Изготовление LED-драйвера, управляемого ШИМ-сигналом. Продираясь через лукавство готовых решений.
При приведении ремонта перед автором встал насущный вопрос приобретения точечных светильников и возникло желание сделать их управляемыми для взаимодействия с голосовым помощником в умной колонке.
Если подходящая конструкция (мой обзор на mysku) и качественные диодные сборки подходящей мощности с честным CRI 95, которые бы не сгорали от номинальной мощности через несколько месяцев, нашлись на Али (вариант мощнее и больше), то естественное желание автора купить готовую платку, с контактом «External PWM» и получить линейное изменение тока, пропорциональное коэффициенту заполнения ШИМ, не увенчалась успехом. Было принято решение найти достойную микросхему-токовый драйвер для входного напряжения до 40В и запитать точечные светильники от готового народного блока питания Suswe, напряжением 36В., с переделанной обратной связью, чтобы выходное напряжение составляло 38В.
1) 3W DC IN 7-30V OUT 700mA LED lamp Driver Support PMW DimmerDC-DC 7.0-30V to 1.2-28V Step Down Buck Converter Module
И каково же было было мое разочарование, когда по приезду товара, потянувшись за даташитом на микросхему преобразователя, обнаружил нерегулируемую XL4001e1.
Вход EN — это вход выключения выходного тока, при подаче на него логической единицы.
Однако, как нерегулируемые драйверы, платки можно считать отличными за копеечную цену. Хороший КПД в 91%, входной и выходной конденсаторы 220мкФ х 35В, дроссель с запасом по току насыщения и диод SS14.
2) Лиха беда начало, подумал я и перешел в другую ценовую категорию, начав рассматривать платки не по 100 руб/шт, а по 287 руб (на момент покупки).
LD48AJTA светодиодный модуль драйвера 72 Вт 1/2/3A 6-50 В постоянного тока
На этот раз я был осмотрительнее и предварительно для модуля LD48AJTA качественные фотографии вида сверху, где я смог рассмотреть название микросхемы-драйвера PT4123e
Заветный вход DIM есть, на него подается ШИМ-сигнал. Бинго?
Ничего не предвещало беды, но по приезду оказалось, что выходной ток крайне нелинейно зависит от коэффициента заполнения ШИМ, первые 30% вообще не реагируя на выходной ток, а потом регулируя его в пределах 35% от максимального заявленного. Это явно не входило в мои планы, хотя драйвером и можно получить стабилизированный выходной ток большой мощности без пульсаций — входной, выходной конденсаторы 100мкФ х 63В, диод SS56 и дроссель на колечке достойных размеров. В целом за 300 руб при такой мощности приемлемая платка, если не учитывать регулировку ШИМ-сигналом, а выходной ток нормально задается резистором обратной связи.
Хотя вот же в даташите они приводят нормальную реакцию на внешний ШИМ-сигнал.
Может китайцы, что-то напутали, а скорее всего, это давняя беда драйверов производства PowTech. Взять хотя бы широко распространенный PT4115E, хороший обзор которого есть на этом сайте.
Автор пришел к аналогичному выводу о нелинейности выходного тока при изменении напряжения на управляющем выходе
Но «меня терзают смутные сомнения», т.к. у Гайвера получилось собрать рабочий стабилизатор, нормально управляемый ШИМ-сигналом. Может, дело в оригинальности микросхем?
Ну что же, C'est La Vie, будем искать выход.
Итак, мне нужен импульсный драйвер, обеспечивающий светодиоды напряжением до 40В при токе до 650мА со входом управления внешним ШИМ-сигналом. При этом нужен КПД выше 90% и линейная зависимость тока от коэффициента заполнения ШИМ. Конечно, лучше использовать понижающую топологию с питанием напрямую от сети и через оптопару управлять ШИМ с контроллера, так будет выше КПД и меньше накладных расходов на преобразование, нежели использовать низковольтный (46В) БП и питать DC-DC LED-драйверы от него. От обратноходовой топологии придется отказаться, т.к. мотать дома накопительный дроссель с тремя обмотками мне не с руки. Хочется максимально технологичного и простого решения.
Первая пришедшая в голову мысль, это старинная Supertech (их купил Microchip) HV9961, но она уже очень старая, у нее низкий коэффициент мощности и еще нужен внешний полевик, что зазря удорожает конструкцию.
Смотрим, что у есть у китайских товарищей — идем на сайт bpsemi.com, в конфигураторе выбираем необходимые параметры и нам идеально подходит bp2306HK и пусть у нее максимальный ток составляет 350мА (на момент моих изысканий я еще не закупил встраиваемые светильники с COB D 19мм, ток которых 650мА).
На момент моих изысканий на Али не нашлось лота с небольшим количеством данных микросхем для пробы — пришлось покупать в отечественном ЧипДип с конской переплатой. Но заставить стабильно и беспроблемно запуститься мне не удалось, хотя я долго и упорно пытался. Обратная связь, судя по осциллограммам, не отрабатывает как надо, как я ни бился. Может, микросхемы были с браком, а скорее виновата политика bpsemi, которая приводит только скудные даташиты без аппноутов. Обидно, но этот вариант тоже отпадает.
Тут я решил, что надо диверсифицироваться и рассмотреть DC-DC LED-драйверы, там и дроссель можно не мотать, а поставить готовый, не нужна оптопара для развязывания от микроконтроллера. И опять идем на сайт bpsemi и в конфигураторе находим BP1371 40В 1.2А драйвер с простой схемой включения.
Даташит на него крайне скудный, но нам поможет даташит на сходную микросхему от той же фирмы BP1361. В частности выходной ток обратно пропорционален номиналу шунта. Нужно только экспериментально выяснить коэффициент пропорциональности. Для этого быстро оперативно разводим первую версию платы, с помощью фоторезиста оживляем ее в стеклотекстолите и убеждаемся, что коэффициент пропорциональности равен 0.0825. Т.е. выходной ток равен
Iвых = 0.0825 / Rш
Подходящие низкоомные резисторы 0805 рекомендую брать с этого лота.
Если развести плату импульсного преобразователя напряжения неверно, можно столкнуться с рядом проблем — от низкого КПД и нестабильности тока до широкого спектра выдаваемых в нагрузку помех.
Для правильной разводки нужно учитывать токи, протекающие в разных фазах работы ключевого элемента. Вот две фазы работы понижающего (как в нашем случае) преобразователя.
В фазе накачки за счет открытого транзистора VT1 по красному контуру течет ток и происходит запасание энергии в катушке Lф и конденсаторе Сф.
В фазе разряда транзистор закрыт и катушка Lф выступает в качестве источника тока. VD1 – диод, который необходим для протекания обратного тока.
Ниже приведены временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке.
Наша задача — добиться тока на нагрузке, максимально приближенному к ровной линии, чтобы коэффициент пульсаций светового потока свелся на нет. И при этом не забывая о соразмерности трат на комплектующие.
За основу взята схема с даташита, добавлен фильтрующий конденсатор по выходу — с большим запасом по емкости и посадочное место для двух резисторов обратной связи по току — R1, R2. Для получения максимального КПД диод Шоттки выбран «впритык» по обратному напряжению.
Можно было бы предусмотреть RC-фильтр на входе ШИМ-сигнала, но это я предпочитаю оставлять на стороне микроконтроллера.
Траектория тока в фазу накачки.
Траектория тока в фазу разряда.
Учитывая эти траектории будем, разводить плату, не давая разгуляться импульсным токам.
Траектория тока в фазу накачки. Наверняка в месте входного конденсатора можно было сделать лучше, но и так вполне приемлемо.
Траектория тока в фазу разряда. Контур хороший.
Плата получилась компактной, двухсторонней. Можно заказывать в компании-производителе печатных плат. У меня это был JLCPCB. За 50 плат с доставкой в российский город я заплатил около 900 рублей. Качеством плат я остался доволен.
Gerber-файлы платы лежат в расшаренной папке в облаке.
1) БП с цифровым управлением Riden RD6012w (печатал корпус еще до появления собственного принтера за баснословные деньги). Подключаю по Wi-Fi и пользуюсь официальным ПО. Очень удобно, нареканий нет.
2) Контрольный мультиметр Aneng AN870 — тоже нареканий нет. После Vici VC97 — небо и земля.
3) Электронная нагрузка Atorch DL24MP С распечатанным каркасом для крепления экрана и энкодера (за наводку спасибо обзору ув. kirich).
Единственное, что с тех пор Atorch немного продвинулся в области софта. Есть облако, где хранятся все последние версии ПО. Оттуда из папки берем последнюю прошивку версии 2 и прошиваемся последней версией ПО ATORCH-DC Load PC Software V2.0.8, в которой настраиваются цвета и в целом исправлено много мелких недоработок по сравнению с первой версией.
Однако, на форуме eevblog я набрел на замечательное ПО для электронных нагрузок и мультиметров «Test controller», которое полностью поддерживает мой прибор. Оно гораздо удобнее и функциональнее официального ПО.
Функционал настолько богатый, что я провел несколько самозабвенных вечеров, изучая все его скриптовые возможности и сопрягая с Ардуиной.
На таких небольших токах (до 1А) нет смысла задействовать 4-х проводную схему подключения электронной нагрузки (с отдельными проводниками измерения напряжения).
Проверим, насколько расходятся показания нагрузки по току с контрольным прибором.
Доли процента (по напряжению аналогично), поэтому смело учитываем показания нагрузки в своих расчетах.
Платы с запаянными компонентами.
Сначала я предполагал, что все 9 светильников в спальне будут с COB на одинаковое падение напряжения. Потом опытным путем пришел к выводу, что нужно 3 сделать мощнее (по центру) — там использовались COB 1919 на 600мА, а 6 шт. по краям — COB 1313 на 300мА. Первые я эксплуатировал на токе 450мА (падение напряжения на этом токе 34В), а вторые — на номинальных 300мА (падение напряжения 22В).
Я решил проверить:
1) в каких пределах меняется КПД преобразователя при изменении входного напряжения на нагрузке с падением напряжения 22В и при токе 300мА.
2) при каком значении емкости выходного сглаживающего конденсатора коэффициент пульсаций тока нагрузки становится неприемлемым.
В основе светодиода лежит диод или набор диодов, и, судя по вольт-амперной характеристике синего светодиода, протекающий ток экспоненциально зависит от приложенного напряжения. У сборок (COB), где светодиоды соединены матрично, экспонента не такая крутая. Из вышесказанного следует очевидный вывод, что для нормальной работы светодиода, его нужно запитывать от источника стабилизированного тока с напряжением, выше, чем падение на светодиоде при таком токе.
А моделирование работы светодиода нагрузкой — это разряд на постоянном напряжении (падением напряжения в 1-1.5В за счет тепловых процессов на светодиоде можно пренебречь).
Но сначала проверим стабильность тока на при Uвх=30В, ΔVнагр=22В и Iнагр=0.3А. На протяжении часа.
Дрейф тока в 2мА на 300мА — это хороший результат. Ни один компонент преобразователя при этом не нагревается в ощутимых кожей пределах (о КПД ниже).
Я пробовал делать преобразователи на данной микросхеме на ток от 450мА до 650мА и применять на COB с ΔV 35В — там получал КПД 96% и аналогичный дрейф тока на данной топологии платы.
Будем ступенчато, с интервалом в 120сек, подавать напряжение от 24В до 38В с шагом в 1В и записывать их Test controller в .csv файл. Т.к. локальное время на обоих устройствах идентичное, можно не беспокоиться за расхождение данных по времени. Это облегчит построение итогового графика зависимости КПД преобразователя от Uвх.
Из графика видно, что наибольший КПД достигается при минимальной разнице входных и выходных напряжений (все же 24В ему мало для уверенной работы, а вот 25 — в самый раз). Отсюда и 95%, которые держатся до 30В. Далее начинаются «ступеньки», говорящие о работе внутренней логики преобразователя. В целом ниже 90% мы не опускаемся, а это уже неплохо.
Теперь надо проверить разброс Iвых в зависимости от Uвх.
Ток линейно снижается вплоть до падения на 6%. В целом это приемлемо, но сдается мне, что при дросселе с большей удельной мощностью сердечника падение было бы меньше, заодно и КПД в плохих участках повыше. Давайте проверять.
У меня стояли 47uH размера CD32, поставим 47uH размера CD54
Вот они в наглядном сравнении.
Сначала о КПД. Преобразователь стал нормально работать начиная с Uвх 24В и немного повысил свой КПД на остальных участках.
Линейность снижения тока наблюдается уже дальше, с 30В. Абсолютное максимальное снижение тока — 4%, что нормально для такой разницы ΔVсветодиода и Uвх.
Где Еср — среднеквадратичное значение освещенности.
Т.к. световой поток светодиодов пропорционален стабилизированному току их питающему, то оценивать мы будем пульсации тока через светодиоды.
Для этого последовательно с диодами включаем резистор на несколько Ом (у меня 5.45 Ом) и смотрим пульсации напряжения осциллографом, учитывая постоянную составляющую напряжения на резисторе известного сопротивления. И соотносим в процентах с измеренным током.
Здесь уже можно обходиться без электронной нагрузки и просто контролировать ток мультиметром.
Теперь в ход пошел осциллограф.
Входной электролит 220мкФ х 50В, Uпит=30В (т.к. в наличии конденсаторы на 35В), Iвых~0.3А (в зависимости от выходной емкости будет немного дрейфовать). Будем ступенчато набирать емкость по нарастающей и следить за пульсациями.
Сначала посмотрим без выходного конденсатора, только с входным. Китайцы очень часто так делают в дешевых светильниках.
Кп = (AY-BY)/2/Rms * 100% = 1.38/2/1.66 * 100% = 42%
Не спас даже относительно небольшой ток в 300мА.
Навешиваем на выход конденсатор в 6.8мкФ.
Амплитуда пульсаций упала почти в 4 раза!
Кп = 0.28/2/1.63 * 100% = 8.6%
Емкость работает.
Соединяем последовательно два конденсатора по 100мкФ (какие есть в наличии), получаем 50мкФ
Еще в 3 раза упала амплитуда пульсаций!
Кп = 0.08/2/1.6 * 100% = 2.5%
А это уже приемлемо.
Пробуем 100мкФ.
Амплитуда уменьшается еще почти в два раза.
Кп = 0.048/2/1.6 * 100% = 1.5%
Установка электролита на 220мкФ дала пульсации в 24мВ, что приравнивает Кп к 0.75% и на этом я остановился, ради интереса безуспешно поэкспериментировав с установкой танталовых конденсаторов и керамики.
Если подходящая конструкция (мой обзор на mysku) и качественные диодные сборки подходящей мощности с честным CRI 95, которые бы не сгорали от номинальной мощности через несколько месяцев, нашлись на Али (вариант мощнее и больше), то естественное желание автора купить готовую платку, с контактом «External PWM» и получить линейное изменение тока, пропорциональное коэффициенту заполнения ШИМ, не увенчалась успехом. Было принято решение найти достойную микросхему-токовый драйвер для входного напряжения до 40В и запитать точечные светильники от готового народного блока питания Suswe, напряжением 36В., с переделанной обратной связью, чтобы выходное напряжение составляло 38В.
Преамбула
Разных драйверов LED на Али просто навалом, но найти управляемый оказалось нетривиальной задачей. После недельного поиска автором нашлись единственные в своем роде (буду рад, если кто-то представит еще релевантные результаты поиска по теме) платки низковольтных LED-драйверов.1) 3W DC IN 7-30V OUT 700mA LED lamp Driver Support PMW DimmerDC-DC 7.0-30V to 1.2-28V Step Down Buck Converter Module
И каково же было было мое разочарование, когда по приезду товара, потянувшись за даташитом на микросхему преобразователя, обнаружил нерегулируемую XL4001e1.
Вход EN — это вход выключения выходного тока, при подаче на него логической единицы.Однако, как нерегулируемые драйверы, платки можно считать отличными за копеечную цену. Хороший КПД в 91%, входной и выходной конденсаторы 220мкФ х 35В, дроссель с запасом по току насыщения и диод SS14.
2) Лиха беда начало, подумал я и перешел в другую ценовую категорию, начав рассматривать платки не по 100 руб/шт, а по 287 руб (на момент покупки).
LD48AJTA светодиодный модуль драйвера 72 Вт 1/2/3A 6-50 В постоянного тока
На этот раз я был осмотрительнее и предварительно для модуля LD48AJTA качественные фотографии вида сверху, где я смог рассмотреть название микросхемы-драйвера PT4123e
Заветный вход DIM есть, на него подается ШИМ-сигнал. Бинго?Ничего не предвещало беды, но по приезду оказалось, что выходной ток крайне нелинейно зависит от коэффициента заполнения ШИМ, первые 30% вообще не реагируя на выходной ток, а потом регулируя его в пределах 35% от максимального заявленного. Это явно не входило в мои планы, хотя драйвером и можно получить стабилизированный выходной ток большой мощности без пульсаций — входной, выходной конденсаторы 100мкФ х 63В, диод SS56 и дроссель на колечке достойных размеров. В целом за 300 руб при такой мощности приемлемая платка, если не учитывать регулировку ШИМ-сигналом, а выходной ток нормально задается резистором обратной связи.
Хотя вот же в даташите они приводят нормальную реакцию на внешний ШИМ-сигнал.
Может китайцы, что-то напутали, а скорее всего, это давняя беда драйверов производства PowTech. Взять хотя бы широко распространенный PT4115E, хороший обзор которого есть на этом сайте.Автор пришел к аналогичному выводу о нелинейности выходного тока при изменении напряжения на управляющем выходе
Но «меня терзают смутные сомнения», т.к. у Гайвера получилось собрать рабочий стабилизатор, нормально управляемый ШИМ-сигналом. Может, дело в оригинальности микросхем?
Ну что же, C'est La Vie, будем искать выход.
Ищем решение
Итак, мне нужен импульсный драйвер, обеспечивающий светодиоды напряжением до 40В при токе до 650мА со входом управления внешним ШИМ-сигналом. При этом нужен КПД выше 90% и линейная зависимость тока от коэффициента заполнения ШИМ. Конечно, лучше использовать понижающую топологию с питанием напрямую от сети и через оптопару управлять ШИМ с контроллера, так будет выше КПД и меньше накладных расходов на преобразование, нежели использовать низковольтный (46В) БП и питать DC-DC LED-драйверы от него. От обратноходовой топологии придется отказаться, т.к. мотать дома накопительный дроссель с тремя обмотками мне не с руки. Хочется максимально технологичного и простого решения.
Первая пришедшая в голову мысль, это старинная Supertech (их купил Microchip) HV9961, но она уже очень старая, у нее низкий коэффициент мощности и еще нужен внешний полевик, что зазря удорожает конструкцию.
Смотрим, что у есть у китайских товарищей — идем на сайт bpsemi.com, в конфигураторе выбираем необходимые параметры и нам идеально подходит bp2306HK и пусть у нее максимальный ток составляет 350мА (на момент моих изысканий я еще не закупил встраиваемые светильники с COB D 19мм, ток которых 650мА).
На момент моих изысканий на Али не нашлось лота с небольшим количеством данных микросхем для пробы — пришлось покупать в отечественном ЧипДип с конской переплатой. Но заставить стабильно и беспроблемно запуститься мне не удалось, хотя я долго и упорно пытался. Обратная связь, судя по осциллограммам, не отрабатывает как надо, как я ни бился. Может, микросхемы были с браком, а скорее виновата политика bpsemi, которая приводит только скудные даташиты без аппноутов. Обидно, но этот вариант тоже отпадает.
Тут я решил, что надо диверсифицироваться и рассмотреть DC-DC LED-драйверы, там и дроссель можно не мотать, а поставить готовый, не нужна оптопара для развязывания от микроконтроллера. И опять идем на сайт bpsemi и в конфигураторе находим BP1371 40В 1.2А драйвер с простой схемой включения.
Даташит на него крайне скудный, но нам поможет даташит на сходную микросхему от той же фирмы BP1361. В частности выходной ток обратно пропорционален номиналу шунта. Нужно только экспериментально выяснить коэффициент пропорциональности. Для этого быстро оперативно разводим первую версию платы, с помощью фоторезиста оживляем ее в стеклотекстолите и убеждаемся, что коэффициент пропорциональности равен 0.0825. Т.е. выходной ток равен
Iвых = 0.0825 / Rш
Подходящие низкоомные резисторы 0805 рекомендую брать с этого лота.
Подготовка к разводке печатной платы
Если развести плату импульсного преобразователя напряжения неверно, можно столкнуться с рядом проблем — от низкого КПД и нестабильности тока до широкого спектра выдаваемых в нагрузку помех.
Для правильной разводки нужно учитывать токи, протекающие в разных фазах работы ключевого элемента. Вот две фазы работы понижающего (как в нашем случае) преобразователя.
В фазе накачки за счет открытого транзистора VT1 по красному контуру течет ток и происходит запасание энергии в катушке Lф и конденсаторе Сф.
В фазе разряда транзистор закрыт и катушка Lф выступает в качестве источника тока. VD1 – диод, который необходим для протекания обратного тока.
Ниже приведены временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке.
Наша задача — добиться тока на нагрузке, максимально приближенному к ровной линии, чтобы коэффициент пульсаций светового потока свелся на нет. И при этом не забывая о соразмерности трат на комплектующие.
Схема и разводка платы
Хотя и люблю Easyeda как инструмент для работы над несложными или некоммерческими проектами, однако будем работать в Altium Designer.За основу взята схема с даташита, добавлен фильтрующий конденсатор по выходу — с большим запасом по емкости и посадочное место для двух резисторов обратной связи по току — R1, R2. Для получения максимального КПД диод Шоттки выбран «впритык» по обратному напряжению.
Можно было бы предусмотреть RC-фильтр на входе ШИМ-сигнала, но это я предпочитаю оставлять на стороне микроконтроллера.
Траектория тока в фазу накачки.
Траектория тока в фазу разряда.Учитывая эти траектории будем, разводить плату, не давая разгуляться импульсным токам.
Траектория тока в фазу накачки. Наверняка в месте входного конденсатора можно было сделать лучше, но и так вполне приемлемо.
Траектория тока в фазу разряда. Контур хороший.Плата получилась компактной, двухсторонней. Можно заказывать в компании-производителе печатных плат. У меня это был JLCPCB. За 50 плат с доставкой в российский город я заплатил около 900 рублей. Качеством плат я остался доволен.
Gerber-файлы платы лежат в расшаренной папке в облаке.
Инструментарий тестирования
Лабораторным оборудованием мне будет служить:1) БП с цифровым управлением Riden RD6012w (печатал корпус еще до появления собственного принтера за баснословные деньги). Подключаю по Wi-Fi и пользуюсь официальным ПО. Очень удобно, нареканий нет.
2) Контрольный мультиметр Aneng AN870 — тоже нареканий нет. После Vici VC97 — небо и земля.
3) Электронная нагрузка Atorch DL24MP С распечатанным каркасом для крепления экрана и энкодера (за наводку спасибо обзору ув. kirich).
Единственное, что с тех пор Atorch немного продвинулся в области софта. Есть облако, где хранятся все последние версии ПО. Оттуда из папки берем последнюю прошивку версии 2 и прошиваемся последней версией ПО ATORCH-DC Load PC Software V2.0.8, в которой настраиваются цвета и в целом исправлено много мелких недоработок по сравнению с первой версией.Однако, на форуме eevblog я набрел на замечательное ПО для электронных нагрузок и мультиметров «Test controller», которое полностью поддерживает мой прибор. Оно гораздо удобнее и функциональнее официального ПО.Функционал настолько богатый, что я провел несколько самозабвенных вечеров, изучая все его скриптовые возможности и сопрягая с Ардуиной.На таких небольших токах (до 1А) нет смысла задействовать 4-х проводную схему подключения электронной нагрузки (с отдельными проводниками измерения напряжения).
Проверим, насколько расходятся показания нагрузки по току с контрольным прибором.
Доли процента (по напряжению аналогично), поэтому смело учитываем показания нагрузки в своих расчетах.Тесты преобразователя
Платы с запаянными компонентами.
Сначала я предполагал, что все 9 светильников в спальне будут с COB на одинаковое падение напряжения. Потом опытным путем пришел к выводу, что нужно 3 сделать мощнее (по центру) — там использовались COB 1919 на 600мА, а 6 шт. по краям — COB 1313 на 300мА. Первые я эксплуатировал на токе 450мА (падение напряжения на этом токе 34В), а вторые — на номинальных 300мА (падение напряжения 22В).
Я решил проверить:
1) в каких пределах меняется КПД преобразователя при изменении входного напряжения на нагрузке с падением напряжения 22В и при токе 300мА.
2) при каком значении емкости выходного сглаживающего конденсатора коэффициент пульсаций тока нагрузки становится неприемлемым.
В основе светодиода лежит диод или набор диодов, и, судя по вольт-амперной характеристике синего светодиода, протекающий ток экспоненциально зависит от приложенного напряжения. У сборок (COB), где светодиоды соединены матрично, экспонента не такая крутая. Из вышесказанного следует очевидный вывод, что для нормальной работы светодиода, его нужно запитывать от источника стабилизированного тока с напряжением, выше, чем падение на светодиоде при таком токе.
А моделирование работы светодиода нагрузкой — это разряд на постоянном напряжении (падением напряжения в 1-1.5В за счет тепловых процессов на светодиоде можно пренебречь).
Но сначала проверим стабильность тока на при Uвх=30В, ΔVнагр=22В и Iнагр=0.3А. На протяжении часа.
Дрейф тока в 2мА на 300мА — это хороший результат. Ни один компонент преобразователя при этом не нагревается в ощутимых кожей пределах (о КПД ниже).Я пробовал делать преобразователи на данной микросхеме на ток от 450мА до 650мА и применять на COB с ΔV 35В — там получал КПД 96% и аналогичный дрейф тока на данной топологии платы.
Замер КПД на разных входных напряжениях
Будем ступенчато, с интервалом в 120сек, подавать напряжение от 24В до 38В с шагом в 1В и записывать их Test controller в .csv файл. Т.к. локальное время на обоих устройствах идентичное, можно не беспокоиться за расхождение данных по времени. Это облегчит построение итогового графика зависимости КПД преобразователя от Uвх.
Из графика видно, что наибольший КПД достигается при минимальной разнице входных и выходных напряжений (все же 24В ему мало для уверенной работы, а вот 25 — в самый раз). Отсюда и 95%, которые держатся до 30В. Далее начинаются «ступеньки», говорящие о работе внутренней логики преобразователя. В целом ниже 90% мы не опускаемся, а это уже неплохо.
Теперь надо проверить разброс Iвых в зависимости от Uвх.
Ток линейно снижается вплоть до падения на 6%. В целом это приемлемо, но сдается мне, что при дросселе с большей удельной мощностью сердечника падение было бы меньше, заодно и КПД в плохих участках повыше. Давайте проверять.У меня стояли 47uH размера CD32, поставим 47uH размера CD54
Вот они в наглядном сравнении.
Сначала о КПД. Преобразователь стал нормально работать начиная с Uвх 24В и немного повысил свой КПД на остальных участках.Линейность снижения тока наблюдается уже дальше, с 30В. Абсолютное максимальное снижение тока — 4%, что нормально для такой разницы ΔVсветодиода и Uвх.Исследование пульсаций тока в зависимости от емкости сглаживающего конденсатора
Согласно ГОСТ Р 54945-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» формула подсчета пульсаций светового потокаГде Еср — среднеквадратичное значение освещенности.Т.к. световой поток светодиодов пропорционален стабилизированному току их питающему, то оценивать мы будем пульсации тока через светодиоды.
Для этого последовательно с диодами включаем резистор на несколько Ом (у меня 5.45 Ом) и смотрим пульсации напряжения осциллографом, учитывая постоянную составляющую напряжения на резисторе известного сопротивления. И соотносим в процентах с измеренным током.
Здесь уже можно обходиться без электронной нагрузки и просто контролировать ток мультиметром.
Теперь в ход пошел осциллограф.
Входной электролит 220мкФ х 50В, Uпит=30В (т.к. в наличии конденсаторы на 35В), Iвых~0.3А (в зависимости от выходной емкости будет немного дрейфовать). Будем ступенчато набирать емкость по нарастающей и следить за пульсациями.
Сначала посмотрим без выходного конденсатора, только с входным. Китайцы очень часто так делают в дешевых светильниках.
Кп = (AY-BY)/2/Rms * 100% = 1.38/2/1.66 * 100% = 42%
Не спас даже относительно небольшой ток в 300мА.
Навешиваем на выход конденсатор в 6.8мкФ.
Амплитуда пульсаций упала почти в 4 раза!Кп = 0.28/2/1.63 * 100% = 8.6%
Емкость работает.
Соединяем последовательно два конденсатора по 100мкФ (какие есть в наличии), получаем 50мкФ
Еще в 3 раза упала амплитуда пульсаций!Кп = 0.08/2/1.6 * 100% = 2.5%
А это уже приемлемо.
Пробуем 100мкФ.
Амплитуда уменьшается еще почти в два раза.Кп = 0.048/2/1.6 * 100% = 1.5%
Установка электролита на 220мкФ дала пульсации в 24мВ, что приравнивает Кп к 0.75% и на этом я остановился, ради интереса безуспешно поэкспериментировав с установкой танталовых конденсаторов и керамики.
Работа под управлением ШИМ
Нареканий никаких нет. Ардуино отлично управляет данной микросхемой, ток меняется четко и держится стабильно. При нулевой скважности сигнала полный ноль на выходе. При 100% — все 100%, а в промежутке все пропорционально скважности.Вместо заключения
Проделанной работой я доволен, теперь мой умный дом пополнился хорошо работающими управляемыми голосом (посредством Яндекс-станции и Node-Red) светодиодными светильниками с обратной связью по освещенности на моем рабочем столе.
Самые обсуждаемые обзоры
| +14 |
1680
118
|
| +48 |
2350
75
|
| +46 |
4386
147
|
www.chipdip.ru/catalog-show/dc-dc-leds-drivers?p.0=MEAN+WELL&sort=priceup&ps=x3
О как! Всего 370 руб. И как раз то, что нужно. www.chipdip.ru/product/nldd-1050h
Лучше я поверю обычному импульсному драйверу с внешней обвязкой
И это вполне нормальный брэнд.
разве что раньше у них был некоторый перекос в сторону мощных моделей.
20мА мало куда нужно, но там есть всякие варианты, до 300мА что-ли попадалось. И в даташите описано как его диммировать и что можно в параллель собирать для увеличения тока.
в моем случае ошибся в последнем варианте, там не 20мА а до 20А с пиком до 40А
У меня 99й, но глобальных отличий от 97-го (кроме нужной мне шкалы) не вижу.
А потом он у меня прижился, и менять его просто так смысла не вижу. Разве что при очень большой скидке.
А для «точных» измерений есть MY-65, купленный за 100 рублей ради щупов в состоянии «не работает» — причина неработоспособности оказалась в схеме автоотключения, Такая вот очень неприлично большая скидка вышла. И Mastech мне нравится меньше Vici…
Если хотите, могу замерить, благо собранные драйверы остались.
Сейчас проверю 0.1% 0.5% и 1% от тока в 300мА.
Но сейчас у меня сценарии вкупе с датчиками освещенности, завязанными на уставки. Я голосом командую Алисе — «освещенность по сценарию фильм 1» — у меня потолок постраивается так, чтобы датчики, лежащие на столе (их два) выдавали по 500 люксов. Так удобней всего.
Итак, 99.9% это 325мА или 4095 по 12 битной шкале (от нуля считаем)
50% Это 2048 железно держим 165мА
1% это (в том числе, там диапазон, но пусть будет 40) 40 — стабильно держим 3.71мА
0.5% это 20, стабильно держим 2.01мА (тут у меня по осциллографу Ардуино дрейфует по ШИМу между 0.4 и 0.6%)
0.1% я не поймал, Ардуино не позволяет на макетке, поймал 0.2% это у меня 6, стабильно держим 1.019мА
Видео в облаке на Яндексе disk.yandex.ru/d/tw1mzCUM50WWuA
На офф сайте не выкладывают того, что дают в ссылках на Али )
В папках, где выкладывают софт для нагрузки www.mediafire.com/folder/1c04afq923397/ я прошивку так же не нашел
DL24_M_Purple2.0_app.bin (121185 байта) лежит в архиве с ПО к нагрузке, в составе файла «02-DL24M((Purple))-Elec_Load_App-V1.0.zip»
Найти его можно в папке для DL24MP.
Отдельно прошивку я продублировал и по своей ссылке — www.mediafire.com/file/lab71i249shppt3/DL24_M_Purple2.0_app.bin/file
Надеюсь, будет полезно. Бардак конечно.
чет странное творится, я виду на скрине что там в урл левые цифры пролезли, перепроверил ещё раз, всё равно не работает
А так согласен, это очень приличный драйвер и по всему видно, сделан на совесть.
Вот вроде клон. за 800р 10 штук — https://aliexpress.ru/item/item/1962500675.html
А если посмотреть не только на Али-базар, но и на нормальных брэндовых производителей, то можно обнаружить, что в мире дофига отличных драйверов, в том числе и для 20...60в, и для СОВ, и для линеек, с высоким КПД и токовой (те. вообще без ШИМ) регулировкой, с управлением яркостью, причём как аналоговым (обычно 2 разных метода, сопротивлением и напряжением), так и цифровым методом по шине. Несколько дороже, разумеется, качество и возможности стоят денег. Как и сами устройства, обычно рассчитываемые на 50тыс. часов.
Для любителей мерцания есть и с ШИМ, конечно.
А управление внешним ШИМ-сигналом отнюдь не означает, что конечный светодиод будет мерцать.
я про метод регулировки яркости. Он или ШИМ, или током.
думаю, мы друг друга поняли.
«управление внешним ШИМ-сигналом отнюдь не означает, что конечный светодиод будет мерцать. „
если подать ток с ШИМ — конечно будет. Если пересчитать управляющий сигнал в ток и задавить в драйвере пульсации — не будет, так чуть дороже.
P.S. Пересчитывая — я намерено взял в кавычки, потому что эти драйвера — аналоговые микросхемы, там вообще может не быть цифровой части с логикой, но это не мешает им уметь подобное
после слов “абсолютно все» дальше можно не читать.
нет, далеко не все, и я тут именно про хорошие брэндовые драйверы, а не про непонятно какие платки с али.
ответ, думаю, вам понятен.
а при просьбе указать хоть одну модель называете это троллингом? Ясно, понятно. Можете дальше рассказывать сказки про секретные приборы которые «у нас есть, но мы вам их не покажем».
Потому что «ровно 0% » это и есть передёргивание и троллинг.
Вам нужны модели? вперёд, ищите.
Могу поискать, услуга платная.
С таким же успехом я могу рассказать что на рынке продаются плащи-невидимки, волшебные палочки и сказочные единороги и отправить искать вас самих искать все это в гугл. Могу еще посмеяться что вы не умеете поиском пользоваться.
В описании лота — нонейм-СОВ- ы.
прямой ссылки на полный подробный даташит не заметил.
Вполне допускаю, что Вам приехали качественные, но в целом с нонейм-диодами картина давно известна: что приедет следующему покупателю — лотерея.
И по CRI, и по светоотдаче, и по сроку службы и скорости деградации на номинальном токе.
В отличие от брэндовых диодов, где в подавляющем большинстве случаев полученное соответствует обещанному.
По ссылкам продукты фирмы Xuancai — нормального китайского производителя светодиодных продуктов. www.ledcobchip.com/products.html Мы замеряли Opple Light Master Pro качество света этих COB — реально, индекс цветопередачи на уровне 95.
в описании есть слово 4000K 6000K Clu028 Size 6W 12W 18W Bridgelux Cri 98 Led
непонятно, это таки да Bridgelux или как?
их диоды и СОВ-ы я знаю, это стабильно приличный уровень качества.
С документацией и тестами там всё хорошо.
кстати, ха, вроде как нету у Bridgelux СОВ- ов с Cri 98 и 6000К.
цитирую по ссылке:
4000K 6000K Clu028 Size 6W 12W 18W Bridgelux Cri 98 Led Chip
Brand Name: XUANCAI
Интересно, как сочетаются Bridgelux с Brand Name: XUANCAI?
рядом ещё веселее,
Photographic Lighting Citizen SAME SIZE CLU048 XL-28*28/24 200w 300w CRI95 5600K US Bridgelux 3 Years CE ROHS LM-80
Bridgelux много кому продает свои кристаллы.
(тем более, что ключевые моменты это как раз люминофор, технология и контроль производства.)
А откуда эти сведения?
Кстати, вот их синие светодиоды, которые они продают www.bridgelux.com/products/led-chips
Штука в том, что «их OEM производство», те. производимые по их заказам, спецификациям и требованиям, и всё прочее, что может производить тот же завод — 2 баальшие разницы.
верю.
А вот что приедет следующему покупателю — не знает никто.
Как и то, каким будет Ra через, допустим, 2000 часов работы.
Пока, при прочих равных, после 300 часов работы в среднем по светильникам (однако, далеко не всегда на максимальной мощности, т.к. световой поток у меня регулируется автоматом) освещенность на столе нисколько не понизилась по сравнению с первоначальными значениями, что говорит о не угасании светового потока светильников.
Просто у меня есть и другие примеры, в тч. купленные лично у китайских производителей (даже не продавцов, брал как пробные экз.).
выигрыш в лотерее так себе.
как-бы один из верных признаков лотереи, те. что приедет непонятно что.
Вывод DIM у всех драйверов так же разный, нужно читать и смотреть схему драйвера. Бывает только ШИМ и ничего больше. Бывает вариант до какой то частоты ШИМ на выход, а выше уже работает встроенное управление напряжением которое влияет на скважность генератора драйвера, хотя на вход подается ШИМ. Или у упомянутого PT4115 напряжение ниже 2.5В на DIM это управление яркостью напряжением от 0 до 2.5В. То есть для регулировки достаточно одной RC цепи чтоб не появлялся ШИМ МК на светодиодах. О чем почему то никто не знает. Хватает только копировать друг за другом пульнуть ШИМ 200Гц с МК устроив дикий КП и на этом все.
Любой драйвер регулируется через токозадающий вывод напряжением добавив пару резисторов."
разумеется, не любой.
Подучите матчасть, познакомьтесь с нормальными драйверами, у многих из них вообще нет токозадающих резисторов.
" То есть для регулировки достаточно "
Обычно достаточно взять хороший брэндовый драйвер и включить его согласно прилагаемому руководству, настроив управление яркостью.
Которые обычно имеют выводы dim, и могут управляться несколькими методами, в том числе иногда и переменным сопротивлением (dim), и фиксированным сопротивлением (макс. ток / мощность, отдельный канал управления).
В одних это есть, других моделях этого нет.
Сейчас часто только управление по цифровой шине.
Вход — шим, выход — регулировка тока.
Измерения пульсаций тока возможно интересны как лабораторная работа, но в целом довольно бессмысленны. Дело в том, что согласно что ГОСТ, что иностранным стандартам мерять надо не пульсации тока, а пульсации светового потока — то есть как минимум надо было организовать импровизированную фотометрию, а не мерять на резисторе. Второй момент — опять таки пульсации меряются на частотах до 300 герц (более высокую пульсацию человеческий глаз уже не различает) поэтому измерять пульсации на типичном для таких микросхем мегагерце совершенно бесполезное занятие. Единственная пульсация которую вы можете увидеть — это пульсации от вашего ШИМ в случае если он недостаточно высокочастотный. Но так как такие микросхемы допускают частоту ШИМ выше одного килогерца — это тоже не большая проблема. У данных микросхем есть аналоговая регулировка по тому же входу (напряжением от 0,2 до 1,5 вольта) — вот её не рекомендую использовать от слова совсем, по факту она управляет таким же ШИМ, только внутренним и очень низкочастотным, вот тут пульсации просто вышибают глаза.
Кстати к вашему первому варианту на нерегулируемой XL легко добавляется аналоговая регулировка (впрочем никто не мешает использовать ШИМ с контроллера, сглаженный RC цепочкой) путем обмана схемы токовой ОС.
Если я правильно понял, устройство, которое хотел/разработал автор, в общих чертах представляет собой приблизительно линейную функцию F:
яркость светодиодов = F(коэффициент заполнения входного ШИМ сигнала)
Вопрос: зачем управляющий сигнал — такой?
Почему не постоянное напряжение, к примеру от 0 до 10 В? Которое легко получить, крутя ручку простого советского переменного резистора?
Э… вообще управление, не обязательно от микроконтроллера напрямую, но обязательно в массовом?
А так- если про готовые драйвера говорить, то там могут быть и цифровые протоколы типа dali, dmx512, knx, zigbee, z-wave и т.д, но все-равно в таком случае внутри драйверов стоит микроконтроллер который это дело в шим преобразует и им регулирует яркость
А вот шим для управления драйвером мне показался противоестествененным, поэтому я и уточнил.
Инфа по dali, knx и zbee мне попадалась, но это, как я понял, всё-таки премиум-решения.
Хотелось бы узнать, какие интерфейсы управления драйверами светодиодов являются типичными, в широком понимании этого слова.
Цифровое — шим. Или какой-то способ управления дофигаумным контроллером
Аналоговое — кто на что горазд, много где можно выставить номиналом токочуствительного резистора, но управлять им на ходу — как то «противоестественно», может быть отдельный токозадающий резистор, может быть токовый вход управления, может быть управление путем подачи аналогового уровня. Ну в общем надо смотреть спецификацию
Так это получается, что для цифрового управления
между шим и dali/knx/zbee — пропасть, в которой нет никаких готовых решений?
Шим годится, если микроконтроллер рядом с драйвером,
а если драйвер и управляющее устройство хочется разнести ну, на 10 метров, например, то извольте dali/knx, а то и wifi с веб-сервером внутри лампочки?
Либо как вариант еще из «тупых» решений- это диммеры с push dim управлением- т.е у диммера есть просто вход на который обычная кнопка прикручивается (ну может еще есть варианты с входами под две кнопки) и управляется обычно по принципу краткое нажатие вкл/выкл на заданную яркость, а длинным нажатием яркость вверх/вниз регулируется.
Еще есть «дешман» вариант под названием драйвера на которые можно подавать питание от обычных диммеров- т.е с обрезанной симистором или полевиком (есть просто диммеры на 220 В как обычные симисторные, которые обрезают передний фронт синусоиды, а есть так называемые диммеры для светодиодных светильников, у которых стоят на выходе полевые транзисторы и обрезают в зависимости от настройки или задний фронт или передний), но имхо тема так себе.
А по более «умным» диммерам- тут тоже кучка вариантов- и китайское барахло с беспроводом с первым попавшимся протоколом на 433 МГц и zigbee (но для zigbee нужен будет шлюз, да, за исключением икеевских устройств- там прозрачный биндинг между устройствами без шлюза можно настроить- т.е связать кнопки с диммерами без всего лишнего) и dali, но для дали нужен внешний бп для питания шины, а так- «диммеры» и прочие панельки управления есть и так сказать автономные- т.е воткнул панельку с кнопками и иногда со встроенным бп для шины и оно автономно управляет яркостью светильников и knx- но у knx ценник всё так же не особо гуманный и беспроводной z-wave- по сути принцип такой же как у zigbee, но он изначально был более стандартаризованным, но ценник x3-x10 по сравнению с зигби за по сути такие же хипстерские поделки- ну хз- нафиг он нужен.
Что меня сильно смущает в вашем перечне: для канала управления, т.е. того, что между кнопкой и светильником-с-драйвером, имеется всего три варианта:
1. старомодное обрезание фазы питающего напряжения 220В
2. радио (z-bee, wifi, etc)
3. два выделенных слаботочных провода (dali, knx, 1-10v (, etc?))
Я подозреваю, что в многоквартирных новостройках слаботочку параллельно осветительной электропроводке не кладут, а в существующем жилом фонде её и подавно нет, поэтому вариант (3) можно смело вычёркивать.
У (1) и (2) свои недостатки.
Мне представлялось бы логичным существование на рынке неких комплектов из двух устройств:
а) в формате выключателя для установки вместо выключателя
б) драйвер светодиодов со контроллером
которые устанавливаются вместо существующих выключателя и лампочки, т.е. между ними — только два (три) провода силовой электропроводки.
(а) и (б) вполне могли бы по силовой электропроводке общаться цифровым образом. Это несложно, раз уж существуют коммерческие у-ва даже для ethernet через электропроводку. Да даже аналоговым образом, всё равно лучше, чем 1-10V. На прямолинейном участке выключатель — лампочка оно должно работать надёжно.
Достоинства: 1) не надо лишней меди 2) работает в старых сетях электропроводки. 3) помехозащищённость
Но таких коммерческих устройств, кажется, нет?
Спасибо, что подтвердили мою гипотезу. Коммерчески доступно управление только по радио.
Я хотел сделать простой диммируемый LED-свет с управлением от «ручки» (т.е. без «умного контроллера»). В качестве источника — светодиодные ленты 12В 4.8Вт/м, общей длиной ~15м, а в качестве питателя — Meanwell ELG-150-12B (он, по инструкции, умеет обычным потенциометром управляться). Так вот, нифига не вышло. В инструкции нарисован линейный закон, а по факту оно большую часть управляющего диапазона вообще не горит, а в конце зажигается сразу процентов на 80 и даёт себя чуть-чуть «подкрутить» процентов до 90% от максимальной мощности (на глаз, по сравнению с фиксированным питателем). Если крутить в обратную сторону, то более-менее линейной уменьшает процентов до 70, а потом гаснет. Осенью не стал разбираться, плюнул, поставил обычный БП — холодно было в беседке возиться. Сейчас думаю сделать второй «подход к снаряду». И посетила меня мысль: а вообще 12вольтовые ленты — диммируемые?