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Thema: Lüftersteuerung ohne Spannungsdrop v2.0 - NoDrop II (Gelesen 599439 mal)
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Falzo
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so auf den ersten blick sieht mir die Lötstelle für den IC-Pin 3 ( I+ ) ziemlich kalt aus, da guckt ja der Pin raus ohne richtigen kontakt zum Zinn zu haben? könnte IMHO ganz gut zum beschriebenen fehlerbild passen.
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Dunuin
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Ich wollte gerne per AVR ein paar Lüfter steuern, da bin ich über die Lüftersteuerung hier gestolpert.
Wenn ich anstatt mit der Feedback-Leitung direkt an den Komperator zu gehen diese per Spannungsteiler vorher auf 2,4 des ursprünglichen Wertes reduziere und den anderen Eingang des Komperators anstatt mit 0-12V mit 0-5V anspreche, kann ich dann meine 0-12V über den Mosfet regeln?
Am AVR hab ich ja nur 0-5V, wenn ich ein PWM-Signal mit 640kHz durch einen Tiefpassfilter jage, um eine Gleichspannung zu erzeugen.
Hat das schon einmal wer versucht und hat da eventuell Schaltpläne?
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hackspider
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Hi Dunuin,
kurze Antwort: Ja, genau so funktioniert das 
Stefan Mönch hat eine AVR basierte Lüftersteuerung auf dieser Idee entworfen und aufgebaut. Seine Homepage ist zwar down aber den Schaltplan kann man noch hier finden.
Viele Grüße
  hackspider
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Dunuin
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Klasse, dann werde ich das auch mal so versuchen.
Ich dachte da aber eher an eine Kombination aus ATtiny861 und Attiny2313.
Der 861 hat nämlich Timer0 als 16-Bit-Timer mit ICP, womit ich das PWM-Steuersignal vom Mainboard auslesen will und Timer1 kann auf 3 Kanälen mit 64MHz getaktet Hardware-PWM erzeugen, was ja als DAC super wäre, wenn ich TOP vom PWM auf 100 Schritte setze und so eine PWM-Frequenz von 640 kHz habe.
Den 2313 wollte ich dann wegen der vielen Pins zum auswerten der Tachosignale nehmen und dann soll dieser ein gemittelten Tachowert erzeugen und wieder als Mainboard zurückgeben.
Dachte da an so eine Art Lüftervervielfacher. Also eine Platine welche dem Mainboard bzw der Lüftersteurung vorgaukelt da hängt nur ein Lüfter dran aber tatsächlich werden 9 Lüfter auf 3 Kanälen per PWM oder Spannungsänderung geregelt.
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« Letzte Änderung: August 25, 2013, 19:39:39 von Dunuin »
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hackspider
Wakü-Poseidon
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Hallo Dunuin,
ich hatte vor geraumer Zeit etwas ähnliches vor und hab vieles auf dem Steckbrett mal ausprobiert. Vielleicht helfen dir ein paar Erfahrungen die ich gemacht hab weiter bei deinem Vorhaben:
Hardware-PWM ist nicht notwendig. Software-PWM reicht völlig aus. Verbraucht dann auch nur einen 8-bit Timer.
Die Tachosignale hab ich mit einem 74HC151 an den ICP gemuxt (war für 8 Kanäle ausgelegt, für bis zu 16 Kanäle bietet sich der 74HCT4067 an). Da könnte man neben den Tachosignalen auch das PWM Steuersignal vom Mainboard reinmuxen. Ausgelesen hab ich die Signale im Round-Robin Verfahren und dann noch PT1 gefiltert.
Bei mir war zusätzlich noch V-USB mit auf dem Mikrocontroller (~1.5k Flash) weshalb ich das nicht in einen ATTiny2313 sondern in einen ATMega8 gepackt hatte. Alles in allem war der µC aber nicht wirklich ausgelastet: Soft-PWM, ICP, USB und ein bisschen Mittelwert bilden war nicht wirklich eine große Belastung.
Leider kann ich dir keine Schaltpläne oder Code-Auszüge bereitstellen weil ich das alles nur mal als Test aufgebaut hatte und keine Dokumente angelegt habe. Aber wenns noch Fragen gibt beantworten wir die dir sicher gerne  .
Viele Grüße
  hackspider
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Dunuin
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Also bei Software PWM ist der Ripple in der DAC-Spannung nicht zu hoch?
Dachte je schneller die PWM-Frequenz, desto stabiler die Spannung.
Das mit dem 74HCT4067 ist ein super Tipp. Das spart natürlich massig Pins, besonders da ich über ein Mäuseklavier noch einstellbar machen wollte, welche Lüfter auch wirklich angeschlossen sind, damit es keinen Fehlalarm wegen ausgefallenen Lüftern gibt.
Da bräuchte ich ja sonst 2 Pins pro Lüfter für.
So hab ich da nur 8 Pins für 2x 16 Eingänge belegt.
Edit:
Ich glaube jetzt habe ich es. Wenn ich das richtig sehe, dann bekomme ich alles auf einen Tiny861.
Am Tiny861:
2x I²C oder RS232
3x PWM für DAC
1x Tacho Ausgabe für Mainboard
8x Pins für zwei 74HCT4067
Wären dann alle Pins belegt.
Am ersten 74HCT4067 der am ICP hängt:
1x PWM-Input vom Mainboard
12x Tacho-Input (je 4 Lüfter an 3 Kanälen)
3x Teil 1 des Mäuseklaviers (zusammen 3x 2bit zum Einstellen wieviele Lüfter pro Kanal genutzt werden)
Am zweiten 74HCT4067 der am ADC hängt:
12x Poti (je 4 Potis pro Kanal um Eingangs- und Ausgangsschwellen festzulegen. Also Beispiel: InMin = 25%, InMax = 100%, OutMin = 50%, OutMax = 75%. Dann würden bei einer Vorgabe vom Mainboard im Bereich 25%-100% die Lüfter am Kanal zwischen 50% und 75% ihrer Spannung, also 6-9V geregelt werden.)
1x Spannung-Eingang zum Mainboard (also was der Lüfter für eine Spannung haben soll)
3x Teil 2 des Mäuseklaviers
Damit hätte ich dann absolut jeden freien Pin verwendet.
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« Letzte Änderung: August 26, 2013, 04:44:32 von Dunuin »
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hackspider
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Hi Dunuin,
zum Soft-PWM: Wie stark der Rippel ist hängt von vielen Faktoren ab: Frequenz mit dem der µC betrieben wird, wie hoch die Auflösung vom PWM sein soll und auch was man als Filter verwendet. Aber selbst bei 200Hz kann man mit einem zweistufigen RC-Filter (1K/22µF) das Signal noch auf <10mV glätten. (Quelle)
Wenn allerdings ausreichend HW-PWM Ausgänge und Timer (ein Timer fällt wegen des ICP weg) vorhanden sind, sind diese natürlich die bessere Wahl.
Noch ein paar Sachen die mir aufgefallen sind:
Der Tiny861 hat nur ein USI also UART nur im halb-duplex, da Empfangs- und Senderegister keine separate Register sind. Wenn das relevant ist, einfach einen µC mit "echtem" UART raussuchen.
Ein 4067 benötigt vier Leitungen für die Adressierung aber auch noch einen Pin für den gemuxten Eingang (ggf. noch einen Pin für Enable).
Es fallen auch noch 3 IOs weg für Quarz und Reset.
Alles Zusammen:
2 Pins Quarz
1 Pin Reset
2 Pins USI (TWI, half-duplex UART)
3 Pins für PWM
1 Pin Tachoausgang MB
5 Pins erster 4067
5 Pins zweiter 4067
===============
19 Pins
Da ist der Tiny861 ein bisschen zu klein. Mir hilft diese Tabelle eigentlich immer bei der µC Auswahl.
Viele Grüße
  hackspider
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Dunuin
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Naja, wenn kein enable anliegt, dann sind doch alle Eingänge blockiert. Da kann ich doch dann einfach die 4 Pins zur Eingangsauswahl von beiden 4067ern parallel auf die gleichen 4 Pins am AVR legen. Je nachdem welche der beiden Enable-Leitungen ich dann aktiviere wird halt der eine oder der andere 4067er genommen.
Da reichen dann doch 4 Leitungen für beide 4 Input-Select-Pins, 2x enable und 2x der common.
So dachte ich mir das jedenfalls nach dem Datenblatt. ADC-Messung und Zeitmessung per ICP kann ich ja parallel machen oder zur Not dann auch alles nacheinander. Je nachdem ob ich die Enable-Pins nacheinander oder gleichzeitig anspreche.
Den Quarz kann ich mir eigentlich sparen, wenn ich kein UART nutze oder? Oder wird das dann mit der Tiefpassfilter-Berechnung zu schwierig, wenn die internen 8MHz etwas schwanken? 6MHz wären da aber praktisch, wenn ich auch PWM als Steuersignal ausgeben will. Da muss ich ja auf 21 kHz bis 28 kHz Frequenz kommen. Bei 8bit und 6 MHz wären man ja bei 23,4 kHz. Bei 8bit Auflösung komme ich mit 8 MHz ja nicht in den Bereich, egal was ich für einen Prescaler nehme. Hardware PWM ist mir eigentlich immer lieber, weil der durch Software-Probleme oder Interrupts nicht ausfallen kann, was ja dann zum Totalausfall der Lüfer führt.
TOP kann ich ja beim Timer auch setzen, wenn ich Hardware-PWM z.B. nur eine Auflösung von 100 statt 256 haben will oder? Das wäre dann ja einfacher weil man sich umrechnen mit Rundungen spart, wenn man nur 0-100% PWM in 1% Schritten regeln will. Da würde sich dann ja ein 20 MHz Quarz mit 8er Prescaler anbieten. Dann wäre man bei 2,5 MHz Takt am Timer und bei einer Auflösung von 100 wären das genau die idealen 25 kHz. PWM mit 25 kHz Frequenz und einer Auflösung von 100 bekommt man schlecht per Software hin oder? Da hätte der uC ja nur 8 Takte zum reagieren, wenn er bei 1% oder 99% Dutycycle ist. Da fehlt mir dann wieder der 3. Timer vom Atmega, wenn ich auch PWM-Steuersignale ausgeben können will.
Ich hab da jetzt noch ein bischen Probleme mit der Kühlkörperdimensionierung. Wenn ich da 4 Lüfter (sagen wir 4x 5 Watt wenn so ein Standardlüfter 3W nimmt) an einem Mosfet betrieben will, was brauche ich dann da an K/W beim Kühlkörper, damit das ganze passiv gekühlt bleiben kann?
Sagen wir also da fließen 20 Watt bei 12V und ich will die Spannung auf bis zu 4V senken können, dann werden gute 2/3 also 13,33 Watt des Stroms in Wärme umgewandelt. Wenn ich so einen 6,2 K/W Kühlkörper nehme, dann sollte der Mosfet grob nicht heißer wie 83 Grad über Zimmertemperatur gehen, wenn man die Wärmeleitfähigkeit zwischen Kühlkörper und Mosfet vernachlässigen kann?
Mit Kühlkörper musste ich mich bisher nicht beschäftigen.
Mosfet kann man den hier nehmen oder?
Edit:
Der PWM-Fan-Standard falls es wen interessiert.
Mal nebenbei...hat jemand eine Idee wie ich den Mosfet dazu bringen kann einfach komplett durchzusteuern, wenn mal das PWM-Signal ausfällt, weil z.B. der uC abraucht? Gibt es da eine simple analoge Schaltung, welche z.B. nur dann 5V auf den Komperator gibt, wenn da der DAC ausfällt? Einfach dauerhaft niederomig 5V auf den DAC geben kommt ja sicher nicht so gut, wenn man linear 0-5V regeln will.
Per uC-Pin als Ausgang die Basis eines Transistor auf Masse ziehen und externer Pullup-Widerstand an die Basis, damit der Transistor auf die DAC-Leitung 5V durchschaltet, sobald der uC ausfällt, wobei der uC-Pin an der Transistorbasis fliegend wird und nicht mehr gegen Masse zieht und der Pullup die Oberhand gewinnt?
Edit:
Wie kriege ich denn die 12V vom Feedback am besten zu 5V für den Komperator?
5k und 7k Widerstände klingt logisch. 5k bekommt man mit +-0,1%, den 7k nur mit +-5% Abweichung. Und dann ist die Frage wie genau das PC-Netzteil ist. Das wird ja sicher auch nicht genau 5V und 12V sein sondern je nach Last etwas dadrüber oder darunter. Einerseits darf ich nicht über die 5,5V kommen, um nicht die Eingänge des uC zu schießen, andererseits will ich ja aber auch genau das richtige Verhältnis haben, damit auch 5V am Komperator wirklich 12V am Lüfter ergibt.
Präzisionstrimmer den man dann passend am PC einstellt?
Vielleicht noch 2 ADC-Pins vom uC opfern um damit 5V und 12V Stromversorgung zu messen, um per DAC die Ungenauigkeiten ausgleichen zu können? Oder sogar 2 ADCs dazu nutzen um die Spannung vom ungeteilten Feedback und Komperatoreingang zu messen, um dann eine LED Leuchten zu lassen, wenn man den Trimmer so gedreht hat, dass da genau das richtige Verhältnis entstanden ist, damit man nicht mit dem Multimeter am PC herumhantieren muss?
Edit:
Wie ist das so mit dem Schaltplan?
Damit müsste ich dann eigentlich an K5 ein PWM-Steuersignal oder eine Spannung einlesen können und dann über einen Kanal 4 Lüfter entweder per Spannungsänderung oder per PWM-Steuersignal über K1 bis K4 regeln können.
Zum Umschalten ob Regelung per PWM-Steuersignal mit festen 12V oder ohne PWM-Steuersignal mit variabler Spannung für die 4 Lüfter kann man S2 umlegen.
R3 bis R6 dienen zum Einstellen des Arbeitsbereiches. Wenn man den Input von der Platine z.B. an den Lüfteroutput einer Lüftersteuerung hängt die nur zwischen 7 und 11V regeln kann, man aber ein Spektrum von 6 bis 12V abdecken will, dann regelt man die Bereiche halt entsprechend mit den Trimmern.
Also im Beispiel oben dann folgendes, wobei 0V am Trimmerausgang dann 0% und 5V dann 100% sind:
R3 = InputMin = 58%
R4 = InputMax = 92%
R5 = OutputMin = 50%
R6 = OutputMax = 100%
Dann würde man nach dem Einlesen am ADC des uCs seine beiden Arbeitsbereiche haben und den Eingangsbereich von 7-11V würder er am Ausgang linear auf 6-12V erweitern.
So kann man dann variabel einstellen, wie die 4 Lüfter auf die ausgelesenen Eingangssignale reagieren sollen.
2 Schalter von S1 kodieren als 2bit, wieviele Lüfter man wirklich angeschlossen hat, damit es keinen Fehlalarm gibt, wenn kein Tachosignal erkannt wird und ja auch keines da sein kann.
Ein anderer Schalter von S1 sagt an, ob bei einem Ausfall einer der 4 Lüfter anstatt dem gemittelten Tachosignal garkein Signal ausgegeben werden soll, um damit z.B. die angeschlossene Lüftersteuerung zu warnen oder ob der Ausfall einfach ignoriert werden soll.
Noch ein anderer Schalter von S1 gibt an, ob vom Input ein PWM-Steuersignal oder die Spannung ausgewertet werden soll.
Der letzte Schalter von S1 sagt, ob unabhängig vom Eingangswert die Lüfter zum Anfahren mit 100% Leistung angesteuert werden sollen oder nicht.
Naja und eine Status-LED gibt es dann auch noch.
Damit hätte man dann ein Modul, was man an eine beliebige Lüftersteuerung oder ein beliebiges Mainboard anschließen kann, was dann dieser vorgaukelt es wäre ein normaler Lüfter angeschlossen, obwohl die Lüftersteuerung anstatt einem Lüfter dann gleich 4 regelt. Dabei ist es dann auch egal ob am Input oder Output ein 3-Pin-Lüfter oder 4-Pin-Lüfter angeschlossen wird. So kann man sich dann beliebig fehlende Lüfteranschlüsse am Mainboard oder an der Lüftersteuerung erweitern. Und wenn einem 3 zusätzliche Lüfter nicht genug sind, dann steckt man halt so ein Modul ans Mainboard und an das Modul dann 1-4 weitere Module. Dann regelt 1 Lüfteranschluss vom Mainboard gleich 4-16 Lüfter. Das kann man dann natürlich beliebig fortsetzen.^^
Also ein bischen wie ein PowerAdjust2 nur mit PWM-Lüfter-Unterstützung u.s.w.
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« Letzte Änderung: August 26, 2013, 17:25:12 von Dunuin »
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hackspider
Wakü-Poseidon
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Hi Dunuin,
bevor das jetzt noch mehr wird versuche ich mal das ein oder andere zu beantworten  .
Die Adressleitungen des 4067 kann man in der Tat parallel beschalten. Hatte zwar einen Hintergrund warum ich das so angenommen hatte, spielt aber in deinem Projekt keine Rolle.
Zum Quarz: Internen Taktquellen sind nicht wirklich zuverlässig, v.a. die Schwankungen bei Temperaturen ist ein Problem. In einem PC Case in dem es ja Temperaturen von 20° C bis >60° C geben kann, merkt man die Abweichung schon. Auch basiert deine Applikation auf allen Timern, schon deshalb würde ich eine zuverlässige Quelle empfehlen.
Die Berechungung des Tiefpasses spielt da keine große Rolle, den kann man für alle Frequenzen berechnen.
TOP müssestes du noch beschreiben können, aber nicht mehr für den Timer mit dem du ICP machst. Mit dem anderen Timer dann schon.
Das Umrechnen von 0-100 auf 0-256 ist eine Multiplikation und eine Division das ist so wenig Rechenaufwand das es gar keinen Sinn mach da wirklich drüber nach zu denken .
25kHz bekommt man per Soft-PWM nicht hin, jedenfalls nicht mir diesen Controllern hier und auch die CPU Last würde enorm nach oben gehen. Also dein beschriebener Ansatz mit 20Mhz 8er Prescale und TOP auf 100 setzen ist eine sehr gute Idee und würde ich auch so umsetzen.
Kühlkörperberechnung muss sich jemand anderes damit beschaffen. Da ist die primäre Frage ob wirklich die gesamte Spannungsdifferenz in Wäreme umgesetzt wird.
Den IRF5305 kann man nehmen, hab ich auch gemacht und hatte damit keine Probleme.
Um SW-Ausfälle (also hängen bleiben o.ä.) würde ich den ganz normalen Watchdog verwenden, dass ist für SW-Ausfälle meist genug Sicherheit. Wem das noch nicht reicht, sollte sich zuerst über die Ausfallerkennung Gedanken machen und dann den RESET Pin bedienen. Ggf. noch einen Error-Counter im EEPROM ablegen. Nach x Sekunden wird der Error-Counter dann runtergezählt. Sollte beim Aufstarten der Error-Counter >5 sein wird ein minimales Notfallprogramm gestartet, dass auf jeden Fall dauerhaft die PWM Ausgänge auf 5V zieht. Aber selbst das halte ich für übertrieben  . Wenn die SW für die µC anständig programmiert ist, darf man auch mal gerne Vertrauen in die SW haben.
Die 5V für den Komparator wird mit einem einfachen Spannungsteiler gemacht 7K/5K passt perfekt. 7K bestellt man sich einfach 10 Stück und schau mit dem Ohmmeter welcher am besten an die 7K rankommt. Wem das zu ungenau ist der kann auch 5K fest auf der einen Seite und auf der anderen Seite 6.8K und ein 500Ohm Trimmer verwenden. Alternative ist natürlich gleich ein Präzisionstrimmer zu verwenden. Meiner Erfahrung nach ist ein Spannungsteiler 7K/5K mit selektierten 7K mehr als präzise genug (v.a. für Lüfter). Das Messen der Versorgungsspannung ist dann völlig übertrieben, da müsste mann noch eine Referenzspannung generieren die nicht von der Versorgungsspannung abhängt etc. . Wenn du IO Ports schützen willst, empfehle ich dir 5.1er Zehner-Dioden. Meiner Erfahrunf nach im PC-Bereich aber nicht notwendig. Die Spannungstolleranz bei ATX Netzteilen liegt übrigens zwischen 4.75V und 5.25V sprich 5%.
Zum Schaltplan sag ich jetzt mal nix . Naja außer das der LED ein Vorwiderstand fehlt.
Mal eine Idee von meiner Seite: Du hast so viele Konfigurationsmöglichkeiten die du HW-technisch einstellst, wäre es nicht viel sinnvoller dem Ganzen ein USB-Port zu spendieren und das ganze SW-technisch umzusetzen? Da würde ich mir für 4 Euro so ein USB<->Serialwandler Huckepack aufs Board klemmen und mir die Daten via Desktop-SW in den EEPROM vom AVR schreiben. Hat natürlich den Charme, dass man neben den ganzen Features die Lüfter auch noch im Betrieb steuern und die RPM Signale anzeigen lassen kann. Nur so eine Idee von mir, da kann man dann auch auf eine ganze Menge IOs verzichten.
Viele Grüße
  hackspider
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OlafSt
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Master of STLCD and LISA III
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Zum Thema Kühlkörper:
Sagen wir also da fließen 20 Watt bei 12V und ich will die Spannung auf bis zu 4V senken können, dann werden gute 2/3 also 13,33 Watt des Stroms in Wärme umgewandelt. Wenn ich so einen 6,2 K/W Kühlkörper nehme, dann sollte der Mosfet grob nicht heißer wie 83 Grad über Zimmertemperatur gehen, wenn man die Wärmeleitfähigkeit zwischen Kühlkörper und Mosfet vernachlässigen kann?
Mit Kühlkörper musste ich mich bisher nicht beschäftigen.
Die Berechnungen stimmen so weit, aber die Schlußfolgerungen daraus nicht
Zunächst einmal liegt die "Wegzieh"-Temperatur, also der Punkt, wo der "das ist heiß"-Reflex einsetzt, bei etwa 55°C.  Ab dieser Temperatur betrachtet man einen Gegenstand als "nicht mehr anfaßbar heiß".
Deine Berechnung ergibt eine Temp-Differenz von ganzen 84°C - allein das ist als ungesund Heiß zu betrachten. In einem Case, wo es mal 60°C werden können und diese 84°C draufkommen, sind wir bei >140°C und der MOSFET ist hin.
Es ist zu überlegen ob
- Tatsächlich soviel Leistung da unterwegs  ist
- Diese Leistung nicht auf mehrere FET verteilt werden kann
- Die Schaltung nicht komplett anders gestaltet werden sollte
- ein noch besserer Kühlkörper genutzt werden kann
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Erstens: Lies was da steht. Zweitens: Denk drüber nach. Drittens: Dann erst fragen
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chrisdash
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Hallo,
ich (blutiger Anfänger) möchte mir auch eine NoDrop V2 bauen. Ich würde gerne eine LED integrieren, anhand derer man die aktuelle Ausgabespannung sehen kann. Es gibt ja LEDs, die je nach Spannung einen anderen Farbton abgeben, z.B. Reichelt LF-5WAEMBGMBW. Hier ist die Betriebsspannung 2,0 … 2,5 / 4,0 … 4,5 / 2,2 … 2,5 / 4,0 … 4,5 V und abhängig davon variiert dann auch die Wellenlänge des Lichts.
Nun wäre meine Frage, ob sich seine solche LED mit einem geeigneten Widerstand als Anzeige für die Ausgabespannung eignen würde. Man müsste also die 0-12V per passendem Widerstand auf 0-4,5V runterdrücken. Als Stromstärke ist angegeben:   Gruppenstrom 30/30/25/30 mA. Deswegen würde ich hier zum Ausrechnen des Widerstands 30mA annehmen.
Ginge sowas überhaupt? Die Betriebsspannung der LED hat ja Lücken, z.B. zwischen 2,5V und 4,0V. Nicht, dass sie dann bei 3,2V kaputtgeht?
Oder bin ich hier völlig auf dem falschen Dampfer?
Gruß
Christian
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