V = I*R, ook bij hoog-vermogen LEDs?

[Contagion]

Ik moet gepulsed een hoogvermogen-LED schakelen. Om dat eenvoudig te doen gebruik ik een mosfet en een weerstand in serie met 3 van deze LEDs. Deze LEDs kunnen 5A pulsen aan van <100us. De pulsen die ik stuur zijn veel korter: ongeveer 3us.

Volgens de specsheet is de forward voltage bij 5A typically 3.3V. Drie LEDs in serie op 12V zegt mij dat er 9.9V valt over de LEDs en dat ik dus nog 2.1V moet overbruggen met mijn voorschakelweerstand die bovendien dan ook de stroomsterkte beperkt. V=IR dus 2.1V = 5A * 0.42Ohm.

Echter, als ik een 0.43Ohm weerstand in serie zet, dan valt over de weerstand 3V ipv 2.1V. Wat zou resulteren in een stroomsterkte van bijna 7 Ampere. Veel te veel.

Waarom klopt dit niet met wat ik verwacht en wat de specsheet mij geeft?

Het gaat om deze LEDs: Vishay VSMY98545

Gaat V=IR niet op in dit geval? Ik zal morgen nog eens verder meten, maar ik geloof dat ik de weerstand veel groter moet kiezen om de stroomsterkte niet te ver te laten opnemen. Volgens mij heb ik als laatste 0.9 Ohm geprobeerd en blijft er dan nog iets van 4.6A over...

[real[B]art]

Mijn vermoeden is dat de forward voltage over de led niet exact 3,3 V is. Als je in de datasheet kijkt onder de regel van forward voltage, dan zie je dat V_F ook varieert met de temperatuur (-0,74 mV/K). Als je 5 A door die led heen pulst kun je er gerust van uit gaan dat de temperatuur stijgt, waardoor de forward voltage daalt. Je voedingsspanning blijft hetzelfde, dus er valt meer spanning over de weerstand en er gaat meer stroom lopen.
Ik neem aan dat je een uC gebruikt om de leds aan te sturen; met 2 transistoren en 3 weerstandjes heb je een current limiter die je in en uit kunt schakelen met je uC. Kun je die hele serieweerstand weglaten en loopt er ongeacht variaties in temperatuur, voedingsspanning of V_F altijd de ingestelde stroom door je leds.

[edit]
Dit is een gedeelte uit een schema dat ik een tijdje terug gemaakt heb, bedoeld voor een enkele led op 5 V. Om je een idee te geven van een mogelijke schakeling.

[ Voor 16% gewijzigd door real[B]art op 06-03-2015 02:50 . Reden: plaatje toegevoegd ]

[heggico]

En 2.1V*5A=10.5W. Heb je hier rekening mee gehouden?

Dit soort leds moet je gewoon stroomgestuurd aansturen en niet via een spanning+weerstand. Die 3.3V is Typical forward voltage. Die kan dus ook best 3.1V zijn. Dit gaat ook nog verschillen als de leds warm worden en dergelijk.
Overigens is die 5A de surge current. Dit is de stroom die hij echt maximaal mag hebben voor een bepaalde tijd. Dit is geen veilige stroom om de leds mee aan te sturen. Je stuurt ze dan maar 3uS aan, wat ver beneden het maximum valt, maar hoe vaak per seconde doe je dit? Ik ben wel benieuwt naar de toepassing dat je de leds zo wilt gebruiken.

[Flake]

Contagion schreef op vrijdag 06 maart 2015 @ 00:48:
Ik moet gepulsed een hoogvermogen-LED schakelen. Om dat eenvoudig te doen gebruik ik een mosfet en een weerstand in serie met 3 van deze LEDs. Deze LEDs kunnen 5A pulsen aan van <100us. De pulsen die ik stuur zijn veel korter: ongeveer 3us.

Bij pulsen wordt het sommetje wat anders. De U=I*R klopt uiteraard wel, maar dat is alleen van toepassing bij gelijkspanning. Bij pulsen is daar geen sprake meer van.

Als je een pulsspanning/stroom hebt moet je rekenen met de effectieve stroom, ookwel RMS. De effectieve stroom is bij een puls onafhankelijk van de frequentie, maar niet van de dutycycle (getal tussen de 0 en de 1, waarbij 1 staat voor gelijkspanning). De effectieve stroom is dan Ieff = Imax * sqrt(DC). Dus stel dat je een harmonische puls hebt, 50% aan 50% uit, dan is de DC=0,5, met sqrt(0,5)=0,71. Je effectieve stroom loopt dan dus net geen 30% terug.

[SA007]

@Flake: Bij 50/50 duty cycle is gewoon helft van de tijd Imax en helft van de tijd 0, dat is gewoon een gemiddelde van Imax/2.
Volgens mij haal je wat door elkaar.
Ja voor je ogen lijkt het heel wat meer dan 50% intensiteit, maar dat is niet zo.

[Flake]

Klopt, gemiddeld is dat de helft, maar gemiddeld en effectief/RMS zijn niet hetzelfde. Zodra je met vermogen moet rekenen dan reken je altijd met RMS en eventueel de arbeidsfactor.

Als je je ogen erbij betrekt wordt het sommetje nog wat ingewikkelder, want de manier hoe ogen lichtsterkte waarnemen is een logaritmische functie. Dus als je een egaal dimmend effect wilt hebben moet je dimmen volgens een invers logaritmische functie, niet lineair. Maar daar gaat dit vraagstuk niet over. Bovendien is de led infrarood dus zie je het überhaupt niet.

[Ploink]

Flake schreef op zaterdag 07 maart 2015 @ 14:51:
Klopt, gemiddeld is dat de helft, maar gemiddeld en effectief/RMS zijn niet hetzelfde.

In het geval van een perfecte blokgolf wel

Wat hier misschien meespeelt bij zo'n korte puls is het opladen en ontladen van de capaciteit van de led.
De parasitaire capaciteit van een power led is niet gering en afhankelijk van de spanning over de led.
Deze grafiek is van een klein ledje, een 2W witte led heeft een capaciteit van 2.2-3.2nF afhankelijk van de polariteit van mijn Fluke meetsnoertjes.


Bron

Wat zie je gedurende die 3µs als je de led spanning op de skoop zet?

[Flake]

Ploink schreef op zaterdag 07 maart 2015 @ 19:34:
[...]

In het geval van een perfecte blokgolf wel

Nee, zelfs dan niet. Tenzij de spanning/stroom negatief wordt en de evenwichtsstand op 0 volt ligt, maar dan is het gemiddelde ook niet de helft, maar nul.

[Techneut]

Nou, toch niet helemaal, al begrijp ik heel goed hoe je het bedoelt. Ik krijg vaak de indruk dat dit niet altijd goed door iedereen wordt begrepen, welnu:
Bij een zuivere sinus zou dan de gemiddelde waarde ook nul zijn, immers positief en negatief zijn eender, dus gemiddeld nul. Toch rekent men niet op die manier, maar met absolute waarden en volstaat kun je in feite met met een halve periode volstaan als de positieve en negatieve periodehelft eender zijn.
De gemiddelde waarde van een sinus is 2/π keer de topwaarde en de effectieve waarden zodat je 1/2√2 keer de topwaarde. RMS betekent RMS, de afkorting van Root Mean-Square in het Nederlands vertaald de wortel uit het gemiddelde van de kwadraten.

Ofwel als je het zonder hogere wiskunde doet, de hoogte van een rechthoek met de zelfde oppervlakte versus de straal van een cilinder met de zelfde inhoud als je die halve sinus om zijn as draait.
Ook veel gebruikt:
Verdeel de halve sinus in oneindig veel smalle reepjes. De gemiddelde waarde is duidelijk, gewoon het gemiddelde van de hoogten van die reepjes. De effectieve waarde is al die hoogten kwadrateren, en uit het gemiddelde van die kwadraten de wortel. Vandaar die term root-mean-square.

Edit:
Met de definities:
De effectieve waarde komt overeen met de waarde van een gelijkstroom met het zelfde vermogen. En het vermogen is evenredig met het kwadraat van de stroom, vandaar die bekende RMS, de wortel uit het gemiddelde van de kwadraten.
En de gemiddelde waarde komt overeen met de waarde van een gelijkstroom met dezelfde lading in dezelfde tijd dus evenredig met de enkele waarde, m.a.w. gewoon het rekenkundige gemiddelde.

[ Voor 14% gewijzigd door Techneut op 08-03-2015 16:53 ]

[Flake]

Alleen het stukje uit de edit kan niet helemaal volgen, beetje warrig, maar de rest klopt helemaal. Dus daarom, als je pulsen van 5A door een weerstand volgt en er dan maar vanuit kunt gaan dat je de wet van Ohm kunt volgen met I=5A, dan heb je een forse afwijking te pakken als je daarmee de weerstand wilt berekenen. Je moet met effectief rekenen, bij een puls kan dat heel gemakkelijk volgens Ieff = Imax * sqrt(DC), maar de waveform is niet helder gespecificeerd. Los daarvan denk ik ook dat dat de verkeerde oplossing is om dit met een weerstand te doen. En waarschijnlijk is OP allang vertrokken.

[Techneut]

Ik heb de zinsbouw een klein beetje veranderd, misschien kun je het nu wat beter volgen.
Reden van die edit was dat het uiteindelijk gaat om de definities. Het eerste deel is alleen maar hoe de waarden berekend worden en eventueel gevisualiseerd, maar het vertelt niet wat er onder wordt verstaan.

Het is duidelijk dat alleen al bij een zuivere sinus het verschil tussen effectief en gemiddeld niet te verwaarlozen is. Laat staan bij sommige sterk vervormde stromen. Even terzijde, dit is ook de oorzaak van het feit dat niet RMS-meters het zo laten afweten zodra er sprake is van vervormde stromen en spanningen. Deze goedkopere meters werken namelijk op basis van het gemiddelde en zijn alleen maar geijkt op een sinusvorm zodat de aanwijzing alleen maar correct is bij een sinusvormige stroom of spanning.

Een klein puntje kan ik van jou niet helemaal volgen, namelijk Ieff = Imax * sqrt(DC). Wat voor vierkantswortel bedoel je met sqrt(DC). Ik heb gezien het voorgaande wel een sterk vermoeden, maar het lijkt zoals het er staat een beetje vaag.

[Flake]

Dutycycle, in deze post

[Ploink]

Ik denk dat het hier niet gaat om gemiddelde dan wel effectieve spanning en stroom, maar om de momentane waarde gedurende een puls.
Voor de RMS waarde integreer je over de tijd voor een hele periode van het signaal, maar dat is hier niet het geval.