Ma o čemu ti pričaš. Vjerojatno si pobrkao lončiće. Tko je ikad spominjao paralelno spajanje LEDica. Mislim stvarno. Pa daj jednom upotrijebi ohmov zakon. U=I×R; R=U/I; I=U/R. Da li je to tako teško.
Ajde da prvo ovo riješimo jer je VAŽNO za daljnju raspravu.
Prvo, zaboravi ohmov zakon jer je struja LED-ice (u radnom području):
I = I0 * ϵ ^ (e*Uf / n*k*T)
pri čemu je:
I0 - Inverzna struja zasićenja
ϵ - Eulerov broj
e - naboj elektrona
Uf - napon
n - konstanta koja je definirana mnogim tehnološkim paramterima
k - Boltzmannova konstanta
T - temperatura u Kelvinima
Iako po ovoj formuli djeluje da struja pada porastom temperature, to nije tako jer je i I0 ovisna o temperaturi. Nemam u planu ići toliko daleko s teorijskim osnovama. Konačni rezultat temperaturne ovisnosti je da se graf ovisnosti struje o naponu porastom temperature "sabija" po naponskoj osi.
Uz konstantnu temperaturu, ovisnost struje o naponu ovisi još o faktoru "n" koji varira u proizvodnji s malim odstupanjima u procesu.
Dakle, kao što možeš vidjeti, za praktičnu primjenu je daleko praktičnije koristiti se grafom nego računati po formuli (za koju u pravilu i nemaš sve parametre poznate). Svrha ove formule je bila da ti pokažem da ne možeš koristiti ohmov zakon jer je kod LED-ice R = f(U), pa ohmov zakon poprima oblik I = U / f(U).
Po tebi će sve ledice u seriji pri jednom protoku struje davati iste padove napona i disipaciju snage, ako im se karakteristike razlikuju. Tvoja priča jedino stoji ako su sve LEdice (možeš čitiati i otpor) posve istih karakteristika kod određene struje i napona. Da li možeš već jednom shvatiti da među njima ima odstupanja hajde u dozvoljenoj toleranciji, ali ima.
Oprosti, ali ja to nisam nigdje napisao. Kroz LED-ice spojene u seriju će uvijek teči ista struja (Kirchhoffov prvi zakon). Padovi napona na LED-icama, a time i snaga će odstupati ovisno o karakteristikama, što sam već i napisao (čak i potkrijepio računom). Povratni utjecaj pada napona na struju kroz LED-ice će ovisiti o dinamičkom otporu strujog izvora (koji je za CC driver jako mali, a za otpornik relativno velik, što sam također potkrijepio računom).
Dakle ponavljam. Ona koja postigne reguliranu struju prva, regulirat će protok kroz cijelu serijsku granu kod nekog napona. Evo ti jednog primjera. Žarulja za bicikl je nazivnog napona 6V, jer dinamo daje taj napon. Prednja žarulja je 6V/2,4W (0,4A), a zadnja 6V/0,6W (0,1A). Pokušaj ih spojiti serijski na 12V. Moj ti je savjet da to ne pokušavaš, jer će ti ova druga istog časa krepat. Ako kroz tu seriju kod 12V ograničiš struju od 0,1A, druga će goriti, dok će prva tinajti. Istina da je ovaj primjer sa velikim razlikama o onom što pišem, ali se nadam da ćeš sada napokon shvatit što želim cijelo vrijeme reći.
U serijskom spoji niti jedna neće postići reguliranu struju prva jer je struja kroz njih ISTA (ponovno Kirchhoffov prvi zakon). Ovisno o odstupanjima u karakteristici će se napon neravnomjerno rasporediti po LED-icama, ali o tome ćemo kasnije. Jedini način na koji LED-ica može utjecati na regulaciju STRUJE je preko dinamičkog otpora strujnog izvora (u praksi jedino moguće kod otpornika koji je lošije rješenje u svakom pogledu).
Također, primjer ti je potpuno promašen jer su žarulje tek posredno nelinearne (otpor im ne ovisi direktno o naponu, već preko temperature), ali što je još važnije, imaju pozitivni temperaturni koeficijent (otpor im raste zagrijavanjem), dok LED-ice imaju negativni (dinamički otpor im pada zagrijavanjem).
ZAKLJUČAK: LED-ice se spajaju u seriju jer im je odstupanje napona pri istoj struji jako malo, dok je odstupanje struje pri istom naponu jako veliko. Pri tom dolazi do odstupanja snage pojedinih LED-ica zbog malih odstupanja u naponu, pri čemu je proizvođač već uračunao ta odstupanja pri projektiranju čipa za preporučenu i maksimalnu struju, preporuke hladnjaka i slično. Dodatno, kod serijskog spoja i napajanja konstantnom strujom, zbog temperaturne karakteristike LED-ice dolazi do djelomične kompezacije odstupanja jer porastom temperature pada napon, a time i snaga.
Sad možemo nastaviti dalje:
OK idemo dalje. Da li snižavanjem radnog napona nekog elementa smanjujemo i struju pa time i potrošnju? Opet se vraćam onom filmu i grafu. Odgovor je da. Da li povećavanjem radnog napona raste i struja pa time i potrošnja. Opet da.
Dakle, čitava ova gore priča se svodi na to da je ovisnost struje o naponu nelinearna i da je cilj regulirati struju, a ne napon. Dodatna prednost tog pristupa je da, kod izvora niskog dinamičkog otpora je to što toplijoj LED-ici pada napon, a kako je struja konstanta (jer driver tako diktira) pada i snaga, pa se samim time manje zagrijava što dodatno ublažava odstupanja u karakteristici.
Da li se povećanjem potrošnje, odnosno snage povećava i intenzitet svjetla. Da. Da li se time povećava temperatura. Da. Da li se time skračuje vijek trajanja LED Chipa. Da. I što sada. Da li se tvom regulatoru konstantne struje može promijeniti taj limit i spustiti za određeni iznos kako bi na diodi pao napon za 0,1V. Da. Da li se u jeftinijim žaruljama koji nemaju limitatore, već otpornike može povećati otpor i time smanjiti napon. Može. Sve ovo kada sam pisao o tome nisam mislio na nas, već proizvođaća. Da spuste radni napon na svakoj LEDici za 0,1V definitivno bi se povećao radni vijek tog elementa. Pa to je valjda svima jasno. Možda ne 100%, već 70%, ali to nije bitno. Ne znam zašto se upurno hvataš za tu slamku i stalo se vraćaš na isto. Nus pojava koje je tu neizbježna je slabije svjetlo i napisao sam više puta da bi se time smanjila jačina svjetla žarulje, ali povećala trajnost. Svi žele napraviti što jaču LED žarulju sa više lumena u istom kučištu, a faktor trajnosti im je sekundarna stavka. No ovih 15.000sati do kojeg su već svi došli je recimo zadovoljavajuće. Recimo LED žarulja 18W (100W) ima trajnost 15.000 sati i jačinu svjetla 1700lm. Smanjenjem napona na svakom LED chipu za 0,1V žarulja bi postala 15W, trajnost bi bila sigurno preko 20.000 sati i imala bi jačinu svjetla 1500lm. Malo bi se spustila i temperatura svjetla, ali zanemarivo. E sada ako ti misliš da bi tom promjenom trajnost ostala ista, onda ti ne mogu više pomoći.
Evo ti jedan primjer i usput pitanje. Imaš običnu žarulju od 100W/230V. Samim time je lako izračunati da je onda struja 0,43A. Spuštanjem napona na 220V ta ista žarulja više neće trošit 100W već manje. I struja će biti manja. Što smo time dobili. Malo slabije svjetlo i povećanje trajnosti. Pošto već 30god. u boravku imam regulator napona (nije bitno na koji način radi) i luster sa 6 žarulja, u tih 30 god. crkle su samo 2 žarulje. Ni jedna doslovce ni jedna u radu, već skidanjem radi brisanja prašine i pranje lustara. Prosječni radni napon tih žarulja je 90-120V naravno izmjenično. U par navrata sam to mjerio pa znam u kojem položaju mora biti potenciometar. Tu i tamo po potrebi se okrene potenciometar na max. ali to je relativno kratko.
Dakle svakom potrošaču pogotovo koji se zagrijava, produžuje se vijek ako mu je temperaura niža. Da li se bar sa time slažeš?
Nekidan sam imao u ruci (ručnu) lampu s LED emitorom koja na maksimalnoj snazi sa 15 cm udaljenosti grije ruku, a u ruku ne možeš gledati jer te i na dnevnom svijetlu refleksija od dlana zasljepljuje. Mislim da toj lampi ne nedostaje lumena.
Proizođači za svaki proizvod traže optimum (pogotovo oni koji planiraju dulje biti na tržištu, a ne samo zgrabit pare na hit proizvodu), pa će lampe namijenjene za HGSS imati dovoljno lumena da na 50 m u grmlju možeš uočiti japanku zalutalog Poljaka, te dovoljno baterije i hladnjaka za pouzdan rad u cijelonoćnoj potrazi, pa makar bila malo teža, dok će kućne žarulje biti projektirane na način da osiguraju ugodno svijetlo, te da omjerom trajnosti, cijene i rizika od prijevremenog cvrkavanja potaknu kupca da ostane vjeran proizvođaču.
Sigurno proizvođači poput Philipsa, Osrama i sličnih ne slažu žarulje prema dijelovima dostupnima na eBay-u već prema istraživanjima i proračunima koji predstavljaju poslovnu tajnu (zašto bi netko koristio plodove istraživanja u koje su oni uložili vrijeme i novac).
Da, svaki elektronički skop ako radi uz manje zagrijavanje, kasnije stari, tu se definitivno slažemo. Međutim, ta izjava je u rangu izjave "ako manje trošim, više će mi ostati" - isto stoji, ali je pitanje kako to postići, a da ti ništa ne nedostaje. Ako blokiraš auto na 2500 rpm, motor će ti dulje trajati, ali zaboravi na pretjecanje.
Dakle, za produljiti trajanje LED žarulja do sad si iznio dva pristupa:
1.) Kompenzirati odstupanja tako da zasebno reguliramo svaku LED-icu
To tehnički možemo napraviti tako da stvarno reguliramo svaki čip posbno, pri ćemu bi za više čipova (sve preko 2-4 u E27 žarulji spada u SF) to postalo preglomazno i nepouzdano, dok bi se za manji broj čipova javio problem homogenosti svijetla.
Postoji još jedna teoretska mogućnost za to napraviti, a to je u serijskoj grani paralelno svakoj LED-ici spojiti otpornik koji bi dio struje preuzeo na sebe, pa ako na nekoj poraste pad napona, on bi preuzeo više struje i tako malo spustio pad napona. Problem s takvim rješenjem je pad efikasnosti jer bi se struja kroz otpornike pretvarala u toplinu, a ta toplina bi poništila sve benefite koje bismo eventualno dobili.
Mislim da smo ovaj pristup već eliminirali.
2.) Smanjiti snagu čipova
OK, slažem se da bi ovo imalo efekta, ali ako meni treba XY lumena, to možemo postići:
- dodavanjem većeg broja čipova u žarulju - već troškovi proizvodnje, više elemenata u žarulji. Vjerojatnost kvara barem jednog čipa je broj čipova * vjerojatnost kvara jednog čipa. Vjerojatnost kvara nije linearno ovisna o radnoj temperaturi, pa tako u području maksimalne snage računica ima smisla, dok ispod određene točke jednostavno povećanje broja čipova nadvlada pad vjerojatnosti kvara jednog čipa i ukupna vjerojatnost kvara krene rasti.
- stavljanjem jačih čipova - isti broj čipova, ista snaga, ali sad čipovi rade na manjoj snazi u odnosu na maksimalnu, pa je vjerojatnost kvara manja. Međutim, cijena žarulje je veća jer su veći troškovi proizvodnje. Ako žarulja dođe 20% više, ali će trajati 50 % dulje, super, kupujem. Međutim, ako je situacija obrnuta, računica ne drži vodu.
- žarulja je takva kakva je, ima lumena koliko ima, ali će dulje trajati. OK, ali mi onda trebaju dvije, pa mi je opet skuplja.
S obzirom da na tržištu postoji nešto što se zove tržišno natjecanje, proizvođači su itekako prisiljeni uzeti u obzir kompletnu računicu i odvagati koje čipove staviti i koliko komada za postići ciljani intezitet svijetla. Ti sad dolaziš s paušalnom procjenom izraženom u neprikladnim jedinicama i čudiš se zašto ekipa reagira onako kako reagiramo.