Oświetlenie akwarium na power LED Cree

[uszy]

Dzień dobry.
To moje pierwsze wejście na tej scenie, w związku z powyższym pozwólcie, że się przedstawię.
Jestem z małej miejscowości, gdzie po wszelkie nowinki technologiczne trzeba sięgać do sklepów internetowych.
Jednocześnie jestem zapalonym hobbystą w dziedzinie akwarystyki roślinnej. Jeszcze do niedawna, "wypasem" w oświetlaniu akwarium były żarniki HQI. Obecnie panuje trend przechodzenia na bardziej wydajne oświetlenie oparte o LEDy mocy.

I tu płynnie przechodzimy do sedna - kłopotu. Mój problem polega na braku umiejętności stworzenia sterownika (zasilacza, drivera) do łańcucha power LED (w moim przypadku CREE XP-G o mocy 5W każda).
Wymiary zbiornika, który chcę oświetlić kilkoma łańcuchami LED połączonymi w szereg, wymuszają zastosowanie kilku stringów z 23 sztukami CREE.
Mimo, iż diody są przyklejone do potężnego radiatora, który stanowi fragment pokrywy do zbiornika DIY, nie chcę i nie będę ich kręcić maksymalnym prądem (mogą łyknąć do 1500mA = 1,5A).
Chcę je wysterować prądem o 1/3 mniejszym od maksymalnego, czyli 1A. Dwa powody:
1. nie chcę, by diody pracowały w wysokiej temperaturze, by nie skracać ich czasu życia
2. w akwarium będzie za jasno dla zwierząt i rośliny będą rosły zbyt szybko.

Chciałbym, abyście pomogli mi zaprojektować sterownik, który będę mógł sobie polutować samemu, który wysteruje mi te diody odpowiednim prądem i jednocześnie zapewni na tyle wysokie napięcie wyjściowe, by suma spadków napięć na LEDach (przy prądzie 1A to kapkę powyżej 3V, ok. 3.1V) była mniejsza.
Należy zwrócić uwagę, że driver powinien zatem zapewnić następujące parametry:
I wy = 1A
U wy = 70-80V

Bardzo podobają mi się gotowe rozwiązania, jak to.
Ma sterowanie jasnością przez PWM i napięcie, ma możliwość synchronizacji kilku urządzeń, ma możliwość wysterowania LED dyskretnymi warościami prądu i kilka mniej istotnych cech.
Datasheet tego zasilacza mówi jednak, że przy prądzie 1A można z niego wyciągnąć tylko 40 V, co jest za małą wartością dla mnie. Główną jego wadą jest cena, bo musiałbym kupić takich urządzeń kilka, co kosztowałoby mnie coś koło 1k PLN. Nie do przyjęcia.
Wiem, że można kupić jakiś inny zasilacz, np. stałonapięciowy, np. taki, i dokupić do niego jakąś przetwornicę na ebay-u z Chin. Pewnie by wystarczyło mocy (prądu i napięcia po wyjściu z przetwornicy - nawet nie wiem, bo nie zgłębiałem za bardzo zasady działania takiego urządzenia), ale, znowu, byłoby to drogie, bo też kilka takich zestawów trzeba by nabyć drogą kupna...

Myślałem o kupnie trafo z U wy = 80 V, za nim mostek Graetza, by wyprostować napięcie, po czym nastąpiłaby sekcja wysterowująca prąd na wyjściu z układu podany na string moich LEDów. Wiem, że da się coś takiego zbudować na MOSFET-ie (tranzystor mocy) + drugi tranzystor NPN + ze dwa rezystory.

Nie wiem, czy jest to komplet (w znaczeniu: wszystkie) elementów niezbędnych do zbudowania. Powiedział mi o tym przez telefon człowiek, z którym już nie jestem w stanie nawiązać kontaktu. Elektronikę znam bardzo teoretycznie ze studiów, o zaprojektowaniu czegoś takiego nie ma mowy.

Lutować umiem, dwóch lewych rąk nie mam, wyzwań się nie boję. Największą zaletą takiego rozwiązania DIY, o pomoc w którym proszę Was, Forumowicze, byłoby to, że projekt byłby w całości zrobiony samodzielnie no i dużo tańszy, jak mniemam, od gotowców, które i tak nie zadowalają mnie w 100%, nawet, gdyby trzeba było kupić części na kilka takich zestawów.

Mogę liczyć na schemat takiego sterownika prądu i dobór elementów?

[skaktus]

Zacznij od tego, jaki masz budżet.

Ja bym to zrobił prosto - zasilacz 24V + przetwornica + mniejsza liczba ledów w szeregu. Nikt nie każe Ci sterować całości napięciem 80V, które dodatkowo jest już niebezpieczne dla człowieka.

Ledy sterowane prądem nawet i 3A (XP-G) nie muszą mieć złego życia, ważne aby MCPCB było z bezpośrednim padem termalnym i radiator miał odpowiednią powierzchnię. Zastanów się też nad nowszą serią ledów XP-G2 - lepsze parametry, wydajność itd.

Na aliexpress są do kupienia gotowe zasilacze z regulacją. Zasilacze o mocy 60W można już dostać za około 30 dolarów.

[Fluxor]

Ja bym dołożył do radiatora trochę heatpipów z linku i grzał wodę przy okazji zamiast dodatkowej grzałki.

KLIK LINK

[GanzConrad]

czy heatpipe będzie wystarczająco transportował ciepło "w dół"? Opary idą w górę, a ciecz spływa w dół, więc nie jestem pewien, czy to będzie prawidłowo pracowało.

[Gurgul99]

Myślałem nad chłodzeniem radiatora wodą z akwa, wystarczy mała pompka na wylot której nałożymy wężyk, można pokombinować żeby woda obmywała radiator.

Uszy, jaki baniak? Już się szczurzę od kupy czasu nad oświetleniem swojego, 150*60*50 450l, myślałem o 2 panelach z kilkunastoma diodami, nawet na niedużym prądzie.

[uszy]

Koledzy, dziękuję za zainteresowanie.
Trochę się nie zrozumieliśmy, może nie podkreśliłem tego wystarczająco mocno w pierwszym wejściu...

Budżet mam taki, jaki będzie trzeba, by to wykonać. W końcu to hobby. Mógłbym na markowe zasilacze (drivery) wydać około tysiaka, ale byłaby to droga na skróty. Po pierwsze, skorzystałbym z gotowców, a w hobby, które się lubi, nie chodzi o to, by koniecznie wszystko kupić. Największą frajdę sprawia dojście do pewnych rzeczy samemu. Przy okazji bardzo wiele można się nauczyć i, kto wie, może znaleźć nowe hobby, w moim przypadku może prostą elektronikę.
Po drugie, niekoniecznie chcę wydawać dość pokaźną kwotę pieniędzy. Nawet, jeśli mnie na to stać, to, wiedząc, że można to samo osiągnąć taniej, wolę zrobić to taniej i nadwyżkę pieniędzy wykorzystać w jakimś innym miejscu.

Jak napisałem za pierwszym razem, nie chcę tego robić "prosto", skaktus, na przetwornicy, tylko chciałbym ten sterownik zlutować sobie samemu.

O chłodzeniu diod wysokiej mocy wiem, co nie zmienia faktu, że i tak nie chcę ich żyłować maksymalnym prądem. Od pewnej wartości prądu, jego wzrost nie idzie liniowo ze wzrostem lumenów wychodzących z emitera diody. Emitey na MCPCB są przyklejone do potężnego radiatora alu. Diody XP-G, radiator, przewody, kolimatory już są kupione, więc żadne inne elementy nie wchodzą w grę. Możecie sobie, Koledzy, darować propozycje. Zostaje kwestia samego zasilania, o pomoc w projekcie którego proszę.

Nie za bardzo też mi się uśmiecha budowanie stringów na mniejszą liczbę LED, ponieważ wówczas takich stringów musiałbym mieć chyba z kilkanaście. Nie chcę, by taka potężna liczba kabli wychodziła mi spod radiatora. Chcę to wszystko zamknąć w jednej niedużej wiązce.

Argument, że 80 V nie jest napięciem bezpiecznym, też do mnie nie trafia. 230 jest tym bardziej niebezpiecznym, a wszyscy powszechnie podłączamy się do instalacji z takim napięciem.

Żadne heatpipe-y również nie wchodzą w grę, dziękuję za propozycję. Nie chcę żadnych elementów dodatkowo szpecących zbiornik. Woda i tak ma aż za wysoką temperaturę, nie potrzeba jej dodatkowo grzać. Chłodzenie pasywne LEDów radiatorem wystarczy. Jeśli nie, dołożę wentylatory, choć pierwsze testy pokazują, iż nie będzie to zupełnie potrzebne.

Gurgul99 450 l na dwóch panelach może być za mało. Nie wiem, czy nie będziesz musiał dołożyć ciut więcej. Ale zależy, jakie panele masz na myśli i ile mocy (oraz światła bogatego w PAR oraz tego dla oka ludzkiego) one będą emitować. Ja na swój 300-litrowy baniak będę miał grubo powyżej 100 W emisji światła (możliwości LEDów oczywiście jeszcze znacznie większe).

[ptja]

/.../Argument, że 80 V nie jest napięciem bezpiecznym, też do mnie nie trafia. 230 jest tym bardziej niebezpiecznym, a wszyscy powszechnie podłączamy się do instalacji z takim napięciem./.../

ale jesteśmy strasznie uważni, jak działamy w pobliżu wody...

[uszy]

ale jesteśmy strasznie uważni, jak działamy w pobliżu wody...

Oczywiście, że jesteśmy.

[Fluxor]

czy heatpipe będzie wystarczająco transportował ciepło "w dół"? Opary idą w górę, a ciecz spływa w dół, więc nie jestem pewien, czy to będzie prawidłowo pracowało.

Właśnie testuje i transportują elegancko w dół.

[GanzConrad]

uszy, przeczytałem dokładnie wszystko i rozumiem to tak:
Chcesz zaprojektować impulsowy zasilacz stałoprądowy 1A o mocy 80W i napięciu maksymalnym około 80V.
Jeśli dobrze rozumuję to daj se spokój .
1) nie widziałem, aby ktokolwiek na tym forum coś takiego udostępnił (nie mówię, że nie nikt nie potrafi )
2) nawet jeśli zaprojektujesz tego typu zasilacz, bazując na najpopularniejszych układach, to powinieneś zacząć od szukania gotowego w sprzedaży transformatora impulsowego, który będzie odpowiadał mocy, napięciu i częstotliwości, ponieważ obliczanie+nawijanie pojedynczego mija się z celem (nie wspominając o dobieraniu karkasu.... )
Mając na uwadze powyższe proponuję Ci wrócić do wersji z transformatorem + mostek Graetza + stabilizacja prądu na 2 tranzystorach:
Dobierz jakiś gotowy transformator, zwracając uwagę na napięcie po wyprostowaniu i filtracji przez kondensator i zadbaj o to, by to napięcie było jak najbliżej maksymalnego przewidzianego przez szereg LEDów. Wszystko to tylko po to, aby na tranzystorze stabilizującym prąd odkładała się jak najniższa moc i aby grzałka(tranzystor) była jak najmniejsza. Nadmiar ciepła i tak będziesz chciał zużyć do podgrzewania akwarium (podejrzewam, że termostat ogarnie załączanie dedykowanej grzałki).
Robiłem ostatnio powyższy zasilacz na 120V/ 0,5A i ilość ciepła jest dość spora (sam transformator się grzeje + tranzystor). Oczywiście zależy to od przewymiarowania transformatora, bo w stabilizacji liniowej chodzi o to, aby nadmiar mocy "zrzucić" w postaci ciepła.
Osobiście nie bawiłbym się w żadną z powyższych opcji (chyba, że dobrze dopasujesz trafo), tylko podzielił całość na kilka sekcji i zastosował jakieś tańsze, chińskie gotowce (niekoniecznie meanwella). Sporo z nich ma możliwość sterowania poprzez PWM, nawet jeśli nie jest to wprost napisane. PWM nawet możesz dystrybuować poprzez transoptory (aby zachować izolację ) - będzie to prostsze niż projektowanie zasilacza.

[ptja]

Kilka sekcji pozwoli na regulację jasności bez PWM - jeśli wyłączanie całych sekcji spełni wymagania.

[Pyra]

Witam

Temat Przetwornica CC z trybami opisuje teorię sterowania praktycznie każdą przetwornicą prądową, z pomiarem prądu na rezystorze w minusie.
Pozostaje kwestia znalezienia odpowiedniej przetwornicy.


Pozdrawiam

[Gurgul99]

uszy
chcę dać diody jako "światło w południe", w ciągu dnia mam 2x54W, w południe dochodzi na 4h 1x54W więc chcę wyeliminować tą pojedynczą świetlówę, ew. jako główne oświetlenie dać diody a 54-kę jako południe.

[uszy]

uszy
chcę dać diody jako "światło w południe", w ciągu dnia mam 2x54W, w południe dochodzi na 4h 1x54W więc chcę wyeliminować tą pojedynczą świetlówę, ew. jako główne oświetlenie dać diody a 54-kę jako południe.

Jest sens używać wciąż świetlówek, kiedy przechodzisz na LED?
Moim motorem do zmiany oświetlenia było:
1. oszczędność energii elektrycznej (mniejsza moc potrzebna do większej ilości luxów na dnie baniaka)
2. bliki na dnie (pięknie uwypuklony cień falującej wody widoczny na dnie zbiornika)
3. znacznie większy współczynnik PAR (Photosynthetic Active Ratio) - jak wiadomo, rośliny zadowalają się wyłącznie światłem czerwonym i niebieskim, podczas, gdy ludzkie oko najbardziej lubi światło białe, z pikiem w okolicy zielonego w widmie.
4. dobór temperatury barwowej takiej, jaką indywidualnie lubi akwarysta a nie takiej, jaką narzuca producent świetlówek - nawet, kiedy się je miesza z kilku różnych.
5. własnoręczne wykonanie nowej pokrywy z uwzględnieniem potrzeb nowego oświetlenia (głównie chodzi o jego chłodzenie), wcześniej projekt i majsterkowanie.

Mając na uwadze powyższe proponuję Ci wrócić do wersji z transformatorem + mostek Graetza + stabilizacja prądu na 2 tranzystorach:

Właśnie tak miałem zamiar to zrobić: trafo na toroidzie (można kupić gotowce z U wy = 80 V, nawet widziałem na "ale drogo" z podwójnym wyjściem), na jego wyjściu mostek, za mostkiem stabilizacja prądu na tranzystorach. Tylko właśnie nie wiem, jak ma wyglądać ta stabilizacja. Moja wiedza elektroniczna opiera się na znajomości teorii budowy elementów elektronicznych ze studiów. Wiesz, arsenek galu, złącza P-N itd..

[GanzConrad]

1. oszczędność energii elektrycznej

pójdzie do kosza przy stabilizacji liniowej (na 2 tranzystorach) bo będziesz produkował ciepło, czyli straty, których chcesz uniknąć.

można kupić gotowce z U wy = 80 V

rozumiem, że 80V AC, co przy DC da ci 80*1.41 (pierwiastek z 2) = 113V DC,
a Ty potrzebujesz 80V DC (nie liczyłem dokładnie, więc podaję przykładowo):
80/1.41 = 56V AC

Tylko właśnie nie wiem, jak ma wyglądać ta stabilizacja.

czwarty schemat od góry (oczywiście elementy przeliczone od nowa):
http://www.swiatelka.pl/viewtopic.php?t=2918

Pamiętaj, że transformator jest obliczony tak, aby dawać prąd maksymalny przy nominalnym napięciu, więc przy niższym prądzie da wyższe napięcie, więc tą nadmiarową moc będziesz musiał "zrzucić" w postaci ciepła. Dodatkowo możesz spodziewać się, że teoretycznie transformator dający 1A może spokojnie dawać więcej, np 1.1A, bo producent chciał zostawić zapas mocy. Ten zapas to również Twoja grzałka.
Dodatkowo powinieneś uwzględnić zmienne parametry sieci. Tranzystor będzie grzał się inaczej przy 220V z sieci i inaczej przy 240V . Stabilizacja liniowa przy takich napięciach i mocach nie jest ekonomicznym wyjściem. Zdarza się, że ze 100W zasilacza, 40W to tylko produkcja ciepła.
Np zwykłe ładowanie komórki prądem 1A z zapalniczki samochodowej poprzez stabilizator liniowy to 5W w komórkę i 9W w radiator , więc taki układ to głównie grzałka, ładowanie jest "przy okazji".