Steuere LED-Filament mit Arduino

In diesem Tutorial lernst du, wie du ein COB LED-Filament mit Arduino und einem LED-Treiberboard steuerst. COB LED-Filamente sind LED-Anordnungen mit hoher Dichte, die in vielen verschiedenen Formen, Größen, Farben und Wattzahlen erhältlich sind. Das Bild unten zeigt ein flexibles LED-Filament, das in diesem Tutorial verwendet wird.

Sie werden häufig in Retro-Glühbirnen verwendet, eignen sich aber auch hervorragend für viele andere Beleuchtungsanwendungen, insbesondere zur Beleuchtung von Miniaturen. Da sie mit 3V laufen und nur 100mA benötigen, sind sie sicher und machen Spaß beim Experimentieren.

Lass uns loslegen!

Benötigte Teile

Hier ist die Liste der benötigten Teile. Ich habe für dieses Projekt ein Arduino Uno verwendet, aber jedes andere Arduino-Board oder ESP8266/ESP32 Board funktioniert genauso gut.

Der Link zum LED-Filament führt zu einem flexiblen Filament mit warmem, gelbem Licht, was mein Favorit ist. Du kannst aber auch andere Farben und verschiedene Farbtemperaturen (z.B. warmweiß vs. kaltweiß) wählen.

Außerdem habe ich den LD24AJTA_MINI LED-Treiber ausgewählt, da ich ihn zur Hand hatte. Jeder andere LED-Treiber, der bis zu 100mA liefern kann, ist ebenfalls geeignet.

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Was sind COB LED-Filamente

COB LED-Filamente, oder Chip-on-Board LED-Filamente, sind eine LED-Technologie, bei der mehrere LED-Chips direkt auf ein Substrat montiert werden, um ein einzelnes Modul zu bilden.

Dieses Design ermöglicht eine höhere LED-Dichte auf kleinem Raum, was zu einem helleren und gleichmäßigeren Licht führt. Die COB-Technologie sorgt außerdem für eine bessere Wärmeableitung, sodass die LEDs effizient arbeiten und eine längere Lebensdauer haben.

Flexible und starre Filamente

Neben den üblichen flachen, rechteckigen Anordnungen werden COB LEDs auch in Form von starren oder flexiblen Filamenten hergestellt. Das Bild unten zeigt einige starre COB LED-Filamentstreifen in verschiedenen Farben.

Beachte, dass sie zwar starr, aber auch spröde sind und leicht brechen. Du musst sie vorsichtig behandeln und darfst keine mechanische Belastung auf sie ausüben.

Wenn sie auf einem flexiblen Substrat montiert sind, werden LED-Filamente zu flexiblen, drahtähnlichen Leuchtelementen. Das folgende Bild zeigt einen flexiblen COB LED-Filamentstreifen.

Wenn du genau hinsiehst, kannst du die einzelnen LEDs innerhalb eines COB LED-Filaments erkennen. Siehe Bild unten.

COB LED-Filamente werden heute oft in Retro-Glühbirnen verwendet, da sie dem Wolframdrahtfilament traditioneller Glühbirnen ähneln. Das Beispiel unten zeigt zwei Glühbirnen mit flexiblen und starren COB LED-Filamenten.

Im Sockel der Glühbirne befindet sich eine kleine Schaltung, die die 110V/220V Netzspannung auf die viel niedrigere Spannung umwandelt, die das COB LED-Filament benötigt. Die Schaltung regelt auch den Stromfluss. Mehr dazu später.

Spezifikation

Das COB LED-Filament, das ich in diesem Projekt verwende, ist 130 mm lang, läuft mit 2,7-3,3 V Gleichspannung und der maximale Strom beträgt 100 mA. Bei höheren Strömen und Spannungen brennen die LEDs schnell durch.

Beachte, dass LED-Filamente eine Polarität haben! Um den Pluspol zu erkennen, schau dir beide Pins genau an. Der Pin mit einem kleinen Loch ist der Pluspol. Siehe Bild unten.

Du kannst das LED-Filament einfach testen, indem du es mit einer Gleichstromquelle und einem passenden Vorwiderstand verbindest. Zum Beispiel kannst du den 5V-Ausgang deines Arduino und einen 100Ω Widerstand verwenden. Siehe Schaltplan unten.

Das COB LED-Filament hat einen Spannungsabfall von etwa 3V. Mit einer 5V Versorgung und einem 100Ω Widerstand ergibt sich ein Strom von (5V-3V)/100Ω = 20mA. Das Filament leuchtet, ist aber nicht sehr hell, da wir nicht den vollen Strom von 100mA liefern.

LED-Filament mit Arduino steuern

Wie du dir denken kannst, könntest du ein LED-Filament auch wie jede andere LED direkt an einen GPIO-Pin des Arduino anschließen und steuern. Ein GPIO-Pin liefert 5V und kann sicher bis zu 20mA (max. 40mA) liefern.

Wir können also die gleiche Schaltung wie oben verwenden, aber den Pluspol des LED-Filaments an einen GPIO-Pin (~11) statt an 5V anschließen. Der Minuspol bleibt mit GND verbunden. Siehe Anschlussdiagramm unten.

Jetzt kannst du das LED-Filament wie jede andere LED steuern, zum Beispiel mit dem einfachen Blink-Beispiel:

const byte ledDriverPin = 11;

void setup() {
  pinMode(ledDriverPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(ledDriverPin, LOW);
  delay(1000);
  digitalWrite(ledDriverPin, HIGH);
  delay(1000);
}

Beachte, dass der Vorwiderstand nur 100Ω beträgt, im Gegensatz zu den üblichen 220Ω für eine normale LED. Das liegt daran, dass der Spannungsabfall des LED-Filaments etwa doppelt so hoch ist (≈2,6V) wie bei einer Standard-LED (≈1,3V).

Obwohl die Schaltung funktioniert, ist das LED-Filament wegen des niedrigen Stroms nicht sehr hell. Wir können aber nicht sicher mehr als 20mA direkt vom GPIO-Pin liefern. Deshalb verwenden wir im nächsten Abschnitt einen LED-Treiber, um mehr Strom zu liefern.

Verdrahtung des LED-Filaments mit Arduino und LED-Treiber

LED-Treiber liefern Strom und regeln den Stromfluss zu einer LED. Sie sorgen dafür, dass LEDs die richtige Leistung erhalten, um effizient zu arbeiten und vor Spannungsschwankungen geschützt sind. Mit einem LED-Treiber können wir genug Strom liefern, um unser LED-Filament in voller Helligkeit zu betreiben.

LD24AJTA_MINI LED-Treiber

Ich werde hier den LD24AJTA_MINI LED-Treiber verwenden. Er läuft mit 6-25V und kann bis zu 910mA Ausgangsstrom liefern. Mehr Informationen findest du in unserem Tutorial, wie man Dim High-Power LED with Arduino and LD24AJTA_MINI .

Das folgende Bild zeigt die Grundverdrahtung des LD24AJTA_MINI. Wie du siehst, ist sie sehr einfach. Die Eingangsspannung wird an die V – und G -Pins angeschlossen, die LEDs an L+ – und L- -Pins, und der Ausgangsstrom kann über ein PWM-Signal am D -Pin gesteuert werden.

Da der LD24AJTA_MINI mindestens 6V Eingangsspannung benötigt, können wir ihn nicht vom 5V-Pin des Arduino betreiben. Deshalb verwende ich hier eine 9V-Batterie, aber jede andere Stromquelle im Bereich von 6-25V, die 100mA liefern kann, funktioniert ebenfalls.

Anschluss des LED-Treibers an den Arduino

Das folgende Bild zeigt, wie man den LED-Treiber mit dem Arduino verbindet und das LED-Filament an den Treiber anschließt.

Zuerst verbinden wir die Batterie mit dem LED-Treiber. Der Pluspol (+) wird an den V-Pin (rotes Kabel) angeschlossen, der Minuspol (-) der 9V-Batterie an den G-Pin (blaues Kabel) des LED-Treibers.

Jetzt verbinden wir den Minuspol der 9V-Batterie auch mit dem GND-Pin des Arduino. Das ist wichtig! Arduino und LED-Treiber müssen denselben Masseanschluss haben.

Da wir die Helligkeit des LED-Filaments steuern wollen, verwenden wir den PWM-Pin (D) des LED-Treibers. Verbinde ihn mit Pin ~11 des Arduino (grünes Kabel). Jeder andere PWM-Ausgangspin würde ebenfalls funktionieren.

Als nächstes verbinden wir das COB LED-Filament mit den L+ und L- Pins des LED-Treibers (rotes und schwarzes Kabel). Achte auf die richtige Polarität! Das Bild unten zeigt die Schaltung auf einem Breadboard.

Und das war’s. Mit dieser Schaltung können wir das LED-Filament mit seinem maximalen Strom betreiben. Noch besser: Du kannst mehrere LED-Filamente in Reihe schalten, und der LED-Treiber sorgt für die richtige Versorgungsspannung.

Im nächsten Abschnitt schauen wir uns den Code an, der zur Steuerung des LED-Filaments benötigt wird.

Code zur Steuerung des LED-Filaments

Wir verwenden ein PWM-Signal am GPIO-Pin ~11, um die Helligkeit des LED-Filaments zu steuern. Dabei müssen wir etwas vorsichtig sein. Der LD24AJTA_MINI kann bis zu 910mA Ausgangsstrom liefern, was viel mehr ist als die maximalen 100mA des LED-Filaments.

Das bedeutet, wir können den GPIO-Pin nicht voll einschalten. Ich habe den PWM-Wert langsam erhöht und bei einem Wert von 60 ( analogWrite(pin, 60) ) messe ich einen Ausgangsstrom von 86mA und eine Spannung von 2,4V am Ausgang des LED-Treibers. Dieser Strom liegt unter dem maximalen Strom von 100mA des LED-Filaments. Das heißt, wir können einen PWM-Wert bis 60 schreiben, aber nicht darüber hinaus.

Das folgende Codebeispiel zeigt das typische Blink-Programm. Statt digitalWrite verwende ich analogWrite und begrenze den Maximalwert auf 60, alles andere bleibt gleich.

// Blink for LED filament and 
// D24AJTA_MINI LED Driver
const byte ledDriverPin = 11;

void setup() {
  pinMode(ledDriverPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  analogWrite(ledDriverPin, 60); # 60 max!
  delay(1000);
  analogWrite(ledDriverPin, 0);
  delay(1000);
}

Dieser Code schaltet das LED-Filament eine Sekunde lang ein (1000 ms), dann eine Sekunde aus, und der Zyklus wiederholt sich. Wie oben erwähnt, solltest du nicht über den Wert 60 für analogWrite hinausgehen, sonst ist der Ausgangsstrom zu hoch und du beschädigst oder zerstörst das LED-Filament.

Das Dimmen des LED-Filaments ist ebenfalls einfach. Das folgende Codebeispiel erhöht die Helligkeit langsam von null bis zum Maximum (60) mit einer Verzögerung von 100 ms zwischen den Schritten. Wenn das Maximum erreicht ist, wird das LED-Filament für eine Sekunde (1000 ms) ausgeschaltet.

// Dimming for LED filament and 
// D24AJTA_MINI LED Driver
const byte ledDriverPin = 11;

void setup() {
  pinMode(ledDriverPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  for(int b=0; b<60; b++) {
    analogWrite(ledDriverPin, b);  # 60 max!
    delay(100);
  }
  analogWrite(ledDriverPin, 0);
  delay(1000);
}

Und da hast du es! Jetzt weißt du, wie du flexible COB LED-Filamente mit Arduino und dem LD24AJTA_MINI LED-Treiber steuern kannst.

Viel Spaß ; )

Fazit

In diesem Blogbeitrag haben wir gelernt, wie man ein flexibles COB LED-Filament mit Arduino und einem LED-Treiber (LD24AJTA) steuert. Durch das Verständnis der Verdrahtung und die Nutzung der bereitgestellten Codebeispiele kannst du dieses LED-Filament einfach in deine Projekte integrieren.

Indem du die in dieser Anleitung beschriebenen Schritte befolgst, kannst du dynamische Lichteffekte erzeugen und die optische Wirkung deiner Projekte verbessern. Experimentiere mit verschiedenen Helligkeitsstufen und Mustern, um das LED-Filament an deine individuellen Bedürfnisse anzupassen.

Häufig gestellte Fragen

F: Kann ich einen anderen LED-Treiber mit dem COB LED-Filament und Arduino verwenden?

A: Ja, du kannst einen anderen LED-Treiber verwenden, solange er mit den Spezifikationen des COB LED-Filaments kompatibel ist und vom Arduino gesteuert werden kann.

F: Woran erkenne ich, ob die Verdrahtung korrekt ist?

Um sicherzugehen, dass die Verdrahtung korrekt ist, überprüfe die Verbindungen zwischen COB LED-Filament, LED-Treiber und Arduino anhand des bereitgestellten Schaltplans. Teste die Schaltung mit einfachem Code, um sicherzustellen, dass die LED wie erwartet reagiert.

F: Kann ich die Helligkeit des COB LED-Filaments mit dem Arduino einstellen?

Ja, du kannst die Helligkeit des COB LED-Filaments durch Ändern des PWM-Signals im Arduino-Code anpassen. Durch Variieren des Tastverhältnisses des PWM-Signals steuerst du die Helligkeit der LED.

F: Kann ich das COB LED-Filament direkt von einem GPIO-Pin mit Strom versorgen?

A: Das hier verwendete LED-Filament zieht bei voller Helligkeit 100mA. Das ist zu viel für einen GPIO-Pin, der maximal 20mA empfohlen bekommt. Du kannst einen 100Ω Vorwiderstand verwenden, aber das LED-Filament wird dann nicht seine volle Helligkeit erreichen.

F: Kann ich mehrere COB LED-Filamente mit Strom versorgen?

A: Ja, du kannst mehrere LED-Filamente mit einem LED-Treiber versorgen. Schließe sie einfach in Reihe an, und der LED-Treiber sorgt für den richtigen Strom und die richtige Spannung. Wenn du mehrere LED-Filamente einzeln steuern möchtest, benötigst du mehrere LED-Treiber, die an verschiedene GPIO-Pins angeschlossen sind.

F: Kann ich längere COB LED-Filamente betreiben?

A: Je länger das LED-Filament, desto höher ist der Strombedarf für volle Helligkeit. Der LED-Treiber regelt das, aber du musst den PWM-Wert entsprechend anpassen und prüfen, ob der LED-Treiber genügend Strom liefern kann.