[engel65536 11]

Доброго дня. Делаю "для себя" велофару, встал вопрос о питании светодиодов.

Светодиоды уже выбраны, осветительные от Osram, ток до 100 мА, от 8 до 9.8 В прямого падения. Их будет 20 шт (или около того), ток каждого не выше 80 мА (скорее всего в номинальном режиме будет ещё меньше - 50-60 мА). Итого получаем что-то около 15 Вт. Других светодиодов точно не будет, потому что тараканы в голове говорят, что найти другие подходящие (размер светящегося тела, температура 3000 K, световой поток) будет очень непросто.

Питаться это всё должно от литиевых аккумуляторов (обычные 18650), предполагается сборка 3SxP (x от единицы и больше). Количество последовательных менять не хотелось бы, с 3S хоть ток банки великоват (1.3 А), получается что-то около-оптимальное по соображениям компоновки и возможности манёвра по ёмкости количеством параллельных 3S-сборок.

Источник должен быть регулируемым, хочется 10-кратный диапазон регулирования (от 8 до 80 мА на светодиод).

Вопрос в том, как бы это грамотно соединить. С точки зрения КПД, думаю, больших требований нет: тепловыделение на источнике не проблема, соответственно разница между КПД 80% и 90% выльется только в 10% разницу во времени работы. Рассматриваю такие варианты:

1. Просто линейный драйвер (индивидуальный для каждого светодиода - то есть 20 драйверов) - видится негодным решением. Хотя 3S по напряжению (как минимум не на морозе и при наличии параллельных сборок для снижения тока одной банки) и может запитать одиночный выбранный светодиод, но терять на драйвере придётся около 20-40% мощности. Ну и повторение драйвера 20 раз на каждый светодиод выглядят неразумно.

2. Один (на все светодиоды) повышающий boost на 40-50 В, за ним несколько линейных драйверов (для групп последовательно включённых светодиодов). Лучше первого варианта, так как исключает лишние потери из-за разброса напряжений аккумуляторной сборки.

3. Повышающие boost (с обратной связью по току, не по напряжению) для групп последовательно соединённых светодиодов. Выглядит очень хорошо, и изначально планировалось делать именно так, на базе TPS61165. Проблема только в том, что TPS61165 могут вытянуть по-хорошему только 3 светодиода, то есть их потребуется 7 штук - и это выглядит каким-то странным и "несерьёзным" решением.

4. Один повышающий преобразователь сразу на все 20 последовательно соединённых светодиодов (ну или как вариант - два преобразователя каждый на свою группу из 10). Прямое падение на группе светодиодов будет до 200 В, и это пугает - наверное, нужно делать гальваническую изоляцию по соображениям электробезопасности (радиатор светодиодов скорее всего будет доступен для касания, а обеспечить его надёжную изоляцию от светодиодов вряд ли удастся). Также я полагаю, что повышение 12→200 вряд ли можно реализовать на boost (или я ошибаюсь) и нужен flyback или какой-то трансформаторный преобразователь.

Хотелось бы услышать советов от знающих, чтобы откинуть обречённые на провал и просто нерациональные варианты.

P.S. Большого опыта с импульсными источниками не имею, несколько раз собирал на работе простые buck и boost - но там просто была сборка по схеме из ДШ с расчётами под требования, и это были "сильно интегральные" драйверы типа ST1S10 и того же TPS61165 - то есть в обвязке только дроссель, диод и конденсаторы. Какое-то небольшое понимание, как работают вообще импульсные источники имеется (как минимум, есть некоторое понимание, почему в flyback стоит дроссель, а не трансформатор).

[Vlad_G 6]

Сурово. Преобразователь на 200 вольт на велике ...

Я бы соединил параллельно с такими тараканами, общий ток 1,6 ампер. И дальше подобрал бы драйвер.

В своё время делал что-то похожее (питание от 12 вольт, аккумулятор), соединял два последовательно (7 вольт) и куча в параллель. Использовал MP4688, разница напряжений вход-выход для нормальной работы должна была быть >4 вольт. Был вариант с током через светодиоды 2 ампера - соединил два модуля на 4688 в параллель, не айс конечно, но всё работало - самый доступный вариант на тот момент. 

Импульсник подобрать на алике. Конечно, питание у вас три банки = 12 вольт и на светодиоде 9,8 не бог весть как. Но можно один повышающий на два последовательно и десять в параллель безо всякой стабилизации тока - выбрать заведомо несколько меньший ток через светодиоды и, даже, если с прогревом ток поднимется, то и ладно - скорей всего выдержат, чем нет. Во всяком случае такой вариант можно рассмотреть.

Работает дома такой вариант сейчас - китайский круглый тонкий светильник, с торцевым расположением светодиодов, 27.5 вольт и током 0.3 ампера + буст с алика. Буст стабилизирует напряжение, с прогревом ток растёт до 0.32 ампера и далее не повышается.

[byRAM 24]

Регулировать уровень освещения можно включая и отключая СИД, запитанные параллельно от батареи, зачем тут городить такую жуткую схему?!

20 градаций яркости устроит?

[engel65536 11]

1 hour ago, Vlad_G said:

Я бы соединил параллельно

Признаться, очень не хочется, так как слабо представляю, как в таких условиях можно выровнять ток по светодиодам - а оставлять "как есть" и надеяться на хорошую повторяемость ВАХ не хочется (хотя целевые светодиоды куплены одной лентой, как я понимаю - это совсем не гарантия того, что их ВАХ близки).

Хотелось бы сделать решение "поприличней", то есть фактически цель этого всего - не просто сделать "чтоб работало", а скорее ближе к "сделать как надо" и заодно получить некоторый новый опыт (зависит от варианта реализации).

[Vlad_G 6]

Вы же не боитесь соединять аккумуляторы параллельно,  хотя на мой взгляд это более худший вариант, чем со светодиодами.

Я так понял, что TPS61165 вам доступны? Вот и соедините три последовательно и шесть в параллель или семь и соответственно 6-7 TPS-ок. Посмотрел, на алике порядка 60 - 100 рубленных, вполне нормуль, частота высокая - мелкая керамика, всё компактно.

Ранее я примерно рассуждал как и вы. Поставил стабилизатор напряжения, после поставил линейные драйверы на каждую параллель ... Не айс, греется. Подбирал напряжение по минимуму разницы на светодиодах и на входе линейных - получалось капризно.

Попробуйте, соедините в параллель без подбора, как есть, а потом посмотрите ток в каждой ветви. Что-то мне подсказывает отличаться будет не более чем процентов на десять.

Изменено 11 ноября, 2022 пользователем Vlad_G

[novikovfb 17]

6 minutes ago, Vlad_G said:

Вы же не боитесь соединять аккумуляторы параллельно,  хотя на мой взгляд это более худший вариант, чем со светодиодами.

литиевые аккумуляторы можно соединять параллельно, важно только перед соединением зарядить их до одинакового напряжения, например, сначала соединить через низкоомный резистор, после выравнивания напряжения - замкнуть этот резистор. Дальше они сами сбалансируют между собой уровень заряда.

8 minutes ago, Vlad_G said:

Попробуйте, соедините в параллель без подбора, как есть, а потом посмотрите ток в каждой ветви. Что-то мне подсказывает отличаться будет не более чем процентов на десять.

в случае любого отклонения хотя бы в одном светодиоде это кончится выгоранием всех светодиодов.

[Plain 168]

3 часа назад, engel65536 сказал:

Количество последовательных менять не хотелось бы

Не с того начали. Для батареи нужен балансировщик и т.п. — как/чем вообще заряжать собираетесь?

[engel65536 11]

2 hours ago, byRAM said:

Регулировать уровень освещения можно включая и отключая СИД

Да, но температурный режим сократит ресурс (это мне тараканы в голове подсказывают).

А вообще - я не очень понял, о какой "жуткой" схеме идёт речь - я писал про четыре варианта, и второй (общий boost и групповые линейные) и третий (несколько групповых boost) не вижу жуткими.

И пока что ни в одном из вариантов я не делал упора на регулировку. Пока что можно начать с того, что вообще о ней забыть.

4 minutes ago, Plain said:

Не с того начали. Для батареи нужен балансировщик и т.п. — как/чем вообще заряжать собираетесь?

Пока что это не прорабатывается, потому что всё делается урывками по вечерам, и тянется очень долго. Охватить сразу всё я не смогу, поэтому двигаюсь поэтапно. Сначала хочу сделать фару (первый прототип есть и работает, на базе раскуроченного спота с похожими светодиодами, корпус и оптика - 3D-печатью) и только её.

Насчёт того, как заряжать - никакой проработки нет. На первых порах вообще под зарядку буду разбирать всю 3SxP сборку и заряжать отдельно каждую банку. Если вдруг дело дойдёт до того, чтобы и аккумуляторы сделать по-человечески, то будут собирать зарядник с балансировкой.

[Vlad_G 6]

28 минут назад, novikovfb сказал:

это кончится выгоранием всех светодиодов.

Практика показывает, что выгорают от перегрева. Если обеспечить хороший отвод тепла, то работают вполне себе.

Да, я свои первые светодиоды покупал по 360 рубленных за штуку при 25 люменах и курсе 26 рубля, были опасения, я б сказал - переживания. Сейчас это как семечки. Да, лампы горят не дуром, но температурный режим в них - дай Боже. Завтра тоже.

Вот модуль из фикс прайса, 18 в параллель, питание от usb (5 вольт). Дривер - резистор 0.6 ома. Общий ток 1.75 ампера. Перед использованием получше зафиксировал (прижал к корпусу) плату, чтоб не болталась и немного, совсем малька, подмазал пастой. Работает больше года. То, что на фото купил ещё, но на эту поставил нормальный драйвер, ограничил ток до 0.8 ампера, а то батарейки разряжались быстро.

Не, я за правильный подход, за осознание и соблюдение. Когда речь идёт об серийных изделиях и даже относительно серийных. Но в случае ТС, штучно/несколько_штучно, можно и проявить инициативу. Главное не перегреть.

 

[engel65536 11]

1 minute ago, Vlad_G said:

за правильный подход, за осознание и соблюдение. Когда речь идёт об серийных изделиях и даже относительно серийных. Но в случае ТС, штучно/несколько_штучно, можно и проявить инициативу. Главное не перегреть.

Я всегда стараюсь (в меру своих способностей) делать "как правильно", за исключением совсем одноразовых штуковин для "погонять три дня и забыть навечно".

Поэтому сильно склоняюсь к тому, чтобы сделать близко к "пара правок - и можно на завод в серию пускать".

[Vlad_G 6]

9 минут назад, engel65536 сказал:

"пара правок - и можно на завод в серию пускать".

Тогда ваш 3-й пункт. Минимум деталей, те, что есть не габаритны. Семь каналов не будут сильно габаритны.

4-й пункт реализуем, не вижу принципиальных проблем. Делал 12 вольт -> 110 вольт на LTC3ххх с ходу не вспомню какой, тоже для LED (офисный светильник 600х600 с возможностью полноценной работы от батарей). КПД 80%.

[варп 16]

4 часа назад, engel65536 сказал:

Делаю "для себя" велофару, встал вопрос о питании светодиодов.

Вообще не с того начали... - в велофаре бОльшая часть успеха - правильная оптика...(фара в автомобиле - это ни разу не прожектор со стройки...) . Прежде чем продолжать, почитайте эти 474 листа... Если планы не изменятся - буду сильно удивлён...

https://electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=448.0#topmsg

 

[engel65536 11]

2 minutes ago, варп said:

Вообще не с того начали... - в велофаре бОльшая часть успеха - правильная оптика...(фара в автомобиле - это ни разу не прожектор со стройки...) . Прежде чем продолжать, почитайте эти 474 листа... Если планы не изменятся - буду сильно удивлён...

https://electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=448.0#topmsg

 

Абсолютно и полностью согласен - но оптика уже проработана и воплощена в железе. Мало того - она ещё и работает близко к тому, что было напроектировано. У неё есть светотеневая граница (где-то на 25 м от фары она пересекается с землёй), у неё есть некоторая степень равномерной освещённости по удалённости. Не могу сказать, что светотеневая граница чёткая и идеальная, но на мой взгляд - вполне достаточная.

Так что этот вопрос оптики решён, и сейчас самое актуальное - это электроника.

[варп 16]

5 часов назад, engel65536 сказал:

Светодиоды уже выбраны, осветительные от Osram, ток до 100 мА, от 8 до 9.8 В прямого падения. Их будет 20 шт (или около того), ток каждого не выше 80 мА (скорее всего в номинальном режиме будет ещё меньше - 50-60 мА). Итого получаем что-то около 15 Вт. Других светодиодов точно не будет, потому что тараканы в голове говорят, что найти другие подходящие (размер светящегося тела, температура 3000 K, световой поток) будет очень непросто.

Про выбор светодиодов вопрос - 

1. Искать качественные светодиоды среди светодиодов для бытовых лампочек - вряд ли разумно... (их много - будут дохнуть по-очереди, чинить запаритесь).

2. Почему цветовая температура именно 3000 К?

Мой опыт - отличные светодиоды только в линейках подсветки для телевизоров... Но там цветовая температура больше 6000 ... Найти их - не прблема...

https://www.google.com/search?q=светодиоды+для+телевизора&rlz=1C1IXYC_ruKZ1013KZ1013&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwiBooTfm6b7AhVn-ioKHSyCBOAQ_AUoAXoECAEQAw&biw=1024&bih=637&dpr=1

---------------

И чем, в данном случае мощные светодиоды плохи?

https://ledpremium.ru/catalog/moshchnye_svetodiody/

---------------

5 часов назад, engel65536 сказал:

предполагается сборка 3SxP

И зачем Вам 3S? Очень хочется балансировать потом? Почему просто параллельно банки не соединить?

Изменено 11 ноября, 2022 пользователем варп

[engel65536 11]

Just now, варп said:

1. Искать качественные светодиоды среди светодиодов для бытовых лампочек - вряд ли разумно... (их много - будут дохнуть по-очереди, чинить запаритесь).

Изначальный прототип построен на обломках Osram'овских спотов. Точно те же споты у меня стоят в квартире, светят два года (дальше не знаю, это пока весь срок эксплуатации) без проблем - при том, что теплоотвод в этом споте в форм-факторе MR16 весьма и весьма сомнительный (алюминиевая пластина внутри полностью закрытого пластикового корпуса).

Светодиоды, выбранные мной, или ровно те же, что и в спотах, или очень похожие на них - это Osram Duris E 2835 (конкретно GW JTLRS1.EM-K5L4-XX57-1-100-R33) - я надеюсь, что это не самый плохой производитель.

Ну и у меня есть надежда, что тепловой режим в фаре получится мягче, чем в споте, который я рассматриваю как годный референс по ресурсу светодиодов.

8 minutes ago, варп said:

2. Почему цветовая температура именно 3000 К?

Это просто хотелка и не более. Очень хочу свет "как обычная автомобильная фара на галогене". И очень не люблю ни нейтральный, ни холодный свет - в квартире все 2700/3000 К.

9 minutes ago, варп said:

И зачем Вам 3S? Очень хочется балансировать потом? Почему просто параллельно банки не соединить?

Что ж, это интересно. Возможно, стоит задуматься об 1S. Спасибо.