Störungen bei Ws2812b LED-Streifen bei mehrfachen Steueradern in einem Kabel?

Hi,

ich habe ein kleines Projekt, bei dem ich 2 LED-Streifen mit 2 ESP32 C3 separat ansteuere.

Die Steuerleitung für den jeweiligen Streifen übertrage ich mit einem ca. 10 m langen CAT-7-Kabel. Zur Verstärkung nutze ich einen Pegelwandler.

Wenn ich die Steuerleitungen über 2 einzelne Kabel verlege, funktioniert alles einwandfrei.

Um Platz zu sparen, möchte ich jedoch nur das eine CAT-Kabel verwenden. Dabei beginnen jedoch beide Streifen zu flackern und falsche Farben anzuzeigen. Es scheint also, als ob sie sich im Kabel gegenseitig stören.

Ich weiß nicht, wie ich das Problem lösen soll. Das CAT-7-Kabel ist doch für höhere Frequenzen als die 800 kHz ausgelegt.

Ich habe einen Denkfehler und brauche bitte eure Hilfe.

Vielen Dank für eure Antworten.

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[Transistor3055]

Pegelwandler? Genau was ist da verbaut? Ein Link dazu?

Wieviel Watt haben die LED-Streifen insgesamt?

[OoPatrick1912oO]

https://de.aliexpress.com/item/1005005647894100.html?spm=a2g0o.order_list.order_list_main.163.3aca5c5fbJBltC&gatewayAdapt=glo2deu

Answer 1

[Ginpanse]

10m? du weißt schon, dass es sich hier um Kleinspannungen von 3.3V handelt ja? Spannungsabfall? Wundert mich, dass es überhaupt funktioniert hat. So lange Strecken an den Datenleitungen kannst du vergessen. Das kann nicht stabil funktionieren. häng die esp's direkt in unmittelbare Nähe der strips. die versorgungsleitungen kannst du ja so lang machen wie du willst indem du entweder die zuleitung von 230v zum netzteil verlängerst, oder eine hohe spannung von zb 12v nimmst und dann einen 5v spannungswandler direkt an den esp's setzt.

Woher ich das weiß: Berufserfahrung – Elektroniker

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[OoPatrick1912oO]

Das ist alles ein Versuchsaufbau gewesen mit dem Zeug was ich noch da hatte. Ich wollte schauen, ob mit einem Pegelwandler der LED-Streifen bei 10m Länge Probleme bekommt. (-> Ohne Pegelwandler ja, mit Pegelwandler ging es einwandfrei).

[Ginpanse]

@OoPatrick1912oO

Dann ist der pegelwandler das problem und zu instabil. auch induktion wird hier ein faktor sein.

Answer 2

[Transistor3055]

Es scheint eine Induktion (Störimpulse, auch Brummschleife im Audiotechnologie gennant) in die Steuerleitungen zu geben.

Also ein induktives Problem.

Warum und wie vermeiden:

• Durch das mehrfache Verbindung der Masse-Leitung (vor allem mit der Abschirmung) wird eine 10m lange Spule mit 1 Windung gebildet. Das Minus der Steuerleitung und die Abschirmung bildet diese "unerwünschte" Spule. Denn wenn Strom durch eine Spule fließt, wird ein Magnetfeld aufgebaut. Ist dort eine 2. Spule (=auch eine Spule mit 1 Windung, z.B. zweite Steuerleitung oder sogar die Data-Leitung selbst) so ist es wie ein Transformator mit 1 Windung Sekundär und 1 Windung Primär. Das Übersetzungsverhältnis ist 1:1 , somit wird theoretisch ein 3V Spannungsimpuls von der Primärseite in die Sekundärseite induzierte. ABER! Wir haben zum Glück keinen Eisenkern (wie ein Travo), sondern nur eine Luftspule, also starke Verluste. BEACHTE: Je höher die Frequenz, desto geringer sind diese Übertragungs-Verluste, somit werden diese Störsignale mit steigender Frequenz größer.
• Wie vermeiden? Einfach die Spule "auftrennen". In diesem Fall die Abschirmung nur einseitig anschließen nur an der Steuereinheit nicht auf der LED-Seite (nennt man schwebende Abschirmung). Somit ist diese Spule unterbrochen und es fließt kein Strom über die Abschirmung des CAT-Kabel.
• Schon gewusst? Ein gleichmäßig verdrilltes Leitungspaar (wie im Netzwerkkabel oder in unabgebeschirmten Telefonleitungen) ist sehr robust gegen Einstreuung externe Störsignale. Denn die Störsignale heben sich durch den ständigen Wechsel der Drahtlage zueinander auf, die Summe der Störungen ist somit nahezu Null. Ja, alle DSL/VDSL Telefonleitungen haben diese Verdrillung (und eine Abschirmung wenn vorhanden wird NICHT angeschlossen... schwebende Abschirmung)
• Die Stromstöße auf der +/- Zuleitungen Versorgungsspannung (5V) haben evtl. die gleichen "Induktions-Effekte". Hier hilft es dann ein größeren und schnellen Kondensator auf der LED-Seite der Zuleitung zusätzlich anzuschließen. Man benutzt 2 Kondensatoren parallel ca. 100uF bis 470uF ELKO (als größeren Kondensatoren) und parallel dazu einen Folienkondensator ca. 100nF (als schnellen Kondensator). Beide Kondensatoren parallel an die Versorgungsspannung auf der LED-Seite sogen für die Beruhigung der Strom-Lage. Denn die hohen Stromimpulse durch die LEDs werden hauptsächlich aus diesen Kondensatoren versorgt. Und die Kondensatoren werden dann mit einen fast gleichmäßige permanenten Ladestrom nachgeladen. Ein gleichmäßiger Strom verursacht KEIN Wechselfeld und somit keine Induktion auf dieser 10m langen Zuleitung oder Steuerleitungen.

Viel Erfolg!

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung

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[OoPatrick1912oO]

Vielen Dank für deine Antwort. Das Spulenproblem hatte ich nicht bedacht ^^
Die Stromversorgung hatte ich über ein anderes Kabel gespeist, welches auch nur ca. 0,5m lang ist, somit dürfte das doch keinen Einfluss haben.

Das Induktive Problem müsste doch aber auch dann auftreten, wenn ich nur ein LED-Streifen über das Kabel versorge, aber da läuft ja alles perfekt.

Das ist alles nur ein Versuchsaufbau mit dem Zeug was ich gerade da habe, um zu Verstehen und für spätere Projekte zu lernen.

[OoPatrick1912oO]

@OoPatrick1912oO

Zur Leistung: Der LED-Streifen ist jeweils nur 1m lang.

[Transistor3055]

@OoPatrick1912oO

Ich kann dir leider nur Hinweise geben.

Die Stromversorgung hatte ich über ein anderes Kabel gespeist, welches auch nur ca. 0,5m lang ist, somit dürfte das doch keinen Einfluss haben.

Die Kabellänge von 50cm ist ok. Aber auch bei 50cm können schon geringe Störungen durch diese Versorgungsleitungen verursacht werden. Ein Kondensator zwischen + und - (=direkt an der LED-Kette) schluckt diese Störungen. Wie von mir erklärt ELKO und Folienkondensator, wenn vorhanden, würde ich es mal probieren. Vielleicht hilft es schon.

Das Induktive Problem müsste doch aber auch dann auftreten, wenn ich nur ein LED-Streifen über das Kabel versorge, aber da läuft ja alles perfekt.

Da irrst du dich. Für eine Störung benötigt mal 2 unterschiedliche Signale. 1 Signal alleine kann sich nicht selber stören (nur Reflexionen sind möglich). Erst wenn ein zweites Signal ähnlicher Frequenz dazu kommt ist eine gegenseitige Störung viel wahrscheinlicher.

Es könnte sein, dass dein Pegelwandler (3,3V zu 5V) schon im Grenzbereich ist, denn in der Beschreibung zum Pegelwandler (bei Aliexpress) ist erklärt:

'3. stabile kommunikation baud rate innerhalb 28800bps

Das bedeutet 28,8 kHz Grenzfrequenz. Es besagt, dass Signale mit höheren Frequenzen (du hast du ja, je nach Timing deiner Ansteuerung) evtl. nicht mehr sauber übertragen werden. Das 5V Steuersignal (TTL) erreicht dann nicht mehr ganz die 0V für Low und die 5V für High, sondern bei zu hohen Frequenz wird das Rechteck-Signal ein abgerundetes Dreieck-/Sinussignal mit flachen Flanken (Vgl. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Anstiegs-_und_Abfallzeit). Ob die technischen Daten von Aliexpress stimmig sind, kann man auch bezweiflen.

Mein Fazit ist:

Es ist das gleichzeitige gemeinsame Zusammentreffen von 3 Faktoren, welche dieses Fehlverhalten verursachen könnte:

1. Induktion der gepulsten LED-Ströme der 5V Zuleitung (50cm)
2. Es müsste mindestens 2 ähnliche Signale sein, um eine gegenseitige Störung zu ermöglichen. 1 Signal alleine kann sich kaum selber stören.
3. Pegelwandler läuft mit einer zu hohen Frequenz. Bits könnten "kippen" (eine 1 wird nicht erkannt), da TTL-Pegel kritische (=nicht deutliche) Werte erreicht.

PS:

Aliexpress schreibt (in unverständlicher Formulierung) in den Hinweisen auch selber etwas zu Induktion/"Schwebenden Abschirmung". Also nicht doppelt die Masse (=GND) verdrahten, um Induktion (=Spuleneffekt) zu vermeiden. Zitat:

1. Wenn die Strom versorgung im Hochspannung bereich und im Niederspannung bereich eine gemeinsame Masse haben, muss die GND in diesem Modul nur an eine Masse anges ch lossen werden.

Mit Hochspannung mein Ali... eigentlich die 5V Spannung. Ich würde es 5V-Seite nennen, denn unter Hochspannung verstehen wir in Europa was ganz anderes (mehrere Tausend Volt).

Viel Erfolg!