree.com/led-components-and-
modules/products/xlamp/discrete-directional/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/Data%20and%20Binning/XLampXPG.pdf
9) http://www.led-tech.de/downloads/smd_housings.pdf 10) https://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle 11) https://www.mikrocontroller.net/part/UDN2981
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