Masurare temperatura jonctiune LED

[The Stressmaker]

Asa este.

Eu urmaresc topicul pentru a afla cum sa adaptez aceasta schema (Eng): http://www.eeweb.com/blog/extreme_circuits/high-current-low-dropout-voltage-regulator in care voi folosi un led de 1W alimentat de la o celula cu litiu intr-o lanterna ordinara cu corp de aluminiu fara a depasi temperatura de lucru a ledului (si cea de "frigere" a mainii) si la o durata de viata cat mai mare cu dezavantajul unei luminozitati mai reduse. Avantajul acestei scheme este ca, odata cu descarcarea acumulatorului, creste eficienta ajungand la eficienta maxima cand tensiunea ledului este aceeasi cu tensiunea acumulatorului plus ca, fiind componente putine, este usor de "inghesuit" in jurul ledului. Pana acum stiu ca mosfet-ul trebuie sa aiba tensiunea de prag putin sub 2,8V pentru a avea protectie la descarcare excesiva iar zenner-ul trebuie sa aiba o panta de variatie a tensiunii cu temperatura negativa si egala cu panta de variatie a tensiunii pe led impartita la factorul de amplificare al celor doua tranzistoare. Asa, se poate face "pornirea" cu ledul cald fara a exista pericolul ambalarii termice a acestuia atata timp cat exista contact termic intre zenner si radiatorul ledului. Varianta ocolitoare a acestei probleme este folosirea unui termistor pentru compensarea temperaturii. Inca nu am gasit o solutie pentru eliminarea partii termice din ecuatie pentru ca ledul are o panta negativa unde diferitele valori de tensiune pentru diferite temperaturi se intrepatrund.

[Dxxx]

Vad ca s-a mai linistit atmosfera dupa episodul anterior...

 

Revenind la partea practica a lucrurilor, eu inca consider daca si cum se poate face practic un montaj in ideea threadului.

Pentru ca sunt la capitolul dimensionare as vrea parerea voastra, poate din experienta practica, asupra a mai multor elemente:

 

1.

Cat de lunga poate sa fie durata impulsului in care masuram Vf? si daca este puternic sau slab corelat cu factorul de umplere.

Udar a avansat un timp de 1ms cu un factor de umplere 1:1000 (sper ca e corect).

Ideea este cat le pot varia pe ambele si cam in ce mod vor altera precizia masuratorii?

Iar pentru a doua parte ar fi intrebarea - daca dublez perioada de masura pot sa compensez si sa aduc precizia la aceeasi valoare micsorand si mai mult factorul de umplere?

 

2.

Care este precizia necesara / suficienta de masura a Vf - 2, 3 zecimale? (milivolti, zeci de milivolti?)

 

3.

Pot sa imbunatatesc precizia determinarilor mai curand si mai bine prin:

- ecart maxim intre Tmin si Tmax?

- cat mai multe puncte de determinare perechi Vf vs T pentru a fi sigur ca ele se situeaza pe aceeasi dreapta?

 

4.

Determinarea temperaturii de masura:

- cum, cu ce termometru, de ce?

- incinta propriu-zisa sau ajunge o plita?

- termostatare la valoare fixa sau variatie lenta a temperaturii?

Editat Februarie 10, 2015 de Dxxx

[UDAR]

Voi răspunde la întrebări strict în lumina metodei sugerate de mine . Răspunsurile pot să nu fie valabile pentru alte cazuri.

1.Impulsul trebuie să fie suficient de scurt astfel încât LED-ul să nu se încălzească sensibil pe durata sa. Un LED mic , nemontat pe un suport metalic masiv , se poate încălzi și într-o milisecundă , unul mai mare nu. Eu am avut în vedere măsurarea și a LED-urilor mici, a celor de plastic, etc - nemontate pe radiator , pentru că la o operație de ”binning” să pui pe / iei de pe radiator , e infernal. Totuși , cu o anumită aproximație , se poate acceptă că supraîncălzirea LED-ului datorată impulsului este cam aceeași și la 25 și la 75 grade deci eroarea se compensează cel puțin în parte. Eu am ales 1ms pentru că multimetrul meu știe minim 0,8ms. 300 µs aș fi vrut, poate data viitoare . Factorul de umplere la mine este cam 1,4% - am cam 14Hz frecvența deci 70ms perioada . Ceva în jurul lui 1% este , cred, optim . Factorul de umplere determină până la urmă curentul mediu și dacă pe durata impulsului inerția termică ne ajută, la curentul mediu nu . Deci acesta trebuie să fie mult mai mic decât curentul de vârf.

2. Cred că posibilitatea de a citi mV este importantă - nu musai și precizia absolută a aparatului. De aceea un DMM standard cu 1,999V nu se califică , la 2-3V tensiune pe LED are 10mV rezoluție.

3. Da , ambele metode măresc precizia . Eu mai adaug ideea de a face măsurători ( și ) la temperaturi apropiate de cele presupuse a se atinge  real. Cu rezerva că - mai ales la LED-uri albastre , albe - nu e musai o dreptă.

4.Nu sunt specialist în termometre dar presupunând un regim quasistatic de temperatură nu cred că contează prea mult .

Eu am mers pe ideea de incintă - și sper că luna viitoare voi reuși , printre multe alte chestii amânate , să o improvizez.- din două motive . Unul, am mai spus , să pot măsura și LED-uri fără radiator și al doilea - să pot măsura și altceva , coeficientul de variație cu temperatura al unor rezistențe sau condensatori.

În lumina celor de mai sus - temperatură fixă sau foarte lent variabilă.

[Dxxx]

OK, deci milisecunda tinea de aparatul din dotare. Si factorul de umplere 1:100.

Insa, ai vreo idee despre impact:

- pana la cat de scurt (impulsul) se castiga in precizie? Deci care este tinta pana la care merita sa faci efort?

- cam ce erori sunt de asteptat la lungimi mai mari ale impulsului? Altfel zis daca nu as putea decat 10ms minim ar mai merita dispozitivul? Unde este pragul?

[UDAR]

Nu pot să răspund cu cifre . Eu am încercat un calcul după formula simplă delta T = W/(c*m) unde T temperatura , W energia ( adică puterea *tpulse ) , c căldura specifică și m masa . Toate bune și frumoase , dar când s-o pui în practică .... Care masă o iei - a cristalului ? A întregului cristal ? Pui și montura metalică ? apoi la c - ies pentr semiconuctor, pentru metal - mă rog , aici diferențele să zicem că nu sunt extraordinare . Deci nu prea ține cu calculul . Pentru unele LED-uri de putere s-ar putea să se dea pe undeva Zth_tranzitoriu , ca la tranzistorii de putere , dar nu țin minte să fi văzut. Uite , o să fac zilele astea - poate în WE un test . Plecând de la presupunerea că încălzirea , chiar dacă există , este redusă - deci creșterea temperaturii este lentă., voi încerca să măsor - cu impulsurile pornite - imediat ( în 1-2 secunde ) apoi după 10 minute .  Voi face același lucru cu curentul mediu rezultat din factorul de umplere . 

Pe de altă parte , eroarea este consistentă . Deci dacă minte cu 2°C la 25° va minți cu 1,5-2,5° la 75° deci eroarea relativă (care contează ) va fi de doar 0,5°.

Foarte intuitiv , la LED-uri mai de putere , cred că 10ms e OK. 

PS Lipsa unui DMM cu funcția Crest se poate eluda cu un S/H sincron - asta este intenția finală și la mine .

[Dxxx]

Multi, foarte multi MegaOhmi

 

Salut, activitatea in aceasta sectiune a cam lancezit in ultimul timp, nimic notabil de discutat.

Asa ca voi incerca eu sa readuc putina agitatie...

 

 

Am reluat in practica ideea, cu cablaj facut si montaj testat.

Deocamdata este doar montajul sample & hold.

 

In prima faza am facut montajul cu un integrat cu J-Fet care statea de zeci de ani prin sertar...

Rezultatul a fost negativ pentru ca eu foloseam sursa unica de alimentare si iesirea nu "dorea" sa se apropie decat la vreo 2,5V peste railul negativ.

 

Dupa ceva timp am revenit cu integrate CA 3140E, care merg in alimentare asimetrica pana la railul negativ.

De data asta montajul a fost OK functional...

... si a inceput distractia cu zeci, sute, poate mii de MegaOhmi...

 

 

1. Principiu

- principul este sa repet tensiunea de masurat / sa o incarc intr-un condensator / sa o repet cu impedanta extrem de mare de pe condensator spre iesire.

- esentiale in schema sunt comutatoarele care fac: A -  comutarea de incarcare condensator B - stergerea tensiunii memorate pe condensator.

 

2. Schema unitatii

Schema mare si completa se vede cu click aici: http://s25.postimg.org/fell0mrov/sample_hold.jpg

 

**** Comutatoarele sunt facute cu IC 4066, deci sunt niste comutatoare realizate cu MosFet.

 

3. Functionare

Modul in care vreau eu sa fac masurarea Vf al LEDului este intr-un impuls unic si scurt.

 

Deci unitatea sample & hold va merge asa:

- initial comutatorul spre masa tine condensatorul descarcat

- se incepe ciclul: comutatorul de la masa trece in deschis si se inchide celalalt contact de legatura intre mosfet si condensator.

Primul operational are intrarea invertoare la masa (prin condensatorul descarcat) si comanda MOSFETul in conductie maxima, curentul de incarcare al condensatorului fiind determinat doar de rezistenta dintre V+ si MOSFET.

- stabilizare: in final tensiunea pe condensator va ajunge egala cu cea de intrare

- incheiere esantionare si functie HOLD: ambele contacte trec in pozitia deschis. Tensiunea de pe condensator e repetata de al doilea OA catre iesire un timp nedefinit.

 

Nodul incercuit in rosu este de foarte mare impedanta si asta asigura mentinerea sarcinii pe condensator.

Defapt ce este rosu este un ecran polarizat la aceeasi tensiune cu nodul in asa fel ca potentialul egal sa nu determine scurgeri electrice.

 

4. Calcule

Teoretic ma asteptam ca sa obtin la iesire o variatie mai lenta de 0,5mV per secunda, condensatorul fiind de 2 microFarazi.

Adica:

- tensiunea asteptata la iesire (o singura jonctiune) = 3V

- masurare cu un aparat capabil de a afisa 1mV per diviziune

- evident operatorul retinand prima valoare afisata, iar un rastimp de 2 secunde fiind considert rezonabil.

 

Peripetii de experimenare

 

- montajul era pregatit cu ambele comutatore in pozitia deschis

- condensatorul putea fi fortat la: 0V (strap) / 3V (2 baterii) 6V (4 baterii) - dupa care circuitul era lasat "in gol" masurand permanent iesirea

 

Nu vreau sa-mi ascund ignoranta, cu impedante de Giga si Terra Ohmi nu mai experimentasem.

 

1. Primul test cu 2 microfarazi: dezastruos, in jurul valorii de 3V se pierdeau cativa milivolti buni pe secunda.

Am concluzionat ca trebuie sa maresc capacitatea spre 10 microfarazi, pentru ca si mai mult nu este bine,

De ce? - incarcarea condensaotrului nu poate fi facuta cu mai mult de 30mA (atat suporta cele 3 porti 4066 puse in paralel) iar timpul de esantionare trebuie sa fie cam dublu cel putin fata de aceasta incarcare.

Adica incarcarea ar fi ideal sa fie de sute de microsecunde.

Ca urmare condensatorul ideal ar fi sub 1uF, iar maxim ar fi 10uF.

 

2. Retest cu 10 microfarazi - nici macar nu s-a ameliorat mult, in continuare mai prost ca targetul binisor...

Inutil sa zic ca am curatat si analizat cu lupa tot perimetrul nodului de impedanta mare, in repetate ori...

 

Pai si ce fac? Prima reactie - arunca dracu' montajul!...

 

Dupa o pauza analizez tot ce duce la nodul de impedanta mare:

- 4066 - pai asta are 14 picioare, mai putin tentant sa-l scot

- CA3140 - feelig-ul este ca asta e bun

- condensatorul in sine (Hi, doar doua puncte de lipire)

 

Deci ramane condensatorul, si vreau sa schimb si tipul ca asta era un smd 1206 ceramic multi layer.

 

3. Re-re-test

In spatiul relativ redus (ma gandeam la SMDuri) pun un poliester de numai 0,47uF si vreo 60V daca ar avea importanta.

Dar parca o capacitate asa redusa nu are sanse, doar sa pun 2-3 in paralel ca mai multi nu incap...

 

Alimentez si ... MINUNE! ... la diverse tensiuni variatia este 1 diviziune la zeci de secunde.

Deci datele de sute de Giga si chiar Terra Ohmi la integrate erau corecte si realizabile, condensatorul asa mic are sarcina foarte mare in raport cu impedanta astronomica.

Si eu care speram la impedanta mai mare la ceramici ?!

 

 

OK - next problem - pai pentru pasul urmator imi trebuie osciloscop si nu prea am...

Editat Martie 14, 2015 de Dxxx

[UDAR]

Condensatoarele cu ceramică de mare permitivitate X7R, Y5V , etc sunt slabe ca rezistență de izolație , au puțin peste ( dacă au ) 1000s (  Ω*F ) . Polipropilena , polistirenul au 100-200.000 s dar sunt voluminoase . Un poliester bun are 5-10000 s sau chiar mai mult , e compromisul optim dacă spațiul nu permite polipropilenă.

[Vizitator]

In sfarsit un topic fantastic.Teorie si masuratori practice, reale, imbinate perfect.

Felicitari @udar,@mihai cozac,@dxxx,@the streßmaker....tuturor care au contribuit aici.

Editat Martie 14, 2015 de Vizitator

[The Stressmaker]

La sample and hold se poate folosi un artificiu. In functie de ledul masurat sa se seteze tensiunea de "zero" adica a descarcarii condensatorului "sample" la o valoare cu 0,5V mai mica decat cea masurata cu ledul "la rece". Asa, la cuplarea condensatorului, curentul absorbit este mai mic si pentru o perioada mai scurta reducand eroarea de masura plus ca se poate mari viteza de citire (limitarea de 30mA este pentru a nu se distruge termic integratul asa ca o valoare mai mica si mai scurta a curentului nu poate decat sa reduca acea incalzire a tranzistorului din integrat).

Daca se face binning la leduri de ce nu se monteaza in "cuptor" (metoda fara masurare in impuls) 10,20 sau 30 leduri si masurarea si caracterizarea sa se faca individual cu ajutorul unui multiplexor? Prin cuptor se intelege orice incinta, mai mica sau mai mare, care poate fi termostatata si are o izolare termica de mediul inconjurator. Daca cuptorul are si geam se pate face selectia si in functie de culoare.

@der_doktor: eu sunt mai degraba un "avocat al diavolului" ceilalti isi bat capul ca sa dea raspuns. Personal sunt adeptul metodei comparative, lente, si nu a celeia in impuls dar este doar preferinta mea.

Editat Martie 15, 2015 de The Stressmaker

[Dxxx]

Daca mi-am recunoscut ignoranta cu privire la rezistenta de izolatie a condensatoarelor, si oarece superficialitate - ca nu m-am documentat in avans, pana la urma am dres-o.

Oricum era mai mult o poveste anecdotica, ca sa va descretesc fruntile.

 

Referitor la schema insa nici nu m-am grabit, nici nu cred sa fi gresit, pentru ca am tot analizat ce si cum, chiar dinaintea existentei threadului.

Asa ca ce pare intamplator sau chestionabil este posibil sau chiar probabil sa fie si justificat si argumentat:

 

1. principiul enuntat de UDAR este a unui "semnal dreptunghiular" cu factor de umplere foarte mic - punct!

 Ratiunea este ca timpul de alimentare (H=high, daca vreti) sa fie atat de scurt incat incalzirea jonctiunii sa fie neglijabila + timpul nealimentat (L=low) sa fie suficient de lung, incat chiar daca s-a produs incalzirea sa se produca racire totala, deci sa nu escaladeze temperatura.

 

2. varianta mea preia semnalul dreptunghiular dar foloseste doar o singura perioada a formei de unda, adica este exact acelas lucru, dar nu repetitiv.

 

3. nu se poate face nimic cu nici o metoda "comparativa, lenta" pentru ca incalzeste jonctiunea

 

4. binning / multiplexor si multiple jonctiuni - toate astea nu au nici un sens acum - poate sa fie o directie ulterioara cand metoda functioneaza bine si testat. Tot ce pot sa aduca in plus este viteza... Si viteza nu e nici ceruta nici necesara.

Ce ne intereseaza in pasul unu este reproductibilitate si consistenta rezultate.

In pasul doi va fi precizie de masura.

Dupa care discutam de comoditate masura, viteza, poate si cost etc.

 

 

Referitor la viteza de incarcare a condensatorului de sample/hold lucrurile stau cu totul altfel - cum ziceam justificat si argumentat - astfel:

 

1. daca capacitatea se impunea sa fie in ordinul de 10 microfarazi, atunci aveam problema de viteza de incarcare / curentul de incarcare. Cum variatia care ma intereseaza este de 1mV = un digit cerinta era sa nu varieze mai rapid decat 2 secunde.

Dar cu condensatorul corect de numai 0,47uF nu se modifica ultimul digit mai repede de 20 secunde, asa ca pot lejer sa-l reduc la o valoare de 0,1uF.

Evident ca un condensator de 0,1uF fata de 10uF se va incarca de ~100 ori mai repede, deci nu e nici o limitare aici si daca nu e problema la ce sa cautam solutii?

2. mai mult, incarcarea mai lenta a condensatorului este de dorit.

Daca analizati schema trebuie sa va atrag atentia ca rezistentele de la MOSFET sunt de 10K spre masa si 500R spre V+ (V+=15V).

Adica iesirea poate sa "source" cei 30mA, dar poate sa "sink" cam 0,3mA (Uc=3V)

Deci trebuie sa fim foarte atenti ca sa nu se incarce condensatorul eronat pentru ca pe ciclul de masurare nu va fi timp sa se redescarce.

 

??? ce vreau sa spun???

 

- ciclul de masura incepe cu comutarea curentului dat de GCC de la dummy la LEDul de masura.

Comutarea va determina oscilatii de "hunting" in valoarea curentului +/- fata de valoarea la care se stabilizeaza.

Sper ca huntingul sa fie cat mai scurt, dar realist, el va exista.

- pericolul este ca pe timpul hunting-ului sa nu se injecteze o tensiune mai mare in condensator care nu va mai putea fi descarcata.

- deci solutia este ca incarcarea sa se faca atat de lent incat hunting-ul sa fie sigur terminat cand condensatorul se apropie de valoarea finala.

 

3. probabil ca pentru a lungi incarcarea condensatorului rezistenta de la V+ va trebui sa fie marita in practica, sau voi pune un condensator mai mare decat strictul necesar.

 

4. in nici un caz IC 4066 nu va avea probleme de incalzire pentru ca prin 3 porti trec 30mA - doar discutam de masura in impuls ~ 1ms, si repetarea mai rapida de cateva secunde e exclusa.

Este pur si simplu limita constructiva, si marind rezistenta din V+ curentul va fi mai mic.

 

 

Second thought:

Solutia cu AO (OA) plus Mosfet si capabilitati mari de source si mici de sink era in ideea ca este necesar un condensator mare, si pentru a face incarcarea cu MOSFETul deschis la saturatie.

Cum experimentul arata ca sunt suficiente valori mai mici ale capacitatii cred ca se poate studia incarcarea direct din iesirea AO (OA).

Editat Martie 15, 2015 de Dxxx