PWM av LED i bil mha. µ-kontroller

[Eriond]

Hej alla.

Nu har jag både googlat och sökt på forumet efter hur man lämpligast kan styra en 12V LED mha. en 5V logiksignal.
Det finns flera vägar fram, men jag har specifika krav: Det som ska styras är LED-blinkers, och det skall göras genom att ersätta befintligt CF18-relä från Dyson med en egensnickrad krets. Innan ni svarar att det redan finns såna på t.ex. eBay för just LED-konverterade bilar, så har jag redan köpt ett flertal. Och ja de funkar precis som det är tänkt, varken mer eller mindre. Det var just det; jag vill kunna göra mer med min krets. t.ex. är att efterlikna den mjuka upp- och nedtoning som en glödtrådslampa ger, eller att kunna hitta på egna blinkmönster, eller kunna skapa en strobe-effekt när varningsblinkersen går, etc. etc.

Jag vill alltså ha full kontroll över utsignalen. Detta är mina förutsättningar:
Bilens blinkers har fast återledare via chassit, alltså måste jag ha en high-side styrning, för jag kommer inte åt low-side (och nej, jag vill inte ha fyra små kretsar, en i varje lamphus).

Som jag har läst så finns det en uppsjö av logiknivåanpassade MOSFETs, men de är generellt dyrare. Kanske inte spelar så stor roll om man lägger 10 eller 40kr när man bara gör one-off, men det skulle vara tillfredsställande om det gick att lösa med den billigare "vanliga" FET:en istället.
Jag tänker att det som oftast behövs för att mätta en FET är ju en spänning på 10V eller mer. Och i en bil har man ju fri tillgång på 12V... så en liten småsignalstrissa skulle kunna agera 12V Gate-switch, eller är jag ute och cycklar då?

Länkar eller exempel på scheman tages emot tacksamt.

/E

[Klas-Kenny]

Logiknivåanpassad P-FET för att styra 12V på high-side är ju rätt meningslöst, eftersom att du måste upp till 12V på gate för att få transistorn att slå av ändå, enda skillnaden blir ju att du bara behöver ta ner gate till kanske 7-9V för att slå igång den, men det är ju inte svårare att dra den ner till 0V så.

Jag skulle nog bara ta någon "helt vanlig" P-FET som klarar strömmen, har tillfredsställande RDSon etc och sen styra den medelst en mindre N-FET (vilken dock lämpligen kan vara logiknivåanpassad) och pull-up. Sen styra N-FET'en då direkt ifrån µC.

[LarryXz]

Tänk på detta, om du ska använda bilen i trafik:

80 § Körriktningsvisare skall avge blinkande ljus med en blinkfrekvens av 90 ± 30 blinkningar per minut.
168 § Varningsblinkers lyktor skall, när de är tillkopplade, blinka samtidigt eller så att de främre lyktorna blinkar växelvis med de bakre.
Blinkfrekvensen skall vara 90 ± 30 blinkningar per minut.

[Eriond]

@LarryXz: Jag har en plan på hur blinkningen skall gå till utan att ge avkall på Trafikverkets förordningar. Dessutom så finns det en EU-lagstiftning att ta hänsyn till...

@Klas-Kenny: Har du möjlighet att illustrera det du skriver med ett schema, eller en länk till sådan bild?
Jag förstår i grova drag hur du menar, men en bild säger mer än 1k ord, så hur mycket skall då inte ett schema säga?

Tack för era synpunkter!

[Borre]

Så här menar klas-kenny:



Men motståndet bör ha ett lägre värde än 1M.

[Eriond]

Ok, men hur mycket lägre? 100k, 10k eller 1k ?
Jag misstänker att det hänger ihop med vilken P-FET jag väljer, men vad är det jag ska kolla efter i databladen?
Och hur räknar jag på det här?

/E

[Icecap]

10k - 47k ska fungera helt OK.

[Klas-Kenny]

Du kan ju räkna lite på det också för att komma fram till lämpligt motstånd.

FET'en har ju en gate-kapacitans på typiskt ~1nF eller där omkring (står i databladet för transistorn i fråga), och det är den som ska laddas upp/ur för att FET'en ska slå av och på.
I det här fallet är det ju uppladdningen som sker genom motståndet, alltså vid avslag av transistorn.

Motståndet och kapacitansen har ju tidskonstanten \(\tau=RC\), och spänningen över kapacitansen (alltså potentialen på Gate) kan beskrivas enligt \(u_C=V_i_n*(1-e^-^t^/^\tau)\), vilket ger att efter \(1\tau\) har kapacitansen laddats upp till ~63% av slutspänningen (dvs. ~7,5V i ditt fall), och efter \(5\tau\) når man (i princip) slutspänningen.

Så, ett lägre motstånd ger ju snabbare uppladdning och således mindre switchförluster vid avslag. Men å andra sidan så ger ju ett lägre motstånd högre effektförbrukning under den tiden som N-FET'en leder. Så det är bara till att hitta ett lämpligt mellanting.

Icecap's tumregel fungerar säkert utmärkt, men med ovanstående kan du ju även se lite varför.

[Eriond]

Tusen tack för alla era svar. Med denna nya kunskap skyndade jag mig iväg till DigiKeys hemsida och började vaska efter lämplig kandidat. Efter en stund hittade jag IPD50P04P4L-11 som låg rimligt till med sina 40V D/S-tålighet och dryga 50W effekthantering. Dessutom hade den ett rimligt lågt Rdson (10mΩ) och ett vettigt pris (c:a 8kr/st).

Förvånande nog är den också logiknivåkompatibel. Alltså allt detta besvär jag gjort mig bara för att komma fram till att den billigaste lösningen också var den enklaste. Suck!

Tack ändå för all hjälp. Er kan man alltid lita på!

/E

[LaRdA]

Annars finns det smidiga logiknivå "high side" switchar för inte så stora pengar, här är en från Swech för 24kr. Men det är för en tvåkanalig, så det blir 12kr per kanal.
http://swechtrading.se/zencart/index.ph ... cts_id=522
Dom har även lite inbyggda skyddsfunktioner som överhettningsskydd vilket kan vara trevligt.

[Micke_s]

Se till att vgs klarar spänningen också. Annars får du komplementera med ett motstånd till för skapa en spänningsdelare.

[prototypen]

Jag brukar försöka få er att "Think different"
Det här är nog lite radikalt för en del men jag provar.
Anslut plus på µC till batteriplus strömförsörj med en negativ regulator LM7905
Då kan du använda din logik PMOS direkt från µC.

Det schema som Borre kom med KRÄVER en spänningsbegränsning för Vgs typ transil på 10-15 volt annars kommer lite spänningsspikar på matningen att bränna transistorn.

Protte

[Eriond]

Tack för tipset, LaRdA.
Jag har stött på flera såna enheter från bla. IR/Infineon, som ju har en hel katalog med komponenter för bilbranshen:
PROFET™: Smart High-Side Switches
Med den som du föreslår kan man PWM:a i upp till c:a 4kHz, eftersom databladet ger en på/av-tid runt 0,25ms, men jag är tveksam till om den verkligen är gjord för PWM. Oavsett, så var det ett bra tips, och det ger mig insikten att även om det kan vara kul och tillfredsställande att uppfinna hjulet själv, så är det oftast bättre att ta tillvara på andras klokskap och bli färdig nån gang.

Jag återkommer när jag har valt väg och har nåt som faktiskt fungerar!

[Eriond]

Efter c:a 8 timmars CAD:dande, schemaritande och klurande hade jag nåt som borde funka. Toppen!
Jag gjorde tom. en 3D-modell med alla komponenter på plats för att se att kortet kommer att få plats i den lilla reläboxen.
Tills jag tittar på bilens elschema och ser två tampar jag tidigare inte tänkt på: Släpvagnskontakten!
Skiiiit! det kommer ju inte att funka att hålla på och skapa balla PWM-sekvenser när man har ett släp påkopplat.
Lamporna på släpet kommer att balla ur, eller på LED:arna på bilen, eller så brinner hela blinkrelät upp pga. för hög last (från släpet). Blä! Urk!
Varför ska det vara så krångligt med fordonselektronik?!

Jag lägger ner det här tillsvidare. Kanske tar upp det igen nån gång om jag finner inspiration igen.

/E

PS. Tack till alla som kom med goda råd och synpunkter!

[prototypen]

Det är väl bara att lägga till 2 utgångar som ger standardiserade signaler.
En uC hinner med att hålla reda på de också samtidigt som dina flashigare.

Du kan dessutom enkelt lägga till en funktion som låter bilen blinka standardiserat när du har släpet på.

Protte