Sterownik rozszerzony 3.0 6A + lampki z zasilaniem 21700
: piątek 28 lut 2020, 16:10
Witam. Chciałem zaprezentować mój najnowszy projekt czyli sterownik rozszerzony 3.0 Rozwiązanie to bazuje na dwóch komponentach t.j. standardowej płytce sterownika (17/22mm) oraz specjalnemu podłożu MCPCB, które poza diodą/diodami LED, mieści również element wykonawczy sterownika w postaci tranzystora MOSFET. Takie rozwiązanie powoduje, że wszystkie elementy wydzielające ciepło w latarce mają bardzo dobre chłodzenie oraz nie występuje efekt sztucznego podgrzewania płytki sterownika poprzez element stabilizujący prąd.
Problem ten jest powszechny w sterownikach liniowych opartych na stabilizacji prądu z wykorzystaniem tranzystora FET. Płytka nie dość, że nagrzewa się od pracującej diody LED, to dodatkowo otrzymuje dużą ilość ciepła od pracującego obok tranzystora stabilizującego zadaną wartość prądu. W mechanizmach monitorujących temperaturę powoduje to często rzekomo zakłamane odczyty, gdyż czujnik temperatury w sterowniku (czy to w procesorze czy w zewnętrznym elemencie) bardzo szybko się nagrzewa, czego efektem jest redukcja mocy latarki, podczas gdy obudowa jest jeszcze stosunkowo chłodna. Moc wytracana w tranzystorze zależy od prądu jaki ma płynąć w obwodzie oraz nadmiarowego napięcia jakie musi zbić aby ustabilizować tę wartość. Z prostego równania na moc P= I*U, znając napięcie zasilające, prąd płynący w obwodzie diody, Vf diody dla zadanej wartości prądu, można łatwo obliczyć moc wytracaną w tranzystorze i jak łatwo przekroczyć dopuszczalną wartość... I oto mamy rozwiązaną zagadkę: dlaczego w chińskich sterownikach FET tryby to zazwyczaj: niski Low, Medium maksymalnie okolic 30% (zazwyczaj w praktyce jest mniej, ~20%) i bardzo wysoki Hi
. Niestety jest to o tyle wredny w chłodzeniu element, że jego thermal-pad stanowi zazwyczaj dren i musi być odizolowany elektrycznie od obudowy. OK ale dosyć już przynudzania, skupmy się na temacie 
W prezentowanym sterowniku prąd zasilający LED nie jest uzyskiwany modulowanym sygnałem PWM a regulowanym prądem stałym. Ma to szereg zalet takich jak: wykorzystanie wyższej sprawności lm/W diody LED zasilanej niskim prądem stałym, dłuższy czas pracy na akumulatorze (pobieramy stałą wartość a nie męczymy go wysokimi szpilkami prądowymi), brak często słyszalnego sygnału PWM, latarka nie zakłóca innych urządzeń pracujących w sąsiedztwie (np. bezprzewodowe liczniki rowerowe). Sterownik bazuje na procesorze Atiiny25, który poprzez bardzo precyzyjny wzmacniacz operacyjny, steruje otwarciem tranzystora MOSFET. Prąd mierzony jest na rezystorze bardzo niskiej wartości (5mΩ). Procesor zadaje wartość prądu do wejścia wzmacniacza operacyjnego. Do drugiego wejścia dostarczany jest sygnał z rezystora pomiarowego. Te dwa napięcia wzmacniacz zmienia w sygnał sterujący w taki sposób, aby utrzymać stały prąd diody.
Funkcjonalnie nowa wersja sterownika jest praktycznie identyczna względem opisanego niżej sterownika rozszerzonego 2.0:
Sterownik rozszerzony 2.0
Nie jestem zwolennikiem wodotrysków, n-klików oraz komplikowania prostych, sprawdzonych rozwiązań
Mamy więc:
Trzy przełączane miedzy sobą grupy trybów (4-trybowa EDC, 3-trybowa ROWEROWA, 2-trybowa TAKTYCZNA) - każdy tryb w niej można dowolnie zaprogramować spośród 16 dostępnych podczas procesu programowania poziomów jasności.
Domyślne/fabryczne ustawienia trybów w poszczególnych grupach:
EDC: 0,2%/5%/33%/100%
Rowerowa: 7%/45%/100%
Taktyczna: 8%/100%
Kliki użytkowe:
1-klik: przejście do kolejnego trybu w pętli
2- klik: przejście do poprzedniego trybu w pętli
3-klik: tryb strobo o intensywności trybu z jakiego go wywołaliśmy (różne częstotliwości pracy w zależności od grupy w której jesteśmy: 4Hz grupa EDC, 2Hz rowerowa, 16Hz w grupie taktycznej - w tej grupie intensywność zawsze 100%).
4-klik: Precyzyjny pomiar napięcia pod obciążeniem - sterownik informuje nas o dziesiętnej części V po 3.X. Np. 8 błysków to napięcie 3,8V; 5 błysków to napięcie 3,5V etc.
5-klik: zmiana grupy trybów
Kliki konfiguracyjne:
6-klik: Programowanie danego trybu spośród palety 16 dostępnych poziomów jasności.
7-klik: Wyłączenie/włączenie pamięci ostatnio używanego trybu
8-klik: Reset ustawień do fabrycznych: Tryby domyślne dla wszystkich grup wraz z przeniesieniem do grupy EDC i włączeniem pamięci. Nie resetuje ustawień termicznych.
10-klik: Poniesienie progu zabezpieczenia temperaturowego o 5*C
12-klik: Obniżenie progu zabezpieczenia temperaturowego o 5*C
Monitoring temperatury Procedura ta działa zawsze w tle i nadzoruje aktualną temperaturę sterownika. Bazuje na wewnętrznym czujniku temp. procesora Attiny25. Po osiągnięciu progu bezpieczeństwa (domyślnie 60st) sterownik płynnie redukuje moc, po czym stara się wyrównać do zadanego trybu pracy. Jeśli ciepło wciąż nie jest skutecznie odbierane, znowu redukcja i trzymanie się zadanego progu bezpieczeństwa. Przy wychłodzeniu lampki (np. opływ powietrza na obudowie lampki) powrót do nominalnych parametrów zaprogramowanego trybu.
Ostrzeganie o niskim napięciu ogniwa Zaczyna działać gdy ogniwo w danym trybie pracy osiąga okolice 2,9V. Następuje "mrugnięcie" i redukcja o kolejny, niższy poziom z palety programowalnych trybów (osiągamy ~2,9V w nim, mrugnięcie i redukcja do niższego).
Autorem oprogramowania jest oczywiście Pyra
Poniżej tabela programowalnych trybów sterownika dla diody SST-40 bin N5 zasilanej ogniwem Li-Ion 21700 Samsung 5000mAh:
Tabela programowalnych trybów sterownika dla modułu 4x SST-20 bin L4/ 4x Luxeon V2 bin Y (wartości są praktycznie identyczne dlatego ujednoliciłem je do jednej tabeli) zasilanie ogniwo 21700 Samsung 5000mAh:
Mod Convoy S12 (4x SST-20/4x Luxeon V2) optyki: medium (średnia) i wide (szeroka):
Mod S21A
4 optyki: ref. OP, TIR spot (wąska), TIR medium (średnia), TIR wide (szeroka), TIR rowerowa eliptyczna.
Convoy M21A reflektor SMO:
SESJA NOCNA:
Ustawienia manualne F/4.5, czas naświetlania 2.5 sek. ISO 200
Referencyjnie FW3A 3x XP-L HI 6500K tryb 900lm:
S12 4x SST-20 bin L4 5000K medium 100%
S12 4x SST-20 bin L4 5000K wide 100%
S12 4x Luxeon V2 bin Y 5000K medium 100%
S12 4x Luxeon V2 bin Y 5000K wide 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K ref OP 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR spot 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR medium 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR wide 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR rowerowa eliptyczna 100%
M21A SST-40 bin N5 5000K ref SMO 100%
Problem ten jest powszechny w sterownikach liniowych opartych na stabilizacji prądu z wykorzystaniem tranzystora FET. Płytka nie dość, że nagrzewa się od pracującej diody LED, to dodatkowo otrzymuje dużą ilość ciepła od pracującego obok tranzystora stabilizującego zadaną wartość prądu. W mechanizmach monitorujących temperaturę powoduje to często rzekomo zakłamane odczyty, gdyż czujnik temperatury w sterowniku (czy to w procesorze czy w zewnętrznym elemencie) bardzo szybko się nagrzewa, czego efektem jest redukcja mocy latarki, podczas gdy obudowa jest jeszcze stosunkowo chłodna. Moc wytracana w tranzystorze zależy od prądu jaki ma płynąć w obwodzie oraz nadmiarowego napięcia jakie musi zbić aby ustabilizować tę wartość. Z prostego równania na moc P= I*U, znając napięcie zasilające, prąd płynący w obwodzie diody, Vf diody dla zadanej wartości prądu, można łatwo obliczyć moc wytracaną w tranzystorze i jak łatwo przekroczyć dopuszczalną wartość... I oto mamy rozwiązaną zagadkę: dlaczego w chińskich sterownikach FET tryby to zazwyczaj: niski Low, Medium maksymalnie okolic 30% (zazwyczaj w praktyce jest mniej, ~20%) i bardzo wysoki Hi
. Niestety jest to o tyle wredny w chłodzeniu element, że jego thermal-pad stanowi zazwyczaj dren i musi być odizolowany elektrycznie od obudowy. OK ale dosyć już przynudzania, skupmy się na temacie W prezentowanym sterowniku prąd zasilający LED nie jest uzyskiwany modulowanym sygnałem PWM a regulowanym prądem stałym. Ma to szereg zalet takich jak: wykorzystanie wyższej sprawności lm/W diody LED zasilanej niskim prądem stałym, dłuższy czas pracy na akumulatorze (pobieramy stałą wartość a nie męczymy go wysokimi szpilkami prądowymi), brak często słyszalnego sygnału PWM, latarka nie zakłóca innych urządzeń pracujących w sąsiedztwie (np. bezprzewodowe liczniki rowerowe). Sterownik bazuje na procesorze Atiiny25, który poprzez bardzo precyzyjny wzmacniacz operacyjny, steruje otwarciem tranzystora MOSFET. Prąd mierzony jest na rezystorze bardzo niskiej wartości (5mΩ). Procesor zadaje wartość prądu do wejścia wzmacniacza operacyjnego. Do drugiego wejścia dostarczany jest sygnał z rezystora pomiarowego. Te dwa napięcia wzmacniacz zmienia w sygnał sterujący w taki sposób, aby utrzymać stały prąd diody.
Funkcjonalnie nowa wersja sterownika jest praktycznie identyczna względem opisanego niżej sterownika rozszerzonego 2.0:
Sterownik rozszerzony 2.0
Nie jestem zwolennikiem wodotrysków, n-klików oraz komplikowania prostych, sprawdzonych rozwiązań
Mamy więc:
Trzy przełączane miedzy sobą grupy trybów (4-trybowa EDC, 3-trybowa ROWEROWA, 2-trybowa TAKTYCZNA) - każdy tryb w niej można dowolnie zaprogramować spośród 16 dostępnych podczas procesu programowania poziomów jasności.
Domyślne/fabryczne ustawienia trybów w poszczególnych grupach:
EDC: 0,2%/5%/33%/100%
Rowerowa: 7%/45%/100%
Taktyczna: 8%/100%
Kliki użytkowe:
1-klik: przejście do kolejnego trybu w pętli
2- klik: przejście do poprzedniego trybu w pętli
3-klik: tryb strobo o intensywności trybu z jakiego go wywołaliśmy (różne częstotliwości pracy w zależności od grupy w której jesteśmy: 4Hz grupa EDC, 2Hz rowerowa, 16Hz w grupie taktycznej - w tej grupie intensywność zawsze 100%).
4-klik: Precyzyjny pomiar napięcia pod obciążeniem - sterownik informuje nas o dziesiętnej części V po 3.X. Np. 8 błysków to napięcie 3,8V; 5 błysków to napięcie 3,5V etc.
5-klik: zmiana grupy trybów
Kliki konfiguracyjne:
6-klik: Programowanie danego trybu spośród palety 16 dostępnych poziomów jasności.
7-klik: Wyłączenie/włączenie pamięci ostatnio używanego trybu
8-klik: Reset ustawień do fabrycznych: Tryby domyślne dla wszystkich grup wraz z przeniesieniem do grupy EDC i włączeniem pamięci. Nie resetuje ustawień termicznych.
10-klik: Poniesienie progu zabezpieczenia temperaturowego o 5*C
12-klik: Obniżenie progu zabezpieczenia temperaturowego o 5*C
Monitoring temperatury Procedura ta działa zawsze w tle i nadzoruje aktualną temperaturę sterownika. Bazuje na wewnętrznym czujniku temp. procesora Attiny25. Po osiągnięciu progu bezpieczeństwa (domyślnie 60st) sterownik płynnie redukuje moc, po czym stara się wyrównać do zadanego trybu pracy. Jeśli ciepło wciąż nie jest skutecznie odbierane, znowu redukcja i trzymanie się zadanego progu bezpieczeństwa. Przy wychłodzeniu lampki (np. opływ powietrza na obudowie lampki) powrót do nominalnych parametrów zaprogramowanego trybu.
Ostrzeganie o niskim napięciu ogniwa Zaczyna działać gdy ogniwo w danym trybie pracy osiąga okolice 2,9V. Następuje "mrugnięcie" i redukcja o kolejny, niższy poziom z palety programowalnych trybów (osiągamy ~2,9V w nim, mrugnięcie i redukcja do niższego).
Autorem oprogramowania jest oczywiście Pyra
Poniżej tabela programowalnych trybów sterownika dla diody SST-40 bin N5 zasilanej ogniwem Li-Ion 21700 Samsung 5000mAh:
Tabela programowalnych trybów sterownika dla modułu 4x SST-20 bin L4/ 4x Luxeon V2 bin Y (wartości są praktycznie identyczne dlatego ujednoliciłem je do jednej tabeli) zasilanie ogniwo 21700 Samsung 5000mAh:
Mod Convoy S12 (4x SST-20/4x Luxeon V2) optyki: medium (średnia) i wide (szeroka):
Mod S21A
4 optyki: ref. OP, TIR spot (wąska), TIR medium (średnia), TIR wide (szeroka), TIR rowerowa eliptyczna.
Convoy M21A reflektor SMO:
SESJA NOCNA:
Ustawienia manualne F/4.5, czas naświetlania 2.5 sek. ISO 200
Referencyjnie FW3A 3x XP-L HI 6500K tryb 900lm:
S12 4x SST-20 bin L4 5000K medium 100%
S12 4x SST-20 bin L4 5000K wide 100%
S12 4x Luxeon V2 bin Y 5000K medium 100%
S12 4x Luxeon V2 bin Y 5000K wide 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K ref OP 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR spot 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR medium 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR wide 100%
S21A SST-40 bin N5 5000K TIR rowerowa eliptyczna 100%
M21A SST-40 bin N5 5000K ref SMO 100%
