Sähköä ilmassa ja valoa katossa

Rakentelin tuossa sarastevaloa hiukan erillaseen kuosiin. Entinen oli kylmän valkoista ledinauhaa ja seinässä katonrajassa kiinni. Nykyinen on lämpimämmän valkoinen ja kiinnitetty lack hyllyn yläpintaan jolloin valo tulee epäsuorasti katon kautta. Lisäksi virtalähde on vaihtunut, mutta muuten systeemi on sama kuin ennenkin.

Siinä kolvaillessa johtoja huomasin mielenkiintoisen yksityiskohdan, osa ledeistä syttyi, jos koskin johtimiin samaan aikaan, kun kosketin kolvilla jotain muuta kohtaa johtimessa. Sama tapahtui valmiissa kytkennässä vaikka ledit olivat off-tilassa, mutta virtalähde oli verkossa kiinni.

Ensimmäinen ajatus oli että kyseessä on 50Hz häiriö ja DS1Z_QuickPrint2oskilloskoopilla mittaillessa asia vahvistui.  Kuvassa ei itse asiassa edes ole ledinauhaa vaan pelkästää sormella kosken oskilloskoopin proben kärkeen ja tulos on 100V, 50Hz siniaalto! Mittailin nauhasta useammastakin kohti, mutta en muita kuvia laittanut, koska ne käytännössä ovat samanlaisia, jännite vain muuttuu. Tässä kirjoitellessa tajusin yhden jutun, minulla on oskilloskooppi kiinni maadoittamattomassa pistorasiassa ja se vaikuttaa mittauksiin. Kävin mittaamassa saman keittiössä missä on maadoitus ja voltti määrä tipahti vajaaseen pariin volttiin, mutta edelleen selkeä 50Hz siniaalto.

“Hauskaa” asiassa on se, että ensimmäinen ajatus tuossa vaiheessa oli että kyllä nyt säteily hörhöt innostuu ja Vesa Linja-aho joutuu (taas) rauhoittelemaan villeimpiä hörhöjä.

50Hz häiriötä on nykymaailmassa käytännössä kaikkialla missä verkkovirtaa vain on. 50Hz aallonpituus (tyhjiössä/ilmassa) on \frac {c}{50Hz}\approx \frac {300\:000km/s}{50Hz} \approx 6\:000km . Niili ja Amazon joet ovat vain hiukan pitempiä! (Jossain maissa on 60Hz käytössä) eli aikasta pitkäaaltoista kamaa!

Virtaa ei tullut mitattua, vaikkakin ehkä sen jossain vaiheessa kokeilen mitata.

 

Mistä sitten videolla näkyvä ilmiö johtuu? Lyhyesti sanottuna ledinauha ja ihmiskeho toimii antennina ja kolvista/oskilloskoopista/jännitelähteestä on reitti maahan ja toisena “johtimena” toimii 50Hz sähkömagneettinen aalto, joka saa elektronit liikenteeseen “antennissa”.

Onko tästä sitten haittaa? Tässä tapauksessa ei, häiriö signaali on kyllä kytkennässä, mutta muutama nano/mikroamppeeri ei haittaa mitään, kun ledinauha itsessään imaisee päälle 5A virtaa. Teoriassa häiriö jännite voisi helpostikin saada jänniteohjatut mosfetit väärään tilaan, mutta käytännössä alasvetovastukset pitävät mosfetit oikeassa tilassa. Monessa muussa sovelluksessa 50Hz haittaa paljon enemmän vrt esimerkiksi kitaravahvistin, joista joskus kuuluu 50Hz hurina.

Asiassa olisi kirjoitettavaa vaikka useamman kirjan verran (EMI/RFI/common mode interference), mutta antaapa toistaiseksi olla näin yleisellä tasolla.

 

Keltainen on gate signaali ja sininen ledi-nauhan gnd
DS1Z_QuickPrint9
Keltainen on mosfetin gate ja sininen on virtalähteen plus napa.

Mittilöin aikani kuluksi samalla PWM-signaalin ledeistä ja mosfeteistä. Signaali näyttää häiriöiseltä, mutta pannaa suurin osa halvan virtalähteen syyksi, jota ei voi “hiljaiseksi” sanoa.

Hyvän kuvan virtalähteestä saa kuvasta. Reilun 5A kuorma, kun PWM-signaali on +5V. Melkoista pörinää, mutta niin kuin sanoin kyllä se  ledeille kelpaa ja ohjainkin näköjään kestää moisen.

Tämän ledinauhan värilämpö on paljon miellyttävämpi kuin edellinen, joka oli todella kylmä! Vertailun vuoksi molemmista nauhoista kuva. Kamera valehtelee molemmissa kuvissa, kylmä näyttää kylmemmältä kuin onkaan ja ei toi lämminkään oikea ole, vaikkakin lähempänä onkin.IMG_20150808_200357wpid-img_20141220_155657.jpg

 

Entäs sitten ne säteilyhörhöt ja sähköallergikot?  Noh… Toivottavasti he löytävät hyvä psykologin. En siis tarkoita, että he olisivat hulluja tai mielisairaita, jotka huijaavat oireensa. Oireet sähköallergiassa ovat erittäinkin todelliset, mutta todennäköisyys, että ne johtuisivat sähköstä on aika pieni.

 

 

 

Dummy load

Versio 1.0 toimii ja sitten voikin alkaakin suunnitella versiota 2.0.

Suunnitelmissahan oli alunperin tehdä 100w Led-virtalähteen testaukseen soveltuva laite, mutta matkan aikana suunnitelmat muuttuivat. Hetkellisesti toki kestää toikin 100w, mutta jo ekan testauksen 36w lämmitti jäähdytysrivat liian kuumiksi koskea. Laskennallisesti maksimi jatkuva teho on noin 40w. 5v käyttö jännitteellä maksimi virta on noin 3,2A, mikä on ihan suunniteltu arvo. Periaatteessa kuorma kestää virtaa huomattavasti enemmänkin, mutta jännitettä pitää pudottaa siinä tapauksessa. Enemmän säätövaraa kuorman virtaan saa vaihtamalla vastukset R4 ja R5 sopiviin.

Suunnittelu mokia kuormassa on useampia. Piirilevy on suunniteltu niin pieneksi, että kokoamisessa oli muutamia haasteita mm. kuorma/sensorivastukset olisi pitänyt asentaa eri vaiheessa.  Käyttöjännitteen vaihtelut näkyvät suoraan kuorman ottamassa tehossa. Tarkoitus oli myös saada banaani liittimet kuormaan kiinni mutta reijstä tuli väärän kokoiset.

Mittailin oskilloskoopilla soiko kuorma ja kyllähän se soi ja kovasti! IMG_20150806_131038Hetken aikaa meni päätä raapiessa, että ei voi olla totta! Ja eikä se sitten lopulta totta ollutkaan. Kuorma itsessään on ihan suhteellisen nätisti käyttäytyvä, mutta jännitelähde jolla testasin kuormaa ei käyttäydy ollenkaan hyvin. Halpa kiinalainen ebaysta, mitä muuta oli odotettavissakaan toisaalta. Kuvassa on minkä näköistä jännitettä jännitelähde antaa resistiiviseen kuormaan 6A virralla. No ledinauhoille minä itseasiassa tuon jännitelähteen ostin, joten siinä mielessä ripple ei niin haittaa, kun eipä tuota silmällä ledeistä huomaa. Ostoslistalle siis päätyi sopiva säädettävä virtalähde. Minulla on itse tehty LM317 regulaattoriin perustuva säädettävä jännitelähde, mutta 1A maksimivirralla se näkyy olevan liian pieni, eikä siinä muutenkaan ole juuri ominaisuuksilla pilattu.

Maksimi virta on suunniteltu ja periaatteessa minimi virtakin on suunniteltu, mutta minimin suunnittelu oli lähinnä tasolla ” no ei se ihan nollaan mene, mutta katsotaan mihin se jää”. Vastaus on luokkaa 90mA, korkeampi kuin olisin halunnut, mutta vähemmän kuin pelkäsin. 90mA virralla yksittäisen kuormavastuksen läpi kulkee n. 30mA virta, jolloin jännitehäviö on 0,1Ohm*30mA=3mV . Menee liian pieneksi ollakseen millään tavalla järkevä näissä olosuhteissa. LM324 input offset jännite on jo tuota luokkaa. Maksimi kuormalla 0,1Ohm*1A=100mV , joka on jo järkevämpi arvo.  Seuraavaan versioon siis pitää laittaa enemmän ohmeja, jotta homma toimii pienemmilläkin virroilla.

Arduino tms.  ohjaus on myös mahdollista kuormassa. Laitoin erikseen pinnit, johon kaikki oleellinen tulee. Erillisellä ohjauksella saa vakiovirtakuorman lisäksi vaikkapa vakio teho kuorman aikaiseksi.

Jos joku haluaa ykkösversion kytkentää ja piirilevyä tutkia ne löytyvät git-hubista.