In diesem Tutorial lernst du, wie du eine Hochleistungs-LED mit dem LD24AJTA_MINI Treiber und Arduino dimmen kannst. Hochleistungs-LEDs sind wie normale LEDs, aber viel, viel heller. Da sie einen höheren Strom benötigen, kannst du sie nicht direkt an einen GPIO-Pin anschließen, sondern musst einen LED-Treiber verwenden. Wie man so einen LED-Treiber benutzt, erfährst du in den folgenden Abschnitten.
Ich werde hier den LD24AJTA_MINI LED-Treiber verwenden, aber wir haben auch ein Tutorial für den sehr ähnlichen LD24AJTA Treiber: Control Power LEDs with LD24AJTA and Arduino .
Lass uns anfangen!
Benötigte Teile
Unten findest du die Liste der benötigten Teile. Für dieses Projekt habe ich ein Arduino Uno verwendet, aber jedes andere Arduino-Board oder ESP8266/ESP32 Board funktioniert genauso gut. Beachte jedoch, dass bei Verwendung eines ESP8266/ESP32 Boards die maximale Eingangsspannung am analogen Eingang 3,3 V beträgt und nicht 5 V wie beim Arduino Uno.
Der bereitgestellte Link für die Power-LED ist für eine weiße LED, aber du kannst auch andere Farben und verschiedene Farbtemperaturen (z.B. warmweiß vs. kaltweiß) bekommen. Du benötigst außerdem ein Potentiometer, wobei jedes Potentiometer im Bereich von 5K bis 50K geeignet ist.
Arduino Uno
Dupont-Kabelset
Breadboard
USB-Kabel für Arduino UNO
LD24AJTA_MINI LED-Treiber
Potentiometer 10KΩ
Hochleistungs-LED (weiß)
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Hochleistungs-LEDs
Du wirst feststellen, dass Hochleistungs-LEDs in allen möglichen Formen und Größen erhältlich sind. Die kleinere Wattzahl, die ich hier verwenden werde, sieht typischerweise so aus:
Sie haben eine scheiben- oder sternförmige Kühlplatte angebracht, da sie durch ihren höheren Stromverbrauch (>100mA) leicht heiß werden und zusätzliche Kühlung benötigen.
Im Gegensatz dazu laufen Standard-LEDs typischerweise mit 10mA bis 20mA und werden nicht einmal warm. Hochleistungs-LEDs sind jedoch viel, viel heller als normale LEDs (100x und mehr) und können einen Raum beleuchten.
Die Hochleistungs-LED, die ich hier verwenden werde (oben aufgeführt), kann einen Strom von bis zu 700mA ziehen und erzeugt bis zu 170 Lumen Licht. Das ist etwa 170-mal heller als eine normale LED.
Der Nachteil einer Hochleistungs-LED ist, dass wir sie nicht direkt von einem GPIO-Pin eines Arduino steuern können, da der GPIO-Ausgangsstrom auf maximal 40mA begrenzt ist (und selbst das sollte vermieden werden). Wir benötigen einen LED-Treiber, und im nächsten Abschnitt schauen wir uns einige LED-Treiber genauer an.
Grundlagen von LED-Treiberboards
LED-Treiberboards sind wesentliche Komponenten in nahezu allen LED-Beleuchtungssystemen. Sie sorgen für die notwendige Stromregelung, damit Hochleistungs-LEDs optimal funktionieren. Diese Boards wandeln typischerweise eine höhere Spannung (AC oder DC) in eine niedrigere Gleichspannung um, die für LEDs geeignet ist. Am wichtigsten ist, dass sie einen konstanten Stromfluss durch die LED aufrechterhalten. Ohne eine richtige Stromregelung können LEDs leicht beschädigt werden oder ineffizient arbeiten.
Ein LED-Treiber enthält eine Schaltreglerschaltung, die die Eingangsspannung schnell ein- und ausschaltet, um die Ausgangsspannung zu steuern. Diese Schaltaktion ermöglicht es dem Treiber, die Spannung effizient zu reduzieren und dabei Leistungsverluste zu minimieren. Typischerweise enthält er auch eine Induktivität, die während des Schaltvorgangs Energie freisetzt und hilft, die Ausgangsspannung und den Strom zu regeln. Schließlich enthält er einen Stromregler, der die Strommenge durch die LEDs kontrolliert, um Überhitzung zu verhindern und eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen.
Viele kleinere LED-Treiberboards verwenden als Kernkomponente einen gängigen IC, den PT4115. Diesen IC betrachten wir im nächsten Abschnitt genauer.
PT4115
Der PT4115 ist ein kontinuierlicher, induktiver Abwärtswandler im Dauerleitbetrieb. Er kann eine einzelne oder mehrere LEDs von einer Spannungsquelle antreiben, die höher ist als die Gesamtspannung der LED-Kette. Die folgende typische Anwendungsschaltung zeigt, wie der PT4115 verwendet wird.
Du wirst feststellen, dass die typische Anwendungsschaltung eine Wechselstromversorgung zeigt, aber alle LED-Treiberboards, die wir unten besprechen, unterstützen nur eine Gleichstromversorgung! Schließe sie nicht an Wechselspannung an!
Die typische Anwendungsschaltung zeigt auch eine kleine Induktivität (68uH) und einen Widerstand Rs (0,13Ω). Diese Bauteile findest du auf den unten gezeigten LED-Treiberboards wieder.
Die zulässige Eingangsspannung für den PT4115 liegt zwischen 6V und 30V, und der maximale Ausgangsstrom beträgt 1,2A! Beachte, dass die unten aufgeführten Boards leicht unterschiedliche Spezifikationen haben können, entweder aufgrund unterschiedlicher Empfehlungen oder Änderungen am Widerstand Rs, der den maximalen Ausgangsstrom steuert.
LD24AJTA_MINI
Der LD24AJTA_MINI LED-Treiber basiert auf dem PT4115. Die empfohlene Versorgungsspannung liegt zwischen 6V und 25V, und er bietet einen extern einstellbaren Ausgangsstrom von bis zu 910mA. Je nach Versorgungsspannung kann der LD24AJTA_MINI bis zu 22 Watt Ausgangsleistung liefern (bei 24V). Das Bild unten zeigt die Vorder- und Rückseite des Boards:
Pinbelegung
Der LD24AJTA_MINI LED-Treiber hat fünf Pins zum Anschließen. VIN+ und GND dienen zur Versorgungsspannung (6-25V). LED+ und LED- sind die positiven und negativen Ausgänge für die LEDs. Der PWM-Pin (Pulsweitenmodulation) steuert den Ausgangsstrom und damit die Helligkeit der angeschlossenen LEDs.
Das kleine Potentiometer (Pot) auf dem Board ermöglicht es, den maximalen Ausgangsstrom von 910mA zu reduzieren. Wenn deine LEDs also zu heiß oder zu hell werden, kannst du hier den Strom anpassen. Beachte jedoch, dass ein PWM-Signal die Potentiometereinstellung überschreibt. Für mehr Details siehe unser Tutorial: Control Power LEDs with LD24AJTA and Arduino .
Maximalstrom ändern
Wenn du mehr Ausgangsstrom statt weniger benötigst, kannst du den Strommesswiderstand (RCS) auf dem Board austauschen. Siehe Bild unten.
Durch Ändern des RCS-Widerstands kannst du einen maximalen Strom von 1,2A erreichen. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehung zwischen dem RCS-Wert und dem maximalen Ausgangsstrom.
| RCS | max. I out |
|---|---|
| 1,0 Ω | 100 mA |
| 0,5 Ω | 200 mA |
| 0,2 Ω | 500 mA |
| 0,1 Ω | 1000 mA |
Der Standardwiderstand ist ein 0,11 Ω Widerstand, was zu einem Standard-Maximalstrom von etwa 910 mA führt.
Beachte, dass es zwei weitere Boards gibt, den LD3080SA und den LD2635MA, die dem LD24AJTA_MINI fast identisch sehen (siehe Bilder in den folgenden Abschnitten). Der Hauptunterschied ist das Fehlen eines Potentiometers zur manuellen Einstellung des maximalen Ausgangsstroms.
LD3080SA
Wie der LD24AJTA_MINI basiert der LD3080SA auf dem PT4115 und hat im Wesentlichen die gleichen Spezifikationen und die gleiche Pinbelegung wie der LD24AJTA_MINI (6-25V Eingang, max. Ausgangsleistung 20W). Siehe Bild unten.
Du kannst jedoch verschiedene Versionen des LD3080SA mit unterschiedlichen RCS-Widerständen kaufen. Wie in der Tabelle oben gezeigt, variiert der maximale Ausgangsstrom je nach RCS-Wert. Es gibt Versionen mit 330mA, 500mA, 660mA und 910mA, wobei die Version mit 910mA durch einen roten Punkt auf der Rückseite markiert ist (siehe oben).
Beachte, dass du den Strom weiterhin über den PWM-Eingang (D) am Board (herunter-)regeln kannst.
LD2635MA
Der LD2635MA ist im Wesentlichen eine kleinere Version des LD3080SA mit einem festen Maximalstrom von 350mA. Pinbelegung, Funktion und Hardwarekomponenten sind gleich. Siehe Bild unten.
Der Hauptunterschied ist, dass du den LD2635MA typischerweise nur als 350mA-Version bekommst, was je nach LED, die du betreiben möchtest, zu niedrig sein könnte.
In diesem Projekt könntest du den LD24AJTA, LD24AJTA_MINI oder die 910mA-Version des LD3080SA Boards verwenden. Alle liefern bis zu 910mA Ausgangsstrom, was mehr ist als die 700mA der hier verwendeten Hochleistungs-LED.
Im nächsten Abschnitt zeige ich dir, wie du den LD24AJTA_MINI mit dem Arduino verbindest und seinen PWM-Ausgang nutzt, um den LED-Strom zum Dimmen zu steuern. Die gute Nachricht ist, dass der LD3080SA oder der LD2635MA genau auf die gleiche Weise angeschlossen und gesteuert werden.
Anschluss des LD24AJTA_MINI und Potentiometers an Arduino
In diesem Abschnitt lernst du, wie du einen LED-Treiber und ein Potentiometer an einen Arduino anschließt, um die Helligkeit der Hochleistungs-LED manuell durch Drehen des Potentiometerknopfs zu regeln.
Der Anschluss des LED-Treibers ist einfach. Die folgende Grundschaltung zeigt, wie man die Stromversorgung herstellt und die LEDs mit dem LD24AJTA_MINI Treiber verbindet.
Basierend auf der Grundschaltung können wir den LD24AJTA_MINI Treiber mit dem Arduino verbinden. Im folgenden Beispiel verwende ich eine 9V-Batterie als Stromversorgung für den LED-Treiber. Aber jede Stromquelle mit 6-25V und ausreichendem Strom (700mA) kann verwendet werden.
Im ersten Schritt verbinden wir die Batterie mit dem LED-Treiber. Der Pluspol (+) muss mit dem V-Pin (rotes Kabel) verbunden werden, und der Minuspol (-) der 9V-Batterie muss mit dem G-Pin (blaues Kabel) des LED-Treibers verbunden werden.
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 teilen.
Da wir die Helligkeit der LED steuern wollen, müssen wir den PWM-Pin (D) des LED-Treibers verwenden. Verbinde ihn mit Pin 11 des Arduino (grünes Kabel). Jeder andere PWM-Ausgangspin (~3, ~5, …) des Arduino würde ebenfalls funktionieren. Achte nur darauf, den Code unten entsprechend anzupassen.
Als nächstes verbinden wir die Hochleistungs-LED mit den L+ und L- Pins des LED-Treibers (rotes und schwarzes Kabel). Achte auf die richtige Polung!
Zum Schluss verbinden wir das Potentiometer mit dem Arduino. Der +5V Ausgang des Arduino muss mit dem rechten oder linken Pin des Potentiometers verbunden werden. Der GND-Pin muss mit dem gegenüberliegenden Pin (links oder rechts) verbunden werden. Der mittlere Pin (gelbes Kabel) wird mit dem analogen Eingang A0 des Arduino verbunden.
Im nächsten Abschnitt schreiben wir den Code, um die Helligkeit der LED durch Drehen des Potentiometerknopfs zu dimmen.
Code zur Steuerung der Helligkeit über Potentiometer
Im obigen Code-Snippet steuern wir die Helligkeit einer Hochleistungs-LED mit einem Arduino, einem LD24AJTA_MINI LED-Treiber und einem Potentiometer. Dieses Setup ermöglicht es, die Helligkeit der LED durch Variieren des analogen Eingangs vom Potentiometer anzupassen.
// Regulate brightness of high-power LED
// via LED driver board and Potentiometer
const byte ledDriverPin = 11;
const byte potPin = A0;
void setup() {
pinMode(ledDriverPin, OUTPUT);
}
void loop() {
int pot = analogRead(potPin);
int brightness = map(pot, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(ledDriverPin, brightness);
delay(100);
}
Lass uns den Code aufschlüsseln, um zu verstehen, wie er im Detail funktioniert.
Konstanten und Variablen
Wir beginnen mit der Definition von zwei Konstanten: ledDriverPin , die den Pin angibt, der mit dem PWM-Eingang (D) des LED-Treiberboards verbunden ist, und potPin , die den analogen Pin angibt, der mit dem Potentiometer verbunden ist.
Wenn du den LED-Treiber an einen anderen Arduino GPIO-Pin anschließen möchtest, kannst du das hier tun. Achte nur darauf, dass es ein PWM-Pin ist.
const byte ledDriverPin = 11; const byte potPin = A0;
Setup-Funktion
In der setup() Funktion setzen wir den ledDriverPin als Ausgangspin, da wir ihn verwenden, um die LED-Helligkeit über ein PWM-Signal zu steuern.
void setup() {
pinMode(ledDriverPin, OUTPUT);
}
Loop-Funktion
Die loop() Funktion liest kontinuierlich den analogen Eingang vom Potentiometer mit analogRead() aus. Der analoge Eingang reicht jedoch von 0 bis 1023, während der PWM-Ausgang (LED-Helligkeit) nur von 0 bis 255 reicht.
Wir verwenden daher die map() Funktion, um den analogen Eingabewert aus dem Bereich 0 bis 1023 in einen Helligkeitswert zwischen 0 und 255 umzuwandeln. Der berechnete Helligkeitswert wird dann mit ledDriverPin an den analogWrite() geschrieben, der die LED-Helligkeit durch Erzeugen eines passenden PWM-Signals steuert.
Wir müssen das nicht super schnell machen und verwenden eine kurze Verzögerung von 100 Millisekunden, um die Rechenlast zu verringern. Das macht die Helligkeitsübergänge auch etwas sanfter, aber langsamer.
void loop() {
int pot = analogRead(potPin);
int brightness = map(pot, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(ledDriverPin, brightness);
delay(100);
}
Wenn du mehr Details zum Auslesen von Potentiometerwerten brauchst, schau dir unser Tutorial zu How use Arduino to control an LED with a Potentiometer an.
Und das war’s! Mit dem obigen Code und der Schaltung kannst du Hochleistungs-LEDs mit bis zu 22W dimmen.
Fazit
In diesem Tutorial hast du gelernt, wie man eine Hochleistungs-LED mit dem LD24AJTA_MINI Treiber und einem Arduino über ein Potentiometer dimmt. Du verstehst jetzt, warum ein LED-Treiber notwendig ist, wenn du Hochleistungs-LEDs steuern möchtest. Wir haben auch die sehr ähnlichen LD24AJTA, LD3080SA und LD2635MA LED-Treiberboards und ihre Unterschiede besprochen.
Mit den bereitgestellten Beispielen solltest du genügend Informationen haben, um fortgeschrittenere Anwendungen zu bauen. Zum Beispiel die Helligkeitssteuerung einer Hochleistungs-LED abhängig vom Umgebungslicht mit einem LDR-Sensor oder die Konstruktion einer bewegungsaktivierten Überwachungsbeleuchtung.
Wenn du weitere Fragen hast, schau dir den folgenden FAQ-Bereich an und zögere nicht, zu fragen ; )
Häufig gestellte Fragen
F: Wie verbinde ich den LD24AJTA_MINI Treiber mit dem Arduino?
A: Um den LD24AJTA_MINI Treiber mit dem Arduino zu verbinden, verdrahte einfach die Ein- und Ausgangspins gemäß dem bereitgestellten Schaltplan. Achte auf eine korrekte Stromversorgung und Masseverbindung.
F: Unterstützt der LD24AJTA_MINI Treiber Dimmfunktionen für Hochleistungs-LEDs?
A: Ja, der LD24AJTA_MINI Treiber unterstützt Dimmfunktionen über PWM-Steuerung, mit der du die Helligkeitsstufen von Hochleistungs-LEDs anpassen kannst.
F: Was ist der Unterschied zwischen dem LD24AJTA_MINI LED-Treiber und dem LD24AJTA, LD3080SA oder LD2635MA?
A: Sie sind im Wesentlichen alle dieselben Treiber, basierend auf dem PT4115-Chip. Der Hauptunterschied ist, dass die LD24AJTA-Boards ein Potentiometer haben, mit dem du den maximalen Ausgangsstrom regeln kannst. Wenn du jedoch ein PWM-Signal zur Steuerung des Treibers verwendest, benötigst du das nicht.
F: Gibt es spezielle Sicherheitsvorkehrungen beim Arbeiten mit Hochleistungs-LEDs?
A: Beim Arbeiten mit Hochleistungs-LEDs solltest du für eine ausreichende Kühlung sorgen. Power-LEDs können, selbst mit Kühlkörpern, sehr heiß werden!
F: Kann ich den LD24AJTA_MINI Treiber zusammen mit Sensoren für eine automatisierte Lichtsteuerung verwenden?
A: Ja, du kannst Sensoren wie Bewegungssensoren, Lichtsensoren oder Temperatursensoren mit dem LD24AJTA_MINI Treiber und Arduino integrieren, um eine automatisierte Beleuchtung zu ermöglichen.
F: Kann ich ein anderes LED-Treiberboard anstelle des LD24AJTA_MINI verwenden?
A: Ja, du kannst ein anderes LED-Treiberboard verwenden, solange es mit der Hochleistungs-LED kompatibel ist, die du verwendest, und vom Arduino gesteuert werden kann.
F: Benötige ich zusätzliche Komponenten, um die Hochleistungs-LED zu dimmen?
A: Abgesehen vom Arduino, LD24AJTA_MINI LED-Treiber und Potentiometer benötigst du möglicherweise eine geeignete Stromversorgung und passende Anschlusskabel.
F: Wie kann ich die Hochleistungs-LED vor Überhitzung schützen?
A: Um Überhitzung zu vermeiden, sorge für eine gute Wärmeableitung durch Verwendung eines Kühlkörpers oder Lüfters, falls nötig. Überwache die Temperatur der LED während des Betriebs.
F: Kann ich die LED-Helligkeit per Bluetooth oder Wi-Fi fernsteuern?
A: Ja, du kannst Bluetooth- oder Wi-Fi-Module mit dem Arduino integrieren, um die LED-Helligkeit über eine mobile App oder eine Weboberfläche fernzusteuern.
F: Welche maximale Leistung unterstützt der LD24AJTA_MINI LED-Treiber?
A: Der LD24AJTA_MINI LED-Treiber kann Hochleistungs-LEDs mit einer maximalen Leistung von 22 Watt unterstützen.
