LED baserad undervattenslampa med dc-booster

Berätta om dina pågående projekt.
Slaktarn_gbg
Inlägg: 15
Blev medlem: 29 augusti 2008, 15:21:00
Ort: Göteborg
Kontakt:

LED baserad undervattenslampa med dc-booster

Inlägg av Slaktarn_gbg »

Tjing,
Har hållt på lite grann med ett projekt nu och tänkte att det var dags att lägga upp det här. Det är ett kombinerat elektronik och mekanikprojekt så jag tänkte fokusera på elektronikdelen här..

Bakgrund:
Undervattenslampor (för dykning) är fruktansvärt dyra och håller ibland kass kvalitet och har dåliga prestanda. De som är led-baserade innehåller oftast inte drivelektronik utan är direktdrivna vilket ger mindre än optimal prestanda. De har ofta också ett ofördelaktigt yttre format vilket är av vikt vid viss typ av dykning.

Specifikation:
Yttre format (ungefär): max 40mm diameter och ca 150mm lång. Slag och reptåligt material samt vattentät och trycksäker till 150m (15bar).
Brinntid 1-2 timmar med så mycket ljus som ryms att bygga inom det yttre formatet.
För att få hög tillförlitlighet ska inga genomgående rörliga delar användas och alla tätningar ha två oringar. För strömbrytare används tungelement och magneter från elfa. Dessa driver en IRF3704 lågohmig transistor som ger spänning till lampan.

Prototypen har 3st Cree XLamp dioder som ska drivas vid 3.6V@1A seriellt dvs de kommer behöva ca 11V för att drivas vid 1A.
Batterier har jag inte bestämt riktigt ännu men jag har två olika spår: 2st C-Cell LiIon eller 6st AA NiHM vilka båda lösningarna ger 7.2V systemspänning.

Det ger att jag ska tillverka en dc-booster för att höja upp spänningen till ca 11V samt reglera den så att jag alltid håller 1A genom dioderna

Prototypen ser ut så här just nu:
Bild
De olika delarna
Bild
Här är spacern som dioderna ska monteras på borttagen
Bild
Knoppen med hålet till höger är för fastsättning på dykaren
Bild
Framifrån, den taggade ringen är strömbrytare som är lite större än lampkroppen.
Bild
Skruvarna som ska sitta i locket till höger är för laddning av batterierna utifrån.

Lampkroppen är i syrafast SS-2343 stål och frontglaset i polycarbonat medan resten ska tillverkas i POM-plast eller acetal vilket är mycket robust (och svindyrt).

Så här ser boost kretsen och regulatorn ut:
Bild


Vid simulering ser det ut så här:
Bild
Det kan vara lite svårt att se men den undre gröna kurvan är strömmen som konvergerar mot 1A och den övre är styrsignalen från regulatorn.

Om någon är duktig på att dimensionera och räkna på switchade kretsar så får ni gärna säga till om jag kommer grilla något. Switchfrekvensen är på 100kHz men jag vet att en del kommersiella kretsar kör högre typ 500kHz-3MHz för att få ner komponenternas storlek vilket vore önskvärt även för mig. Utrymmet är som sagt ganska begränsat.

Ett annat problem är att jag behöver negativ spänning till op:arnas matning då åtminstonde en av dem ska ligga och reglera runt 0. (den som mäter reglerfelet). Hittade den här på elfa dock:
http://www.elfa.se/elfa-bin/setpage.pl? ... 009425.htm

Kom gärna med synpunkter..



-------------------------------------------------------
Lägg inte upp bilder som är 2300 pixlar i bredd!!
Det står ju klart och tydligt
MAX 700 pixlar!
Jag tog bort alla img-taggar.
//Jimmy
-------------------------------------------------------
Senast redigerad av Slaktarn_gbg 16 september 2008, 16:18:17, redigerad totalt 3 gånger.
Slaktarn_gbg
Inlägg: 15
Blev medlem: 29 augusti 2008, 15:21:00
Ort: Göteborg
Kontakt:

ledsen för bilderna

Inlägg av Slaktarn_gbg »

Bilden kom från acrobaten så jag missade det, sorry..
Matte
Inlägg: 218
Blev medlem: 4 april 2007, 19:54:17
Ort: Stockholm

Inlägg av Matte »

ser kul ut, men regulatorn ger en reglerad negativ spänning av en oreglerad NEGATIV spänning så den löser knappast problemet.

7->11V 1A är väll knappast någon brainer för en enchips boost? blir nog både billigare och kanske bättre.
backen
Inlägg: 60
Blev medlem: 22 juli 2005, 19:47:46
Kontakt:

Inlägg av backen »

Ja dyklampor brukar vara riktigt dyra.
Hur har du löst tätningen mot linsen, eller har du ett extra frontglas framför den?

Edit: läste visst slarvigt du hade ett frontglas, men hur tätar du runt det?
andnyg
Inlägg: 1
Blev medlem: 19 februari 2008, 20:04:46
Ort: Åkersberga

Inlägg av andnyg »

Du har inte funderat på att splitta den med separat batteripack och mindre lamphuvud med goodmangrepp?

Vilken effekt och spridning räknar du med att fu ut av denna? Som en 10w HID eller mer?
Användarvisningsbild
Meduza
EF Sponsor
Inlägg: 10718
Blev medlem: 30 april 2005, 22:48:05
Ort: Ekerö, Stockholm
Kontakt:

Inlägg av Meduza »

En 10W HID är ca 500 lumen före reflektor och linsförluster (runt 20-30%), och tre st Cree XR-E drivna på 1A borde vara precis över 500 lumen efter förluster, så lite mer än en 10W HID blir det i ljusstyrka.

Det finns ju riktigt bra dylkampor med LEDs i dag som både har moderna lysdioder och bra drivkretsar, dock så kostar dom som sagt en hel del...

Ska bli mycket intressant att se hur det här blir, om du har frågor om lysdioder eller något inom det området så bara fråga så ska jag försöka svara!
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

hmm - om linssystemet tar 20-30% så är det banne mig dags med antireflexbehandling och/eller ta bort alla mellanliggande glasskivor - vanlig fönsterglas ger ungefär 4% ytreflextionsförluster per yta som passeras, är det tyngre glas (läs högre brytningsindex/dielectricitetskonstant) så blir det än mera ytreflexförluster. Frontytan mot vattnet har lägre övergångsförluster då skillnaden mellan glas och vatten är mindre avseende brytningindex/dielekricitetskonstant, men har du tung glas även där så kan förlusterna bli stora även här.

Försök hålla bygget till 1 stark glasskiva (frontglas) och om det går att övh. köpa, gärna med antireflexbehandling (AR) och om bara en sida så skall den vändas mot lysdioderna (insidan) - kolla också hur AR fungerar under vatten om det är dubbelsidigt - det kan få motsat verkan då AR är kanske för väl anpassad mot just luft...

En optiker kanske kan fixa sådana passande lite tjockare AR-behandlade plast/glasskivor då AR är nästan standard på glasögon numera, kolla vilka utgångsstorlekar som dessa levereras i innan de slipas in i bågarna och anpassa din ficklampsbygge efter detta.

(edit: en liten förtydligande ang 'AR')
Senast redigerad av xxargs 6 september 2008, 00:50:30, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
Motormannen
Inlägg: 649
Blev medlem: 12 september 2003, 18:40:48
Ort: Stockholm

Inlägg av Motormannen »

Varför inte ha lysdioderna i direkt kontakt mot vattnet?

Mindre ficklampa och så slipper ni förlusterna...
xxargs
Inlägg: 10189
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Inlägg av xxargs »

Skulle säkert fungera om alla ledare kunde göras vattensäkra så att de inte leder ström och korriderar - men också reflektorer och själva LED-kroppen måste optiskt anpassas för att arbeta i vatten då dagens modeller som är designade för att arbeta mot luftgränssnitt vid ledkroppsytan skulle ändra strålningsprofilen ganska ordentligt när de sänks ned i vatten

hmm... man kanske skulla prova 'povray' för att modulera sådanahär saker (en av de få fritt tillgängliga 3D-rendrerare som klarar glasobjekt ordentligt) , men som vanligt så behöver man ha ytterligt nogranna CAD-ritningar på objekten för att det skall ge meningsfulla resultat och är förmodligen enklare att kolla saken genom att doppa aktuella LED i olja elle vatten för att se vad som händer - tänk på att det skiljer sig mellan olja och vatten rent ljusbrytningstekniskt även här.
Användarvisningsbild
Motormannen
Inlägg: 649
Blev medlem: 12 september 2003, 18:40:48
Ort: Stockholm

Inlägg av Motormannen »

Man låter bara själva epoxylinsen där ljuset går igenom vara blottad mot vattnet. Bara att skydda dom mot repor vilket inte borde vara svårt att inkludera i metallkroppen.

Brytningsskillnaden är kanske ovesäntlig/gynnsam för ljusbilden.
Användarvisningsbild
Meduza
EF Sponsor
Inlägg: 10718
Blev medlem: 30 april 2005, 22:48:05
Ort: Ekerö, Stockholm
Kontakt:

Inlägg av Meduza »

Dom flesta moderna powerleds har ju dock ingen epoxylins utan den är i något sorts gelematerial, i just Cree XR-E's fall så sitter sen en glasdome påklistrad på gelen. detta gör också att dom är rätt ömtåliga.

En till stor anledning tror jag är att man skulle få en så bred ljusspridning, Cree XR-E sprider över 70 grader brett redan från början och utan specialanpassad optik gjord för att fungera i vatten så skulle man nog få så brett eller bredare.
Slaktarn_gbg
Inlägg: 15
Blev medlem: 29 augusti 2008, 15:21:00
Ort: Göteborg
Kontakt:

optiken

Inlägg av Slaktarn_gbg »

Optiken som sitter i är en precisionsgjuten trippellins av ett optiskt polymermaterial. Linsen har en verkningsgrad på över 90% enligt datablad så jag tror inte det är mitt stora problem. Saltvatten som jag ska dyka i med den här lampa kan liknas vid syra och inte ens "bara" rostfritt fungerar i den miljön utan att rosta. Som meduza skriver så är spriden på dioden ca 70 grader utan linser så det ljuset är meningslöst.
Eftersom linsen är bättre än en reflektor som typiskt har sämre verkningsgrad känns det inte som att det finns så mycket mer prestanda att hämta där.
En canisterlampa med separat batteripack har jag redan byggt så det behöver jag inte.. Det här ska bli backuplampor som ska sitta på harnesset.
Databladet för mina dioder säger upp till 250 lumen per diod så det blir 750 lumen. Jag får dessutom väldigt bra driftpunkt temperaturmässigt på dioderna då de vattenkyls kontinuerligt. Om man dyker i 2gradigt vatten så kan man få ut 10% mer ljus ur dioderna än vad databladet specar.
I fronten är det polykarbonat med dubbla svarvade oringsspår i sidan. Om man ska använda riktigt glas blir det mer komplicerat om man vill göra en snygg lösning..
Spänningsregulatorn: Som jag läste databladet verkade det som att det skulle gå att få negativ spänning från bara en positiv källa ?
Slaktarn_gbg
Inlägg: 15
Blev medlem: 29 augusti 2008, 15:21:00
Ort: Göteborg
Kontakt:

Spänningsregulator

Inlägg av Slaktarn_gbg »

Det var tydligen fel länk i det första inlägget, här är den riktiga regulatorn:

http://www.elfa.se/elfa-bin/setpage.pl? ... 226256.htm
Slaktarn_gbg
Inlägg: 15
Blev medlem: 29 augusti 2008, 15:21:00
Ort: Göteborg
Kontakt:

Dioderna

Inlägg av Slaktarn_gbg »

Nu har dioderna kommit iaf. Ska ta och beställa komponenter så att jag kan bygga ihop något på en experimentplatta och se om regulatorn fungerar som det är tänkt innan jag beställer de slutgiltiga grejerna. Blir förmodligen något ytmonterat i det slutgiltiga utförandet.

Bild

Är det någon som har några tankar kring att pressa upp switchfrekvensen till 3MHz eller så ? Det går väl att testköra med de komponentvärden jag redan valt, som är optimerade för 100kHz ?

Äh, ni vill bara att jag ska elda upp grejerna.. så sitter ni där och myser och väntar bara...
blueint
Inlägg: 23238
Blev medlem: 4 juli 2006, 19:26:11
Kontakt:

Inlägg av blueint »

Bildbredd! *host*host* längst upp..

Om du pressar upp frekvensen för högt kommer hysteresförlusterna att bränna upp din induktans. Eventuellt så förlorar den sina magnetiska egenskaper ovanför curie punkten och överför därmed ingen energi.

Länk om buck smps:
http://powerelectronics.com/power_syste ... index.html
Skriv svar