Voltage van witte leds

[A Lurker]

Ik heb de volgende lampjes gekocht:
https://www.amazon.nl/dp/B072TVDS57

Er zit een simpel LED diode in die warm wit licht produceert. Voorbeeld:

Er zitten verder 3x LR41 Alkaline batterijen in, samen goed voor ~4.5V.

Nu is het zo dat ze 50 uur branden, maar helaas maar een paar uur fel, daarna worden ze heel erg gedimd. Ik wilde dit graag opgelost hebben en ze met constante felheid laten branden.

Daartoe wil ik de voltage drop van de Alkaline batterijen opvangen met batterijen op zilveroxide. Het viel me namelijk op dat de voltage van de LR41 batterijtjes in no-time zakt van 1.52V naar ~1.3V na een uur of 2 branden. Dit is na wat zoekwerk ook wat ik zou verwachten, dus vervangen door batterijen met een stabieler voltage lijkt een goede keuze.

Maar SR41 zilveroxide knoopcellen hebben een iets hoger voltage (1.55v vs 1.5v). Bovendien houden ze dat veel langer vol dan een Alkaline variant.
Volgens vele plaatjes op internet kan een kleine verhoging in voltage een enorme verhoging in stroom opleveren in de LED:


Verder zie ik overal eigenlijk veel lagere spanningen voor een witte LED. Er wordt overal eigenlijk 3-3.5V genoemd. Terwijl op ~3.8V de LED die ik heb eigenlijk totaal niet fel is.

Mijn vragen zijn:
- Hoe weet ik hoeveel volt mijn LED 'aan' kan/wat verstandig is voor langdurig gebruik?
- Hoe zit het met LEDs en verschillende voltages; is die 3-3.5V een soort van universele waarheid voor witte LEDs (wat lijkt te zijn als je snel ff googled op LED voltages), of ligt het maar net aan hoe de LED ontworpen is en zijn sommige LEDs voor (veel) hogere voltages ontworpen?

[ Voor 6% gewijzigd door A Lurker op 08-09-2022 22:16 ]

[RocketKoen]

Er zit waarschijnlijk niet alleen een LED maar ook een voorschakelweerstand. Een LED is namelijk een diode. Als je die zonder weerstand op een batterij aansluit krijg je kortsluiting.

Dit is de ontlaadcurve van een LR41:

Niet heel erg geschikt om een lampje op te draaien zonder regel elektronica.

De SR41 doet het veel beter:


En je ziet ook dat de LR41 helemaal in het begin ook boven de 1,5V zit. Je lampje kan het zeer waarschijnlijk prima aan. En mocht het stuk gaan, dan is het een mislukt experiment van een euro.

[memphis]

RocketKoen schreef op donderdag 8 september 2022 @ 22:28:
Er zit waarschijnlijk niet alleen een LED maar ook een voorschakelweerstand. Een LED is namelijk een diode. Als je die zonder weerstand op een batterij aansluit krijg je kortsluiting.

Nee hoor, meestal geen weerstand. De interne weerstand van de 3 knoopcellen verzorgen voldoende weerstand voor de LED.
Daarmee zeggende moet je dus uitkijken als je een krachtiger batterij gaat gebruiken.

[A Lurker]

Ik denk ook niet dat er een extra weerstand op zit. Een LED heeft zelf een voltage drop en gedraagt zich blijkbaar als een voltage-afhankelijke resistor volgens internet.

Ik heb het circuit doorgemeten en kwam uit op 800 ohm voor de LED + 3 batterijen overigens. Enkel de LED gaf niks aan, zelfs na wisselen van + en - niet (allebei geprobeerd voor de zekerheid want diode is eenrichtingsverkeer).

[xah5kiDe]

Je zou een booster kunnen overwegen (TPS61041 bijvoorbeeld). Dat geeft een constante uitgang stroom.

[Brahiewahiewa]

A Lurker schreef op donderdag 8 september 2022 @ 23:07:
...
Ik heb het circuit doorgemeten en kwam uit op 800 ohm voor de LED + 3 batterijen overigens. Enkel de LED gaf niks aan, zelfs na wisselen van + en - niet (allebei geprobeerd voor de zekerheid want diode is eenrichtingsverkeer).

Kan ik aannemen dat je die 800 Ω hebt uitgerekend? Zo van de drie batterijen in serie geven 4,5 V, de stroommeter die je in serie had aangesloten geeft ongeveer 5,6 mA aan dus de weerstand moet dan 800 Ω zijn?

Anyway, als ik zoek op alkaline LR44's hebben die 125 mAh capaciteit. Zilveroxide SR41 vind ik met 21 mAh.
Dus je hebt wel een hogere spanning, maar je reduceert je branduren to minder dan 20% van wat het was. Lijkt mij contraproductief

Als je de branduren wilt verlengen zul je met de PWM-chip die er in zit aan de slag moeten gaan. Daarom is het uitrekenen van de weerstand van dat ding overigens ook complete onzin. Tussen de LED en de batterij zit namelijk nog een complexe schakeling die zelf wel bepaalt hoeveel stroom hij wil bij welk voltage

[A Lurker]

Brahiewahiewa schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 03:00:

Kan ik aannemen dat je die 800 Ω hebt uitgerekend? Zo van de drie batterijen in serie geven 4,5 V, de stroommeter die je in serie had aangesloten geeft ongeveer 5,6 mA aan dus de weerstand moet dan 800 Ω zijn?

Nee, ik heb de multimeter aangesloten en direct de weerstand gemeten. Ik weet niet heel goed hoe multimeters precies werken, maar wellicht heeft hij dat zelf dan wel bepaald op basis van gemeten voltage en stroom. Ik weet niet of de weerstand uberhaupt relevant is in dit verhaal trouwens, ik ben nog onervaren met LEDs.

Brahiewahiewa schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 03:00:
Anyway, als ik zoek op alkaline LR44's hebben die 125 mAh capaciteit. Zilveroxide SR41 vind ik met 21 mAh.
Dus je hebt wel een hogere spanning, maar je reduceert je branduren to minder dan 20% van wat het was. Lijkt mij contraproductief

Het ging om LR41. Die hebben vergelijkbare capaciteit met SR41 volgens verscheidene bronnen. Het zijn helaas maar kleine batterijtjes met weinig capacaiteit. Ze worden geclassificeerd als horlogebatterijen, dus hoge capaciteit is doorgaans ook niet heel erg nodig.

Uiteindelijk zal overigens bij hogere spanning op de LED door stabielere batterijen door de hogere stroom die dan loopt het aantal branduren alsnog verminderen, maar dat is een tradeoff die ik accepteer. Hij brandt nu meerdere dagen heel zwak, dus dan liever 5 uur fel oid. Overigens heb ik alkaline LR41 besteld en zilveroxide SR41, en ik ga een test doen tussen de meegeleverde batterijen van onbekend merk en degene die ik besteld heb. Ik verwacht eigenlijk dat de meegeleverde batterijen de minst goede resultaten zullen boeken.

Brahiewahiewa schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 03:00:
Als je de branduren wilt verlengen zul je met de PWM-chip die er in zit aan de slag moeten gaan. Daarom is het uitrekenen van de weerstand van dat ding overigens ook complete onzin. Tussen de LED en de batterij zit namelijk nog een complexe schakeling die zelf wel bepaalt hoeveel stroom hij wil bij welk voltage

Heb je een bron van die "complexe schakeling" tussen LED en batterij? Overal op internet zie ik namelijk dat een LED gewoon direct op een batterij aangesloten kan worden. En ik heb geen reden om aan te nemen dat mijn supergoedkope lampje uit China ook maar iets aan overbodige componenten bevat

Wat ik lees is dat een LED door zijn eigenschappen een bepaalde stroom laat lopen afhankelijk van het voltage. De relatie is niet lineair maar eerder exponentieel; vanaf het voltage dat de LED aan gaat resulteert elke verhoging van de spanning in een (veel) grotere verhoging in stroom. Daarom wordt er op internet ook wel gewaarschuwd over niet te hoog voltage gebruiken, en dat is ook de reden van dit topic. Ik begrijp van die eigenschappen namelijk nog weinig en ik zie ook eigenlijk enkel heel andere voltages terug van LEDs (3-3.5V) dan de LED die ik heb (4.5V).

Volgens de verschillende grafieken van voltage versus stroom die je met google kunt vinden (heb er eentje als voorbeeld gedeeld in mijn startpost) zou er bij een LED geschikt voor 3-3.5V een absurde hoge stroom lopen op 4.5V. Vandaar ook mijn vragen in de startpost. Ik ben gewoon heel erg benieuwd naar praktijkervaringen met het laten branden van zo'n LED op wat batterijtjes.

Omwille van de schaal dat ik dit wil toepassen zou ik de schakeling overigens ook zo willen houden, dus geen regelaars of weerstanden toevoegen. Het lampje zit ook precies vol, de behuizing fungeert als geleider en dmv de batterijen te klemmen met een dop is de stroomkring rond.

Een alternatief is er trouwens ook mocht dit niet bevallen, ik kan ook voor een CR2032 in een behuizinkje gaan en die dan op een LED geschikt voor 3V aansluiten (ik zou dan nieuwe LEDs kopen met dat voltage in de specificaties). Dat is uiteindelijk ook vrij eenvoudig en goedkoop te realiseren.

[ Voor 8% gewijzigd door A Lurker op 09-09-2022 06:35 ]

[memphis]

A Lurker schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 06:22:
[...]

Nee, ik heb de multimeter aangesloten en direct de weerstand gemeten. Ik weet niet heel goed hoe multimeters precies werken, maar wellicht heeft hij dat zelf dan wel bepaald op basis van gemeten voltage en stroom. Ik weet niet of de weerstand uberhaupt relevant is in dit verhaal trouwens, ik ben nog onervaren met LEDs.

De spanning/stroom curve op een LED is geen rechte lijn zoals je dat bij een weerstand zou zien maar verloopt als een soort parabool. Hoet iets hoger de spanning des te veel hoger de stroom. De "weerstand" van een LED is dan op ieder punt van de grafiek anders.
Dus nee, je meting met een ohm meter is totaal fout.

[naarden 4ever]

A Lurker schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 06:22:
[...]

Nee, ik heb de multimeter aangesloten en direct de weerstand gemeten. Ik weet niet heel goed hoe multimeters precies werken, maar wellicht heeft hij dat zelf dan wel bepaald op basis van gemeten voltage en stroom. Ik weet niet of de weerstand uberhaupt relevant is in dit verhaal trouwens, ik ben nog onervaren met LEDs.

Dan kan ik je dat wel uitleggen: een multimeter stuurt een klein maar bekend stroompje vanuit de multimeter door de belasting die je probeert te meten. Door de spanningsval die de multimeter meet te delen met het bekende stroompje, kan de weerstand worden berekend met de wet van Ohm: U = I * R oftewel R = U / I.

Dat betekent dat een meting van een weerstand alleen kan worden gedaan wanneer er geen spanning op het circuit staat. En omdat een batterij zelf een spanningsbron is, klopt er dus geen hout van de meting.

Een weerstandsmeting met een multimeter is zelden een goed idee, behalve als het gaat om het doormeten van losse componenten (als je de waarde van een bepaalde weerstand bijvoorbeeld wilt weten). Buiten die toepassing is deze stand van je multimeter eigenlijk alleen goed voor het controleren op continuïteit (is het circuit onderbroken of niet). Verder zorgt een 'weerstandsmeting' vaak voor meer verwarring dan voor duidelijkheid, omdat vaak wordt vergeten wat een 'weerstandsmeting' eigenlijk is: het is een bekend stroompje dat over een belasting wordt gestuurd om het spanningsverschil te meten over de belasting heen. Het is dus gewoon een spanningsmeting in vermomming.

800 Ohm is trouwens ook veel te hoog als interne weerstand van de batterij. Als de interne weerstand van de batterij 800 Ohm was, en de batterij levert 1,5V, dan kan zo'n batterijtje maximaal 1.5/800 = 1,9mA leveren. Daarmee zie je nog geen witte led gaan branden.

Maar de interne weerstand is wel belangrijk! Kom ik zometeen op terug.

A Lurker schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 06:22:
Heb je een bron van die "complexe schakeling" tussen LED en batterij? Overal op internet zie ik namelijk dat een LED gewoon direct op een batterij aangesloten kan worden. En ik heb geen reden om aan te nemen dat mijn supergoedkope lampje uit China ook maar iets aan overbodige componenten bevat

Wat ik lees is dat een LED door zijn eigenschappen een bepaalde stroom laat lopen afhankelijk van het voltage. De relatie is niet lineair maar eerder exponentieel; vanaf het voltage dat de LED aan gaat resulteert elke verhoging van de spanning in een (veel) grotere verhoging in stroom. Daarom wordt er op internet ook wel gewaarschuwd over niet te hoog voltage gebruiken, en dat is ook de reden van dit topic. Ik begrijp van die eigenschappen namelijk nog weinig en ik zie ook eigenlijk enkel heel andere voltages terug van LEDs (3-3.5V) dan de LED die ik heb (4.5V).

Volgens de verschillende grafieken van voltage versus stroom die je met google kunt vinden (heb er eentje als voorbeeld gedeeld in mijn startpost) zou er bij een LED geschikt voor 3-3.5V een absurde hoge stroom lopen op 4.5V. Vandaar ook mijn vragen in de startpost. Ik ben gewoon heel erg benieuwd naar praktijkervaringen met het laten branden van zo'n LED op wat batterijtjes.

Omwille van de schaal dat ik dit wil toepassen zou ik de schakeling overigens ook zo willen houden, dus geen regelaars of weerstanden toevoegen. Het lampje zit ook precies vol, de behuizing fungeert als geleider en dmv de batterijen te klemmen met een dop is de stroomkring rond.

Je hebt een hele hoop stukjes van de theorie goed begrepen. Ik help je even de laatste eindjes aan elkaar te knopen om het verhaal rond te krijgen

Er zit geen schakeling in die lampjes van je, dat zijn inderdaad gewoon batterijtjes en een led, waarschijnlijk zelfs zonder voorschakelweerstand. En da's toch gek, want eerder in het topic is gezegd:

RocketKoen schreef op donderdag 8 september 2022 @ 22:28:
Er zit waarschijnlijk niet alleen een LED maar ook een voorschakelweerstand. Een LED is namelijk een diode. Als je die zonder weerstand op een batterij aansluit krijg je kortsluiting.

Dit is wel waar, wanneer je uitgaat van ideale componenten. Gebruik je een adapter van 4,5V, dan brand je led waarschijnlijk direct door. Dat komt omdat een adapter een (in verhouding met een led) verwaarloosbare weerstand heeft. In de orde van enkele tot tientallen milliohms.

Maar knoopcelbatterijtjes zijn dat bepaald niet: ze zijn bedoeld als energiebron voor toepassingen met een enorm laag energieverbruik, en dus maar heel weinig stroom nodig hebben. De wet van Ohm leert ons, gegeven een bepaalde spanning en een enorm kleine stroom, dat de weerstand enorm hoog moet zijn van zo'n belasting om zo'n minuscule stroom te trekken. Als de weerstand zo hoog is van de belasting die het voeding geeft (zeg dat een typische belasting voor een toepassing met een knoopcelbatterij enkele tientallen kiloOhms is), maakt een interne weerstand van een paar Ohm ook niet uit.

Maar dat verhaal verandert bij toepassing van een led. Een led heeft inderdaad een soort exponentieel verband met de spanning en de stroom. Dus een kleine verhoging van de spanning kan voor een significante verhoging in de stroom zorgen, wanneer die stroom niet op een andere manier wordt beperkt, zoals een voorschakelweerstand. Maar in deze toepassing zit er een voorschakelweerstand in het circuit, namelijk 3x de interne weerstand van de knoopcelbatterijen, goed voor zo'n 30 tot 45 Ohm.


Een witte led heeft een nominale spanning van ongeveer 3,3V en laat daarbij een stroom van 20mA door. Die getallen beschouwd gedraagt een led zich bij 3,3V als een weerstand van 165 Ohm.

Maar, we hebben geen spanningsbron van 3,3V, maar van 4,5V, namelijk drie knoopcelletjes in serie. Om van 4,5V 20mA naar 3,3V 20mA te gaan, moet je een voorschakelweerstand in het circuit inbouwen van
(4,5 - 3,3) / 0,02A = 1,2 / 0,02 = 60 Ohm.

60 Ohm en 30-45 Ohm ligt best dicht bij elkaar! Helemaal ideaal is het niet; wanneer de batterijen net nieuw zijn zal de spanning iets te hoog zijn voor de witte led en zal deze dus veel meer stroom doorlaten dan dat eigenlijk goed voor de led is. Maar zodra de spanning van de batterijtjes al iets gezakt is, zeg tot 4,2V, is de voorschakelweerstand die je nog nodig hebt voor de les slechts 45 Ohm. Dan is de interne weerstand van drie knoopcelletjes dus precies genoeg. De knoopcelletjes zijn dus in feite de voorschakelweerstand voor de led die je nodig hebt.

[Tom-Z]

Als je doel een langere levensduur is moet je niet alleen moet je niet (alleen) betere batterijen zoeken, maar (ook) een extra weerstand in serie er bij zetten. De LED brandt dan minder fel, maar blijft wel langer op (min of meer) dezelfde sterkte branden.

Door de batterij direct op de LED aan/kort te sluiten gaat er in het begin (als de batterij nog volledig opgeladen is) een behoorlijk hoge stroom lopen, die de batterij heel snel leeg trekt. Met enkele tientallen Ohms aan extra weerstand zal de baterij vele malen langer meegaan, zonder dat je veel helderheid inlevert. Zo'n LED heeft namelijk een sweetspot waarin hij betrekkelijk weinig stroom gebruikt (zeg 20 mA) maar wel veel licht uitstraalt. Bij hogere stromen krijg je diminishing returns, bij 60 mA zal de LED wel iets helderder zijn, maar niet 3x helderder (maar de batterij gaat wel 3x sneller leeg).

[A Lurker]

naarden 4ever schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 10:02:
[...]


Dan kan ik je dat wel uitleggen: een multimeter stuurt een klein maar bekend stroompje vanuit de multimeter door de belasting die je probeert te meten. Door de spanningsval die de multimeter meet te delen met het bekende stroompje, kan de weerstand worden berekend met de wet van Ohm: U = I * R oftewel R = U / I.

Dat betekent dat een meting van een weerstand alleen kan worden gedaan wanneer er geen spanning op het circuit staat. En omdat een batterij zelf een spanningsbron is, klopt er dus geen hout van de meting.

Een weerstandsmeting met een multimeter is zelden een goed idee, behalve als het gaat om het doormeten van losse componenten (als je de waarde van een bepaalde weerstand bijvoorbeeld wilt weten). Buiten die toepassing is deze stand van je multimeter eigenlijk alleen goed voor het controleren op continuïteit (is het circuit onderbroken of niet). Verder zorgt een 'weerstandsmeting' vaak voor meer verwarring dan voor duidelijkheid, omdat vaak wordt vergeten wat een 'weerstandsmeting' eigenlijk is: het is een bekend stroompje dat over een belasting wordt gestuurd om het spanningsverschil te meten over de belasting heen. Het is dus gewoon een spanningsmeting in vermomming.

800 Ohm is trouwens ook veel te hoog als interne weerstand van de batterij. Als de interne weerstand van de batterij 800 Ohm was, en de batterij levert 1,5V, dan kan zo'n batterijtje maximaal 1.5/800 = 1,9mA leveren. Daarmee zie je nog geen witte led gaan branden.

Maar de interne weerstand is wel belangrijk! Kom ik zometeen op terug.


[...]


Je hebt een hele hoop stukjes van de theorie goed begrepen. Ik help je even de laatste eindjes aan elkaar te knopen om het verhaal rond te krijgen

Er zit geen schakeling in die lampjes van je, dat zijn inderdaad gewoon batterijtjes en een led, waarschijnlijk zelfs zonder voorschakelweerstand. En da's toch gek, want eerder in het topic is gezegd:


[...]


Dit is wel waar, wanneer je uitgaat van ideale componenten. Gebruik je een adapter van 4,5V, dan brand je led waarschijnlijk direct door. Dat komt omdat een adapter een (in verhouding met een led) verwaarloosbare weerstand heeft. In de orde van enkele tot tientallen milliohms.

Maar knoopcelbatterijtjes zijn dat bepaald niet: ze zijn bedoeld als energiebron voor toepassingen met een enorm laag energieverbruik, en dus maar heel weinig stroom nodig hebben. De wet van Ohm leert ons, gegeven een bepaalde spanning en een enorm kleine stroom, dat de weerstand enorm hoog moet zijn van zo'n belasting om zo'n minuscule stroom te trekken. Als de weerstand zo hoog is van de belasting die het voeding geeft (zeg dat een typische belasting voor een toepassing met een knoopcelbatterij enkele tientallen kiloOhms is), maakt een interne weerstand van een paar Ohm ook niet uit.

Maar dat verhaal verandert bij toepassing van een led. Een led heeft inderdaad een soort exponentieel verband met de spanning en de stroom. Dus een kleine verhoging van de spanning kan voor een significante verhoging in de stroom zorgen, wanneer die stroom niet op een andere manier wordt beperkt, zoals een voorschakelweerstand. Maar in deze toepassing zit er een voorschakelweerstand in het circuit, namelijk 3x de interne weerstand van de knoopcelbatterijen, goed voor zo'n 30 tot 45 Ohm.


Een witte led heeft een nominale spanning van ongeveer 3,3V en laat daarbij een stroom van 20mA door. Die getallen beschouwd gedraagt een led zich bij 3,3V als een weerstand van 165 Ohm.

Maar, we hebben geen spanningsbron van 3,3V, maar van 4,5V, namelijk drie knoopcelletjes in serie. Om van 4,5V 20mA naar 3,3V 20mA te gaan, moet je een voorschakelweerstand in het circuit inbouwen van
(4,5 - 3,3) / 0,02A = 1,2 / 0,02 = 60 Ohm.

60 Ohm en 30-45 Ohm ligt best dicht bij elkaar! Helemaal ideaal is het niet; wanneer de batterijen net nieuw zijn zal de spanning iets te hoog zijn voor de witte led en zal deze dus veel meer stroom doorlaten dan dat eigenlijk goed voor de led is. Maar zodra de spanning van de batterijtjes al iets gezakt is, zeg tot 4,2V, is de voorschakelweerstand die je nog nodig hebt voor de les slechts 45 Ohm. Dan is de interne weerstand van drie knoopcelletjes dus precies genoeg. De knoopcelletjes zijn dus in feite de voorschakelweerstand voor de led die je nodig hebt.

Wauw. Echt een geweldig antwoord, en heb nu de puzzelstukjes compleet inderdaad!

Vooral het stukje over 3.3V vs 4.5V en dat dat in de praktijk toch gewoon werkt vanwege meneer Ohm begrijp ik nu. Ik ga zeker ook testen wat 2x een SR41 (met wel een stabiel voltage van 1.55V) doet. De spanning is dan 3.1V en de weerstand met 2 batterijen is weer wat lager dan met 3 als ik het goed begrijp.

Ik laat het hier weten zodra ik meer getest heb met de batterijtjes (LR41 alkaline van ander merk en SR41) die er aan komen.

Tom-Z schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 10:30:
Als je doel een langere levensduur is moet je niet alleen moet je niet (alleen) betere batterijen zoeken, maar (ook) een extra weerstand in serie er bij zetten. De LED brandt dan minder fel, maar blijft wel langer op (min of meer) dezelfde sterkte branden.

Door de batterij direct op de LED aan/kort te sluiten gaat er in het begin (als de batterij nog volledig opgeladen is) een behoorlijk hoge stroom lopen, die de batterij heel snel leeg trekt. Met enkele tientallen Ohms aan extra weerstand zal de baterij vele malen langer meegaan, zonder dat je veel helderheid inlevert. Zo'n LED heeft namelijk een sweetspot waarin hij betrekkelijk weinig stroom gebruikt (zeg 20 mA) maar wel veel licht uitstraalt. Bij hogere stromen krijg je diminishing returns, bij 60 mA zal de LED wel iets helderder zijn, maar niet 3x helderder (maar de batterij gaat wel 3x sneller leeg).

Het doel was in eerste instantie de gegevens die ik lees op internet over gedrag en voltages van LEDs te matchen met mijn praktijkvoorbeeld, ik snapte maar niet waarom mijn LED al op 3x1.3V input spanning van de batterijen heel zwak brandde (want dat is al meer dan de nominale spanning van een witte LED). Maar met de post van @naarden 4ever is me dat duidelijk geworden en kan ik verder proberen. Dus stap 1 is met andere batterijen de LED langer op zijn gewenste helderheid te laten branden. Maar ik vrees dat ik met 3x SR41 dan echt te hoog zit qua voltage, dus we gaan het zien.

En alhoewel ik de tips van weerstand toevoegen etc heel erg waardeer, ga ik denk ik liever voor een combinatie LED + x batterijen out-of-the-box die het meteen goed doet, dan dat ik nog iets aan het circuit moet veranderen; ivm de schaalbaarheid van de toepassing.

[Tom-Z]

A Lurker schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 11:10:
[...]

En alhoewel ik de tips van weerstand toevoegen etc heel erg waardeer, ga ik denk ik liever voor een combinatie LED + x batterijen out-of-the-box die het meteen goed doet, dan dat ik nog iets aan het circuit moet veranderen; ivm de schaalbaarheid van de toepassing.

Het risico dat je loopt is dat met die SR41's de LEDs nog feller gaan branden en de batterij alsnog even snel leeg wordt getrokken.

[A Lurker]

Tom-Z schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 11:18:
[...]

Het risico dat je loopt is dat met die SR41's de LEDs nog feller gaan branden en de batterij alsnog even snel leeg wordt getrokken.

Klopt. Indien de weerstand echt te laag is kan ie ook gewoon doorbranden op 4.65V (3x1.55V). Ik heb nog even verder gegoogled en de weerstand van een SR41 is blijkbaar toch weer wat hoger dan van een LR41. Bronnen spreken over 10-40Ohm SR41 tov 5-10 Ohm voor een LR41. Dus ik ga gewoon de proef op de som nemen.

Nogmaals: Ik zal de bevindingen delen als ik ze heb met die nieuwe batterijen die er aan komen.

[A Lurker]

Ze zijn van start gegaan! De SR41 is eigenlijk na een paar minuten direct een stuk minder fel dan de rest, maar wel een heel stuk feller dan degene die ik 3/4 dagen geleden aangezet heb met de LR41's die al lang op 1.3v zitten. Dat bevestigt de verhoogde weerstand en is eigenlijk wel goed nieuws. Als ie dit nu vol kan houden zou t mooi zijn.



De 1.5V Alkaline die ik los gekocht heb begint als eerste op te geven. Maar goed die waren dan ook maar 13c per stuk. Het lampje van amazon+3 LR41 was 57 cent per stuk. De SR41 zit nu ongeveer op dezelfde sterkte als de amazon-batterijen. Ter referentie ook het lampje wat ik 4 dagen geleden al had aangezet; die gaat al prima door, zij het hetzelfde constante te lage pitje.


Edit: update na 4 uur branden.
Teleurstellende resultaten. De zilveroxide en de amazon-batterijen (alkaline) gaan gelijk op. Bij doormeten blijken de zilveroxide SR41 niet bijster goed. Misschien gezien de capaciteit precies wat je zou verwachten (~40mAh) maar gezien er 3 batterijen in een lampje gaan en dan eigenlijk al vrij snel een zwak lichtsignaal....dat is het niet waard.

Volgende wordt een keyfob proberen op 1 of 2 CR2016's. Tronic (LIDL) biedt die betaalbaar aan en dat merk heb ik tot nu toe goede ervaringen mee gehad. Kijken of daar de eigenschappen gunstiger zijn en je niet vooral gewoon weerstand ondervind

Maar goed, dit topic kan in principe dicht, tenzij jullie benieuwd zijn naar de verwikkelingen. Iig bedankt voor het meedenken allemaal!

[ Voor 97% gewijzigd door A Lurker op 09-09-2022 17:16 ]

[naarden 4ever]

A Lurker schreef op vrijdag 9 september 2022 @ 13:46:
[Afbeelding]

Ze zijn van start gegaan! De SR41 is eigenlijk na een paar minuten direct een stuk minder fel dan de rest, maar wel een heel stuk feller dan degene die ik 3/4 dagen geleden aangezet heb met de LR41's die al lang op 1.3v zitten. Dat bevestigt de verhoogde weerstand en is eigenlijk wel goed nieuws. Als ie dit nu vol kan houden zou t mooi zijn.

[Afbeelding]

De 1.5V Alkaline die ik los gekocht heb begint als eerste op te geven. Maar goed die waren dan ook maar 13c per stuk. Het lampje van amazon+3 LR41 was 57 cent per stuk. De SR41 zit nu ongeveer op dezelfde sterkte als de amazon-batterijen. Ter referentie ook het lampje wat ik 4 dagen geleden al had aangezet; die gaat al prima door, zij het hetzelfde constante te lage pitje.


Edit: update na 4 uur branden.
Teleurstellende resultaten. De zilveroxide en de amazon-batterijen (alkaline) gaan gelijk op. Bij doormeten blijken de zilveroxide SR41 niet bijster goed. Misschien gezien de capaciteit precies wat je zou verwachten (~40mAh) maar gezien er 3 batterijen in een lampje gaan en dan eigenlijk al vrij snel een zwak lichtsignaal....dat is het niet waard.

Volgende wordt een keyfob proberen op 1 of 2 CR2016's. Tronic (LIDL) biedt die betaalbaar aan en dat merk heb ik tot nu toe goede ervaringen mee gehad. Kijken of daar de eigenschappen gunstiger zijn en je niet vooral gewoon weerstand ondervind

Maar goed, dit topic kan in principe dicht, tenzij jullie benieuwd zijn naar de verwikkelingen. Iig bedankt voor het meedenken allemaal!

Ik vind het leuk om te zien hoe je hier zo mee bezig bent en de theorie en de praktijk aan elkaar probeert te verbinden.

Ik heb een aantal getallen nog even iets verder uitgewerkt voor je, die kunnen helpen met het begrijpen van wat je precies aan het doen bent en waarom leds zo raar zijn.

Normale weerstanden hebben een lineair verloop. Daarmee willen we zeggen: bij een verdubbeling van de spanning die over de weerstand wordt gemeten (de 'spanningsval'), volgt ook een verdubbeling van de stroom die door de weerstand loopt. Neem bijvoorbeeld een 120 Ohm weerstand: Zet je hier een spanning van 12V overheen, dan zal er een stroom gaan lopen van:

U = I * R
12V = I * 120Ohm
12 / 120 = I = 0,1A

Verdubbel je de spanning? Dan wordt de stroom dus 24 / 120 = 0,2A.

Dit zorgt voor een hele eenvoudige stroom/spanning grafiek die er als volgt uit ziet:



Leds, zoals eerder in het topic al benoemd, zijn geen zuiver ohmse weerstanden, waarmee we willen zeggen: de stroom/spanning grafiek loopt niet lineair. De grafiekjes die eerder in het topic zijn getoond laten al zien dat de stroom enorm snel oploopt bij een hogere spanning. Dat verloop is min of meer exponentieel. De stroom/spanningscurve van een witte led kan heel aardig worden benaderd met deze functie:



Als je voor een aantal willekeurige punten de wet van Ohm hierop loslaat, ga je uiteenlopende resultaten krijgen voor de weerstandswaarde van de led. Bij een hele lage spanning over de led vind je hele hoge weerstandswaarden, en voor hele hoge spanningen ga je hele lage weerstandswaarden ontdekken. Je kunt hiervoor een grafiek maken van het 'weerstandequivalent' van de led bij verschillende spanningen:



Met deze kennis kun je bepalen hoeveel stroom er gaat lopen door jouw circuit bij een bepaalde batterijspanning. De led en de interne weerstanden van de batterijen zijn immers in serie geschakeld met elkaar.

Laten we er nu vanuit gaan dat de weerstanden van de batterijen gelijk zijn (allemaal 15 Ohm), en deze weerstand hebben ongeacht verdere omstandigheden zoals temperatuur. Dit is geen reële afspiegeling van de werkelijkheid, maar bij lage stromen waarbij de batterij niet noemenswaardig opwarmt is dit een redelijke benadering. Gegeven de bovenstaande weerstandsgrafiek van de led, merk je dan dat bij hoge spanningen (dus wanneer de batterijen nog nieuw zijn) de weerstand van de led erg laag is, zelfs in vergelijking tot de interne weerstand van de batterijen. Dit kan duidelijker worden gemaakt met de volgende afbeelding:



Hierin is de totale weerstand van het hele circuit (interne weerstanden van de batterijen + weerstandsequivalent van de led) als 100% genomen bij verschillende spanningen, en wordt gekeken naar het aandeel dat de componenten hebben in deze totale weerstand. Bij lage spanningen is het grootste deel van de weerstand afkomstig van de led, maar zodra de spanning begint op te lopen begint de batterij een steeds groter aandeel te krijgen in de totale weerstand, omdat de weerstand van de led bij hoge spanningen drastisch afneemt.

De verhouding van de weerstanden tussen componenten bepaalt ook de verhouding waar de energie wordt verbruikt. In een serieschakeling met een weerstand van 90 Ohm en 10 Ohm wordt 90% van het vermogen opgenomen in de 90 Ohm weerstand, en de overige 10% in de 10 Ohm weerstand. Dus realiseer je dat, op basis van bovenstaande figuur, bij hoge spanningen de meeste energie wordt verbruikt in de weerstand van de batterij zelf.

Omdat de totale weerstand van het circuit steeds lager is bij een hogere spanning (door de led), neemt de stroomsterkte sterker dan lineair toe wanneer de spanning hoger wordt:



Dit heeft een ander belangrijk gevolg, namelijk het vermogen dat in het circuit wordt opgenomen. Het vermogen dat wordt opgenomen door een bepaald component kan worden berekend op twee manieren:

P = U * I
(P = vermogen in Watt, U = spanningsval over component in Volt, I = stroom door component in Ampère)
P = I² * R
(P = vermogen in Watt, I = stroom door component in Ampère, R = weerstand van component)
Beide formules leiden tot dezelfde uitkomst.

Bij een ohmse weerstand gaat dit al hard: Verdubbelt je de spanning over een component, dan verdubbelt de stroomsterkte ook. Volgens de eerste formule neemt het component dan dus vier keer zoveel vermogen op.

Maar er is hier geen sprake van een ohmse weerstand: de weerstand van de led neemt af naarmate de spanning toeneemt. Daardoor gaat de toename van het opgenomen vermogen door het circuit nog veel harder:



In deze grafiek kan je zien dat het opgenomen vermogen explosief toeneemt bij een verhoging van de spanning. Tegelijkertijd is ook te zien dat een steeds groter deel van het totale opgenomen vermogen in de interne weerstand van de batterij gaat zitten, en steeds minder in de led. Dat betekent dat bij hoge batterijspanningen het merendeel van de energie uit de batterij wordt gebruikt om de batterij op te warmen (dat is wat een weerstand doet), en slechts een klein deel wordt gebruikt om licht te genereren in de led.

Hoe zie jij dit? Nou, je neemt waar dat de leds met nieuwe batterijen aanvankelijk heel fel branden, maar dat dat erg snel afneemt. Kijkend naar de grafieken is dat heel logisch, want met nieuwe batterijen loopt er een geweldig grote stroom door het circuit en neemt de led dus veel vermogen op, waarmee het veel licht genereert. Maar deze fase duurt niet erg lang, want de stroom die loopt is gigantisch en de batterij wordt snel leeg getrokken. Bij 4,5V loopt er ongeveer 80mA. Stel dat de batterij al zijn energie (de 41mAh) kan afgeven op deze spanning, zou je net genoeg hebben voor een halfuurtje een led laten branden.

Wanneer de batterij leger raakt, neemt de spanning af waardoor het systeem meer naar links trekt in de grafiek. De stroomsterkte neemt snel af, waardoor ook het opgenomen vermogen sterk afneemt. De lichtsterkte van de led zal vervolgens langzaam afglijden terwijl de batterij verder leeg loopt.

In het ideale geval (waarin je de led continu op de nominale spanning kunt houden) loopt er 20mA door de led heen. Met batterijtjes van 41mAh kan je dan dus rekenen op ongeveer 2 uur licht. Je krijgt langer lichtopbrengst omdat de batterijspanning verder wegzakt waarbij er minder stroom loopt. De led brandt dan duidelijk minder fel, maar de batterij loopt wel veel minder snel leeg. Dit is waarschijnlijk het geval voor het overgrote deel van de ~50 uur lichtopbrengst die je noemt, de batterijspanning is dan al onder de 1V gezakt en de totale stroom is dan tot een heel laag niveau gereduceerd, maar dat kan de batterij nog wel voor een geruime tijd leveren.


Tot slot zal ik ook nog even antwoord geven op je vragen:

Verder zie ik overal eigenlijk veel lagere spanningen voor een witte LED. Er wordt overal eigenlijk 3-3.5V genoemd. Terwijl op ~3.8V de LED die ik heb eigenlijk totaal niet fel is.

Meet eens met een multimeter de spanning die je echt hebt op dat moment. Want je bepaalt nu 3,8V op basis van de spanning die de batterijen hebben wanneer je ze los meet. Maar zoals in de bovenstaande uitleg is te zien: de batterijen hebben een weerstand en zorgen voor een deel van de spanningsval. Sterker nog, op 3,8V is de interne weerstand van de batterijen goed voor ongeveer de helft van de totale weerstand in het circuit. Dat betekent dat de led zelf nog maar een spanningsval van 1,9V heeft, en dan is de led inderdaad niet zo fel.

Weerstandsmetingen moet je met losse componenten doen, spanningsmetingen altijd wanneer het circuit in bedrijf is.

- Hoe weet ik hoeveel volt mijn LED 'aan' kan/wat verstandig is voor langdurig gebruik?
- Hoe zit het met LEDs en verschillende voltages; is die 3-3.5V een soort van universele waarheid voor witte LEDs (wat lijkt te zijn als je snel ff googled op LED voltages), of ligt het maar net aan hoe de LED ontworpen is en zijn sommige LEDs voor (veel) hogere voltages ontworpen?

Niet, je moet gewoon uitgaan van wat de specificaties van de led voorschrijven. Wel kan je er ongeveer vanuit gaan dat bepaalde kleuren leds het best werken bij bepaalde spanningen. Dat heeft te maken met het materiaal waarmee de led is opgebouwd, en het materiaal bepaalt de kleur die erdoor wordt uitgestraald. Rood en oranje zitten vaak rond de 1,8V, geel net boven de 2,0V, groene leds kunnen zowel 2,2-2,4V als 3,3V zijn, blauwe leds rond de 3,3V, en wit en UV leds zitten rond de 3,5V. Witte leds zijn namelijk (vaak) gewoon UV leds met een fosforlaagje dat het UV licht omzet in wit licht, net zoals een TL-lamp. Daarom dat je op witte leds ook zo'n geel puntje ziet.

Een led kan best kortdurend een hogere spanning aan dan ideaal is voor de led. Hierbij moet je je realiseren dat de extra energie verloren gaat in warmte, en een led in een plastic huisje zit waar het de warmte slecht kwijt kan. Ook is er wel een maximum waarboven de led daadwerkelijk stuk gaat, en dat is vaak rond 10x de nomimale stroomsterkte. Bij de leds die jij gebruikt is de nominale stroomsterkte 20mA, dus boven de 200mA is vaak direct stuk.

[ Voor 23% gewijzigd door naarden 4ever op 12-09-2022 11:21 ]

[A Lurker]

naarden 4ever schreef op maandag 12 september 2022 @ 10:59:
[...]


Ik vind het leuk om te zien hoe je hier zo mee bezig bent en de theorie en de praktijk aan elkaar probeert te verbinden.

Dat is eigenlijk ontstaan omdat ik op basis van de branduren en wat ik weet van simpele ledlampjes zoals van die LED sleutelhangers die je weleens hebt wel door had dat er meer uit te halen is dan een lampje enkel een paar uur op een prettige helderheid laten branden. Al dan niet met wat aanpassingen.

Ik laat me dan niet snel afschepen door "er moet een weerstand bij" o.i.d.

Nu ik begrijp dat elk batterijtje zijn eigen weerstand heeft en dat die weerstand zeker relevant is kan ik een heel stuk betere keuzes maken voor het lampje; en blijken LR41's gewoon niet echt de beste keus in termen van branduren per volume danwel euro.

Want als je er eentje bij zet (4x LR41) verhoog je wel het voltage maar net zo goed de weerstand. Bovendien krijg je dan nog hogere stroom, en het resultaat in termen van licht/brandtijd is eerder slechter dan beter. Het zijn niet voor niets HORLOGEbatterijen waarbij een horloge een zeer lage stroom vereist. Dat ze dan wel massaal gebruikt worden op aliexpress etc komt denk ik door hun formaat. Stapel ze, en je hebt een mooi compacte cylindertje.

Intussen heb ik zo'n ledje uit een van die lampjes die ik had gekocht aangesloten op 2xCR2016; en zowaar was ik blij met het resultaat. Hij brandde eigenlijk heel de nacht en de volgende ochtend was ie wel zwakker, maar zeker niet zo zwak dan het lampje op 3x LR41 na een uur of 4. Logisch natuurlijk; minder batterijtjes, hoger voltage per batterijtje, meer mAh.

Maar ik dacht dat dat een veel te hoog voltage zou zijn voor het LEDje (een volle CR2016 deed zelfs 3.3V, dus 6.6V tezamen), dat bleek echter niet zo. Of tenminste, hij is niet doorgebrand.

En dat heeft ook te maken met wat je in je toevegoegde stuk in je edit schetst; de spanningsval is zeer relevant. Maar dan kun je toch ook niet de weerstand van de LED direct uitrekenen, wat jij eerder wel gedaan hebt? Het is een soort van 'dynamisch systeem' waarin je in meerdere iteraties bij een benadering van spanningsval over LED / batterijen en dus ook de weerstand en de stroom komt. Als ik het goed begrijp tenmniste.

Ik zal nog eens meten, maar om voltage in het circuit te meten moet ik wel de behuizing uit elkaar halen, en even aan de gang met wat kroonsteentjes en draden ofzo. (echte apparatuur zoals soldeerbouten heb ik niet). Dus daar ga ik nog op terug komen.

Dank trouwens wederom voor je uitgebreide antwoord!

[ Voor 43% gewijzigd door A Lurker op 12-09-2022 16:09 ]

[Tom-Z]

A Lurker schreef op maandag 12 september 2022 @ 15:46:
[...]


Ik laat me dan niet snel afschepen door "er moet een weerstand bij" o.i.d.

Je bedoelt dat je te eigenwijs bent om te luisteren naar goed advies?

Want als je er eentje bij zet (4x LR41) verhoog je wel het voltage maar net zo goed de weerstand. Bovendien krijg je dan nog hogere stroom, en het resultaat in termen van licht/brandtijd is eerder slechter dan beter.

"maar" is niet het juiste woord. De hogere spanning zorgt voor een kortere levensduur (en hogere stroomsterkte), maar de hogere weerstand juist weer voor een langere (en lagere stroomsterkte).

En dat heeft ook te maken met wat je in je toevegoegde stuk in je edit schetst; de spanningsval is zeer relevant. Maar dan kun je toch ook niet de weerstand van de LED direct uitrekenen, wat jij eerder wel gedaan hebt? Het is een soort van 'dynamisch systeem' waarin je in meerdere iteraties bij een benadering van spanningsval over LED / batterijen en dus ook de weerstand en de stroom komt. Als ik het goed begrijp tenmniste.

Ik weet niet of het echt zinvol is om over "de weerstand" van een LED te spreken. Een component kan je karakteriseren door hoe de stroom door het component afhangt van de spanning erover. Als dat een lineare functie is dan is het component een weerstand, en de verhouding tussen spanning en stroom noemen we dan de weerstand. Dat is de wet van Ohm, V=IR.
Het hele punt is dat bij een LED die functie niet lineair is. Bij 3V heb je misschien 20mA, bij 3.2V misschien 40mA. Je kan dan zeggen dat het een "spanningsafhankelijke weerstand" is met bij 3V een weerstand van 3V/20mA = 150 Ohm en bij 3.2V een weerstand van 3.2V/40mA = 80 Ohm. Maar in feite ben je dan gewoon losse punten op de functie die spanning aan stroom koppelt aan het geven, en waarom zou je dat dan als "weerstand" uitdrukken? Reken dan gewoon direct met die functie...

[A Lurker]

Tom-Z schreef op maandag 12 september 2022 @ 16:40:
[...]

Je bedoelt dat je te eigenwijs bent om te luisteren naar goed advies?

Het is pas goed advies als het rekening houdt met mijn requirements; het doel was niet het lampje LANG te laten branden; dat deed het al. Het doel was een stabiele verlichting (met zo min mogelijk verval in intensiteit) maar natuurlijk wel met een dusdanige intensiteit dat het nog een nuttig lampje is. Weerstanden toevoegen in een circuit terwijl er al genoeg weerstand aanwezig is is gewoon niet de juiste oplossingsrichting voor mijn probleem.

Daarom ook dat ik mijn fipo afsloot met vragen over de LED en voltages; en niet met vragen om advies over hoe ik het circuit zou moeten aanpassen. Omdat je anders 100 meningen krijgt vanuit 100 invalshoeken en ik niet begrijp waarom ik dat zou moeten doen. Wellicht had ik mijn requirements direct duidelijker kunnen maken, maar een engineer wil vooral begrijpen en zelf aan een oplossing werken

Tom-Z schreef op maandag 12 september 2022 @ 16:40:

Ik weet niet of het echt zinvol is om over "de weerstand" van een LED te spreken.
[...]
Reken dan gewoon direct met die functie...

Sorry ik bedoelde, "de weerstand van de LED gegeven een bepaalde situatie" bv "3 volle LR41 batterijen met een gezamelijk voltage van 4.5V."

Het punt wat ik hier wil maken is nog steeds dezelfde, volgens mij kom je er simpelweg niet door het voltage van de batterijen te pakken (noem het x V), hun weerstand op te tellen, de weerstand van de LED bij x V te pakken en dan te weten wat de spanning over de LED is door de weerstand van de LED in die situatie te vergelijken met de weerstand van de batterijen.

Want door de spanningsval van de weerstand van de batterijen krijgt de LED minder spanning en heeft ie dus een hogere weerstand dan je uit de grafiek bij 4.5V kunt aflezen. Maar dan is de spanningsval van de batterijen daar ook weer afhankelijk van etc etc.....

En dan kom ik terug op het punt van @naarden 4ever ; meten is weten. Je weet het inderdaad pas als je het voltage op de LED meet. Dan weet je de spanningsval van de batterijen. En kun je verder rekenen.

[ Voor 3% gewijzigd door A Lurker op 12-09-2022 17:07 ]

[Tom-Z]

A Lurker schreef op maandag 12 september 2022 @ 17:05:
[...]


Het doel was een stabiele verlichting (met zo min mogelijk verval in intensiteit) maar natuurlijk wel met een dusdanige intensiteit dat het nog een nuttig lampje is.

De combinatie van hogere spanning én hogere weerstand geeft een stabielere stroomsterkte (en dus stabilere lichtintensiteit). De stroomsterkte (en dús helderheid) van de LED wordt bepaald door hoeveel spanning er over de weerstand staat.

Het punt wat ik hier wil maken is nog steeds dezelfde, volgens mij kom je er simpelweg niet door het voltage van de batterijen te pakken (noem het x V), hun weerstand op te tellen, de weerstand van de LED bij x V te pakken en dan te weten wat de spanning over de LED is door de weerstand van de LED in die situatie te vergelijken met de weerstand van de batterijen.

Want door de spanningsval van de weerstand van de batterijen krijgt de LED minder spanning en heeft ie dus een hogere weerstand dan je uit de grafiek bij 4.5V kunt aflezen. Maar dan is de spanningsval van de batterijen daar ook weer afhankelijk van etc etc.....

Dat is geen probleem. Je hoeft het niet "iteratief" op te lossen. Hoe je moet rekenen is als volgt:
1) Bepalen hoe helder het lampje precies moet zijn
2) Meten (of in het datasheet opzoeken) bij welke stroomsterke de LED de gewenste hoeveelheid licht geeft
3) Meten (of in het datasheet opzoeken) welke spanning er bij die stroomsterkte over de LED valt
4) Bepalen hoe lang het lampje moet branden, batterijen met ruim voldoende spanning en mAh (voor de gewenste brandduur) uitzoeken
5) Berekenen welke serieweerstand er nodig is voor de gewenste stroomsterkte bij een spanning die gelijk is aan de spanning van de batterijen minus de spanning van de LED
6) Die weerstand minus de interne weerstand van de batterij in serie zetten.
Maar je kan ook gewoon random batterijen proberen totdat je een batterij tegenkomt die toevallig precies het goede voltage combineert met de juiste interne weerstand


Even een rekenvoorbeeld waarom je met weerstand de lichtintensiteit stabieler kan krijgen:
Stel dat ik een LED van 3V met 4V aanstuur, dan is de spanningsval over de weerstand 1V. Dan moet er 50 Ohm in serie om 20 mA te krijgen.
Stel nu dat ik in plaats daarvan twee van die batterijen in serie plaats, dan heb ik 8V ipv. 3V, en een spanningsval van 5V. Dan moet er 250 Ohm in serie om 20 mA te krijgen.

Stel nu dat na twee uur branden de batterij nog 3.5V geeft. Dan is in de eerste situatie de stroomsterkte inmiddels gehalveerd, er staat nog maar 0.5V over de weerstand. In de tweede situatie zal de batterij nog ~7V geven (zelfde stroomsterkte, dus ze gaan even hard leeg, maar het zijn er twee in serie, dus je raakt twee keer zo veel kwijt). Merk op dat de stroomsterkte dan nog 7/250 = 16 mA. De stroomsterkte is dus slechts 20% ingezakt in plaats van 50%.
Door maar steeds hogere voltages te gebruiken, kan je de stroomsterkte willekeurig stabiel krijgen (maar dat wordt dan ook willekeurig inefficiënt).

[A Lurker]

Tom-Z schreef op maandag 12 september 2022 @ 19:25:

[...]

Dat is geen probleem. Je hoeft het niet "iteratief" op te lossen. Hoe je moet rekenen is als volgt:
1) Bepalen hoe helder het lampje precies moet zijn
2) Meten (of in het datasheet opzoeken) bij welke stroomsterke de LED de gewenste hoeveelheid licht geeft
3) Meten (of in het datasheet opzoeken) welke spanning er bij die stroomsterkte over de LED valt
4) Bepalen hoe lang het lampje moet branden, batterijen met ruim voldoende spanning en mAh (voor de gewenste brandduur) uitzoeken
5) Berekenen welke serieweerstand er nodig is voor de gewenste stroomsterkte bij een spanning die gelijk is aan de spanning van de batterijen minus de spanning van de LED
6) Die weerstand minus de interne weerstand van de batterij in serie zetten.
Maar je kan ook gewoon random batterijen proberen totdat je een batterij tegenkomt die toevallig precies het goede voltage combineert met de juiste interne weerstand
[...]

Ik las de reacties nog ff terug en ik zie nu dat mijn andere eis wellicht een beetje is weggevallen:
"Omwille van de schaal dat ik dit wil toepassen zou ik de schakeling overigens ook zo willen houden, dus geen regelaars of weerstanden toevoegen. Het lampje zit ook precies vol, de behuizing fungeert als geleider en dmv de batterijen te klemmen met een dop is de stroomkring rond."

Helaas valt puntje 5) af en daarmee die aanpak. Sorry Maar toch leuk om te lezen hoe of wat hoor.

Dus laten we even uitzoomen:

Het doel is dat ik een goedkoop lampje wil dat fel genoeg is (ruim begrip; snap ik) en dat lang genoeg brand (ook een ruim begrip, maar zeg 6+ uur, liefst langer) voor niet al te veel geld (zeg max 2 euro)

Ik probeer zo veel mogelijk te putten uit kant-en-klare oplossingen voor lampjes, ofwel als echt kant-en-klare oplossing, ofwel als inspiratie om dat zelf eenvoudig 'na te maken'. En ondertussen probeerde ik dus te begrijpen hoe het zit met de LEDs zodat ik een beetje in de juiste categorie zoek qua batterijen. Ik merkte dat er enorme hiaten zaten in mijn begrip van wat er gebeurde in de lampjes die ik gekocht had. Dat is intussen aangevuld door alle informatie die hier gepost is.

Concreet wil ik enkel x batterijen en een ledje gebruiken qua elektrische componenten, en moet het eenvoudig in elkaar te zetten zijn, bv dmv een CR2016 houder met kabeltjes eraan die ik voor goedkoop kan inkopen waar ik dan eenvoudig de led aan kan zetten.

Wat nu te doen:
- Ik ga verder experimenteren met CR2016's en CR2032's en een kant-en-klaar lampje die ik besteld heb op die batterijen.
- Ik ga meten en rekenen aan een opstelling in bedrijf, zodat ik inderdaad weet wat de daadwerkelijke spanning is die over de LED staat. Zodat ik weet dat ik een beetje veilig zit qua spanning en de LED niet op punt van doorbranden staat met verse batterijen.
- Wellicht nog experimenteren met verschillende LED diodes, ik heb gezien dat er 3mm en 5mm varianten zijn.

[naarden 4ever]

A Lurker schreef op maandag 12 september 2022 @ 15:46:
[...]

Ik laat me dan niet snel afschepen door "er moet een weerstand bij" o.i.d.

Op zich is het geen verkeerd advies hoor, want door een weerstand toe te voegen aan het circuit voorkom je die eerste piek met grote stroom waarin de batterij voor het grootste deel leeg loopt. Maar dat was je vraag niet

Probeer het wel te begrijpen waarom men je hier adviseert een weerstand te gebruiken. Het is namelijk wel een goed advies en het zou je absoluut helpen je doel te bereiken. Het punt is alleen dat het niet aan jouw eisenpakket voldoet. Maar een vaste voorschakelweerstand is wel wat eigenlijk hoort bij het aansluiten van een led.

Nu ik begrijp dat elk batterijtje zijn eigen weerstand heeft en dat die weerstand zeker relevant is kan ik een heel stuk betere keuzes maken voor het lampje; en blijken LR41's gewoon niet echt de beste keus in termen van branduren per volume danwel euro.

Correct, en dit is eigenlijk het geval met alle componenten in een elektrisch circuit wel het geval. Bij het modelleren gaan we in circuits uit van ideale componenten, maar dat zijn het eigenlijk nooit. Elk draadje heeft zo een weerstand, elke spanningsbron heeft een interne weerstand, en dan heb ik het nog niet eens over de complexe weerstanden (inductieve en capacitieve weerstand) gehad.

Vaak is het zinvoller je af te vragen of die getallen klein genoeg zijn om ze buiten beschouwing te kunnen laten (3 ordes van grootte verschil ertussen is een mooie marge), of dat dat niet het geval is. Als je 5V spanningsbron een interne weerstand heeft van 1/1000e van je belasting, dan zal er uiteindelijk 4,995V daadwerkelijk aan je belasting worden geleverd: dat is een verwaarloosbaar verschil in de meeste toepassingen. Maar is de interne weerstand 1/10e van je belasting, dan blijft er nog maar 4,5V over. Dat kan wel al iets zijn om rekening mee te moeten houden. Niet alleen of je dan wel voldoende spanning hebt, maar ook of 0,5V spanningsval in de batterij zelf wel zo goed is voor de batterij.

Ik wil nog wel even toevoegen: de interne weerstand van een batterij is heel erg afhankelijk van hoe de batterij in elkaar is gezet en kan dus behoorlijk variëren tussen fabrikanten en zelfs tussen batches van dezelfde fabrikant door variatie in de puurheid van de grondstoffen bijvoorbeeld.
Uiteindelijk is het streven van de fabrikant altijd een zo laag mogelijke interne weerstand te realiseren, want hoe groter de interne weerstand is, hoe groter het verlies dat optreedt door de interne weerstand van de batterij. Kijk dus niet raar op als je verschillende lichtsterkten krijgt met dezelfde componenten, dat is de variatie die je niet in de hand hebt. In vrijwel elke toepassing is namelijk de interne weerstand van een batterij een factor waar je liever geen rekening mee moet houden. Daar in het volgende stuk meer over.

Want als je er eentje bij zet (4x LR41) verhoog je wel het voltage maar net zo goed de weerstand. Bovendien krijg je dan nog hogere stroom, en het resultaat in termen van licht/brandtijd is eerder slechter dan beter. Het zijn niet voor niets HORLOGEbatterijen waarbij een horloge een zeer lage stroom vereist. Dat ze dan wel massaal gebruikt worden op aliexpress etc komt denk ik door hun formaat. Stapel ze, en je hebt een mooi compacte cylindertje.

Intussen heb ik zo'n ledje uit een van die lampjes die ik had gekocht aangesloten op 2xCR2016; en zowaar was ik blij met het resultaat. Hij brandde eigenlijk heel de nacht en de volgende ochtend was ie wel zwakker, maar zeker niet zo zwak dan het lampje op 3x LR41 na een uur of 4. Logisch natuurlijk; minder batterijtjes, hoger voltage per batterijtje, meer mAh.

Deze toepassing is een beetje een edge-case waarin de interne weerstand van zo'n celletje toevallig goed uitkomt. Dat is verder eigenlijk nooit zo, je wilt dat de interne weerstand van je spanningsbron van een verwaarloosbare grootte is zodat je er geen rekening mee hoeft te houden, en de weerstand van je circuit met goed voorspelbare onderdelen regelen, zoals weerstandjes.

In bijna alle situaties waarin een knoopcelbatterijtje wordt gebruikt is inderdaad het energieverbruik minimaal. Je ziet ze bijvoorbeeld veel in rekenmachines, digitale schuifmaten, horloges, enzovoorts. Andere geschikte toepassingen zijn apparaten waarin korte momenten van een paar mA stroom wordt gevraagd, met grote tussenpozen tussen de verbruiksmomenten in. Denk hiervoor bijvoorbeeld aan de afstandsbediening van een KlikAanKlikUit-systeem, de afstandsbediening in je autosleutel, enz.

Uiteindelijk is het wel belangrijk te realiseren dat een ledje laten branden op knoopcelbatterijtjes geen ideale situatie is voor zowel de led als de knoopcelbatterij. Daarom heb ik hier de datasheet van een CR2016 batterij er even bijgezocht: de standaard ontladingsstroom is slechts 0,2mA, en een maximale continue ontladingsstroom van 3,5mA. Dat is veel lager dan de stroom die je gaat zien wanneer je er een led op aansluit. Ook zie je in de datasheet dat er bij een belasting met een lage weerstand op kamertemperatuur slechts 60mA van de maximale 80mA geleverd kan worden (omdat de rest verloren gaat aan de interne weerstand van de batterij, die dus temperatuursafhankelijk is zoals we in de datasheet kunnen zien). De belastingen waarmee de gegevens in de datasheet zijn bepaald variëren van enkele tot tientallen kiloOhms, dat is 1 tot 2 ordes van grootte hoger dan de weerstand die je met een led gaat zien.

Het werkt, maar ideaal is het niet.

En dat heeft ook te maken met wat je in je toevegoegde stuk in je edit schetst; de spanningsval is zeer relevant. Maar dan kun je toch ook niet de weerstand van de LED direct uitrekenen, wat jij eerder wel gedaan hebt? Het is een soort van 'dynamisch systeem' waarin je in meerdere iteraties bij een benadering van spanningsval over LED / batterijen en dus ook de weerstand en de stroom komt. Als ik het goed begrijp tenmniste.

Dat klopt, of in ieder geval ten dele. In mijn eerdere voorbeeld heb ik de stroom die gaat lopen door de led bepaald met een 'ideale' spanningsbron (de grafiek 'forward current white led'). In de tweede stroomgrafiek ('current through circuit') heb ik wel de weerstanden van de batterijen en de led in serie gezet, maar ben ik er wel vanuit gegaan dat de batterijspanning ook over de led valt, wat niet overeen komt met de realiteit: de spanning op de led zal lager uitvallen door de interne weerstand van de batterij waar al een deel van de spanning over valt. Daardoor zal de spanning over de led lager zijn, waardoor de weerstand weer hoger uitvalt, waardoor er toch weer minder spanningsval over de batterijen valt, waardoor de voedingsspanning naar de led weer iets hoger wordt, etc. Het systeem zal zich uiteindelijk ergens in het midden instellen.

Dit is precies het probleem wat je gaat tegenkomen wanneer je met niet-ideale componenten begint te werken: je krijgt met slecht voorspelbare balansen te maken tussen componenten, en dat maakt het modelleren van zo'n systeem heel lastig.

Het punt wat ik hier wil maken is nog steeds dezelfde, volgens mij kom je er simpelweg niet door het voltage van de batterijen te pakken (noem het x V), hun weerstand op te tellen, de weerstand van de LED bij x V te pakken en dan te weten wat de spanning over de LED is door de weerstand van de LED in die situatie te vergelijken met de weerstand van de batterijen.

Want door de spanningsval van de weerstand van de batterijen krijgt de LED minder spanning en heeft ie dus een hogere weerstand dan je uit de grafiek bij 4.5V kunt aflezen. Maar dan is de spanningsval van de batterijen daar ook weer afhankelijk van etc etc.....

En dan kom ik terug op het punt van @naarden 4ever ; meten is weten. Je weet het inderdaad pas als je het voltage op de LED meet. Dan weet je de spanningsval van de batterijen. En kun je verder rekenen.

Exact! Je weet pas echt wat je hebt zodra je 't meet. Zeker in dit geval is de theoretische benadering slechts bedoeld om de onderliggende theorie te begrijpen. Je hebt niet te maken met een ideale spanningsbron, maar de interne weerstand van de batterijen is een significante factor die niet buiten beschouwing kan worden gelaten. En omdat een led zo'n ontzettend lastige weerstand is om mee te rekenen (omdat deze, zoals door iemand anders genoemd, inderdaad een 'spanningsafhankelijke weerstand' is), is meten de enige manier om tot harde conclusies te kunnen komen.

Concreet wil ik enkel x batterijen en een ledje gebruiken qua elektrische componenten, en moet het eenvoudig in elkaar te zetten zijn, bv dmv een CR2016 houder met kabeltjes eraan die ik voor goedkoop kan inkopen waar ik dan eenvoudig de led aan kan zetten.

Als je de CR2016/CR2032 batterijen gaat gebruiken die niet meer in de behuizing passen: Je kunt ook de losse leds kopen, en dan de twee pootjes van je led om de batterij heen vouwen, stukje tape eromheen, en klaar. Dat is simpel, goedkoop, en effectief. Je kunt ook twee batterijtjes op elkaar stapelen als dat de oplossing is waar je uiteindelijk voor gaat.

Succes weer!

[ Voor 5% gewijzigd door naarden 4ever op 13-09-2022 09:16 ]

[A Lurker]

Ik heb overwogen om nog inhoudelijk te reageren maar volgens mij is zo ongeveer alles wel gezegd. In ieder geval voor mij; ik heb voldoende informatie en redelijk wat voltages gemeten op wat lampjes die ik besteld heb om tot een goed eindproduct te komen. Intussen is de keus gevallen op een out-of-the-box lampje op 2x CR2032. Welke maakt eigenlijk niet uit, dus google en gij zult vinden .

Bedankt voor alle reacties, het was erg leerzaam! Mijn learnings:

- Knoopcelbatterijen hebben een interne weerstand en zijn dus geen 'ideale' spanningsbron in de wetenschappelijke zin. Deze weerstand is niet te verwaarlozen binnen een circuit met een LEDje; om en nabij enkele tot enkele tientallen Ohm per knoopcel.

- Een LED heeft een nominaal voltage waarop het LEDje goed kan werken. Voor witte LEDs is dit zo'n 3-3.6V. Flink daarboven gaat er heel veel stroom lopen en kan het LEDje doorbranden. Zelf nog niet meegemaakt, maar wel iets om rekening mee te houden. Verder heeft een LED weerstand, die spanningsafhankelijk is.

- Doordat knoopcelbatterijen een weerstand hebben, is in een circuit van LED + x knoopcelbatterijen de spanning op het LEDje lager dan de som van de spanning van de knoopcelbatterijen. Hierbij geldt; meten is weten. Ik meette 3.1V op de LED bij 3 volle LR41 1.5V. Ruim binnen de bovengrens dus.

- Het voltage van batterijen in bedrijf kan behoorlijk snel beneden de specificatie zakken in sommige situaties. Dat hangt af van het materiaal van de batterij en de gevraagde stroom en staat van de batterij (hoe vol). Een LR41 zakt typisch relatief snel. Een CR2032 ook, maar die herstelt weer na gebruik. Ik heb me in dat laatste niet verder verdiept; heb het opgemerkt en het is goed genoeg.

- Indien binnen het circuit de spanning op het LEDje te hoog is, kan er een weerstand toegevoegd worden. Ook hierbij; meten is weten. In geval van 2x CR2032 kwam ik uit op 3.8V op LED bij nieuwe batterijen, echter zakte dat relatief snel dus echt zorgwekkend vond ik dat niet. Ook wordt natuurlijk de stroom die loopt door het circuit beïnvloedt, dat kan ook een reden zijn voor een weerstand. Je kunt daar oneindig mee tweaken om de juiste spanning van volle en wat legere batterijen op het LEDje te bewerkstelligen.

- Er zijn veel verschillende configuraties LED op batterijen beschikbaar op Amazon/Ali/etc. We weten allemaal dat die vooral door kosten gedreven worden, en niet door specificatie, dus 0 garantie dat het echt goed is voor het LEDje en batterij, maar er waren genoeg positieve reviews te vinden. Soms trof ik een PCB'tje aan, maar meestal niet. Blijkbaar is het LEDje op knoopcelbatterijen in de praktijk dus een best vergevingsgezind concept.

[ Voor 9% gewijzigd door A Lurker op 09-10-2022 21:21 ]