Лампа из LEDникового периода или замена 100-ваттной лампочки
Добавлено: 23 окт 2010, 21:58
Лампа из LEDникового периода или замена 100-ваттной лампочки накаливания
Задались идеей создать эквивалент 100-ваттной лампы накаливания, с минимумом изменений светового потока и температуры цвета, а также диаграммы излучения.
Цв. температура возможно будет немного изменена в большую сторону для улучшения восприятия.
Для начала были закуплены теплые светодиоды 3HPD-3 (спасибо Kulibinu!) и микросхемы HV9910 (лучше HV9961,но их не было)
Сначала, конечно, экспресс-тест светодиодов.
По даташиту, номинальный ток, при котором их можно юзать,не боясь особого перегрева, около 500 мА. При их заявленных почти максимальных 700 слишком падает КПД, а при 350- маловата отдача (хотя lm/w,то бишь КПД при этом,хоть обавляй). При 500мА, начиная с 50 и до 80 градусов С производитель рекомендует снижать ток линейно до 0.
Что ж, так и сделаем. Итак,выбираем макс.ток 0,5А.
Смотрим,как они себя ведут на разных токах.
Соединяем их последовательно на радиаторе, через термопасту, выводы на термоскотч. Удобно, что их металлическое дно изолировано от выводов, т.е. в дальнейшем их можно просто сажать через термоклей без изоляции.
Катод там, где дырочка в металле рядом с выводом.
Пробивное напряжение не известно, но хочется верить, что достаточное.
Погрешность измерения напряжения на нашем источнике не более +-0,1V и тока не более 0,01А. В сети было 215VAC
Источник питания в режим источника тока, и смотрим.
1) 9 шт 3HPD-3 при потреблении 0,24А и напряжении 26V равны визуально 100W лампе накаливания (интегральный поток)
Потребляемая мощность 6,25W. При этом стоимость излучателей составляет для данного случая 110*9=990 RUR
(фото нет)
2) 6 шт 3HPD-3 при потреблении 0,4А и напряжении 18,5V равны визуально 100W лампе накаливания (интегральный поток)
Потребляемая мощность 7,4W. Стоимость 110*6=660 RUR, что гораздо выгоднее, при увеличение потребления примерно на 1W
Для справки, выход 100W лампы накаливания по разным источникам составляет 1100...1600 lm, в среднем указывается 1200-1300.
Теперь передуваем ее, просто смотрим, что матрица может.
3) 9 шт 3HPD-3 при потреблении 0,5А и напряжении 28,5V по излучению визуально больше 100W лампы, и перекачивают 100W+60W лампы, расположенные рядом.
Потребляемая мощность 14,25W.
И самый яркий режим:
4) 9 шт 3HPD-3 при потреблении 0,7А и напряжении 30,2V по излучению много больше 100W лампы, ощущение, как от 200-300W лампы.
Потребляемая мощность 21,14W.
Снималось на PDA, поэтому качество и выдержка ненормируема,но чисто в сравнении оценить можно.
При разгоне радиатор без обдува начинал перегреваться выше 50С.
В практическом плане нас интересуют первые 2 варианта- визуальный эквивалент 100-ки, особенно 2- где 6 шт.
В тесте возможна неточность - лампа излучает в пространство (почти 4пи), LED в полупространство (2пи), при этом, если поток LEDов весь доходит до стола,
то поток лампы частично увязает в белом отражателе, на вскидку процентов 30% остается там. Поэтому добавим к нашим 7,4W эти % и получаем примерно 10W
-это та мощность,которую мы должны подвести к LEDам, и это соответствует току в 0,5А. Как ни крути, опять к этому значению приходим.
Т. е. наша лампа должна иметь регулировку тока до 0,5А полюбому, больше- перегрев и спад кпд от тока.
Кстати ВАХ не соответствует приведенной в даташите.
Вот перемерянный вариант (температура 17С,холодно,блин):
Итого,что мы имеем- 6 шт 3HPD-3 при токе 0,5А и напряжении 20V (10W) при наших условиях = 100W лампе. Температура цвета немного отличается.
У обычной лампы цвет руки более красноватый, у LEDов (3000К) чуть отдает синевой и желто-зеленым. Проводили эксперименты с добавлением всего 1 (!) синего широкоугольного и 1 красного широкоугольного светодиода- результат намного лучше, особенно с синим- им одним можно эквивалентно регулировать температуру цвета в больших пределах!
Позже подберем оптимальное соотношение и ток. При такой яркости хочется температуры немножечко повыше- глаз привык. Фоток нет, т.к. баланс белого только авто, как фотик будет,так сразу сделаем.
Теперь драйвер и почему HV.
Просто понравилась гибкостью, доступностью и простотой. Есть и получше,конечно, но много не выиграем. Все равно дорабатывать по температуре и пр.
Собран разляпистый макет,чтобы удобно было паять:
Требования к драйверу:
- долговременная надежность и работа с хорошим запасом по параметрам
- регулировка тока по профилю из даташита от температуры до 0 при перегреве
- софт-старт
- сетевой фильтр от PWM-помех (AC noise filter)
- PFC с коэффициентом не ниже 0,8
- отсутствие выбросов тока через LEDы при отмыкании и замыкании их на любом токе
- отсутствие бросков тока в сети при включении
- опциональная регулировка яркости
- полная защита на терморазмыкание при перегреве выше 80С
Рассматривается также возможность гидроизоляции IP высших классов для сырых помещений (ванная и пр.)
Требования к светодиодам:
- надежность, ясно дело
- малая деградация яркости и цветовой температуры
- запас по плотности тока
- хорошая электроизоляция теплоотвода от выводов кристалла
- в случае выхода из строя светодиода он должен обходиться и лампа должна работать (наподобие дешевого шунта NUD4700 http://www.promelec.ru/pdf/NUD4700-D.pdf)
Как все будет смоделировано и оттестировано в железе во всех критических режимах, выложим схему и плату.
Тест драйвера показал следующее.
При 60V на входе спокойно дерхит кз и хх вопреки рекомендациям, посмотрим,что будет при 320V ))
Транзюк STP6NK60ZFP (удобный, изолированный) почти не греется на вых. токах до 1А.
Главный индуктор должен содержать провод как можно большей толщины, желательно ок. 0,4-0,5 мм диам., т.к. при такой малой потребляемой мощности лампой каждый потерянный ватт нежелателен.
Для приемлимого уровня пилообразных 60 kHz пульсаций тока через светодиоды индуктивность в 1mH достаточна, и желательна в 2mH.
Тестовая нагрузка из последовательных диодных мостов RS207 с ВАХ, примерно как у гирлянды LEDов:
Хотя эту штуку можно собрать на 1 полевике, резисторе и стабилитроне (резистор- GS, stab- DG), но было уже готовое.
Схема имитатора обрыва нагрузки и тест-схема на наличие выбросов тока:
Переменный резистор выставляется на минимальное тление обязательно сверхьяркого зеленого индикаторного LEDа при нужном токе,который хотим испытать, и далее замыкать и отмыкать нагрузку. Глаз видит импульсы тока превышения на 10 нано(!)секунд, лично пробовали!
Все это вкл. последовательно при тестинге.
Продолжение следует...
Задались идеей создать эквивалент 100-ваттной лампы накаливания, с минимумом изменений светового потока и температуры цвета, а также диаграммы излучения.
Цв. температура возможно будет немного изменена в большую сторону для улучшения восприятия.
Для начала были закуплены теплые светодиоды 3HPD-3 (спасибо Kulibinu!) и микросхемы HV9910 (лучше HV9961,но их не было)
Сначала, конечно, экспресс-тест светодиодов.
По даташиту, номинальный ток, при котором их можно юзать,не боясь особого перегрева, около 500 мА. При их заявленных почти максимальных 700 слишком падает КПД, а при 350- маловата отдача (хотя lm/w,то бишь КПД при этом,хоть обавляй). При 500мА, начиная с 50 и до 80 градусов С производитель рекомендует снижать ток линейно до 0.
Что ж, так и сделаем. Итак,выбираем макс.ток 0,5А.
Смотрим,как они себя ведут на разных токах.
Соединяем их последовательно на радиаторе, через термопасту, выводы на термоскотч. Удобно, что их металлическое дно изолировано от выводов, т.е. в дальнейшем их можно просто сажать через термоклей без изоляции.
Катод там, где дырочка в металле рядом с выводом.
Пробивное напряжение не известно, но хочется верить, что достаточное.
Погрешность измерения напряжения на нашем источнике не более +-0,1V и тока не более 0,01А. В сети было 215VAC
Источник питания в режим источника тока, и смотрим.
1) 9 шт 3HPD-3 при потреблении 0,24А и напряжении 26V равны визуально 100W лампе накаливания (интегральный поток)
Потребляемая мощность 6,25W. При этом стоимость излучателей составляет для данного случая 110*9=990 RUR
(фото нет)
2) 6 шт 3HPD-3 при потреблении 0,4А и напряжении 18,5V равны визуально 100W лампе накаливания (интегральный поток)
Потребляемая мощность 7,4W. Стоимость 110*6=660 RUR, что гораздо выгоднее, при увеличение потребления примерно на 1W
Для справки, выход 100W лампы накаливания по разным источникам составляет 1100...1600 lm, в среднем указывается 1200-1300.
Теперь передуваем ее, просто смотрим, что матрица может.
3) 9 шт 3HPD-3 при потреблении 0,5А и напряжении 28,5V по излучению визуально больше 100W лампы, и перекачивают 100W+60W лампы, расположенные рядом.
Потребляемая мощность 14,25W.
И самый яркий режим:
4) 9 шт 3HPD-3 при потреблении 0,7А и напряжении 30,2V по излучению много больше 100W лампы, ощущение, как от 200-300W лампы.
Потребляемая мощность 21,14W.
Снималось на PDA, поэтому качество и выдержка ненормируема,но чисто в сравнении оценить можно.
При разгоне радиатор без обдува начинал перегреваться выше 50С.
В практическом плане нас интересуют первые 2 варианта- визуальный эквивалент 100-ки, особенно 2- где 6 шт.
В тесте возможна неточность - лампа излучает в пространство (почти 4пи), LED в полупространство (2пи), при этом, если поток LEDов весь доходит до стола,
то поток лампы частично увязает в белом отражателе, на вскидку процентов 30% остается там. Поэтому добавим к нашим 7,4W эти % и получаем примерно 10W
-это та мощность,которую мы должны подвести к LEDам, и это соответствует току в 0,5А. Как ни крути, опять к этому значению приходим.
Т. е. наша лампа должна иметь регулировку тока до 0,5А полюбому, больше- перегрев и спад кпд от тока.
Кстати ВАХ не соответствует приведенной в даташите.
Вот перемерянный вариант (температура 17С,холодно,блин):
Итого,что мы имеем- 6 шт 3HPD-3 при токе 0,5А и напряжении 20V (10W) при наших условиях = 100W лампе. Температура цвета немного отличается.
У обычной лампы цвет руки более красноватый, у LEDов (3000К) чуть отдает синевой и желто-зеленым. Проводили эксперименты с добавлением всего 1 (!) синего широкоугольного и 1 красного широкоугольного светодиода- результат намного лучше, особенно с синим- им одним можно эквивалентно регулировать температуру цвета в больших пределах!
Позже подберем оптимальное соотношение и ток. При такой яркости хочется температуры немножечко повыше- глаз привык. Фоток нет, т.к. баланс белого только авто, как фотик будет,так сразу сделаем.
Теперь драйвер и почему HV.
Просто понравилась гибкостью, доступностью и простотой. Есть и получше,конечно, но много не выиграем. Все равно дорабатывать по температуре и пр.
Собран разляпистый макет,чтобы удобно было паять:
Требования к драйверу:
- долговременная надежность и работа с хорошим запасом по параметрам
- регулировка тока по профилю из даташита от температуры до 0 при перегреве
- софт-старт
- сетевой фильтр от PWM-помех (AC noise filter)
- PFC с коэффициентом не ниже 0,8
- отсутствие выбросов тока через LEDы при отмыкании и замыкании их на любом токе
- отсутствие бросков тока в сети при включении
- опциональная регулировка яркости
- полная защита на терморазмыкание при перегреве выше 80С
Рассматривается также возможность гидроизоляции IP высших классов для сырых помещений (ванная и пр.)
Требования к светодиодам:
- надежность, ясно дело
- малая деградация яркости и цветовой температуры
- запас по плотности тока
- хорошая электроизоляция теплоотвода от выводов кристалла
- в случае выхода из строя светодиода он должен обходиться и лампа должна работать (наподобие дешевого шунта NUD4700 http://www.promelec.ru/pdf/NUD4700-D.pdf)
Как все будет смоделировано и оттестировано в железе во всех критических режимах, выложим схему и плату.
Тест драйвера показал следующее.
При 60V на входе спокойно дерхит кз и хх вопреки рекомендациям, посмотрим,что будет при 320V ))
Транзюк STP6NK60ZFP (удобный, изолированный) почти не греется на вых. токах до 1А.
Главный индуктор должен содержать провод как можно большей толщины, желательно ок. 0,4-0,5 мм диам., т.к. при такой малой потребляемой мощности лампой каждый потерянный ватт нежелателен.
Для приемлимого уровня пилообразных 60 kHz пульсаций тока через светодиоды индуктивность в 1mH достаточна, и желательна в 2mH.
Тестовая нагрузка из последовательных диодных мостов RS207 с ВАХ, примерно как у гирлянды LEDов:
Хотя эту штуку можно собрать на 1 полевике, резисторе и стабилитроне (резистор- GS, stab- DG), но было уже готовое.
Схема имитатора обрыва нагрузки и тест-схема на наличие выбросов тока:
Переменный резистор выставляется на минимальное тление обязательно сверхьяркого зеленого индикаторного LEDа при нужном токе,который хотим испытать, и далее замыкать и отмыкать нагрузку. Глаз видит импульсы тока превышения на 10 нано(!)секунд, лично пробовали!
Все это вкл. последовательно при тестинге.
Продолжение следует...