LED Sternenhimmel

In diesem Projekt geht es um das Bauen eines farbigen Sternenhimmels für unseren Wellness-Bereich (Badezimmer). Die Decke soll etwas abgehängt werden um Halogenstrahler versenkt einbauen zu können, und bei dieser Gelegenheit lässt sich auch gut ein dezenter Sternenhimmel einbauen.

Idee

Die Idee kam mir, als ich in einem Baumarkt dieses Set entdeckte. Mittels einer kleinen, schicken IR-Fernbedienung kann man dort jede gewünsche Farbe einstellen und hat auch automatische Farbwechselprogramme zur Auswahl. Meine Idee war, statt der LED-Streifen einzelne RGB-LEDs anzuschließen, die ich in der abgehängten Decke meines zukünftigen Badezimmer montieren würde.

Einkauf

Bevor ich den Plan mit der abgehängten Decke umsetze, wollte ich zuerst einen Prototyp bauen. Also mussten zuerst alle notwendigen Teile für den Prototyp gekauft werden.

LED Controller

Da das Set durch die LED Streifen relativ teuer war, hab ich versucht, den RGB-Controller einzeln zu bekommen. Das Set ist eigentlich von Paulmann, die wohl Marktführer auf diesem Gebiet sind. Der Controller heißt dort yourLED RGB-Control [1]. Gefunden habe ich ihn dann bei leuchtenprofi.at für günstige 29,90 EUR:

Die Fernbedienung ist etwas größer als die ursprüngliche im Baumarkt, dafür bietet sie mehr Möglichkeiten. Man kann z.B. jede einzelne Farbkomponente heller oder dunkler machen.

RGB Leuchtdioden

Da RGB-Leuchtdioden relativ teuer sind, kaufte ich zuerst nur 10 Stück. Bei Conrad fand ich die günstigsten: Full Color RGB Lamp von Kingbright (Datenblatt siehe hier).

Erste Inbetriebnahme

Da ich davon ausging, dass der Controller eine (regelbare) Konstantstromquelle ist, hab ich für einen ersten Test einfach die Leuchtdiode ohne Vorwiderstand angeschlossen. Leider ohne Erfolg, nichts leuchtete.

Also das Multimeter ausgepackt und erst mal nachgemessen: Die Spannung auf den Pins beträgt ~5V, leider hab ich kein Oszi, sonst hätte ich das genauer feststellen können. Allerdings ist mir dabei ein Riesenproblem aufgefallen. Der Controller besitzt 1 Pin als gemeinsamen Pluspol, und 3 Pins als Minuspole für die drei Farben:

Pin	Bedeutung
1	Pluspol (+)
2	Minuspol grün
3	Minuspol rot
4	Minuspol blau

Unglücklicherweise sind die Leutdioden aber so geschaltet, dass immer zwei Farben eine Kathode (Minuspol) teilen. Das heißt: diese Leuchtdioden lassen sich nicht mit diesem RGB-Controller betreiben.

(E steht für rot, G für grün und MB für blau)

Um trotzdem einen ersten Funktionstest machen zu können, verzichtete ich vorerst auf die blaue Leuchtdiode und schloss nur die rote und grüne an. Leider leuchteten beide Farben sehr schwach und die grüne Leuchtdiode leuchtete orange statt grün. Zudem wurde das Leuchten nach wenigen Sekunden immer schwächer und die Leuchtdiode heizte sich stark auf.

Um weiterzukommen, sah ich mir erst mal die Innereien vom RGB-Controller an.

LED Controller Aufbau

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  The Gehäuse ist nur mit 4 Noppen an den Längsseiten verschlossen

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  Oberseite der Leiterplatine

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  Unterseite der Leiterplatine

Herzstück des RGB-Controllers ist ein STC11F04 Mikrocontroller mit 4k Flash und 256 Bytes SRAM (Datenblatt: [2]). Dieser läuft mit 20 MHz und hat einen 24C02C EEPROM mit 256 Byte zur Seite gestellt. Versorgt wird die ganze Schaltung von einem 78L05 Linearregler.

Interessant für meinen Anwendungsfall ist vor allem der Ausgangsteil: Der besteht nämlich aus drei 60N02 MOSFETs (Datenblatt: [3]), die für jede der drei Farben die Masse durchschalten oder sperren.

Das heißt, die Betriebsspannung von 12 Volt (laut Aufdruck, durch den Linearregler kann sie zwischen 5-48V betragen) wird direkt zu den Leuchtdioden durchgeschaltet. Das ist für eine Leuchtdiode natürlich viel zu viel, als Maximalwerte sind im Datenblatt 4.5V bei Blau und 2.5V bei Rot und Grün angegeben. Das erklärt wahrscheinlich die starke Erwärmung, das schwächer werdende Leuchten und die falsche Farbe (orange statt grün). Die Erkenntnis daraus: Die LEDs dürfen nur mit Vorwiderstand angeschlossen werden!

Lösungsidee 1: Controller umpolen

Eine Möglichkeit, die LEDs mit der gemeinsamen Kathode doch noch mit diesem Controller zu betreiben, ist, den Controller umzupolen. Man könnte eine Leiterbahn durchtrennen und anders verbinden, sodass die MOSFETs nicht Masse durchschalten, sondern die Betriebsspannung.

Leider führt diese Idee nicht zum Ziel: die verwendeten MOSFETs besitzen eine interne Diode zwischen Source und Drain, sodass der Transistor nicht verkehrt betrieben werden kann. Das heißt, dass diese MOSFETs nur bei einer positiven Drain-Source Spannung sperren, in Gegenrichtung sind sie immer durchlässig. Das wäre für diese Idee aber notwendig.

Lösungsidee 2: invertierende Schaltung

Das vom Controller kommende Signal kann mit einer geeigneten Schaltung invertiert werden. Dazu sind 3 weitere Treiber-Transistoren notwendig.

Diese Variante werde ich bei Gelegenheit einmal ausprobieren.