stalpi de gradina cu led - diy

[turcu_dan]

  Am mai avansat putin, prelucrarea radiatoarelor si adaptarea lor pentru "incinta" stalpului dureaza mai mult decat am estimat. Mai am de lipit ledurile pt 3 stalpi si am terminat, urmeaza scc-urile.... intre timp mi-a sosit si sursa de alimentare man-well  10A la 15V pe care am reglat-o la 14.5V. Cablajul l-am lipit pe radiator cu silicon ceresit neutru, transferul termic este bun din cate vad, nu am sesizat diferente intre poxilol si silicon, poate reusesc maine sa masor si temperatura dupa cca o ora de functionare. Un stalpisor am reusit sa-l termin complet.

[turcu_dan]

Temperatura radiatorului dupa 2.5 ore de functionare ajunge la 43 grade in conditiile in care temp mediului era 18 grade. Transferul termic de la placuta cu leduri la radiator este bun, dupa cum spuneam, insa ma gandesc ca la vara temp radiatorului va creste cu vre-o 10 grade.

[validae]

Temperatura cipului ai reușit s-o citești cu un termometru IR ?  fiindcă dacă rezistența termică între capsulă și radiator este mare, la cele 43*C măsurate ale radiatorului...joncțiunea poate avea 90-100*C. Oricum, sunt convins că răcirea de la acei stâlpișori nu se compară în niciun caz cu ,,becoledurile,, chinezești la care te poți arde dacă le atingi radiatorul...

[Dxxx]

Dragilor, masuratorile cu IR la nivelul aparatelor accesibile este total nerelevanta pentru leduri. In nici un caz Tj...

Poate cu o camera IR sa fie rezultate ceva mai bune (chiar si asa totusi doar orientativ) insa e vorba de echipamente de mii de euro, in nici un caz de "termometru-pistol"...chinezesc de 70 de lei.

 

Cu asa ceva (adica cel de 70 lei) poti determina temperatura unui radiator si vorbim de unul maricel, daca are 10x10cm poate sa fie corect.

 

Experiment: masuratori asupra unor rezistori de putere de 10W bobinati, solicitati in apropierea Pmax este vorba de o suprafata desasurata de zeci de centimetri patrati

Rezultatele dau valori in jur de 200 grade insa diferente de 50 grade sunt de asteptat la mici modificari ale incidentei (trebuie sa tot repeti modificand usor incidenta pana citesti cea mai mare valoare), in timp ce este evident ca incalzirea rezistorului este uniforma.

Un led de putere, sa zicem Cree de 10W are suprafata de 3,5x3,5mm, adica 12mm patrati, adica 0,1cm patrati - deci de sute de ori mai mic ca rezistenta din experimentul precedent.

Deci imposibil sa masori ceva, vei masura temperatura radiatorului din zona ledului si evident ca concluziile vor fi gresite.

 

Si oricum o astfel de determinare este Tcaps nici un caz Tj.

 

Nu ca vreau sa fac reclama la topicul cu varianta de masurare a lui UDAR (deschis de mine): la nivel de amator aceea ar fi singura solutie viabila.

 

Practic: singurul mod de a face macar estimari este sa se lucreze temeinic la montura termica, in asa fel ca RTcaps-rad sa fie minima + RTjct-caps o aflam din DS.

Citind temperatura radiatorului doar estimam pe unde e jonctiunea - adica exact ce a facut Dan.

 

Alta varianta ar fi determinarea Vf la curentul de lucru si compararea intre momentul punerii in functie si cel de echilibru termic.

Este doar o estimare pur si simplu, adica fara sa avem curbe termo/tensiune determinate la respectivul curent putem doar sa folosim intuitia.

Editat Mai 2, 2015 de Dxxx

[turcu_dan]

    Bine ca nu am cumparat un astfel de termometru-pistol, era cat pe ce...... Transferul de caldura se face in conditii bune, zic eu..... ca si comparatie cu unele led-uri achizitionate cu tot cu radiator (Nichia), care la randul lor sunt montate pe unul mai mare, cu pasta termoconductoare, am observat ca daca se atinge capsula emitor in timpul functionarii, cu degetul - partea in care pielea este mai subtite aceasta arde...., si in cazul meu la fel se simte capsula...... fierbinte. Atentie nu fac referire la "carcasa" led-ului, ci la partea care emite lumina. Stiu ca @Dxxx va spune ca-i o metoda grosolana de aproximare a temperaturii, dar alta nu am. Am ramas putin uimit ca pe fiecare ramura de cate 6 stalpi pana la ultimul am o cadere de 1V, in cazul in care lungimea conductorului este de aprox 17m iar diametrul de 0.75mm. Aseara am facut prima proba, lumina este mai mult decat suficienta, o sa realizez si un circuit PWM pentru micsorarea intensitatii luminoase in cazul in care se doreste. Schema ar fi aceasta:

Sper ca tranzistorul Q1 IRFZ44N, sa reziste la cei 5A, cat este consumul stalpilor.

[Dxxx]

O sa razi, dar nu e grosolana... Insa incet cu degetelul ca sa nu strici ceva, pe ledul cald e bine sa nu-l stresezi mecanic de nici un fel.

Nichia - very good!

 

Si metoda ta "termometru organoleptic" e mai buna ca pistolul IR. Evident ca daca il folosesti la ce poate e o scula care merita 70 lei, dar nu pentru leduri... Eu dupa ce l-am luat faceam ture prin casa si masuram toate suprafetele, dar asta a trecut acum sta depozitat.

 

La schema cu 555 pui ce MOSFET doresti, sa fie tensiunea cu o marja rezonabila in plus, iar de curent nu cred sa fie probleme de pret, gasesti zeci de Amperi foarte lejer. In mod normal functionarea este on/off deci disipatia zero, asa ca poti sa nu pui radiator, se gasesc si in capsule mici sau foarte mici (smd) cu curenti peste 10A si rezistenta de miliOhmi.

Atentie mare la tensiune sa nu o depasesti pe cea de pe poarta, tipic 20V, daca e mai mare alimentarea limiteaz-o cu un Zenner pe la 10-15V.

 

Intrebarea este ce driver folosesti - de obicei nici nu trebuie mosfet in PWM.

Adica faci doar PWMul cu 555 si semnalul il injectezi direct in driver, obtinandu-se nu comutarea curentului mare ci comutarea driverului, cu un semnal mic.

 

Cu PWM puterea va fi mai mica, deci racirea mai usoara.

[turcu_dan]

Driverul l-am integrat in piciorul stalpului, si este cel pe care l-am folosit pentru majoritatea montajelor cu led. (poza de mai jos) Am achiztionat mai multe piese asa ca am avut totul pentru construirea lor. Desi cred ca o sa incerc si varianta prezentata de colegul @ianacosti cu toate ca nu cred ca castig foarte mult la randament. Am incercat sa fac un calcul de randament pt scc utilizate de mine:

Umos= Ualim-Uvfled-Rrs = 15-12-0.7= 2.3V

Disipatia pe mos Pmos= Umos*Iled = 2.3*0.4= 0.92W

Disipatia pe reszistenta de sunt Pr= Ur*Iled= 0.7*0.4 = 0.28W;  Ptot disipata= 0.92+0.28= 1.2W/stalp, iar pe 12 stalpi Ptot disipata = 14.4W disipati doar de scc. Este destul de mult , poate ar trebui sa iau in calcul realizarea unor scc cu circuit specializat pt led-uri , varianta propusa de @ianacosti care se pare ca are o eficienta de 95%. Daca as realiza pt toti stalpii astfel de surse as pierde doar aproximativ 3.3-4W dupa un calcul estimativ.

  "Cu PWM puterea va fi mai mica" - din cauza ca led-urile sunt alimentate pilsatoruiu si nu continuu?

[Dxxx]

Din cauza ca nu vei merge pe 100% - este vorba de factor de umplere.

PWMul modifica factorul de umplere.

Adica la 90% vei avea 10% pauza si 90% functionare la curentul stabilit, deci energia va fi 90% din maxim (si de asta zic ca puterea va fi mai mica)

La 10% vei avea pauzele de 90% si conductia de 10%.

Evident cu PWM pus pe 100% puterea va fi cea maxima, dar presupun ca nu faci PWM ca sa-l tii la 100% ca ar fi inutil.

 

Cu randamentul nu este chiar asa. Era un post mai vechi al lui UDAR, unde arata cazul cu randament mai mare pe varianta seriala fata de cea comutatie.

In rezumat:

- driverul in comutatie este excelent cand tensiunea de intrare variaza mult, atunci el mentine un randament relativ bun in orice zona pentru ca converteste energie.

- varianta de care spui nu vad de ce ar fi mai ieftina / mai buna decat un convertor buck pe care il iei de la chinezi si il schimbi tu cu iesirea in curent constant. Cu cablaj, piese, inductanta iesi mai ieftin cu subansablul chinezesc.

- randamentul de 95% este mare, se poate chiar si 98% dupa masuratorile mele pe unele dedicate, insa ma indoiesc ca ceva self-made bate pe acolo. Determinarile uzuale pe care le-am facut au randamente intre 70 si 90% - si trebuie sa faci masuratori in multe puncte la curenti si tensiuni diferite intrare-iesire. Cu  LM2596 poti gasi un punct cu 95% randament dar nici un montaj nu va sta pe acel punct si va reveni la randamentul lui normal intre 70 si 85%.

Dar pentru asta trebuie sa petreci mult timp pe masuratori...

 

Asa ca intreaba-l pe IanaCosti de astfel de tabele, cred ca a spus randamentul "din burta" sau din catalog, ma rog. Chiar si daca realitatea ar fi ca sunt zone (nu puncte) cu 95%,ceea ce putine convertoare fac, sigur vor exista si zone cu semnificativ mai putin.

Adica, cam orice convertor are zone cu randament maxim si altele cu el mult mai mic - doar unele scheme foarte optimizate am vazut sa nu aiba caderi, si nu la nivel amator.

 

Driverul serial pe care l-ai pus tu mai sus este prin contrast mult mai dependent de o tensiune de intrare cu un ecart foarte ingust fata de tensiunea de iesire.

Randamentul teoretic al unui driver serial merge pana la 100%, in conditiile in care la acel randament stabilizarea devine zero.

Deci cu cat vrei stabilizare mai "buna" adica sa poata forta curentul si spre crestere si spre scadere trebuie sa pierzi mai multa tensiune / energie / caldura pe elementul serie, adica MOSFETul tau.

In plus in schema asta simpla mai pierzi relativ mult pe rezistenta de sesizare.

Insa daca nu vrei sa ai rezerve in sus (accepti sa scada un pic luminozitatea daca scade tensiunea pe retea) si daca faci sesizarea la zeci de milivolti atunci poti sa ai cu acest montaj randamente peste 90%, este accesibil si 95 %. Dar trebuie sa amplifici tensiunea pe rezistenta de sesizare.

 

A, sa nu uit: o cale simpla de a ajunge la randamente foarte bune sunt catenele lungi de leduri, pentru ca pe ele cade tensiune (foarte) mare, si atunci in cazul driverului serial caderea pe acest driver devine neglijabila sau oricum un procent mic de pierderi - deci daca le pui pe toate in serie ai randament si cost mic cu driverul tau vechi, in plus fiind un singur fir cu curent mic - posibil sa combati si o parte din caderea de tensiune de care vorbeai pe fire.

Editat Mai 5, 2015 de Dxxx

[mihaicozac]

Nu trebuie să uiţi de randamentul sursei de alimentare generale, care se adaugă la pierderi. Un driver chinezesc PWM de duzină are 80%, iar dpdv al randamentului soluţia cu el e mai eficientă şi mai ieftină, nu ştiu dacă şi mai fiabilă. Cele care merg pe la mine prin casă au unele din ele şi 5 ani de funcţionare.

[Dxxx]

Asa este si este simplu de explicat:

 

- "driver chinezesc PWM de duzină" este vorba de o sursa SMPS cu iesire in curent constant.

Adica face functiile de sursa CC (pornind de la 220V) si de driver simultan, fiind defapt o sursa in comutatie care are iesirea limitata ca intensitate.

Avantajul major este ca nu face decat o transformare energetica, deci are pierderi intr-o singura etapa, asa ca randamentul global este practic imbatabil.

 

- multe au iesire cu capabilitate de tensiune pana la 50-60V, iar curentul este prestabilit, se pot gasi uzual intre 0,2 si 1,0A, cele de aceasta tensiune.

 

 

Ce se poate face, spre exemplu:

- cablezi toate diodele din fiecare stalpisor in serie (rezulta 48-50V). In plus la fiecare dispui o rezistenta serie de echilibrare pe care sa cada minim 0,5V, asta daca se poate dupa ce estimezi imperecherea prin masuratori si s-ar putea sa  fie necesar mai mult.

- faci o singura magistrala pe care fiecare stalpisor este conectat (adica ele toate vin in paralel). In acest mod la tensiunea de ~ 50V curentul va fi mic, caderea pe fire va deveni neglijabila.

- le alimentezi cu o sursa SMPS de cc, care sa aiba ca specificatie curentul insumat - dupa calculele tale 1,2A, eu chiar as recomanda mai putin. Poti gasi variante ieftine chinezesti dar gasesti si MeanWell, foarte bune. Astea costa ~60 lei in varianta de 0,5A, dar gasesti si la curenti mai mari ceva mai scumpe.

- solutia este foarte ieftina global, randament foarte bun - fara probleme de racire driver, pierderi pe fire neglijabile, practic in afara de stalpisori in rest nu faci decat munca de asamblare.

Editat Mai 6, 2015 de Dxxx

[turcu_dan]

Da, ar fi o varianta insa acuma este prea tarziu, investitia am facut-o, stalpii sunt montati toti in curte (fiecare cu sursa sa proprie de cc)....... iar ca si sursa ce alimenteaza fiecare scc am un MeanWell 15V/10A cu eficienta 85%, data in catalog. In mare varianta mea este asemanatoare cu cea propusa de tine :

 - sursa SMPS>sursa de CC/fiecare stalp> led-uri. Diferenta fiind tensiuniile de alimentare si caderea de cca 1V ce o am pana la ultimul stalp. 

In cazul propus de tine:

 - sursa SMPS> sursa de CC in comutatie/fiecare stalp. - avantaje? - caderi de tensiune neglijabile, si eficienta mai mare care s-ar castiga cu ajutorul scc-urilor dedicate. Poate luam in calcul varianta daca stiam de la inceput, acum insa este prea tarziu. Ceea ce este bine este faptul ca nu va trebui sa merg cu ei la intensitate max, fiind foarte luminosi, probabil ca un 50% este suficient, astfel se prelungeste viata led-urlilor, si se obdine o functionare la temp scazute.

  Sursa MeanWell 15V/10A este reglabila in intervalul 14.3-16V, practic dupa ce realizez si montez PWM-ul cum ar trebui sa o reglez (la ce tensiune) pentru a beneficia de o eficienta max astfel incat scc-urile sa nu disipe caldura inutil? Avand in vedere ca am 4 led-uri serie care la 100mA au 3V, o sa am pe serie 12V necesari, mai am 0.7V cadere pe rezistenta de sesizare din SCC, si cca 1V cadere pana la ultimul stalp.

Mai jos pun si o schita cu modul de pornire/alimentare a intregului circuit in diverse situatii. Respectiv acestia vor functiona cand:

- sunt porniti de o priza programabila intre orele 21-00 sa zicem;

- sunt porniti de senzorii PIR dispusi la iesirea din casa/intrarea in curte;

- sunt porniti dintr-un intrerupator separat in caz ca se doreste;

Se observa ca vor fi situatii care se suprapun, cazuri in care sunt porniti de priza programabila, dar in acelasi timp si la trecere prin fata senzorilor cupland si acestia.

[Dxxx]

Cred ca nu ne-am inteles, in ce spuneam eu ar fi doar o sursa SMPS cu iesire in curent constant. Spre stalpi ar pleca o retea de 2 fire cu o tensiune pe care ar stabili-o sursa ca sa dea500mA (asa functioneaza ea, limiteaza curentul la 500mA indiferent la ce tensiune se intimpla asta, eu am considerat 500mA ca o buna alegere).

Din ce ai spus tu tensiunea respectiva ar fi 48V (16 leduri pe stalp, 3v fiecare)

Fiecare stalp ar fi conectat direct fara nici o sursa de curent constant la aceasta retea, echilibrarea (intre stalpi ar fi normal sa fie diferente de zeci/sute de milivolti) fiind realizata cu rezistente care nici nu ar disipa mare lucru...oricum mult mai putin ca un driver serial - bine si pentru incalzire.

Curentul prin fiecare stalp ar fi 500mA:12 ~ 42mA.

- mai eficient ca randament nu vei reusi

- mai eficient ca racire - iarasi nu ai cum

- mai eficient ca simplitate a montajului - nu cred

- mai bine ca cost - exclus

 

 

PS rezistentele de echilibrare se calculeaza dupa ce masori fiecare stalp. Se ia diferenta cea mai mare si se calculeaza rezistenta ipotetica care ar avea acea cadere de tensiune la cei 42mA. Rezistenta de echilibrare trebuie sa fie cam de 10 ori mai mare.

Uzual pierderea de tensiune pe echilibrare trebuie sa fie de ordinul a 1%, deci numai atat se reduce randamentul sursei. Un driver serial ar consuma minim de 10 ori mai mult. Daca poti face binning la leduri pierderea de echilibrare poate fi in plus redusa de cateva ori...

Daca echilibrarea e corecta atunci curentii se vor distribui egal intre cei 12 stalpi.

Editat Mai 6, 2015 de Dxxx

[mihaicozac]

Probabil că cel mai simplu ar fi să renunţi la sursa de cc cu tranzistoare în favoarea rezistenţelor simple serie, calculate după depărtarea faţă de sursă, iar ca reglaj de intensitate să foloseşti chiar sursa, înlocuind semireglabilul cu un potenţiometru extern. În plaja de 14-16V, cu cca. 12V cădere pe diode ai exact 50-100% intensitate, fără PWM-uri.

[turcu_dan]

 -   Ok, acum te-am inteles @Dxxx, pe viitor cand o sa am timp probabil ca o sa aplic aceasta metoda;

 - ar merge si varianta propusa de tine @mihaicozac , insa partea cu reglajul e mai dificil pentru ca sursa se afla intr-o magazie, iar stalpii incep de la ceva distanta de aceasta, insa e o varianta;

Aseara am pus in functiune toata instalatia, comandata de priza programabila si am ales sa reduc tensiunea din SMPS la 13.5V (minimul) unde lumina este suficienta/placuta, racirea este buna - radiatoarele ating undeva la 30grade si consumul total masutat cu o priza-contor este de 49-50W, destul de putin pt o curte cu dimensiuni aproximative de 25m x 14m iluminata bine.

 - daca modific tensiunea sursei la 15V, curentul/stalp va fi de 400mA, lumina prea puternica, deranjanta la ochi daca stai pe terasa, iar consumul creste la 80W, automat si temp radiatoarelor creste la 43grade. Probabil ca nu voi folosi aceasta putere niciodata.

  Va multumesc pentru atentia acordata si sfaturi, o sa revin si cu o poza cand am timp.

Numai bine.

[Dxxx]

Ma / ne bucuram ca ai reusit si ca esti multumit.

Oricare varianta e buna / corecta atata timp cat esti multumit cu rezultatul, ce iti sugerasem eu era in ideea unui randament maximal, pe care ai amintit-o de cateva ori (randament si energetic dar si al raportului cost/rezultat).

De multe ori insa este de preferat o schema pentru alte motive decat cele "pe hartie" deoarece spre exemplu pretul / disponibilitatea / faptul ca avem ceva deja in stoc - oricare poate sa devina prioritar.