LED-Scanner in 4 Schritten bauen: Lauflicht mit Arduino & TLC5940

LEDs sind günstig, effizient und vielseitig. Ein LED-Scanner (Lauflicht / Knight-Rider-Effekt) erzeugt auffällige Lichtmuster – für Dekoration, Anti-Diebstahl-Simulation (Auto), Bühnenlicht, Messestände. Dieser Bau verwendet 16 Hochleistungs-LEDs (10 W), TLC5940 (16-Kanal-LED-Treiber, 12-bit PWM, Konstantstrom) und Arduino Pro Mini. Keine Platinenfertigung nötig – Steckbrett / Lochraster.

Schaltung & Komponenten

Bauteile

• 16 × 10 W Power-LED (z. B. Cree XM-L2, OSLON SSL), passende Optik
• 16 × Kühlkörper (Alu-Profil, ca. 30×30×20 mm, thermische Paste)
• 1 × TLC5940 Breakout-Board (oder eigenes Layout)
• 1 × Arduino Pro Mini (5 V / 16 MHz)
• 1 × 2N3904 NPN-Transistor (für Konstantstrom-Treiber pro LED)
• 16 × 75 Ω / 1 W Vorwiderstand (Basis-Emitter des 2N3904)
• 1 × 12 V / ≥ 20 A Netzteil (16 × 10 W = 160 W + Verluste → 20 A)
• 1 × Alu-Winkelprofil ½″ × 1½″ × 6 ft (Montageschiene)
• Schrauben M3/M4, Muttern, 8-32 / 4-40 Gewindebohrer
• Litze 18 AWG (Strom), 22 AWG (Signal), Schrumpfschlauch, Kabelbinder
• Lötkolben, Lötzinn, Bohrmaschine

Schaltprinzip

TLC5940 liefert 16 PWM-Signale (Graustufen 0–4095). Jeder Kanal treibt über einen 2N3904 (Emitterfolger) die Basis eines externen MOSFET/Transistors für die Power-LED an. Hier vereinfacht: 2N3904 direkt als Konstantstromsenke für LED (Basis an TLC-Out, Emitter an LED-Kathode, Kollektor an 12 V über Vorwiderstand). Hinweis: 10 W LED an 2N3904 (I_Cmax = 200 mA) ist nicht belastbar – in der Praxis MOSFET (z. B. IRLZ44N) oder dedizierter LED-Treiber (CAT4101, PT4115) verwenden. Der Artikel zeigt das Prinzip; für 10 W Leistung Treiber anpassen!

Schritt-für-Schritt Bauanleitung

Schritt 1: LED-Module vorbereiten

1. Kühlkörper bohren (M3 für LED, M4 für Montage).
2. LED auf Kühlkörper montieren (Wärmeleitpaste, Schrauben).
3. 2N3904 / MOSFET an Kühlkörper oder separate kleine Kühlkörper montieren.
4. Basiswiderstand (75 Ω) an TLC-Ausgang, Emitter an LED-Kathode, Kollektor an 12 V (über Strommesswiderstand / Shunt für Konstantstrom).
5. Alle 16 Module identisch aufbauen.

Schritt 2: Arduino & TLC5940 verbinden

• Arduino GND ↔ TLC GND
• Arduino RAW (Vin) → TLC VCC (beide haben 5 V Regler, max. 17 V)
• SPI-Pins: SIN (Pin 11), SCLK (Pin 13), XLAT (Pin 9), BLANK (Pin 10), GSCLK (Pin 3 – Timer2)
• Wichtig: TLC5940 Library (Tlc5940.h, tlc_fades.h) installieren. Arduino vor Montage programmieren.

Schritt 3: Scanner-Code (Fade hin & her)

#include <Tlc5940.h>
#include <tlc_fades.h>

TLC_CHANNEL_TYPE channel;
uint16_t duration = 470;   // Fade-Dauer ms
int maxValue = 4095;       // 12-bit PWM max
int fadeTime = 40;         // Versatz zwischen LEDs ms
uint32_t startMillis, endMillis;

void setup() {
  Tlc.init(4095); // Alle Kanäle aus
}

void loop() {
  // Vorwärts
  if (tlc_fadeBufferSize == 0) {
    startMillis = millis();
    endMillis = startMillis + duration;
    for (int i = 0; i < 16; ++i) {
      tlc_addFade(15 - i, 0, maxValue, startMillis + fadeTime * i, endMillis + fadeTime * i);
    }
  }
  tlc_updateFades();
  delay(5);

  // Rückwärts
  if (tlc_fadeBufferSize == 0) {
    startMillis = millis();
    endMillis = startMillis + duration;
    for (int i = 0; i < 16; ++i) {
      tlc_addFade(i, 0, maxValue, startMillis + fadeTime * i, endMillis + fadeTime * i);
    }
  }
  tlc_updateFades();
  delay(5);
}

Code lädt Fades in Puffer, tlc_updateFades() muss zyklisch aufgerufen werden. Richtungsumkehr durch Indizes (15-i vs i).

Schritt 4: Montage & Verkabelung

1. 16 gleichmäßige Löcher in Alu-Winkel bohren, LED-Module verschrauben.
2. Zusätzliche Löcher für Arduino & TLC-Board.
3. Stromverteilung: 4 Gruppen à 4 LEDs → Sternpunkt → 18 AWG → 12 V Netzteil.
4. Signalleitungen: TLC-Kanal → Basiswiderstand → Transistor-Basis (je Modul).
5. Masse: Alle Emitter / LED-Kathoden → gemeinsamer GND-Sternpunkt.
6. Kabelbinder für Ordnung, Schrumpfschlauch an allen Lötstellen.
7. Vor Inbetriebnahme: Alle Verbindungen prüfen (Kurzschluss, Verpolung). Falschanschluss zerstört LEDs!

Konstantstrom-Regelung (Wichtig!)

Power-LEDs müssen mit Konstantstrom betrieben werden. Der 2N3904 als Emitterfolger mit Basis-Spannung vom TLC ist kein präziser Konstantstromtreiber. Bessere Lösungen:

• CAT4101 / PT4115 / AL8805: 1-Kanal Konstantstrom-IC, PWM-Dimm-Eingang (direkt vom TLC).
• MOSFET + Shunt + Op-Amp: Präzise Stromregelung pro Kanal.
• TLC5940 inhärent: TLC5940 ist Konstantstrom-Senke (max. 120 mA/Kanal). Für 10 W LED (≈ 3 A @ 3,3 V) → externer MOSFET + TLC als Gate-Treiber (Open-Drain) + Shunt im Source-Pfad + Komparator.

Fazit

Ein LED-Scanner mit 16 Kanälen, sanftem Fading und bidirektionalem Lauf ist mit Arduino + TLC5940 in wenigen Stunden realisierbar. Kritisch: thermisches Management (Kühlkörper dimensionieren!) und Konstantstromtreiber für Power-LEDs. Der gezeigte Code nutzt die tlc_fades-Library für butterweiche Übergänge. Erweitbar: DMX-Eingang, Sound-Reaktiv, WiFi/Bluetooth-Steuerung (ESP32).

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