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Ersatz der gesteuerten Lampen durch LEDs.

von buja85

Diese Lampen sind Bestandteil der Lampenmatrix, deren Aufbau und Funktion als bekannt vorausgesetzt werden.

Ausführlich beschrieben ist das unter Fehlersuche WPC-Elektronik, Kapitel 5.

Bei Ersatz der Glühlampen durch LEDs wurde beobachtet, dass die LEDs leuchten, wenn auch mit stark verminderter Intensität, obgleich sie nicht adressiert sind. Die Häufigkeit und Intensität dieses Glimmens hängt von der Aktivität der übrigen Lampen ab.

Der Ersatz von diesen Lampen ist durchaus in Erwägung zu ziehen, da, abgesehen von den möglichen farblichen Effekten der LEDs, die Glühbirnen eher vor sich hinfunzeln, als ordentlich zu leuchten.

Ich bin dem Problem deshalb auf den Grund gegangen.

Das folgende Bild zeigt den Versuchsaufbau.

Die Widerstände R1 und R2 habe ich eingesetzt, damit die Signale ein definiertes Potential haben. Denn wenn die Schalttransistoren gesperrt sind, hängen die Leitungen quasi frei in der Luft, und auf dem Scope würden 0 V angezeigt bzw. das, was in der Umgebung so aufgesammelt wird.

Beim LED handelt es sich um ein besonders lichtstarkes weißes Exemplar, bei dem ein Glimmen besonders gut zu sehen ist. Als Durchlassspannung habe ich 2 V gemessen. Spezifiziert ist es für den Dauerbetrieb mit 20 mA, für Impulsbetrieb mit 100 mA bei einer ED von 10 %.

Da die ED bei der Lampenmatrix 12,5 % beträgt, habe ich 80 mA zu Grunde gelegt. Und da es sich bei beiden Schalttransistoren um Darlingtons handelt, bin ich von einer Durchlassspannung von je 1 V ausgegangen. So ergibt sich für den Vorwiderstand R3 ein Wert von 175 Ω, der nächste Wert der E-Reihe ist 174 Ω.

Gemessen wurde an Lampe Nr. 53 eines TAF.

Beim ersten Bild auf der folgenden Seite sehen wir den Zeitpunkt, wo diese Lampe angesteuert ist. Die Unsauberkeit der Strahlen ist auf das Fotografieren zurückzuführen, auf dem Scope sind sie sauber. Getriggert wurde bei allen Messungen mit Kanal B.

Oberer Kanal A: Spaltenleitung.
Unterer Kanal B: Reihenleitung.
Dass beide Transistoren nicht gleichzeitig geschaltet werden können, liegt auf der Hand.
Es gibt nur 8 Datenbits, welche jeweils komplett für die Reihen und Spalten benötigt werden.
Die CPU muss sie deshalb nacheinander in die Flipflops laden.
Die Spaltentransistoren werden nach den Reihentransistoren geschaltet, auf dem folgenden Bild kann man das beim Abschalten erkennen.

Dadurch entsteht eine geringfügige Überlappung, wie das nächste Bild zeigt.

Bei dieser Messung ist Lampe Nr. 63 selektiert. Spalte 5 ist jedoch noch für einen kurzen Augenblick eingeschaltet, und das reicht, um Lampe 53 als LED zum Glimmen zu bringen.
Eine zusätzliche Diode oder Zenerdiode konnte keine Abhilfe schaffen.
Auch die Parallelschaltung eines Widerstandes ist sinnlos, denn er müsste so niedrig ausgelegt werden, dass das LED nicht mehr anspringt und dann stets dunkel bleibt. Zudem würde dann die Stromversorgung zusammenbrechen.

Schaltet man jedoch eine Glühbirne parallel,glimmt die Diode nicht mehr. Wie das? Durch die normalen Glühbirnen fließen bei 6 V etwa 250 mA, was einem Widerstand von 24 Ω entspricht.

Misst man jedoch den Widerstand einer kalten Glühbirne, kommt man nur auf etwa 2,5 Ω. Der größere Widerstand entsteht erst nach Erhitzung des Glühfadens.

Zum Zeitpunkt des Einschaltens fließt ein so hoher Strom, dass es für das LED nicht mehr reicht. Die Erhöhung des Widerstandes von R3 reduziert natürlich das Glimmen, aber dann auch die normale Leuchtkraft. Eine Parallelschaltung einer Kapazität von => 0,22 µF eliminiert das Glimmen, aber leider nur dann, wenn die +18 V über R2 angelegt werden. Ob das auch vor der Diode funktioniert, also direkt an dem Reihenanschluss, habe ich nicht untersucht.

Es bleibt den Entwicklern dieses LED-Ersatzes überlassen, weitere Untersuchungen anzustellen, das Problem ist erkannt. Vermutlich führt nur eine Modifikation der Ansteuerung zum Erfolg, indem das Spaltensignal verkürzt oder das Reihensignal verzögert wird. Um die Intensität des Glimmens eines LEDs zu prüfen, geht man in den Lampentest und selektiert die nächste Lampe in der Spalte.

Wenn man z.B. in Position 36 ein LED hat,selektiert man Lampe 46.

Jan Schaffer (buja85) / 2.6.2007

Nachtrag

Es stellt sich natürlich die Frage, warum durch einen dem LED parallel geschalteten Kondensator dass Glimmen nur dann verhindert wird, wenn über einen Widerstand +18 V an die Kathode des LEDs geführt werden.

Die Antwort liegt auf der Hand:

Wird nur ein Kondensator parallel geschaltet,funktioniert das nur beim ersten „Überlappungsimpuls“, der Kondensator ist dann leer. Er wird bis zur Durchlassspannung des LED geladen und nimmt dem LED den Strom dadurch weg.

Das LED kann ihn jedoch nicht entladen, damit es überhaupt leitet, muss seine Durchlassspannung anliegen.
Kurzum: Beim nächsten Impuls ist der Kondensator noch voll und kann nicht mehr wirken.
Abhilfe schafft ein parallel geschalteter Widerstand.

Die komplette Schaltung sieht so aus:

Durch SMD-Bauteile sollte das realisiert werden können.
Natürlich nicht, wenn man bei Bedarf mal ein paar Dinger zusammenlötet.
Wohl aber, wenn eine Serienfertigung geplant ist.

Die von mir für R2 und C1 gewählten Werte bringen mein für die Versuche benutztes LED, das ich für besonders glimmempfindlich halte, zur Ruhe.

LEDs als Ersatz für Glühbirnen bei den gesteuerten Lampen bringen nicht nur optische Vorteile.
Sie halten praktisch ewig (wenn die Vorwiderstände richtig dimensioniert sind!), Lampenwechsel gehört dann der Vergangenheit an.

Und noch etwas:

Die Stromversorgung wird entlastet, was mehr als wünschenswert ist.
Denn die stabilisierten +12 V werden aus der Lampenspannung gewonnen, und die knickt bei hinreichend vielen Lampen gehörig ein.

Das hat dann natürlich Auswirkungen auf die +12 V, diese Spannung ist für die Switchmatrix zuständig, und Einbrüche führen dort zu Irritationen mit der Folge intermittierend auftretender Störungen.

Jan Schaffer (buja85) / 4.6.2007

Seite zuletzt geändert am: 18.01.2009, 10:48 von Dr. Jones
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