Ich habe im Sommer mit Teilen aus der Bastelkiste einen Sun Jar improvisiert, der hervorragend funktioniert hat (ein Sunjar ist so ein Einmachglas das tagsüber lädt und nachts leuchtet) Nun wollte ich noch ein paar davon bauen. Da ich dafür jetzt neue Teile brauche habe ich die funktionierende Schaltung in LTSpice mit käuflichen Teilen simuliert (1.Bild) Links und rechts sind Ersatzschaltbilder für ein 5.5V Solarmodul bzw. einen 600mAh Akku. Der ist auf 240s=24h skaliert. Als ich die Schaltung nun real aufgebaut habe musste ich feststellen dass sie sich ganz anders verhält als die Simulation. Schon ohne R1 schaltet bei Dunkelheit Q1 durch so dass D1 mehr als 120mA kriegt. Durch rumprobieren zeigt sich, dass sowohl die Zenerdiode als auch das Solarmodul daran beteiligt sind. Ich habe dann durch ausprobieren die Schaltung wie auf (2.Bild) modifiziert, so dass sie funktioniert. Aber die Simulation funktioniert nur dann ähnlich wie die tatsächliche Schaltung wenn man einen Widerstand von 10.5k annimmt der parallel zum Solarmodul liegt (Rp, nicht tatsächlich vorhanden!) Ich muss annehmen dass LTSPICE den Rückstrom sowohl der Zenerdiode als auch der Dioden des Solarersatzschaltbilds irgendwie nicht richtig berücksichtigt. Beides ist mit Herstellermodellen simuliert. Die Frage ist jetzt: was muss ich dazumalen damit LTSpice das richtig simuliert und ich es optimieren kann? Der angenommene Verlust-Widerstand Rp ist sicher nicht zielführend, wenn es in WIrklichkeit irgendwelche Diodenkennlinien sind...
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Wenn die Simulation deiner Solarzelle nicht korrekt ist, musst du halt das korrekte Modell/Ersatzschaltbild liefern. Und ja, vor allem bei Zenerdioden ist eine Simulation irreführend. Deren Kennlinie ist mit etlichen, nicht simulierbaren Toleranzen behaftet. MbMn ist deine Schaltung sowieso von sehr vielen Bauteiltoleranzen abhängig. Sogar die Serienstreuung der LED wird dir auf die Füße fallen.
Roland E. schrieb: > Wenn die Simulation deiner Solarzelle nicht korrekt ist, musst du halt > das korrekte Modell/Ersatzschaltbild liefern. Das ist eine 08/15 Solarzelle. Für diesen Anwendungsfall sind ja nichtmal Rp/Rs relevant. Dioden habe ich verschiedene ausprobiert. Die Simulation, das Ersatzschaltbild oder die Diodenmodelle berücksichtigen irgendwas wesentliches überhaupt nicht. Roland E. schrieb: > MbMn ist deine Schaltung sowieso von sehr vielen Bauteiltoleranzen > abhängig. Richtig, das ist bei der funktionierenden Schaltung aber viel ausgeprägter als bei der theoretischen, deshalb will ich der Sache ja auf den Grund gehen.
Die Schaltung mit Q1 ist doch falsch. Die sollte doch detektieren, dass die Batterie geladen wird. Stattdessen detektiert die, dass das Solarmodul zuwenig Spannung hat und entlädt dabei die Batterie. Außerdem muss in Reihe zur Diode ein Widerstand zur Strombegrenzung eingefügt werden.
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Helmut S. schrieb: > Die Schaltung mit Q1 ist doch falsch. Die sollte doch detektieren, dass > die Batterie geladen wird. Q1 ist ein PNP, hast du das berücksichtigt? Der schaltet die LED ab solange die Solarzelle Spannung liefert. Bei Dunkelheit ist er an, begrenzt aber den Strom durch die LED, deshalb braucht die keinen Vorwiderstand. Und die LED begrenzt die Entladung des Akkus. Das ist eine einfache Standardlösung, die im Prinzip funktioniert wie im 1. Bild, zB. in SPICE. Die gemäss der Simulation funktionierende Version hatte übrigens einen Transistor mit Verstärkungsfaktor hFe=167. Der jetrzige hat hFe=400. Es fliesst offenbar ein negativer Strom über die Zenerdiode und das Solarmodul der ausreicht den durchzuschalten, aber nicht simuliert wird.
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Dirk D. schrieb: > Helmut S. schrieb: >> Die Schaltung mit Q1 ist doch falsch. Die sollte doch detektieren, dass >> die Batterie geladen wird. > > Q1 ist ein PNP, hast du das berücksichtigt? Der schaltet die LED ab > solange die Solarzelle Spannung liefert. Danke Dirk. Ich war da auf dem falschen "Dampfer". Ich hatte gedacht, dass die die LED das Laden anzeigen soll. Das ist aber die LED zur Beleuchtung sobald es dunkel wird.
Dirk D. schrieb: > begrenzt aber den Strom durch die LED, deshalb braucht die keinen > Vorwiderstand. Wie soll denn diese "Begrenzung" funktionieren? Ich sehe jedenfalls nichts, was bei Dunkelheit einen definierten LED-Strom einstellt. Den Verstärkungsfaktor des Transistors und irgendwelche Z-Dioden-Ströme sollte man dafür eher nicht nehmen...
Das ist das Problem. Der Strom wird eigentlich durch R1 bestimmt. Wenn aber R1 gegen unendlich geht muss ich den Solarteil vernünftig nachvollziehen können.
Häng doch mal das .asc-File an. Und schreibe, was Du Dir bei der Konstruktion so gedacht hast. Was ist denn der Akku? Der 3,5F? Und die vielen MURS320 sind die Solarzele? Da fehlt doch eine Leitung, oder sind die alle auf Gnd gelegt?
Links ist das Ersatzschaltbild für ein 5.5V Solarmodul. Eine Stromquelle und 11 Dioden, ein hoher Rp und ein niedriger Rs, die zwar geschätzt sind aber grössenordnungsmässig keine Relevanz haben. Rechts ist das Ersatzschaltbild für einen Akku. Ein Kondensator und ein kleiner Ri. Der Kondensator ist so gewählt das 240s in der Simulation 24h in der Realität entsprechen, bei einem 600mAh LiIon. Beides ist an Gnd, aber weil es nicht zur eigentlichen Schaltung gehört hatte ich den gaaanz weit unten reingemalt. Die eigentliche Schaltung: 4.3V Zener + 0.5V Schottky begrenzen die Spannung zum Akku. Wenn die Solarzelle beleuchtet wird ist Ube positiv und Q1 sperrt. Ist es dunkel, wird Ube über R1 negativ und die LED leuchtet. R1 begrenzt den Strom, da die Spannung auf die Akkuspannung begrenzt ist. Nach unten ist die Spannung auf ca. 2.5V begrenzt wg. D1. D1 ist eine gebinnte high CRI LED 3V/120mA, wird aber nur bis 80mA betrieben. Dh. es gibt genügend Spielraum für Toleranzen. Das ganze leuchtet im Sommer locker 5h. Die Zener ist eigentlich eine BZX55C4V3, aber dafür finde ich gar kein Modell. Die sollte allerdings soger eine schärfere Kennlinie haben als die modellierte.
Dirk D. schrieb: > ein hoher Rp und ein niedriger Rs, die zwar geschätzt > sind aber grössenordnungsmässig keine Relevanz haben. Nun, da Du ja experimentell festgestellt hast, daß das Solarmodul bei Dunkelheit offenbar doch einen deutlichen Einfluss am Strom durch die LED hat, scheint die Größenordnung von Rp aber doch relevant zu sein! Dirk D. schrieb: > wird aber nur bis 80mA > betrieben. Ich sehe immer noch nicht, wie Du diese 80 mA gewährleisten willst!? Der LED-Strom wird durch den Basisstrom und den Verstärkungsfaktor des Transistors bestimmt, und beides ist reichlich undefiniert! Die Entladespannung des Li-Akkus ist mit den 2,5V eigentlich schon viel zu niedrig, und über den Basisstrom (der ja weiter fließt) wird der Akku dann auch noch weiter entladen. Spätestens nach ein paar Tagen mit schlechtem Wetter dürfte der Akku hin sein. Der Strom durch die Z-Diode ist auch unter 4,3V nicht zu vernachlässigen (und auch reichlich undefiniert), so daß zumindest bei recht vollem Akku R1 in der linken Schaltung den geringeren Teil des Basisstroms ausmachen dürfte. Folglich lässt sich der Basisstrom auch nicht vernünftig durch R1 bestimmen. Ich sag's mal so: Ich würde das Produkt so nicht kaufen... (und damit meine ich nicht LTSpice ;) )
Ich sag doch, der Sun Jar leuchtet seit Mai oder so. Ich habe ein Problem nicht mit der Realität sondern mit der Simulation. Wenn eine Schaltung mit Transistor und Basiswiderstand keinen berechenbaren Strom geben würde, dann bräuchten wir keine Elektronik. Tatsache ist, dass es in LTSpice keinen Unterschied macht wenn ich den Teil mit der Zenerdiode und dem Solarzellenersatz komplett abtrenne. Das ist fern jeder Realität. Offenbar sind alle Dioden "ideal". Ich möchte eigentlich nur wissen ob LTSpice auch echte Dioden kann, und was im Modell dazu drinstehen muss. Irgendjemand muss doch schonmal darüber gestolpert sein :o}
> nur wissen ob LTSpice auch echte Dioden kann, und was im Modell dazu drinstehen
muss.
LTspice simuliert das was du vorgibst.
Dein Problem ist dein Modell für die Solarzelle. Dein Modell hat eine zu
hohe Leerlaufspannung und die Dioden sind zu ideal verglichen mit der
Solarzelle.
Du kannst ja mal selber bei Dunkelheit 10uA, 100uA, 1mA auf Das Modul
geben und dabei die Spannung messen. Das Diodenmodell dann so anpassen,
dass es sich gleich verhält.
Zeig mal bitte das Datenblatt der Solarzelle (Link genügt).
Das hat mich jetzt tatsächlich weitergebracht. Leider gibt es zu dem Fitzel-Solarmodul natürlich kein Datenblatt. Aber es sind 11 Zellen und 5.5V VOC, also jeweils 0.5V. Die Dioden sind bezüglich meiner Problematik in Vorwärtsrichtung. Bisher hatte ich nur die normalen durchprobiert, mit Schottkys kriege ich endlich einen Effekt. Jetzt ist aber die Frage, was bedeuten die 0.5V VOC bezüglich der Diodenkennlinie? Die eingezeichnete Diode MURS320 steigt schon bei 0.5V ein... Die Zener krieg ich vielleicht auch noch realistisch hin. Für BZX55C3V6 und BCX55C5V1 gibt es nämlich Modelle, das sind aber Assemblies aus jeweils 3(!) Dioden. Vielleicht nehm ich einfach mal den Durchschnitt zwischen den beiden :)
Voc ist die Leerlaufspannung bei beleuchtetem Modul. Die Stromquelle in der Simulation auf maximalen Kurzschlussstrom setzen und dabei die Spannung an den Dioden messen. Dabei wird keine Last angeschlossen. Die sich einstellende Spannung ist Voc.
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Interessant. Ich wusste nicht das Isc und Voc zusammenhängt. Dann bräuchte ich eine Diode die bei 0.5V 100mA durchlässt, nicht wahr?
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Dirk D. schrieb: > Interessant. Ich wusste nicht das Isc und Voc zusammenhängt. Dann > bräuchte ich eine Diode die bei 0.5V 100mA durchlässt, nicht wahr? Ja. Die Spannung stellt man mit Is und N ein. Nimm N=1.5 und passe Is an damit U=0,5V entsteht. Irgend einen Ohmschen Serienwiderstand hat die Diode auch noch. Beispiel: .model DSOL D(Is=1u N=1.5 Rs=0.5 Cjo=1n)
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Dirk D. schrieb: > Wenn eine Schaltung mit Transistor und Basiswiderstand keinen > berechenbaren Strom geben würde, dann bräuchten wir keine Elektronik. Eigenartige Schlussfolgerung - der Satz ist ähnlich sinnreich, wie "Wenn die Stellung des Gaspedals keine berechenbare Geschwindigleit ergeben würde, bräuchten wir keine Kraftfahrzeuge" Natürlich kommt bei einer Rechnung bzw. einer Simulation (die ja auch nur eine Berechnung ist) ein bestimmtes Ergebnis heraus. Wenn Du das mit "berechenbar" meinst, ist es tatsächlich berechenbar. Aber ob das für die real, aus echten Komponenten aufgebaute Schaltung so stimmt, steht auf einem anderen Blatt. Schon zwei gleiche, reale Schaltungen, die nach Deinem Schaltplan aufgebaut wurden, können beim Strom durch die LED erheblich abweichen. Das meine ich mit "undefiniertem" Strom. Wenn Ziel der Simulation ist, experimentell auf korrekte Bauteilewerte für eine (Klein-)Serienproduktion zu kommen, kannst Du das wohl eher vergessen. P.S.: Tipp: Du kannst auch in LTSpice das Verhalten der Schaltung mal bei verschiedenen Temperaturen simulieren (z.B. .opt TEMP = 30)
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Helmut S. schrieb: > Die Spannung stellt man mit Is und N ein. Nimm N=1.5 und passe Is an > damit U=0,5V entsteht. Danke für deine Hilfe ich kann jetzt den Dunkelstrom plausibel simulieren, auch wenn ich natürlich die genaue Kennlinie der Solarzelle nie rauskriege. Ich wusste nicht das die Solarzellen so weit unterschiedlich von Standarddioden sind.
Thomas E. schrieb: > Eigenartige Schlussfolgerung - der Satz ist ähnlich sinnreich, wie "Wenn > die Stellung des Gaspedals keine berechenbare Geschwindigleit ergeben > würde, bräuchten wir keine Kraftfahrzeuge" Würdest du in so einem Fahrzeug fahren wollen? Wie bereits Eingangs des Threads gesagt wurde hatte ich lediglich nicht das richtige Modell für meine Schaltung. Mit der LED habe ich kein Problem, der Transistor ist doch ein Stromverstärker, oder nicht? Die LED kann den Strom nicht beliebig erhöhen. Jedenfalls funktioniert es auch im Praxistest. Die LEDs sind wie gesagt gebinnt und werden unterstromt. Mein Fehler waren zwei Dinge: - Die Solarzellen sind bei der Akkkuspannung schon durchgängig, die normalen Dioden, die ich dafür eingesetzt hatte, nicht. Der funktionierende Sunjar hat aber ein 9V Solarmodul. Das hat bei gleicher Akkuspannung wesentlich weniger Dunkelstrom. - Die Zenerdiode kann man nicht durch eine einzelne Spice-Diode simulieren, auch wenn die Hersteller solche abliefern. Dabei wird der Breakdownbereich nicht realistisch abgebildet. Jetzt wo ich die empirisch ermittelte Schaltung auch simulieren kann bin ich hin- und hergerissen. Im Prinzip ist das Verhalten nicht ideal, denn der Strom sinkt steil ab. Auf der anderen Seite leuchten beide Jars nach dem regnerischen Tag heute auch um 21:00 noch sehr tapfer. Wahrscheinlich werde ich einfach noch eine Version mit Diode vor der Basis des Transistors basteln, damit ich meinen R1 wiederkriege, und die dann gegeneinander antreten lasssen. Dank eurer Beiträge bin ich jetzt jedenfalls weiter, das hat sich auf jeden Fall gelohnt. PS: Ich habe auch deinen Tipp mit der TEMP ausprobiert. Demnach wäre das "Produkt" bis 60°C safe. Das war auch meine Einschätzung.
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Dirk D. schrieb: > Würdest du in so einem Fahrzeug fahren wollen? Muss ich wohl - denn es gibt kein KFZ, bei dem die Stellung des Gaspedals direkt die Geschwindigkeit vorgibt. Um unabhängig von Gegenwind, Steigung/Gefälle, Temperatur, Spritqualität usw... mit einem vorgegebenen Tempo unterwegs zu sein, muss man auf den Tacho schauen und die Stellung des Gaspedals laufend korrigieren - und sowas in der Art bräuchtest Du auch für Deine Schaltung! Ersatzweise tut es auch ein simpler Vorwiderstand vor der LED. Dirk D. schrieb: > Die LEDs sind > wie gesagt gebinnt Warum weist Du ständig darauf hin? Welchen Vorteil verspricht Du Dir davon? Warum ist z.B. Dein Transistor nicht "gebinnt"? Bei dem wäre das viel wichtiger, da Du ja den LED-Strom nur über den Basisstrom und den Verstärkungsfaktor festlegen willst. Wenn der Transistor nicht selektiert ist, bekommst Du irgendwas zwischen 250 und 630 beim Verstärkungsfaktor - auf welchen dieser Werte willst Du denn Deinen Basiswiderstand auslegen? Dirk D. schrieb: > Die LED kann den Strom nicht beliebig > erhöhen. Durch die LED fließt der Strom, den der Transistor hergibt!
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Der Schaltung fehlt der Serienwiderstand von ca. 10Ohm in Reihe zur Leuchtdiode. Der ist unbedingt notwendig um einen definierten Strom einzustellen.
Thomas E. schrieb: > Warum weist Du ständig darauf hin? Welchen Vorteil verspricht Du Dir > davon? > Warum ist z.B. Dein Transistor nicht "gebinnt"? Bei dem wäre das viel > wichtiger, da Du ja den LED-Strom nur über den Basisstrom und den > Verstärkungsfaktor festlegen willst. Wenn der Transistor nicht > selektiert ist, bekommst Du irgendwas zwischen 250 und 630 beim > Verstärkungsfaktor - auf welchen dieser Werte willst Du denn Deinen > Basiswiderstand auslegen? Natürlich sind Transistoren gebinnt. Dafür steht doch das A/B/C. Alle Exemplare die ich aus meinem Strip bisher entnommen habe hatten +/- ß 400 und sonst würde ich die weglegen. Ich habe das bei den LEDs immer betont weil das bedeutet das ich die Schaltung nicht an die einzelne LED anpassen muss, wie du andeutest. Die Produktion von Beleuchtungs-LEDs ist immer noch eine Art präindustrieller Prozess, im Vergleich mit Transistoren. Die kommen in allen Farben, Leuchtstärken und Spannungen da raus. Aber man kauft eine ganz bestimmte selektierte Kombination davon. Je präziser je teurer, ausser wenn es wurscht ist welche Kombi wie bei mir. Helmut S. schrieb: > Der Schaltung fehlt der Serienwiderstand von ca. 10Ohm in Reihe zur > Leuchtdiode. Der ist unbedingt notwendig um einen definierten Strom > einzustellen. Das must du mir erklären, denn meines Wissens erfüllt der Transistor+Basiswiderstand die gleiche Funktion wie ein Vorwiderstand, unter Berücksichtigung der definierten Temperatur und Stromabhängigkeit der Verstärkung, da der Transistor ein Stromverstärker ist. Oder was meinst du?
> Das must du mir erklären, denn meines Wissens erfüllt der Transistor+Basiswiderstand die gleiche Funktion wie ein Vorwiderstand, Die spezifierte Stromverstärkung von Transistoren streut um bis zu Faktor 2,5. Deshalb darf der benötigte Kollektorstrom nicht direkt von der Stromverstärkung abhängen. Da wäre die Streuung viel zu groß. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/BC327-D.PDF BC327-40 Bmin=250 Bmax=630
Dirk D. schrieb: > Natürlich sind Transistoren gebinnt. Dafür steht doch das A/B/C. beim BC327 steht "-40" für die Selektion der Verstärkung. Und dazu steht im Datenblatt eben der o.a. Bereich von 250 ... 630, also über 250% Toleranz! Dagegen kann man ein paar % höhere oder niedrigere Flussspannung bei völlig unselektierten LEDs getrost vernachlässigen. Dirk D. schrieb: > Alle > Exemplare die ich aus meinem Strip bisher entnommen habe hatten +/- ß > 400 und sonst würde ich die weglegen. Reine Glückssache, wenn die ungefähr das gleiche Beta haben! D.h. Du machst Dir lieber die Mühe, Deine Transistoren nach Verstärkung auszusortieren, als 1 Cent für einen simplen (Vor-)Widerstand zu spendieren, dessen spezifizierter Wert um Größenordnungen genauer ist? Und im Gegensatz zur Stromverstärkung des Transistors kann man beim Widerstand davon ausgehen, daß er seinen Wert auch bei größeren Temperaturunterschieden noch einhält (zumindest innerhalb seiner spezifizierten Toleranz)! Normalerweise legt man Schaltungen so aus, daß deutlich Toleranz-behaftete Werte (wie Verstärkungsfaktoren von Transistoren, Batteriespannungen, Betriebstemperaturen, Flussspannungen von LEDs, differenzielle Widerstände von Z-Dioden usw...) möglichst keine großen Einflüsse haben. Also, warum versuchst Du krampfhaft den Vorwiderstand durch eine Krücke von Schaltung zu ersetzen?
Den Transistor zu checken dauert weniger lang als den einzulöten. Ich will da jetzt nicht drauf rumhacken, aber ich glaube nicht dass ich 2017 noch mit 250 oder 625 kalkulieren muss. Das war vielleicht 1980 so als der geboren wurde. Egal, hauptsache es leuchtet :)
Du scheinst ja ein echter Experte zu sein - weißt, wie LEDs hergestellt werden ("kommen in allen Farben raus, ein präindustrieller Prozess") und daß Transistoren in 2017 ihren Beta garantiert +/- 1% einhalten! Dein Elektronikverständnis geht nicht nach allgemein bekannten Fakten, sondern nach Deinem Glauben und Wissen, und an dieses soll sich die Elektronik und LTSpice gefälligst halten! Die Leute, die hier schreiben, haben ja alle keine Ahnung, wie toll Deine geniale Schaltung wirklich funktioniert! In Anbetracht dessen, daß Du für so eine Pipifax-Schaltung den Simulator bemühen musst, bist Du nach meinem Eindruck etwas zu sehr von Deinem (Halb-)Wissen überzeugt. Du kannst natürlich basteln, was Du willst. Aber bitte suche die Fehler dann nicht bei anderen!
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Helmut S. schrieb: > Die spezifierte Stromverstärkung von Transistoren streut um bis zu > Faktor 2,5. Deshalb darf der benötigte Kollektorstrom nicht direkt von > der Stromverstärkung abhängen. Da wäre die Streuung viel zu groß. In dieser Anwendung wird der Transistor ja im linearen Bereich betrieben und nicht als Schalter. Daher kann ich ihn nicht einfach in Sättigung betreiben um beliebige Exemplare zu verwenden. Stattdessen müsste ich einen Trimmer vorsehen. Es ist aber einfacher den Transistor zu selektieren als einen Trimmer zu verwenden. Die Strombegrenzung über den Transistor hat gegenüber dem Vorwiderstand den Vorteil unabhängig von der Diodenspannung zu sein. Danke noch mal für deien Hilfe mit der Solarzellensimulation!
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Mir fiel grade der Sun-Jar meiner Schwiegermutter ins Auge, der seit 2017 jede Nacht vor sich hinleuchtet, und ich musste wieder an diesen Thread denken :) Soweit ich weis tun die anderen fünf auch noch. Nachdem ich mich nochmal an dem ganzen Thread hier ergötzt habe, musste ich das dringend berichten. Ich melde mich dann 2021 nochmal.
Dirk D. schrieb: > Mir fiel grade der Sun-Jar meiner Schwiegermutter ins Auge Hat das nicht weh getan? Ich finds ja schon gräßlich wenn mir ne Fliege ins Auge fliegt aber gleich so nen Sunjar? :D
2021. Habe grade das Leuchtobjekt meiner Tante zur Reparatur mitgenommen. Der Reedschalter ist abgerisssen. Ansonsten funktionieren noch alle. Ich werde trotzdem das Thema 2023 nochmal aufgreifen. Bin irgendwie traumatisiert seit ich damals wissen wollte wie man das was funktioniert simuliert.
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