LED Driver Zpower, High power LED driver 3A, 6A, 15A, 30A Možnosti

[Mike]

Už dlouhou dobu jsem chtěl vytvořit svůj vlastní driver, který bych používal ve svých svítilnách. Když jsem si vyrobil vlastní driver, tak jsem ho musel poupravit i do formy, aby šel použít i pro jiné účely do svítilen, už celkem dost dlouhou dobu se tím zabývám, nechal jsem už vyrobit několik DPS za několik tisíc korun, ve kterých se ale vyskytla chyba, či musely být použity jiné součástky nebo samotné uspořádání součástek nebylo vhodé z hlediska rušení atd, což je velký problém. Je to totiž docela kumšt, aby vše šlapalo jako hodinky. Nakonec jsem už hodně věcí poladil a blížím se skoro ke konci.

Nyní je dokončována první serie driverů. Celkem jsou tři skupiny driverů: 1) Nejvýkonější drivery osazené těmi nejlepšími součástkami 2) Extra ploché drivery s tloušťkou i 2,4mm 3) Drivery osazené elvnými součástkami.

Vysoká účinnost
Standartní nesynchronní drivery s shottkyho diodou jsem vypracoval k takové účinnosti, že snad není žádný jiný driver, který by měl v porovnání s mými vyšší účinnost. Nyní budou uvedeny synchronní drivery, které se s nesynchronními drivery nedají vůbec srovnávat - neobsahují shottkyho diodu(tj trvalé stráty 3A*0,4V=1,2Watt), tím pádem mají o řád vyšší účinnost. Tento fakt se významně projeví pokud máme na výstupu pouze jednu 3,5V LED:

Tyto synchronní drivery, pokud se osadí špičkovými součástkami, tak dosahují extrémní účinností 98% při proudech 3-9A bez potřeby chlazení! a to i při malých výstupních napětí, což je dosaženo synchronní topologií driveru.

Analogové řízení režimů místo PWM režimů
Naprostá většina čínských driverů má režimy na principu PWM, což je v případě LED katastrofální, nejen že LED blikají a na fotoaparátu se to vyznačuje poblikáváním obrazu, ale jde hlavně o to, že se u LED vůbec nevyužeje jejich vysoká účinnost při menším proudu. Právě princip PWM funguje tak, že do LED přerušuje proud(vysokou rychlostí) a nám se jeví, že LED svítí méně. A při tomto maximálním proudu mají LED XML2 účinnost cca 100lm/W při jakémkoli režimu. U analogového řízení při nízkém režimu se může zvýšit účinnost až na 180lm/W, což bych řekl, že je skutečně extrémní hodnota. Svítilna Vám tak vydrží svíti prakticky 2x déle při tom samém světelném výkonu! Tento analogový způsob řízení však není u driverů moc podporovaný a pokud se tím výrobce vysloveně nechlubí, tak to driver neumí. Prostě jakmile někde vidíte vstup PWM, tak je to špatně! Vše je vysvětleno na následujícím obrázku.



Základní vlastnosti:
-keramické kondenzátory pro dluhou životnost
-tepelná ochrana při teplotě driveru vyšší než 70°C (plynule klesá a ústálí se na výkonu, který se uchladí při dané teplotě)
-úplné vypnutí driveru při 140°C (nemělo by za standartní situace k tomuto dojít)
-zkrat na výstupu (což by mělo být standartní u všech proudových zdrojů)
-nízký úbytek na driveru 0,3V (přejde do úplného sepnutí a plynule se snižuje proud)
-externí připojení PTC termistoru (PTC má lepší průběh než NTC => do ~60°C plný výkon a nad 80°C se sníží na minumim, pokud je potřeba)
-integrované či externí připojení PWM režimů
-možnost volby analogového typu režimů (místo PWM) a získat o 50% vyšší svítivost LED díky menšímu kontinuálnímu proudu
-standartní nesychnronní drvivery s účinnost až 85-98%, napětí až 35V, proud až 25A
-špičkové synchronní drivery s účinností 99% (a to i při malých výstupních napětí 3,5V!)
-chlazení driveru přes mosazný kroužek či druhou stranu a 3M tepelnou pásku
-maximální proud driveru znamená, že na tento proud jsou dimenzovány součástky, většinou cívka (u tohoto proudu je už účinnost nižší)

Další parametry jsou v tabulce níže. Ceny jsou orientační, snad se nebudou muset zvýšit, kdybych měl počítat do cen ty hodiny vývoje, tak by byly ceny nereálné Oni i různé součástky jsou velmi darahé, například jen SMD kondenzátory 10-22uF na vyšší napětí jsou velmi drahé, jen jeden může stát 10-20kč a to nemluvím o ostatních součástkách, tranzistor, cívka atd...





Miniaturní velikost (LED driver 3A8D, 4A13D či ploché 1A8D, 2A13D)
První vznikly varianty o průměru přibližně 20mm. Já jdu ale vždy na hranice možností a nakonec se mi podařilo namačkat součástky na průměr driveru s neuvěřitelnými 8mm! A přesto je tento driver schopen dodat maximální proud 3 ampéry. Hodně dlouhou dobu jsem strávil nad tím, aby se tam vše vešloa dalo se propojit! Použité součástky jsou 0402 (1x0,5mm) Letování a celkové osazení si troufám říci, že je opradvu velmi náročné, i když tento driver je až možná extrémně malý, mám z něj radost, co všechno lze doma vyrobit a to jen s pomocí obyč pájky, pinzety atd...



Extrémě plochý desing(LED driver 1A8D, 2A13D, 3A18D, 4A22D, 8A27D)
Když už jsem měl DPS navržené, tak jsem se poohlídl po nějakých plochým součástkách, které i přes svoji tloušťku zvládají vysoký výkon. Tak jsem z driveru o tloušťce pouze 3,6mm vymáčkl 4,5Ampéry. V porovnání s jinými dostupnými drivery jsou tyto absolutně nejtenší. Následující obrázky jsou opravdu pozoruhodné. Úplně mě láká vyrobit nějakou plochou svítilnu, bohužel nemám moc čas.





Maximální výkon(LED driver 14A22D, 30A27D)
Když jsem zvětšil DPS a osadil driver velmi silnou SMD cívkou a zárověň jsem použil ty nejlepší součástky, tak vznikl driver 30A27D, který by měl zvládnout proud až 30 ampér, při nišžím výkonu má neskutečnou účinnost 98%, bohužel otestovat takový plný výkon není jednoduché, při plné zátěži tento driver zvládne výkon 1050 watt. I přesto je tento driver velmi malý a klidně se jich i víc vejde do krabičky od sirek. Velmi výkonný je také typ 14A22D, který má průměr pouze 22mm a zvládne 14Amper.
Typové účinnosti:
Uin./Iin...........Uout/Iout......efficiency driver
24V/3,7A..........10,5V/8A.....93,5% typ 14A22D
22V/5,9A..........10V/12A......92% typ 14A22D
15,5V/3,7A.......14V/4A........98% typ 30A27D
22V/6,2A..........9V/14A......93% typ 30A27D




PS: Všechny parametry ještě mohu změnit, u plochým driverů se možná maximální proud posune ještě výše. Musím vše ještě pořádně otestovat, a nemám všechny varianty zaletované, vypadá to ale že většina chodí dobře. Postupně dodám všechny grafy účinnosti při různých proudech a vstupních napětí, je v tom totiž zásadní rozdíl. Ceny jsou orientační, snad se nebudou muset zvýšit, kdybych měl počítat do cen ty hodiny vývoje, tak by byly ceny nereálné Například SMD kondenzátory 10-22uF na vyšší napětí jsou velmi drahé, jen jeden může stát 10-20kč a to nemluvím o ostatních součástkách.

Tento příspěvek byl editován Mike: 7.1.2017 15:15

Přiložený náhled(y)

 

[Kolbaba71]

Vlastní driver byl vcelku logický krok ve vývoji. Jinak co dodat - jen zírám.

[Benik3]

Wow, tak to je pěkné
Právě jsem sháněl u vědátora nějaký driver, který bych použil v bakalářce (napájení XM-L z 2S li-ion a řízení PWM).

Vzhledem k dostatečnému místu by se mi hodil nějaký 3A18D nebo 3A22D.
Jak je to se snížením max proudu? Stačí změnit snímací odpor?
Při řízení PWM je na výstupu do LED taky PWM nebo to drivery umí regulovat lineárně?

BTW ten 30A driver je na svou velikost masakr, ale vydrží takový proud ty cestičky? (když jsem totiž jednou počítal jak široká by musela být cesta při 20A a zahřátí o max 10°C tak my vyšlo asi 10mm )
Popřípadě stačí se přenést tolik tepla do chladiče?

A poslední, prozradíš od jaké firmy máš hlavní "srdce" driverů?

(BTW ty plochý drivery bych taky nějak speciálně označil, třeba L na konci, aby se to pak nemíchalo, kdo chce jakej )

Tento příspěvek byl editován Benik3: 2.12.2013 23:31

[alk007]

Tak tohle je nebývalá paráda! Dobrá práce, navíc i krásná.

[zoom]

UZASNE

Otazky/Poznamky

1. U vsetkych typov chyba pohlad s opacnej strany
2. Chyba pohlad a popis PWM a pridavych DPS
3. 3A8D je bez PWM takze prepinanie modov zrejme nebude mozne ?
4. U vedatorovych driverov PWM driverov su pajacie plosky pre vodice iduce k LEDke velmi blizko okraja takze hrozi skrat o kostru
Tu ich nevidim ale dufam ze drivery budes dodavat aj s vodicmi.
5. Pretoze 10440 baterie maju priemer 10mm bolo by dobre driver 3A8D doplnit o 1mm kostriaci kruzok cize by vznikol driver 3A8D10
6. Pri uprave lacnych FL sa obvykle vyuziju existujuce chladice ktore maju obvykle 17mm/16mm otvor cize sa zmesti driver len 17mm
a navyse driver sa opiera o 16mm sedlo takze musi mat kostrovy kruzok.
Asi by bolo vhodne driver 4A13D doplnit o kostraci a zaroven chladiaci medeny kruzok.

[krtek]

Ja bych to nazval jednim slovem, proste "MikeGyver" ale Miku super prace. Taky urcite od tebe nejake budu casem chtit az budes schopen je vyrobit a dodat. Mas i neco co by slo napr na 2x xm-l v serii?

[Mike]

Kolbaba71: Paradoxně tyto drivery nebudou v jediné ve svítilně, tak mám sice podobné schema ale řídím to plynulou změnou proudu, což je efektivnější, ale komplikovanější, plánuji něco udělat i do těhlech, ale je to složité a nevím jestli to bude stabilní. Jinak vyrábět si svoje drivery není uplně nejlepší, lepší je něco kopuit a dát to do svítilny a nestarat se, mě tohle zabralo neskutečnýho času... Jenomže mě to děsně baví a líbí se mi to

Benik3: Ano stačí změnit snímací rezistor řízení je PWM a je i na výstupu, právě lineární řízení je komplikovanější a mnoho driverů to nepodporuje, mám v plánu, že k tomuto někdy dodělám i lineární řízení, bude muset být ale větší DPS nebo bych to udlělat na to další kontaktní DPS s režimi, pružinou a pájecím kroužkem, nevím ale jestli takhle ten driver komplikovat, víceméně z toho nic nemám jen několik tisíc korun v mínusu a fůru času... prostě koníček...

Ten 30Amper driver se mi moc líbí právě i vzlhledem uvidíme jestli nakonec dá 30A, nemám ještě ty chladící 3M pady, takže drivery moc nechladím a třeba 10-20watt odpadního tepla je hodně moc a je potřeba to už hodně chladit a taky nemám potřebý zdroj alespoň přes 500Watt. Ohledně těch drah, ten driver má průměr 27mm z čehoš výkonová část je více méně na plovině. Takže součástky jsou prakticky vedle sebe pár milimetrů. A na jednom driveru jsem omylem neprokovil DPS a tak asi 6amper teklo 0,5mm cestou a uplně v klidu a to to bylo ještě pod tranzistorem který topí, divím se že neshořela, ale ono se to celé dobře právě chladí, je to 0,5mm DPS, takže se teplo dobře převede na druhou stranu a do chladiče. A ty dráhy tam jsou opravdu šikoré a z obou stran, popřípadě lze dát 70um tloušťku mědi. To srdce bohužel neprozradím.

alk007: Dám i na desing, takže se snažím součástky pěkně srovnat, zaletovat atd. Ještě jsem přemýšlel o bílé masce, ale červená je červená

krtek: Ty drivery, co jsou na obrázku jsou zcela funkční, nejsou otestovaný na maximální proud, ale fungují. Jen ještě budu předělávat DPS, potřebuji přidat jeden kondík a tady pro něj není pozice, tak bych na tehlech pár kusů DPS dal 20% slevu(víc nemůžu nemělo by to pak smysl prodávat ) A ještě asi musím zvýraznit. Tyto drivery jsou vhodné pro několik LED do serie, čím více tím lépe, spíše pro jednu LED(3,5V) na výstupu nemají tak vysokou účinnost

Tento příspěvek byl editován Mike: 3.12.2013 14:25

[Tommu]

Krásná práce, to tedy koukám. Jak se dá letovat driver o průměru 8mm, sotva vidět je na tom prstu.
Ale mám ještě nejasnost, jak se řídí výstupní proud? Pokud je napevno nastaven podle typu driveru, tak když tam píšeš maximální proud a doporučený trvalý proud. Jak tedy udržet ten doporučený?

Tento příspěvek byl editován Tommu: 3.12.2013 15:08

[Benik3]

Mě se ten 30A taky líbí i vzhledově. Vždycky mi přijde škoda něco takového schovat kamsi dovnitř, a už to nevidět

Teď už jenom doplnit sérii o buck-boost pro svítilny typu 1xalkalika/1xli-ion a boost drivery pro svítilny typu 1x li-ion 3x XM-L apod,
rozjet velkovýrobu a na prodávat třeba na CPF nebo BLF

To lineární řízení je mi jasný, že je složitý, ale mam dojem, že u TI jsem viděl přímo LED drivery, které řídíš PWM, ale výstup je lineárně (jestli jsem to dobře pochopil), tak jsem chtěl vědět, jestli je to i tento případ...

Když to člověka baví, tak je to jen dobře, výsledek pak podle toho vypadá

Měl bych teda zájem o ten 4A13D, akorát proč je v ceně uvedeno 320+100Kč?

Tento příspěvek byl editován Benik3: 3.12.2013 16:34

[Miloš]

Já tomu tedy vůbec nerozumím, ale můžu jen a . Blaveda SQ od Vědátora je jako šperk, a tady zas zírám, jak to může být mrňavé. Před pány Mikem a Vědátorem smekám. Plánuju další světlo na kolo, takže další driver bude od Mikea...

[Kolbaba71]

lepší je něco kopuit a dát to do svítilny a nestarat se

Problém je ten, že chci driver co se asi nevyrábí:
- nemá módy
- nemá paměť na poslední mód
- má velký rozsah napětí s čím umí pracovat (5-70V)
- má velký proudový rozsah, co jde nastavit externě (skoro od nuly do 3A)
- jde řídit externím mcu

[Benik3]

Tak až na vstupní napětí to skoro sedí....

[Mike]

zoom: Vypadá to, že jich asi budeš ode mě brát spousty , jo a neboj dodám ti je s vodiči Jo jinak kabliky k tomu budou samozřejmě připájený, dám tam ty nejlepší: silikonový 200°C ty jsou ohebné úplně stejně jako například gumové těsnění, je to neuvěřitelné - mají tak malé vnitřní žíly, že se nedají ukroutit! Něco jako takové ty zemnící kabely.

Možná jsi přehlídl, že jsem psal, že jsem téměř u konce
1 Ano pohled chybí a nevím proč bych ho měl zvěřejňovat, u typu xxA8D tam pohlad je
2 přídavné PWM a DPS je to samé, bude to na jednom DPS a právě s tím kostřícím(pájecím) kroužkem, pružinkou atd (nahoře to ja napsané kdyby jsi četl pořádně(zvýraznil jsem to teď))
3 Vstup na PWM má, ale je tak titěrný, že asi nemá smysl dávat nějaké velké DPS s režimy
4 Vodiče budou, ale na fotkách by nebyly hezký
5 detail, věř mi že dát kolem kroužek driveru je tak 1/10000 času z vývoje
6 deatil, ale ten 17mm by se asi hodil

Jinak to PWM budou podle propojení kontaktů na DPS, první bude vždy Hi , nedá se nic dělat, já programovat IC neumím ani nebudeu.
1) Hi > Lo
2) Hi > Lo > Strobe
3) Hi > Mid > Lo
4) Hi > Mid > Lo > Strobe > SOS EDIT: režimy budou Lo-M-Hi

Kolbaba:
- nemá módy...............................................................................................to nemá
- nemá paměť na poslední mód......................................................................to nemá
- má velký rozsah napětí s čím umí pracovat (5-70V).......................................šlo by udělat do 40V, nechápu proč víc, je pak problém se všemi součástkami...
- má velký proudový rozsah, co jde nastavit externě (skoro od nuly do 3A).......tak to snad taky sedí, pokud by ti nevadilo PWM
- jde řídit externím mcu ................................................................................tak řídit můžeš právě pomocí PWM nebo lze řídit o napětí 0-2V, což se mi zdá ale pro učely v normální svítilně zbytečné

Ale myslím, že tohle splňuje hodně driverů.

Tento příspěvek byl editován Mike: 18.2.2014 12:03

[Benik3]

Co se týče programování mCPU, někde na BLF byl topic, kde jeden uživatel napsal program pro Atmegu (bylo to pro AMC driver)
Jenom teď nemůžu najít odkaz...

EDIT: mrkni sem
http://drjones.dyndns.info/

a tady jsem konečně našel ten odkaz
http://budgetlightforum.com/node/799

Tento příspěvek byl editován Benik3: 3.12.2013 22:56

[Kolbaba71]

já programovat IC neumím ani nebudeu

Já to zkusil v Bascomu a jde to překvapivě snadno. Alespoň u ATmega či ATiny. U projektu svítilny do ruky mě tlačí kamarád do C. Bylo by to asi lepší, ale musel bych se to naučit od nuly. Basic znám (před 25 lety jsem v něm programoval pro 8 bit) a Bascom je hodně podobný.Projekt svítilny bude hodně rozsáhlý a tak abych se v tom neutopil, budu asi po tom C sáhnout.

šlo by udělat do 40V, nechápu proč víc, je pak problém se všemi součástkami...

Vážně uvažuju o použití ledek BXRC či CXA. ty fungují na 37V. Jelikož chci, aby i při vymlácenýým aku (teoreticky) mohly jet naplno a měl jen buck driver, chci použít aku 15S. Vybitý bude mít 2,7x15 = 40,5V - dostatek pro drop a plně nabitý 15x 4,2 = 63V. Nějaká rezerva by se hodila - proto 70V.

Účinnost driveru je pro mě též zásadní. I tak očekávám problémy s chlazením. Pokud by drivery měly účinnost pod 80%, byla by plánovaná svítilna spíše přímotop.

Edit: Ale radši se vrátím nohama na zem a použiju klasiku XML s obyčejným napájením.

Tento příspěvek byl editován Kolbaba71: 3.12.2013 23:10

[Mike]

Vážně uvažuju o použití ledek BXRC či CXA. ty fungují na 37V. Jelikož chci, aby i při vymlácenýým aku (teoreticky) mohly jet naplno a měl jen buck driver, chci použít aku 15S. Vybitý bude mít 2,7x15 = 40,5V - dostatek pro drop a plně nabitý 15x 4,2 = 63V. Nějaká rezerva by se hodila - proto 70V.

Účinnost driveru je pro mě též zásadní. I tak očekávám problémy s chlazením. Pokud by drivery měly účinnost pod 80%, byla by plánovaná svítilna spíše přímotop.

Tak vysokým napětím vše zbytečně hodně koplikuješ, všechny součástky budou mít o dost hodší parametry, Tranzistor vyšší odpor a kapacitu, Keramický Kondiky budou muset být větší či použít elelyty, což teda nevím, a shottky dioda bude mít o dost vyšší vf, takže horší účinost prakticky ve všem, každopádně bych v tvém případě volil boost měnič, ale jak říkám zbytečně to komplikuješ a pokud nemáš doma CXA a nevíš jak svítí s danou optikou je nesmysl řešit něco dál, protože můžeš přijít na to, že to vlastně nechceš.

Být tebou bych šáhl po nějakém hotovém driveru, na trhu jich je dost a zkusit to sním a řídit zatím PWM... A i když se teď pro něco rozhodneš, tak než to dokončíš, tak přijde něco novýho a pojedeš zase znova, to mi věř, mám s tím dost problém a pořád také vyvíjím a je to chyba.

EDIT: s XML to bude stejnak nejlepší, CXA atd jsou s reflektorem pod 50mm nepoužitelný

Tento příspěvek byl editován Mike: 3.12.2013 23:19

[Kolbaba71]

Díky, že si mě vrátil zase nohama na zem. Vrátím se k osvědčeným XML a nejspíš TIR. Nicméně tahle slepá ulička mě přinesla pár nápadů, jenž možná ve svítilně aplikuji. Ono když jsem počítal váhu toho soustrojí, tak díky "zázemí" pro BXRC či CXA celkem rychle přibývaly klilogramy až k nepoužitelným hodnotám. Jenže nechtělo se mě hned přestat... I když bude svítilna vůdči této variantě výrazně lehčí, stále to bude monstrum, jenž bude problém dát do menšího batohu, neřknu-li do kapsy.

Tento příspěvek byl editován Kolbaba71: 3.12.2013 23:46

[zoom]

Mike,
U vsetkych driverov okrem 3A8D mas uvedene chlazeni nad urcite, dost male hodnoty prudov 2A,....
Preco 3A8D nie je potrebne chladit ?
Ako si prakticky predstavujes odviest teplo z driverov ?

......................................................
Este som sa skusil zamysliet na co by sa vlastne ten 3A8D driver dal dobre vyuzit :

1. 8mm priemer evokuje jeho dobru pouzitelnost do FL 2*10440 s priemerom do 14mm.
2. Z kazdej Efest 10440 sa da cucat max 1,5A takze 2-3 A do LED je prakticky mozne
3. Pre XP-G2 na medenom stare by to bolo tak akurat
4. Kedze ten driver obmedzi prud po dosiahnuti max teploty tak vlastne prepinanie modov nie je potrebne
5. Chyba mu len kostriaci kruzok a + kontak na baterie. Fixne pripojene ( cez mosadzne kolicky ) pridavne 10mm PDS by to vyriesilo.

Po dedomovani LEDky a zaostreni FIXnou asferikou by to mohol byt dobry prisvit na gulovnicu.
Jeden polovnik mi vsak hovoril ze prisvity sa nesmu pouzivat takze neviem.

Tento příspěvek byl editován zoom: 4.12.2013 07:19

[384]

Ahoj Miku,

Tohle se ti fakt povedlo . Ale nic neni dokoaly a i drivery by sly vylepsit.

1) Ty male drivery by mely chodit z jedne lionky tj min napeti 2V. Jinak mi ta miniaturizace nedava moc smysl.
2) Pro nizky proudy implementovat specialni linearni (ne Step-Down) obvod tak jak to maji dneska lepsi vyrobci FL.
3) Nechces udelat i Step-Up?

Mej se

[sirpetr]

384:
1) Aby chodily ze 2V, tak by to musel být boost měnič a ne PWMkovej driver (kterej je ze svý podstaty vždy vlastně snižovací).
2) To mi prosím vysvětli co to je, protože tomu nerozumím.Lineární řízení - tzn. konstatní proud (žádné PWM) je ze všech variant vždy nejlepší, to by každé kvalitní světlo mělo mít. A btw. step down vlastně lineární je, nebo by aspoň z logiky měl vždy být.

Tento příspěvek byl editován sirpetr: 4.12.2013 22:35