WS2814 basierter Power-LED Treiber via RS485

Hallo,

mir ist es gelungen, auf Basis des WS2814 einen RGBW "Power-Pixel" zu entwerfen, der seine Daten via RS485 Bus empfängt und sendet.

Damit habe ich 2 Fliegen mit einer Klappe geschlagen. Derartige Leistungstreiber gibt es bisher nur WS2811 mit 3 Kanälen in RGB. Zweitens ist bei Neopixeln und derlei adressierbaren LEDs die Leitungslänge des Datenkabels auf wenige cm begrenzt, wenn das Ganze halbwegs stabil laufen soll. Nächster Punkt ist die leidige Pegelanpassung vom ESP mit 3,3V auf 5V für die Pixel. Ohne Pegelwandlung funktioniert es "irgendwie", nur nicht stabil.

Die Entwicklung ist soweit durch, nächster Schritt ist den Versuchsaufbau "in Hardware zu gießen" und ein Board dazu zu entwerfen.

Auf diesem Testboard werkelt ein Wemos D1, basierend auf den ESP 8266, dieser treibt über GIPO 4 über den 3,3V Spannungswandler einen 3,3V RS485 Bustreiber

Hier habe ich auf einem Breadboard 3x WS2814 kaskadiert und dem Mittleren eine getaktete 4-fach KSQ, basierend auf meinen SCT2932 Platinen an die LED Ausgänge geschaltet. Als Power LED habe ich testweise eine Cree MCE genommen. Die KSQ wird mit 24V versorgt. Input und Output der Datenleitung erfolgen über 5V Versionen von RS485 Treibern. Ganz nebenbei fungieren die auch als Pegelwandler, da auf der Platine mit dem ESP eine 3,3V Version sitzt und hier 5V Varianten

von den Pixeln geht es weiter via RS485 auf eine kleie Lochrasterplatine, die mit 24V versorgt wird. Allerdings von einem weiteren 24V Netzteil. Mittels DC/DC Wandler werden hier 5V für den Buskoppler erzeugt. Von dort erfolgt die Einspeisung auf einen 5 Meter 24V WE2814 Stripe.

Die Datenkabel sind übrigens ca. 5 Meter lang - vor und hinter dem Breadboard. Es langt ein dünnes, 2 Adriges, möglichst geschrimtes Kabel. Eine davon ist geschirmt, das andere nicht. RS485 gestattet bei verdrilltem und geschirmten Kabel Leitungslängen von mehreren 100 Metern Länge

Nächster Schritt ist dann per Eagle eine Leiterplatte zu entwerfen und in China fertigen zu lassen. Angedacht sind einzelne RGBW Powerpixel mit 12 oder 24V Versorgung und bis zu 1A Konstanstromausgängen. Damit lassen sich dann mit minimalem Aufwand Deckenspots betreiben, die in Reihe verkabelt werden, wo die Kabellänge unkritisch ist und sich jeder Spot einzeln ansteuern lässt.

Ich werde über den Fortgang des Projektes hier berichten

Hallo,

als kleinen Zwischenstand gibts schon mal den Stromlaufplan. ich habe das ganze auf 2 Boards aufgeteilt, da alleine die Schraubklemmen fast die Hälfte des Platzes einnehmen. Darum habe ich ein Sandwich aus 2 Platinen entworfen. Das hat außerdem den Vorteil, das wenn jemand Wagoklemmen, oder JST Stecker wünscht, ist das Anschlussboard einfach austauschbar

Beide Platinen sind rund, mit 70mm Durchmesser, 2 lagig. Beim Platz war ich limitiert, da die Platinen huckepack auf Einbauspots sollen. 50mm für MR16 o.ä. war illusorisch, aber die Deckeneinbauringe werden in 75mm Löcher in die Zwischendecke eingebaut. Darum erschienen mir 70mm akzeptabel. Wenn ich die Leiterplatten vom Fertiger habe und ein Testboard bestückt habe, werde ich weiter berichten.

Es gibt mal wieder Neuigkeiten. Die Platinen aus China sind da, 2 Muster habe ich schon bestückt. Allerdings hat Boardrevision 1 ein paar Bugs. Ist nicht zwar nicht gänzlich für die Tonne, aber Nullserie

Der Aufdruck der Bauteilewerte ist hinten - und gespiegelt. Da muß was beim Export in die Gerberfiles schiefgelaufen sein. Außerdem habe ich zum SCT2932 (1A KSQ) den besser erhältlichen und pinkompartiblen AL8808 getest. Theoretisch verhält der sich gleich - praktisch ist sein Dimmeingang niederohmiger, so das ich dort anpassen mußte.

Dann zwitschert noch irgendwas beim Dimmen. Ob das die Induktivität oder ein Kerko ist, muß ich erst untersuchen. Nur verhalten sich die 4 gleichartig aufgebauten KSQs nicht gleich. Es wird also langwieriger, als zunächst gedacht.

Hier erstmal ein paar neue Bilder:

Das Herzstück. In der Mitte erkennt man untereinander die 4 getakteten Stromquellen, links davon den WS2814, rechts oben RS485 Sender und Empfänger

Hier dann ein weiterer Schritt beim Zusammenbau. Die untere Platine vom Sandwich beinhaltet doe oben gezeigte Elektronik, darüber ist das 2. Board mit den Klemmen

Unter den Boards ist der LED Kühlkörper von Fischer mit einer Cree MC-E auf Starplatine. Die MC-E ist gut abgehangen und inzwischen obsolent, aber nun mal da und muß verwertet werden

Wenn die Hardware soweit steht, dann werde ich mal schauen, ob ich mir Alukernplatinen fertigen lasse, auf die 3 aktuelle RGBW Emitter in Reihe geschaltet kommen. Gibt nochmal mehr Licht

So sieht das das fertig montierte Endprodukt aus Von unten ein ganz normaler Einbauspot, wie MR16 - passt durch ein 75mm Loch in die Zwischendecke.

Das Projekt ist nicht eingeschlafen, ich hatte nur über die Feiertage keine Zeit und Muße, mich da ranzusetzen.

Dazu kamen, wie gesagt ein paar Bugs, die ich jetzt hoffentlich behoben habe.

Ich habe eben die fehlerbereinigte Version beim Chinafertiger in Auftrag gegeben. Es wird ca. 2 Wochen dauern, bis ich die neuen Boards in den Händen habe. Zu den neuen Boards habe ich auch erstmals ne Pastenschablone mit dazu bestellt. Habe ich bisher noch nicht damit gearbeitet.

Bis dahin werde ich mal schauen, ob ich noch ein paar der alten Boards bestückt kriege und noch Bauelemente nachordere

So, die fehlerbereinigte Revision 2 der Boards ist vom Leiterplattenfertiger da und ein Testexemplar ist bestückt

Ich habe noch eine 26V TVS Diode zur Überspannungsableitung und zum Verpolschutz mit aufs Board gepackt - blöderweise falschrum!

Zum Glück ist das Package rotationssymmetrisch, so das nur der Bestückungsaufdruck irreführend ist.

Ist in der Borddatei schon korrigiert

Mit der Verbindung der 2 Sandwicplatinen habe ich etwas experimentiert. Zum Einen von TE ein fertig konfektioniertes Flachkabel. Lässt sich super verarbeiten, ist aber mit über 2€ das teuerste Bauteil!

2,5mm "Hosenträgerkabel" abesetzt und verzinnt - endlose Frickelei, da kaum Spiel vom Lochdurchmesser besteht. Außerdem ist jedes Kabel ein Unikat, so das ich unterschiedliche Distanzelemente als Absandshalter benötige

Dicker versilberter Kupferdraht, der dann mit Kapton Tape als Pack isoliert wird.

Ein weiterer Versuch mit dem Hosenträgerkabel, ohne es vorher zu verzinnen.

Die letzten beiden varianten sind am praktikabelsten.

Ich habe für nen guten Kumpel 7 Spots fertig aufgebaut und zum Test verkabelt. Auf den nächsten 3 Bildern sieht man recht gut die unterschiedlichen Weißtöne. zunächst 4000K Neutralweiß - es wird nur der weiße Chip angesteuert

hier ist warmweiß, wo zu neutralweiß noch rot und grün zugemischt wird

beim Kaltweißen Foto habe ich es mit der Zumischung von blau etwas zu gut gemeint

Leider kann ich hier kein Video anhängen, was farbige Animationen, wie Rainbow veranschaulicht. Ich hab es schon mit animiertem gif versucht, aber das ist wieder zu groß

Gespeist wird das Ganze von einem 24V 150W Meanwell Netzteil, das gerade bei Pollin als sehr preiswerter Sonderposten verramscht wird.

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Die 7 Spots nehmen bei Ansteuerung von Neutralweiß (1 LED-Chip, 100%, alle 7 Spots) 1 Ampere auf. Das deckt sich ziemlich gut mit 3 Watt p. LED (3x7 plus Verluste der Schaltwandler.

Ich habe im selben 70mm Format noch eine Controllerplatine für den ESP entworfen.

Die ist beim Chinafertiger gerade noch vor dem chinesischen Neuhjahrsfest mit durchgerutscht und unterwegs. Bestückung und Test stehen noch aus.

Die Platine habe ich sehr universell ausgelegt, so das ich damit künftig so ziemlich alles ansteuern kann. Ohne Lochrasterfrickeleien!

Bestückbar sind der ESP 01, ESP 07 oder ESP 12, RS485 Bustreiber oder 1 bzw. 2 Levelshifter oder bis zu 5 Logiklevel FET für die normalen, nicht adressierbaren Stripes.

Die Controllerplatine in ihren Optionen werde ich wohl als neues Thema getrennt vorstellen.

Momentan bin ich dabei, PAR 30L Spots umzurüsten. Die werden aber etwas mehr "Bums" kriegen. Bei 24V kann ich ja bis zu 6 LEDs in Reihe schalten, das ist den getakteten Stromquellen herzlich egal.

Na ja, aber die Stiftleiste lässt sich nicht im Radius biegen. Das Plastik ist spröde. ich habe zuerst, weil ich wußte, das es mit dem Platz eng werden kann, mit den Verbindungslöchern angefangen. Jetzt ist klar, das der Platz theoretisch da wäre. Nur deswegen jetzt die Boards nochmal ändern... och nö!

Ich kann das Projekt auch auf Github setzen, so das jeder dran rumfummeln kann.

Ich hab die ICs von LCSC https://www.lcsc.com/search?q=ws2814 Ich habe die A-Variante genommen, das ist normales SO-8. Die F sind neu, ich glaube, die habe ich schon auf einem Stripe gesehen. Die sehen eher wie SOT23 aus.

Ab, ich glaube 15€, entfällt auch die "Bearbeitungspauschale" Handling fee, oder so. Porto is auch nicht schlimmer, als in D

Ca. 10 Tage, dann hast du die Lieferung, mit registered Mail. Habe seit Anfang des Jahres 3x bestellt dort. Ist auch alles zügig durch den Zoll gegangen.

Die Preise dort sind schon geil!

Bei generischen Teilen, die von mehreren Herstellern gefertigt werden, habe ich nicht das Allerbilligste genommen, sondern einen Fertiger, wo es zumindest englischspachige Datenblätter gab, die halbwegs stimmig wirkten.

Teilweie habe ich mir bei manchen Sachen nen Wolf gesucht. z.B. 78xx kompartible Schaltegler. Kosten um die 70 Cent p. Stück

Einige Logiclevel-FETs, die ursprünglich von IR/Infineon kommen, gibt es von mindestens einem Dutzend chinesischer Hersteller als Nachbauten ebenfalls obszön billig. Es ist immer transparent, wer der Hersteller ist. Du bekommst Vieles als Nachbauten, aber daneben oft auch die Originale von TI zur Auswahl. Manche Sachen habe ich dort noch nicht gefunden. Vernünftige RGBW Power LEDs z.B.

Ich habs gelesen, mache ich. Reicht dir bloß der Schaltplan, oder willst du auch noch die Leiterplatten? Und da nur die Gerberdaten zur Fertigung, oder auch die Eagledateien .sch und .brd? Bei Letzteren muß ich erstmal gucken, gerade beim Master mit dem ESP waren noch en paar Schnitzer drin, die ich bei den ersten Platinen mit Drahtbrücken gefixt habe. Da die nur 1x im Projekt gebraucht wird, gibt es davon noch keine fehlerbereinigte Version. Das würde ich dann noch machen, aber das kostet etwas Zeit. Sag mal, was du brauchst. Nur die Schaltung als Inspiration, ginge recht zügig

So, ich hoffe, es ist alles lesbar. Ich habe zu dem Kniff mit den Steckern im Schaltplan gegriffen, weil ich so die Stiftleistenabschnitte im Bogen anordnen konnte

Die SCT2932 Stromquellen sind bei TME bestellbar. Es gibt noch mehr pinkompartible Stromquellen. Ggf muß man an Pin 3 die Vorwiderstände anpassen. Theoretisch sind die nicht nowendig. Es sind "Angstwiderstände" denn wenn bei der Versorgung mit mehreren Netzteilen U LED ausfällt und auf Pin 3 Logikpegel kommen, killt das zumindest die Stromquellen. Darum sind die Widerstände bewußt hochohmig, um den Eingangsstrom zu begrenzen. Ist hier aber auf Grund des 78xx, der aus den 24V die 5V generiert, nicht notwendig.

MAX485 ist generisch, dagibt es Hunderte Nachbauten von, die ein ganzes Stück preiswerter sind. Es gibt da aber vereinzelt langsame Schnarchnasen. Da die LED Siignale mit bis zu 800 KHz übertragen werden, nimm Einen, der das auch sicher schafft. Eigentlich sind 2,5 - 10 MHz Standard.

Ich habe 24V Versorgung genommen. 12 oder 19V sind ebenso möglich. Eine hohe Spannung eröddnet aber immer die Option, mit mehr LEDs in Reihenschaltung zu arbeiten und der Strom wird kleiner, es sind ja getaktete Stromquellen.

Die 10µ KerKos sind X7 Keramik mit 50V Spannungsfestigkeit. Davon sollte man nicht abweichen, auch wenn 35V hier auch theoretisch reichen. Aber es gibt da ja noch das spannungsabhängige Derating der Kapazität.

Wenn es noch Fragen gibt, zur Wahl der Bauteile, deren Beschaffbarkeit, oder was auch immer, dann fragt ruhig.