Spannungsanzeige mit Duo-LED

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Seraphin84
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 13. Jun 2012, 03:39

Hallo

Für eine Mobilbox, welche ich mit Mono-Batterien betreiben will, möchte ich eine Spannungsanzeige mit dreibeiniger Rot/Grün Duo-LED einbauen. Dies soll dazu dienen, einen ungefähren "Ladezustand" der Batterien zu signalisieren, um zu wissen ob man schon vorsichtshalber die Ersatzbatterien mit einpacken soll. Das ganze soll etwa den Spannungsbereich von etwa 12V (grüne LED) bis etwa 7V (rote LED) abdecken, Dazwischen soll die Leuchtfarbe entsprechend dem Spannungsverlauf die LED linear aus Rot und Grün gemischt werden.

Aus dem PC-Modding Bereich kenn ich die Bauanleitung zu einer solch ähnlichen Spannungsanzeige:

Duo-LED-Spannungsanzeige @ modding-faq.de

... allerdings hat diese einen Spannungsbereich von 0V bis 12V, was deutlich zuviel ist. Im zugehörigen Forum wurde bereits gefragt und nachfolgend diskutiert, wie man den Meßbereich verängern und diese Schaltung für einen Batteriepack umbauen kann:

Re: Spannungsanzeige mit einer Duo-LED

Daraus habe ich nun mein Wissen (hoffentlich richtig) erweitert und plane jetzt folgendes:

Als Duo-LED würde eine 3-beinige Duo-LED, fertig konfektioniert für 6V verwendet werden.
Meßbereich der Betriebsspannung der Musikbox: 12V - 7V

Referenzspannung der Spannungsanzeige: 5V
Meßbereich der Spannungsanzeige: 5V - 2,9V (= 12V bzw. 7V * 0,416)

Die Referenzspannung soll mithilfe eines 5V Festspannungsreglers erreicht werden.

Die Betriebsspannung wird mittels Widerständen aufgeteilt (R1 = 560+27kohm = 587kohm // R2 = 390kohm+27kohm = 417kohm). 12V an R2 (=4,98V) ergibt die Spannung für die Spannungsanzeige, 12V an R1 (=7,01V) wird an Masse abgeführt. Bei zunehmend leeren Batterien verhält es sich analog: 7V an R1 (=4,09V) an Masse, 7V an R2 (=2,90V) für die Spannungsanzeige.

Der untere Schwellenwert wird mittels Widerständen (mit denselben Werten wie oben) aus der Referenzspannung gewonnen. 5V an R1 (=2,92V) ergibt den Schwellenwert, 5V an R2 (=2,07V) wird an Masse abgeführt.

Nun bleibt die Frage, ob dies so funktionieren würde oder ich diese Thematik falsch verstanden habe. Auch bleibt die Frage, wie ich die Masse anschließen muss, da in der Vorlage die Masse der LED und der Schaltung zusammen fallen, in meinem Beispiel sich die Massen jedoch unterscheiden. (LED: V+ 12V - GND 0V // Meßbereich: V+ 5V - "GND" 2,9V). Aufgrund des vorgegebenen Schaltplanes vermute ich jedoch, geht die Masse der LED an den 10nF Kondensator, die Spannung des Schwellenwertes dagegen an den IC 4093. Korrekt?

Oder könnt ihr gar einfachere (gegebenenfalls effizientere) Schaltungen für dieses Vorhaben empfehlen?

[Beitrag von Seraphin84 am 13. Jun 2012, 04:09 bearbeitet]

-3dB
Stammgast

#2 erstellt: 13. Jun 2012, 10:45

Hallo,
"Oder könnt ihr gar einfachere (gegebenenfalls effizientere) Schaltungen für dieses Vorhaben empfehlen?"
> LM3914
Gruß Wilhelm

Seraphin84
Ist häufiger hier

#3 erstellt: 24. Jun 2012, 22:51

Ne kleine Weile ist es schon her, erstmal Danke für das informieren über den LM3914. Dem

Datenblatt des LM3914 hab ich auch schon etwas Aufmerksamkeit geschenkt. Doch soweit ich sehen konnte, kann mit diesen nur ein Balken aus mehreren LED's angesteuert werden?

Entweder in Form eines Balken, oder in Form von einer einzelnen leuchtenden LED innerhalb dieses Balken?

Der Betrieb einer Duo-LED, wie ich das gerne hätte, ist damit dann also per se so (noch) nicht möglich?

Was ich mir vorstellen könnte, eine Duo-LED mit gemeinsamen Plus/Kathode, die Pins 1 & 18-10 (hier jetzt 1-10 genannt) folgend ans jeweilige Minus/Anode anzuschließen und dann den "Dot"-Modus zu verwenden:

1, 2, 3: rot (für 7V - 8V)
4, 5, 6, 7: rot + grün = gelb (für 8,5V bis 10V)
8, 9, 10: grün (für 10,5V - 11,5V+)

ich vermute, dass dies so ohne weiteres möglich wäre, dann hätt ich wenigstens schonmal 3 Stufen (rot, gelb, grün).
Was mich nun noch interessieren würde, ob ich hier eine weitere Abstufung und damit flüssigere Übergänge von rot - gelb - grün erreichen könnte.

[Beitrag von Seraphin84 am 25. Jun 2012, 11:16 bearbeitet]

Seraphin84
Ist häufiger hier

#4 erstellt: 28. Jul 2012, 15:57

Lang ist her, seit meiner Frage hier.

Da ich mittlerweile an der Elektronik meiner Box tüftel, wird die Frage zunehmend aktueller.

Ich plane nun den, oder gegebenenfalls mehrere LM3914 zur Verfeinerung der Auflösung, im Dot-Modus zu verwenden und damit eine 4-Pin RGB-Diode mit gemeinsamer Anode (

http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=200730853138) zu betreiben.

Ich möchte dabei gerne folgende Spannungsbereiche anzeigen:

Grün: >12,0 V
Gelb: >10,7 V (wg. erreichter Tiefentladung, falls Blei-Akku-Betrieb)
Orange: >8V
Rot: <8V

Ich dachte daran, die LED mit gemeinsamen Plus zu versorgen, die Schaltung erfolgt ja über die Minus-Ader dank des LM3914.

Im grünen Bereich wird der Eingang des LM3914 also nur mit dem LED-Pin für grün verbunden, im gelben und orangen Bereich werden die Pins für grün und rot verbunden, im roten Bereich nur der Pin für Rot.

Nun kennen die Eingänge des LM3914 ja allerdings nur an/aus ... das heißt, damit alleine habe ich noch keine weitere Abstufung Gelb/Orange.

Wie könnte ich nun diese Abstufung beeinflussen? Spannungsteiler? Widerstände? Gibts von eurer Seite Vorschläge oder Ideen?

[Beitrag von Seraphin84 am 28. Jul 2012, 15:59 bearbeitet]

detegg
Inventar

#5 erstellt: 28. Jul 2012, 17:55

Hi,

mach mal die Suchmaschine an --> "spannungsgesteuerte stromquelle"

;-) Detlef

Seraphin84
Ist häufiger hier

#6 erstellt: 31. Jul 2012, 07:35

Ich hab mich die letzte Zeit mal weiter mit diesem Projekt auseinander gesetzt, als Grundlage der rechten Seite des IC diente mir diesmal

ein Beitrag auf mikrocontroller.net, sowie das Datenblatt. Bei der linken Seite des IC, also beim LED-Farbverlauf habe ich versucht, mein Verständnis von Spannungsteiler/Stromstärke umzusetzen und bin zu folgendem Ergebnis gekommen:

... kann dieser Schaltplan so stimmen?

Und kann jemand von euch ein Simulationsprogramm empfehlen, das für Windows und möglichst kostenfrei erhältlich ist?

[Beitrag von Seraphin84 am 01. Aug 2012, 11:13 bearbeitet]

detegg
Inventar

#7 erstellt: 31. Jul 2012, 10:42

Moin,

Simulationsprogramm ...

LTspice + Unmengen an devices von den Herstellern bzw. aus Foren.

;-) Detlef

Seraphin84
Ist häufiger hier

#8 erstellt: 31. Jul 2012, 16:43

Für LTSPICE muss man sich leider - wie bei anderen kommerziellen Simulatoren die ich gefunden habe - sogar registrieren, nur um überhaupt an die Demo zu kommen, was nicht in meinem Sinne ist.

NGSPICE hatte ich zwar auch schon auf meiner Platte, doch da ich da rein nur ne Konsole erhalte und kein GUI, hab ich das auch erstmal wieder ins Eck gestellt, da es mir so als Laien unkomfortabel erscheint.

Seraphin84
Ist häufiger hier

#9 erstellt: 01. Aug 2012, 11:13

Neuer Lösungsansatz, da es weiter fraglich ist ob meine obige Schaltung funktioniert:

MOS4093 zum Erzeugen eines PWM-Signals, in Zusammenarbeit mit einem LM2936 zur Erzeugung der Referenzspannung:

jonath
Inventar

#10 erstellt: 01. Aug 2012, 11:44

Eine Referenzspannung erzeugt man z.B. mit einer Zenerdiode oder einer Referenzspannungsquelle, aber garantiert nicht mit einem Linearregler. Aber du erzeugst in dem Schaltplan sowieso keine Referenzspannung sondern eine Versorgungsspannung. Daher passt das wieder. Referenz brauchst du keine, denn der 4093er hat Schmitt-Trigger Eingänge.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4093bc.pdf

Zudem dreht man im Schaltplan ein Bauteil nicht so dass man die Schrift nicht mehr lesen kann. Des weiteren gibt es nicht umsonst Supply Symbole. Die haben schon ihren Sinn.

Und wieso du jetzt 1,5V Zellen für die Simulation eines Bleiakkus nimmst musst du mir auch noch erklären.

Deine 9k1 Widerstände sind zudem sehr unüblich, nimm hier etwas bekanntes aus der E12 Reihe. Genauso der 510Ohm Widerstand. Oder noch besser der 255Ohm Widerstand. Sowas gibt es nicht (bitte nicht mit Widerständen gar aus E192 oder Parallelschaltung kommen, die nutzt man nur in "speziellen" Fällen und eine simple Batterieüberwachung fällt nicht darunter).

[Beitrag von jonath am 01. Aug 2012, 11:45 bearbeitet]

Seraphin84
Ist häufiger hier

#11 erstellt: 01. Aug 2012, 12:35

Hallo jonath

Danke für deine Antwort.

Informativ für dich, ich bin Laie ... Laie, der allerdings seine Scheu vor dieser Materie überwindet, um sein bescheidenes Ziel zu erreichen. Daher auch die Verwendung von (unkorrekten Fachtermina, wie bspw.) des Begriffs Referenzspannung, anstatt Versorgungsspannung (denn, letzlich will ich die 12V und 5V voneinander verbal unterscheiden, und der 5V-Strang dient immerin als Vergleichswert für die reduzierte Versorgungsspannung.) Ähnlich verhält es auch mit anderen Raffinessen, bspw. der E-Kassifizierungen. Ich habe ganz einfach jene Werte genommen, die ich bei Reichelt im Angebot gefunden habe, und die einigermaßen zu meinen (hoffentlich richtig berechneten) Werten passen.

Die 1,5V Zellen stellen übrigens Mono-Batterien dar, keinen Blei-Akku. Hätte ich aber genausogut einfach weglassen können, und einfach nur die Symbole für +12V und GND als Eingang verwenden, welche ich hier möglicherweise falsch aus Ausgänge für die weitere Elektronik plaziert habe.

Nun, abgesehen von diesen Einwänden ...

... da die Verbindungen unter den Bauteilen selbst nicht als Fehlerhaft angepriesen werden, darf ich davon ausgehen, dass die Schaltung so den gewünschten Effekt bietet?

[Beitrag von Seraphin84 am 01. Aug 2012, 12:36 bearbeitet]

jonath
Inventar

#12 erstellt: 01. Aug 2012, 12:38

Probier es doch einfach aus, die Bauteile kosten ein paar Cent.

Oszilloskop solltest du aber eins haben, ansonsten wird das etwas schwer (leihen reicht ja auch).

robernd
Stammgast

#13 erstellt: 02. Aug 2012, 18:59

Hi,
es ist prinzipiell immer schwierig, eine vom Himmel gefallene Schaltung zu analysieren. Meistens weigere ich mich sogar, so etwas zu versuchen. Im Normalfall ist es einfacher eine eigene Schaltung zu erfinden. In Deinem Fall ist die Sache besonders trickreich und damit unübersichtlich. Man muss sich also lange damit auseinandersetzen, um überhaupt zu verstehen, wie das Ganze gemeint ist. Das macht man, bis man auf eine kritische Stelle stößt.

Wenn ich es richtig verstehe, versorgst Du das IC CD4093 mit nur 1.5 Volt. Damit wird es nicht funktionieren, weil die Spezifikationen mindestens 3 Volt verlangen. Jetzt frage mich bitte nicht, wie ich die LEDs in Deinem Sinne steuern würde. Gar nicht!

Selbst wenn die Anzeige so funzt, wie Du es Dir vorstellst, ist die Interpretation der Anzeige fast unmöglich. Auch 3/4 leere Monozellen liefern ohne Last noch fast die selbe Spannung wie ziemlich volle. Die Anzeige hängt also nicht nur vom Ladezustand sondern auch von der Höhe des entnommenen Stroms ab. Also gelb = halbvoll ist nicht. Außerdem hätten zumindest meine Augen das Problem, ohne Vergleichsfarbe (also wenn es dunkel ist) zwischen gelb und grün eindeutig zu unterscheiden.

Mein Vorschlag: Bau zwei Batteriesätze ein. Wenn einer nicht mehr mag, schalte um auf den zweiten.

Ich kann Dir

LTSpice wirklich ans Herz legen. Das benutze ich seit fast 20 Jahren. Es ist so ziemlich das einzige Spice, bei dem kein Erfinder des GUI seinen Obolus für das eigentlich freie Programm verlangt. Download ohne Registrierung ist kein Problem.

detegg
Inventar

#14 erstellt: 02. Aug 2012, 19:23

Hi,

da hat der robernd jetzt aber mal richtig recht - und zwar in ALLEN Punkten!

Detlef

Seraphin84
Ist häufiger hier

#15 erstellt: 03. Aug 2012, 00:25

robernd schrieb:

Wenn ich es richtig verstehe, versorgst Du das IC CD4093 mit nur 1.5 Volt. Damit wird es nicht funktionieren, weil die Spezifikationen mindestens 3 Volt verlangen. Jetzt frage mich bitte nicht, wie ich die LEDs in Deinem Sinne steuern würde. Gar nicht!

Danke für deinen Hinweis, das habe ich nicht bedacht ...

Selbst wenn ich die 12V auf 8,4V abbilde, würden 8,4V auf 5,9V abgebildet. Macht eine Differenz von 2,5V und der IC hätte damit zuwenig Saft. Diese Idee kann ich dann also verwerfen.

Was das abschätzen der Laufzeit betrifft, von einem vorhergehenden Projekt, das einen digitalen Volt-Meter verwendete, weiß ich, dass der 12V Verstärker bis etwa 8V und darunter spielt. Auch wenn der Verlauf nicht linear ist, hilft es doch etwa abzuschätzen, ob der Satz Batterien noch etwas durchhält oder man Ersatzbatterien mitnehmen sollte, wenn man auch in etwa die mögliche Gesamtspielzeit kennt.

Eine genaue Anzeige ist es natürlich nicht, und lebensnotwendig natürlich auch nicht. Doch wie ich finde ein nettes Gimmick, welche auch durchaus gewissen nützlichen Charakter hätte und ich es gern verbauen möchte.

Aber dann muss erstmal ne andere Möglichkeit her, oder ein funktionell dem 4093 vergleichbarer IC, welcher mit 2,5V oder weniger auch schon auskommt.