Перейти к содержимому

Open

Фотография

2x драйверная сборка с экономией энергии и мегадиммингом


  • Авторизуйтесь для ответа в теме
Сообщений в теме: 45

#1 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 07:22

*
Популярное сообщение!

В этой теме https://reefcentral....-na-30/?p=93017 я сделал анонс прототипа драйверной сборки, которая в первую очередь была задумана для того чтобы экономить энергию, потребляемую светодиодами при работе в режиме не максимальных токов драйвера. В качестве приятной "побочки" этой разработки выяснилось что диапазон выходных токов прототипа драйвера получается вплоть до одной миллионной к номинальному току, то есть драйвер может давать в том числе мизерный ток 1мкА.

Испытания прототипа показали что реальная экономия энергии с применением этого драйвера для предлагаемых мною сборок достигает более 15%. Такой результат был получен для сборки на диодах Semileds. Подробнее о методике испытания и результатах я расскажу позднее, когда буду держать в руках серийный экземпляр.

Данная публикация имеет своей целью в первую очередь юридический аспект - обозначить приоритет первоиспользования. Схемотехническое решение, примененное на сборке, простое как мычание и любой желающий сможет его легко украсть. Вопрос такой значительной экономии энергии весьма серьезен, однако аналогичных решений в мире до сих пор нет. Корейцы сделали первый шаг в этом направлении http://www.led-profe...stem-efficiency нам же удалось достигнуть параметров близких к идеальным - см. сообщение https://reefcentral....-na-30/?p=93776

Хочу особо подчеркнуть что выше я указал 15% именно для светодиодных сборок, которые я продаю. Для некоторых типов светодиодов эта экономия может достигать более чем 50%.

А теперь о сборке. Вот она, красавица:
2LM-4.jpg
Сборка состоит из двух независимых драйверов.
Возможно назначение любого из 9 каналов управления на каждый драйвер.
Питание драйверов осуществляется от блока питания напряжением от 6В до 60В.
Возможность выбора по отдельности для каждого драйвера тока 700, 1000, 1200мА.
Защита светодиодов от повышенного тока при аварии, а также от возгорания платы предохранителем.
Возможность полного отключения драйвера.
Бесшумная работа.
Глубина диммирования (количество независимых значений тока) до 20000 (предварительные данные)
Диапазон выходных токов – до 1:100000 (предварительные данные)

Размеры платы 52х55мм.

Особенности.
• драйверная сборка создана с целью минимизации затрат времени при сборке светильника
• на сборке установлены 2 драйвера с высоким КПД более 98.5%
• компактное расположение компонентов малой высоты минимизирует необходимое пространство для размещения драйверной сборки
• применены компоненты с повышенной надежностью, увеличивающие время жизни драйверов, в том числе электролитические конденсаторы с увеличенным сроком жизни lowest ESR производства японской компании Cornell Dubilier
• нижняя сторона платы гладкая, что позволяет крепление на двухсторонний скотч
• возможно использование совместно с недорогими БП с большой пульсацией напряжения
• 100% выходной контроль качества всех драйверов

Хочу дать несколько пояснений.
1. Полное отключение драйвера необходимо потому что все типы DC buck драйверов потребляют электричество, даже если они не нагружены. Конечно, потребление мизерное, но оно круглосуточное. Оно не даст уйти в режим сна многим блокам питания, они будут потреблять в активном режиме на собственные нужды будь здоров сколько! Умножим это потребление на 10 лет работы светильника и сразу станет понятно что копеечный джампер на включение окупит себя даже не сторицей, а тысячекратно :)
2. КПД указан как "более 98.5%" только потому что 98.5% во время предварительного тестирования (у меня нет желания нагружать китайцев более объёмными тестами) было получено, но очевидно что может быть и больше.
3. Были отмечены случаи когда люди использовали драйвера с очень дешевыми китайскими БП и получали неустойчивую работу. Данные драйверные сборки успешно работают при пульсациях напряжения, практически идентичных переменному току. То есть никакие, даже самые плохие БП, не могут нарушить их работу.
4. Все драйвера прошли двойную проверку - при низком и высоком напряжении блока питания.

А теперь о главном. Я бы хотел чтобы данная технология могла быть использована всеми желающими, в том числе теми, кто по каким-либо причинам не хочет использовать мои готовые решения. Поэтому я назначаю цену на эту сборку ниже стоимости комплектующих, примененных на ней, в России. Сборка будет продаваться по цене 25$. Сборки начнут продаваться со следующей недели.

Напоследок хочу показать даташит на ёмкости Cornell Dubilier, примененные на сборке. Они приближаются по своим параметрам к танталовым ёмкостям и имеют при этом большой срок службы
Прикрепленный файл  Cornell Dubilier AFK-29668.pdf   307,28К   496 скачиваний
  • Александр Авдеев, AlexM, Michail и 2 другим это нравится

#2 elContra

elContra

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 111
  • Откуда:Минск

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 10:10

А люди понимающие посмотрят на компоненты платы и по их параметрам легко скажут что 98.5% это фейк.

Потому, как только сопротивление встроенного ключа  (отнюдь не самого хорошего) + чисто активное сопротивление индуктивности (которая очень велика для высоко КПД-эшных драйверов) + сопротивление токоизмерительных резисторов рассеивают от 2 до 4.5% (для данного девайса) от общей энергии в зависимости от рабочего напряжения. 



#3 ssw

ssw

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 1 162
  • Откуда:Питер

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 10:39

Дмитрий, уберите хоть PDF от конденсаторов, а то сейчас начнется...


  • karatata это нравится

#4 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 11:32

Люди понимающие посмотрели бы на параметры катушки, а также что там в чипе за встроенный ключ стоит. Но если некто говорит что токоизмерительные резисторы жрут заметный % КПД, то это верняк не знающий человек и даташиты ему смотреть не следует - все равно он там ничего не поймет. Расчет я покажу ниже :)

Для тех, кому на самом деле интересно, несколько технических подробностей. (Не откажу себе в удовольствии и отмечу в скобках - и кто в отличии от elContra может отличить транзистор от резистора)

1. Микросхема, которая использована для драйвера это TI LM3406HV, изначально была представлена в низковольтовом варианте - LM3406, с напряжением питания до 45В. Затем была представлена версия HV с напряжением питания до 75В. Тем не менее параметры транзистора не ухудшились! Заряд затвора как был мелким, так и остался :) То есть TI проделал замечательную работу. Поэтому потери на ключе очень малы.

2. Активное сопротивление индуктивности не знает на каком драйвере она стоит - на высоко-КПД или низко-КПД :) А вот ФИЗИЧЕСКИЙ размер индуктивности играет для КПД крайне существенное значение! Во-первых, чем больше индуктивность, тем ниже частота драйвера, тем выше его КПД. Во вторых, чем больше физический размер индуктивности как детали, тем более толстым проводом она намотана, тем меньше потери. Кто в курсе - тот поймет почему была выбрана именно эта катушка. А кто не поймет что это за бренд и чья это катушка, тому я даю справку - аналогов этой катушке не существует. Только один бренд делает такие.

Кстати, тем кто хочет отличать драйвер с высоким КПД от драйвера с низким КПД с одного взгляда, даю маячок. Если катушка мелкая (малый размер в плане и/или высота), то высокого КПД от драйвера не ждите. Нередко чипы драйвера вкупе с такими катушками греются так сильно, что их даже приходится помещать на металлические платы.

3. Тепло, рассеиваемое токоизмерительными резисторами, считается легко, это задача для школьника. Давайте посмотрим сколько потерь в том месте может быть в _максимуме_. Тепловыделение считается по формуле Q=I2R, где R у нас для тока 1.2А итого 0,163ом, то есть максимально тепла на резисторе выделится 1,2*1,2*0,163=0,23Вт. Посмотрим сколько это в % от мощности драйвера. Ток, как мы уже условились, 1,2А, напряжение питания до 60В, драйвер реально обслужит цепочку диодов с суммарным падением напряжения 58В. Таким образом, общая мощность диодов в цепи 58*1,2=70Вт. Таким образом, потери на токоизмерительном резисторе составят 0,23/70*100=0,33%. Это никоим образом не может считаться значимым % падения КПД драйвера. Для всех остальных токов эти потери будут еще меньше.

В завершение. TI предоставляет для разработчиков среду разработки, которая много что сразу считает и предсказывает. Там можно увидеть КПД 98,8% для этого чипа. Однако, там недоступны компоненты, которые применяются в этом решении, поэтому я уверен что КПД этого драйвера может быть еще немного выше ;)



#5 yury88

yury88

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 14 560
  • Меня зовут:Юра
  • Откуда:Филиппины

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 12:20

Моё сообщение видимо стерли случайно. 
Повторюсь:

драйвера в наличии? Семпл для тестов получить/купить можно?



#6 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 12:30

Как я писал в стартовом сообщении, драйвера будут продаваться начиная со следующей недели. Купить можно будет сколько угодно.

 

Кстати, ваше сообщение я не тер. Это Николай занимается здесь наведением порядка таким образом, как ему это представляется правильным.



#7 antil

antil

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 386

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 19:24

У меня есть контроллер с частотой ШИМа на выходе в районе 300 Гц.

Ваш драйвер при D=0.5 (или ШИМ=0.5) на выходе будет иметь практически постоянный ток значения 0.5 от номинала?


  • karatata это нравится

#8 antil

antil

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 386

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 19:59

Попробую сформулировать более обще.
Могу ли я ожидать от вашего драйвера на выходе постоянный ток значения
= D x Iном, где D- коэффициент заполнения, Iном - номинальный ток драйвера ?
  • karatata это нравится

#9 elContra

elContra

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 111
  • Откуда:Минск

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 20:16

1. Микросхема, которая использована для драйвера это TI LM3406HV, изначально была представлена в низковольтовом варианте - LM3406, с напряжением питания до 45В. Затем была представлена версия HV с напряжением питания до 75В. Тем не менее параметры транзистора не ухудшились! Заряд затвора как был мелким, так и остался  :) То есть TI проделал замечательную работу. Поэтому потери на ключе очень малы.

 

Серьезный вклад в уменьшение КПД вносит как раз не "накачка" затвора, а сопротивление перехода сток-исток, которое является весьма высоким для данного типа девайсов. А именно 0.37 - 0.75Ом. И это без учета температурного дрейфа.

 

 

2. Активное сопротивление индуктивности не знает на каком драйвере она стоит - на высоко-КПД или низко-КПД  :) А вот ФИЗИЧЕСКИЙ размер индуктивности играет для КПД крайне существенное значение! Во-первых, чем больше индуктивность, тем ниже частота драйвера, тем выше его КПД. Во вторых, чем больше физический размер индуктивности как детали, тем более толстым проводом она намотана, тем меньше потери.

Чушь

 

КПД драйвера напрямую зависит от граничной частоты силового транзистора. Чем она выше, тем меньшую индуктивность требует драйвер для поддержания одних и тех же параметров стабилизации тока. А меньшая индуктивность всегда обладает меньшим активным сопротивлением. Меньшее активное сопротивление низкоиндуктивных катушек, естественно, не так значительно съедает КПД, как большое активное сопротивление высокоиндуктвыных катушек. 

 

 


Кстати, тем кто хочет отличать драйвер с высоким КПД от драйвера с низким КПД с одного взгляда, даю маячок. Если катушка мелкая (малый размер в плане и/или высота), то высокого КПД от драйвера не ждите. Нередко чипы драйвера вкупе с такими катушками греются так сильно, что их даже приходится помещать на металлические платы.

 

Критерий аналогичный отличительности прав в обществе с цветовой дифференциацией штанов - не имеющий ничего общего с нашей реальностью.

 

 

 

3. Тепло, рассеиваемое токоизмерительными резисторами, считается легко, это задача для школьника. Давайте посмотрим сколько потерь в том месте может быть в _максимуме_. Тепловыделение считается по формуле Q=I2R, где R у нас для тока 1.2А итого 0,163ом, то есть максимально тепла на резисторе выделится 1,2*1,2*0,163=0,23Вт. Посмотрим сколько это в % от мощности драйвера. Ток, как мы уже условились, 1,2А, напряжение питания до 60В, драйвер реально обслужит цепочку диодов с суммарным падением напряжения 58В. Таким образом, общая мощность диодов в цепи 58*1,2=70Вт. Таким образом, потери на токоизмерительном резисторе составят 0,23/70*100=0,33%. Это никоим образом не может считаться значимым % падения КПД драйвера. Для всех остальных токов эти потери будут еще меньше.

 

Вы справились со школьной задачей - плюсую! И вы наглядно показали, что ничтожный резистор в 0.163Ом величиной отъедает целых 0.33% КПД.

Проделать остальные расчеты учитывающие сопротивление ключа в 0.75Ом (что почти в 5 раз выше чем 0.163), а так же активное сопротивление катушки в 0.2 Ом, вам наверняка не составит труда :).

 

А если вглубляться и собирать остальные "проценты" от динамики переходных процессов, рекуперации энергии в ультрабыстрых диодах, трате на зарядку/разрядку конденсатора на выходе драйвера, то можно насобирать еще полпроцента к уже рассчитанным вами 2% потерь на самом выгодном рабочем напряжении драйвера.

 

А если учесть реальные рабочие режимы драйверов на руках у пользователей с далеким от 60В источником питания и количеством светодиодов не упирающихся в напряжение источника питания, то падение КПД можно будет исчислять десятком процентов ;)

 

 

DNK, не надо демонстрировать всем свои слабые представления в схемотехнике в попытках выкрутиться.


  • karatata это нравится

#10 oleg_il

oleg_il

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 711
  • Откуда:Israel

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 21:52

драйверная сборка создана с целью минимизации затрат времени при сборке светильника

И усложнения монтажа.  :yahoo:

Дима, весьма желательно во всех платах не забывать про крепежные отверстия, хоть это и отьедает место и увеличивает площадь платы.



#11 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 21:54

Ай-яй-яй, elContra, как толсто! Вы бы когда занимаетесь подтасовкой, хотя бы старались разносить подальше циферки, а то ведь так бросается в глаза - просто жуть.
 

резистор в 0.163Ом величиной отъедает целых 0.33% КПД.

к уже рассчитанным вами 2% потерь

Так сколько я там насчитал? 0,33% или 2%? Вы уж определитесь. Передергиваете уж очень неаккуратно.

Насчет желтых штанов. Пожалуйста, зарегистрируйтесь на TI и расскажите разработчикам среды разработки вашу точку зрения, люди хотя бы получат порцию здорового смеха, хоть какая-то от вас польза будет.

А пока вот вам кусочек пирожка. Далеко не самый эффективный режим выбран. КПД более 97%, как будет нетрудно убедиться даже вам:
Прикрепленный файл  webench_design_1197151_27_479715154.pdf   92,82К   399 скачиваний

Для остальных. Придет серийный драйвер, не поленюсь, сделаю ряд замеров. Желающие смогут их повторить. Даже elContra драйвер сможет купить. Я не то что зла, я неприязни на оппонентов не держу. Чем сильнее человек заблуждается, тем более преданным паладином есть шанс у него стать, если поймет свои ошибки. Конечно, здесь надо не забывать про заветное слово "если" ;) Мне в таких случаях вспоминается исторический анекдот. Однажды осадили враги большую крепость и говорят - защитники, сдавайтесь на нашу милость, если мы возьмем город, то вас всех убьем, ваших женщин изнасилуем, а детей заберем в рабство! Ответ защитников был краток - "ЕСЛИ" сказали они :)

#12 worm

worm

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 208
  • Откуда:Москва, СВАО, Медведково

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:02

И усложнения монтажа.  :yahoo:

Дима, весьма желательно во всех платах не забывать про крепежные отверстия, хоть это и отьедает место и увеличивает площадь платы.

А еще неплохо стандартизировать хотя бы по размеру, чтоб можно старое на новое менять если что.



#13 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:04

Дима, весьма желательно во всех платах не забывать про крепежные отверстия, хоть это и отьедает место и увеличивает площадь платы.

Олег, ты уже третий кто мне говорит об отверстиях :) Но я полагаю что отверстия не нужны по простой причине. Есть специальный двухсторонний термоскотч 3М. Стоит не очень дорого, держит очень крепко, но при желании аккуратно оторвать можно, использовать его ОЧЕНЬ просто. Монтаж на порядок быстрее чем с винтами. Скотч сей хорош зело - он тонюсенький - всего 0,3мм, имеет довольно высокую теплопроводность 0,8Вт/м*К, то есть заметно улучшает тепловой режим компонентов. Вдобавок ко всему он еще и диэлектрик.

Одно время я боялся таких вот вещей. Мало ли - клей. Что там и как у него - бог знает. А посадил на болты - так оно сразу видно - металл! Типа надежно. Но когда увидел как в монтажных шкафах на мелких пятнышках подобного материала без малейших проблем и в стужу и в жару держатся короба, полные кабелей, стал доверять побольше. А когда пришел первый пилот светильника, там было море косяков и я собственными руками отковыривал драйвера от этого термоскотча, то понял что надежность болтиков даже близко не стояла! Когда я учился нам внушали - болтик надо зафиксировать. Шайбой ли, или гайкой, или на худой конец каплей краски. Здесь ничего фиксировать не надо, можно трясти сколько угодно - никогда не отвалится!

Кстати, несмотря на простоватый вид термоскотч этот - весьма высокотехнологичное изделие. Китайцы нам присылали семплов подобного материала от их локальных брендов кучу. Но то ли мы такие привередливые, то ли на самом деле все плохо с подобными технологиями в Китае, но 3М показал себя существенно лучше. Поэтому в инетмагазине буду предлагать такой термоскотч :)

#14 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:06

А еще неплохо стандартизировать хотя бы по размеру, чтоб можно старое на новое менять если что.

Кстати, да. Крепление на термоскотч убирает и эту проблему как класс. Крепление настолько прочное получается, что уверенно держится драйвер, который приклеен за торец платы :) если, конечно, на нем не висит полкило проводов :)

#15 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:09

Ваш драйвер при D=0.5 (или ШИМ=0.5) на выходе будет иметь практически постоянный ток значения 0.5 от номинала?

Мы же с вами это терли-терли, терли-терли в отдельно поднятой вами теме. Запамятовали? Да, с высокой точностью будет 50% от номинала драйвера. По крайней мере у прототипа так было, у серийного экземпляра вот именно на этот параметр в Китае проверки не было. Хотите - можете проверить.

#16 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:12

Могу ли я ожидать

Это зависит в общем случае от контроллера. Мы уже обсуждали это.

#17 oleg_il

oleg_il

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 711
  • Откуда:Israel

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:37

 

Кстати, несмотря на простоватый вид термоскотч этот - весьма высокотехнологичное изделие. Китайцы нам присылали семплов подобного материала от их локальных брендов кучу. Но то ли мы такие привередливые, то ли на самом деле все плохо с подобными технологиями в Китае, но 3М показал себя существенно лучше. Поэтому в инетмагазине буду предлагать такой термоскотч

Это хорошо, но тем не менее не всегда есть возможность такого крепления, может и поверхность быть неровной, и тд.

Винтов это не отменяет. Дай человеку возможность самому решить как крепить (на винтах, на любой высоте над поверхностью), или на скоче, вплотную на радиаторе.

Это ведь конструктор... 



#18 antil

antil

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • Cообщений: 386

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:37

Это зависит в общем случае от контроллера. Мы уже обсуждали это.

 Вообще то обсуждаем драйвер с ШИМ управлением, а не контроллер.

Вашему драйверу нужен какой то особенный ШИМ?

 

Мы же с вами это терли-терли, терли-терли в отдельно поднятой вами теме. Запамятовали? Да, с высокой точностью будет 50% от номинала драйвера. По крайней мере у прототипа так было, у серийного экземпляра вот именно на этот параметр в Китае проверки не было. Хотите - можете проверить.

Ещё раз уточняю вопрос:

На частоте моего ШИМа 300 Гц. ток в течении всего периода ШИМа ( 3.33 мс) будет постоянным и пропорциональным коэффициенту заполнения D?

К сожалению, в моей ветке вы мне по существу так и не ответили.



#19 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:43

Это ведь конструктор...

Именно потому что это конструктор я даю возможность таким образом человеку закрепить плату ГДЕ угодно и как угодно. Вообще без ограничений. Причем для этого ничего не надо делать! Только пыль сдуть перед поклейкой скотча. Олег, помнишь, как ты меня про ионистор долго убеждал? ;) Теперь моя очередь :)

#20 DNK

DNK

    Продвинутый пользователь

  • Brandname
  • PipPipPip
  • Cообщений: 19 931
  • Меня зовут:Дмитрий

Отправлено 07 Ноябрь 2013 - 22:47

Вашему драйверу нужен какой то особенный ШИМ?

Мой драйвер может работать и с обычным ШИМ и с необычным ШИМ. В отличие от LDD, к примеру.
 

На частоте моего ШИМа 300 Гц. ток в течении всего периода ШИМа ( 3.33 мс) будет постоянным и пропорциональным коэффициенту заполнения D?

Зачем вам мои слова, вы ведь все равно не поверите. И будете врать, как делаете это в соседней ветке.




Количество пользователей, читающих эту тему: 1

0 пользователей, 1 гостей, 0 анонимных