Skoluppgift med lysdiodsdrivare

[xxargs]

Därför är det viktigt att veta vilka lysdioder som finns i kretsen - är det röda lysdioder så är framspänning runt 1.3 Volt och 5 st i serie ger då 6.5 Volt framspänningsfall, är det UV/blåa lysdioder med framspänningsfall 3.5 Volt så är 5 * 3.5V = 17.5 Volt och ingen av lysdioderna lyser (eller lyser bara svagt) då det mesta av strömmen går igenom zenerdioden på 16 Volt.


---

Problemet med Spice är att om man skall kunna simulera med trovärdighet så måste komponentmodellerna vara bra och framförallt existera över huvudtaget för det man vill simulera - och för lysdioder rent generellt så är det väldigt ont om spice-modeller och det som finns är ofta väldigt gamla och för mer eller mindre obsoleta komponenter.

Att det är så beror på att det är ett väldans jobb att bygga dom här simuleringskomponenterna bra och finns det ingen efterfrågan efter sådana från ingenjörerna som designar in komponenterna för att få sälja dessa komponenter så blir det heller inga gjorda, vilket är typiskt för belysnings-lysdioder - men helt annan sak om lysdioderna tex. skall kunna moduleras med hög frekvens för telecommunikation.

Man kan försöka att skruva parametrarna själva med olika komponenteditor som ibland följer med spice-paketet med att föra in uppmätt/datablads ström-spännings-kurva för en diod etc. men kräver också lite andra saker som att mäta eller från datablad föra in kapacitans och helst hur den varierar med olika spänningar och ström både i ledande riktning och i backriktningen

Att göra en trovärdig spice-modell av en komponent man har i handen (tex en vit lysdiod) är en mätteknisk utmaning och går man iland med detta så är det många mättekniska discipliner som man har tagit till sig (som att bygga olika mätjiggar för olika typer av mätningar, anskaffa olika instrument eller bygger egna för att lösa ett specifikt mätproblem etc. samt kontrollera och verifiera gång på gång gentemot verklig komponent)

så det svåra med att svara på vilken framspänningsfall en lysdiod har vid önskad färgtyp (och temperatur) och vid en given ström är att hitta en spice-modell av lysdioden i fråga - annars måste man mäta på en fysisk komponent för att kunna svara på detta.

[blueint]

Hur går man från uppmätta mätvärden till en spice modell? den senare kräver väl ekvationer snarare än värden?

[Nerre]

Är inte hela poängen med uppgiften att man ska lista ut att dioderna framspänningsfall inte spelar nån roll eftersom det är zenerdioden som styr? (Jag har inte kollat schemat nu, men baserat på kommentaren från läraren tolkar jag det som det.)

[jesse]

Å andra sidan, om det är den totala spänningen över dioderna, dvs inte de individuella, så ger ju zenern en hint.

Jo, men då förutsätts ju att Vf på lysdioderna är högre än 16V/5 = 3.2 volt, och det måste de ju inte vara!

Tänker man mer kring varför zenerdioden finns där så kommer man ju fram till att du redan har en strömbegränsning. Det är denna som i huvudsak ska reglera strömmen.
Zenerdioden är inte avsedd som spänningsregulator eller strömbegränsare - den är enbart där som ett skydd om det skulle bli glapp nånstans.

[danei]

Diodernas framspänningsfall är absolut av betydelse.

[Mindmapper]

Mindmapper: Vad är förvånande vid den? Strömmen genom LED'na blir runt 16mA så det verkar ganska vettigt.

Jag har kontrollräknat igen. Jag får Z till 6780 ohm. Sedan jag tagit bort diodspänningsfallen 16 + 2 * 0,7 från 230V så får jag 31mA. Det skulle bli mer om LED fick begränsa spänningen, istället för zenerdioden. Nu kommer inte allt att gå igenom LED men jag tror inte att det bör bli hälften som går genom 47uF. Där skulle man ju veta mer exakt om man simulerade i stället för att räkna som jag gör.

Resistanserna i strömbegränsningen tycker jag ska vara större. Som det är nu kommer inte så stor effekt att utvecklas i dessa. Det är väl bra. Fast i stället kommer den större delen av förlusten att ligga över kondingen.

Större del av förlusterna över resistorn alltså (dvs högre resistans) och en mindre kondensator som inte får så stor förlust över sig.
Detta ger också fördelen att stötströmmarna vid tillslag högst uppe på spänningstopparna inte kommer att bli så höga. Slår vi nu på vid 300V så kommer strömmen att kortvarigt bli över 1A. Vid spikar på elnätet kommer också strömstötarna att bli större än vad som kan anses bra.

Nu kommer ju 47uF kondensatorn och zenerdioden att ta upp dessa strömstötar. Men eftersom dessa kan bli så pass stora så är det knappast nyttigt. Fast den som nog mår mest dåligt av det är nog 470nF kondingen. Kommer den att hålla så länge?

Har jag tänkt fel någonstans?

[Mindmapper]

Är inte hela poängen med uppgiften att man ska lista ut att dioderna framspänningsfall inte spelar nån roll eftersom det är zenerdioden som styr? (Jag har inte kollat schemat nu, men baserat på kommentaren från läraren tolkar jag det som det.)

Om LED'ens samlade spänningsfall är lägre än zenerdiodens kommer lysdioderna att få rätt UF.
Om LED'ens samlade spänningsfall är högre än zenerdiodens kommer lysdioderna inte att komma upp till det UF de behöver för att lysa rätt. Dvs zenerdioden kommer att begränsa strömmen för lysdioderna.

Denna strömbegränsning är önskad om det kommer in störningar som inte 47uF kondensatorn kan svälja. Men i normal drift så ska LED få den ström som resistorerna och 470nF kondensatorn begränsar till. Och då ska lysdiodernas spänningsfall vara lägre än zenerdiodens. Den viktigaste funktion som zenerdioden har är att begränsa spänningen över kondensatorn om det blir avbrott i lysdiodkedjan. I så fall skulle spänningen över kondensatorn stiga över märkspänningen om inte zenerdioden begränsar dessförinnan.

[xxargs]

Hela iden med kapasitiv spänningsdelning är att med spänningsfallet över 470nF kondingen skicka ut upptagna effekten som reaktiv effekt tillbaka ut på elnätet i stället som med alternativet med motstånd blivit värme av detta och elmätaren snurrat lite fortare, detta är inte gratis dock utan effektfaktorn går ned


470nF kondingen fungerar här som en strömgenerator med sin höga impedans och med den höga matningsspänningen vilket gör att strömmen ändras väldigt lite om man har fler eller färre lysdioder eller byter 10 Ohm till 20 Ohm i slingan


Det är altså inte motstånden i slingan som sätter strömmen i lysdioderna, det är 470nF kondingen - motstånden som är utplacerade i kopplingen ger väldigt liten strömbegränsande verkan eftersom dess värden är bara några % av impedansen i 470nF kondingen och dess "nytta" är bara vid påslag (och transienter) som strömrusningsbegränsare och övrig drift bara är en värmande verkningsgradnedsättare i den här kraftkretskopplingen

[pierrealen]

Vad roligt att det är så många som skriver. Roligt att läsa även om jag inte hänger med på allt så känns det som om jag förstår lite i alla fall.

[pierrealen]

Just det.

Vi pratade tidigare om toppspänningen som är 325v. Vart kan man tänka sig det mesta av den tar vägen. Något säger mig att det blir i 470k resistorn. Är det så? eller kan någon peka mig i rätt riktning hur man ska tänka??

[Mindmapper]

Om du ser strömmens väg så delas strömmen vid parallellkopplingen av kondensatorn och 470kohms resistorn. För att veta vilket spänningsfall vi får över dessa så måste vi veta den resistans de har tillsammans. En kondensator har en växelströmsmotståndet som beror på frekvensen enligt följande.

Xc = 1/2 * pi * f * C

Räknar du ut det så ser du att växelströmsmotståndet blir nästan 100 ggr mindre än 470 kohm resistorn. I princip spelar inte 470kohms resistorn någon praktisk betydelse vid beräkningen av parallellresistansen. Vi struntar helt enkelt i att räkna med den eftersom den påverkar så lite i förhållande till växelströmsmotståndet som kondensatorn har.

xxargs skrev ju också att resistorerna i serie med kondensatorn påverkar väldigt lite. Så strunta i dom med tills vidare. Annars måste man in och räkna på lite krångligare sätt.

Nu är det verkligt förenklat, strömmen i kretsen bestäms av I = U/Z eftersom vi förenklat och sagt att Z = Xc så får vi bestämma hur mycket spänning vi ska räkna med. Tidigare så använde jag effektivvärdet 230V jag räknade då med Z och fick ca 31mA. Eftersom att hela spänningen inte ligger över Z så måste vi räkna bort det som ligger över likriktaren och zenerdioden. Över likriktaren tappar vi 2 st diodspänningsfall och zenerdioden 16V, dvs 2 * 0.7 + 16 = 17,4V ska vi dra bort från den spänning vi matar kretsen med. Eftersom jag räknar med effektivvärdet 230V så får jag 212.6V kvar över resistorerna och kondingen (Z). När jag räknade tidigare så fick jag 31 mA, Det är alltså strömmens effektivvärde.

Om du använder toppvärdet så får du toppströmmen. Vilken av dom vi egentligen ska använda är jag inte säker på. Förmodligen ligger sanningen någon stans däremellan. Nu stämmer inte heller att förhållandet mellan Utopp och effektivvärdet är roten ur 2 eftersom vi har förstört sinusformen på spänningen när vi fått ett område runt noll när inget händer innan vi byggt upp 17,4V.

Fast det stämmer skapligt det vi kommer fram till i varje fall.
Om du får ut något begripligt av detta så får du väl gå vidare sedan och räkna fram det riktiga Z samt försöka förstå hur stötströmmarna vid uppstart och störningar uppstår.

[xxargs]

Just det.

Vi pratade tidigare om toppspänningen som är 325v. Vart kan man tänka sig det mesta av den tar vägen. Något säger mig att det blir i 470k resistorn. Är det så? eller kan någon peka mig i rätt riktning hur man ska tänka??

470K- motståndet är bara för att ladda ur kondensatorn på rimlig tid när man tex. skruvar ur lampan ur lamphållaren - annars kan kondingen vara laddad över 300 volt och det blir en riktig kyss om man sätter fingrarna mellan lampans anslutningspoler

Spänningen finns över 470 nF men istället för att göra värme av spänningsfallet så fungerar den som en fjäder som spänns upp när spänningen över kondingen ökar, och rörelsen/sträckan när 'fjädern' spänns upp motsvarar alltså strömmen genom kondingen (en liten konding är väldigt stum och rör sig lite fast spänning varierar mycket - en stor konding rör sig mycket eftersom den är mjuk och elastisk och därför ger större ström vid samma svängningar) - när spänningen utifrån börja sjunka så börja kondensatorn lämna tillbaka ström för att dess interna spänning från den tidigare uppladdningen är högre än spänningen utanför och den strömmen när det laddas i och laddas ur när växelströmmen varierar som drar dom delarna i resten av kedjan som tänder lysdioden.

Om du läser lite ellära - växelströmsdelen så får man nöta på detta en hel del och det kan ta tid innan det faller på plats i huvudet - då menar jag att verkligen förstå detta och kan se processen framför dig, då detta är något annat än att mekaniskt kunna lösa ekvationerna...


---

När jag gick i plugget så var det ingen som förklarar varför impedanserna skrivs med Z - men Z är beteckningen för den komplexa talplanet och att räkna på kondingar, induktanser och resistanser ihopkopplade med varandra på olika sätt är inget annat än just räkning med komplexa tal (som också kan tecknas som vektorer - visardiagram) - både i polär och rektagulär (kartetisk) notation och det jag kom ihåg var att ingen tog ett samlad grepp om detta väldigt tidigt inom växelströmselläran och förklarade hur och varför utan man körde på konceptet att man skulle kunna formler utantill och köpa det rakt av - vilket gjorde att väldigt många hade stora besvär att passa in detta i rätt situation och man bangade på omvandlingen mellan polär och rektangulär visning då sin, cos, tan och rötterna dök upp och man förstod inte riktigt varför man gjorde detta - kort sagt såg många inte kopplingen mellan visardiagramens vinklar och längd och skalan på X/Y-diagrammet som pilarna var inritade i...

med andra ord - vet du inte vad komplexa tal är, så är det dags att titta på detta - och se till att din miniräknare (eller räknaren på datorn) kan hantera detta på bra sätt - dvs. att den har stöd för komplexa tal och väldigt smidigt kan växla mellan polär och rektangulär visning och förståss smidig inmatning av talen ifråga, vill du snabbkolla din nuvarande miniräknare - börja med att prova att dra roten ur -1 (minus ett) säger det error - titta i manualen om du hittar något om complex... annars byt räknare(program) tills du hitta en som inte är defekt matematiskt sett

[Nerre]

På gymnasiet så läste man väl ellära rätt tidigt, och komplexa tal kom betydligt senare. Det är väl antagligen viktigare att de som läser korta utbildningar kan räkna ut reaktansen än att de förstår vad som ligger bakom formlerna.

På högskolan vill jag minnas att när vi läste trefas så använde vi komplexa tal rätt mycket. Men då läste vi ju om mer komplexa trefas-laster (på gymnasiet tror jag bara vi läste om symmetriska laster, strömmar och effekter mest).