Voglio costruirmi una centralina per LED. Avete consigli?
 

Ciao ragazzi, mi presento:

mi chiamo Paolo e sono di Bologna ho 38 anni e sono un progettista
hardware, ovvero nell'azienda in cui lavoro progetto schede elettroniche con
relativo firmware (c, vhdl, e soprattutto assembler) conto terzi. Ho conoscenze
anche di software PC avendo realizzato programmi in Delphi e C# e in passato ho
realizzato anche siti WEB sia statici che dinamici.

Sono anche un'acquarofilo della domenica con il mio acquario di acqua dolce che
ormai è dominio assoluto della mia ragazza, ma che comunque continua ogni giorno
a darci tantissime soddisfazioni.

Ultimamente mi sono avvicinato agli acquari marini, per "colpa":
a) di mio fratello che ha realizzato un minireef marino stupendo e per il quale
abbiamo costruito una sorta di mini-computer per il controllo dei livelli
e delle luci via Web
b) di mio cognato che ha realizzato ultimamente un acquario marino autocostruito
e per il quale ho collaborato per la realizzazione della plafoniera a LED

E proprio di illuminazione a LED che vorrei parlare con voi.

In procinto di passare al marino, sto pensando di realizzare una centralina
per il pilotaggio di LED e mi piacerebbe avere da voi qualche consiglio per
redarne le specifiche.

Queste è quello a cui stavo pensando:


Pilotaggio LED

http://s7.postimage.org/93z5h33jr/led_driver.jpg

Ho selezionato un "LED Driver" che permette pilotaggi fino a 3A
(per ogni uscita), ovvero anche per led 10W, dimmerabili tramite PWM, ovvero con
256 (o 1024) livelli di intensità luminosa programmabili. La tecnologia PWM
permette di pilotare i LED SEMPRE alla corrente nominale, e di dimmerare
l'intensità luminosa giocando su quanto tempo il LED viene pilotato acceso o
spento nell'arco di 1 millisecondo. A dispetto di un pilotaggio in corrente,
pilotare il LED alla corrente nominale fa si che la lunghezza d'onda del LED
stesso sia esattamente quella dichiarata sui datasheet, e che ho scelto con
tanta cura con notti insonni per i miei coralli o i miei pesci.

Molti scelgono un determinato LED con una specifica lunghezza d'onda, poi lo
pilotano in corrente per non farlo scaldare e per fare gli effetti
alba-tramonto, stravolgendo le sue caratteristiche di emissione con il
risultato di avere una lunghezza d'onda diversa e a volte addirittura nociva per
pesci o coralli.

Sul pilotaggio PWM dei LED ci sono due scuole di pensiero. La prima sostiete che
PUO' alla lunga affaticare l'apparato visivo dei soggetti sottoposti a tale
illuminazione, la seconda sostiene che non ci sia nessuna prova scientifica che
provi questo. D'altra parte quotidianamente tutti noi siamo esposti tantissimo a
tale tipo di illuminazione

Purtroppo per come è fatto questo "LED Driver" non è possibile cambiare la
corrente di pilotaggio a posteriori, ma solo in fase di montaggio del circuito,
quindi devo scegliere bene una configurazione che mi possa andare bene tra
uscite a 3A, a 1,5A e a 700mA. Per un massimo di 10 uscite completamente
indipendenti con cui posso pilotare da 1 a 6 LED in serie ciascuna, alimentando
la centralina con un'unico alimentatore da 24V.

http://s9.postimage.org/s4r36t20r/esempio.jpg

In un caso realistico quindi potrò pilotare fino a 250W di LED. Per la
programmazione ci penserò più avanti, ma tenete conto che saranno possibili
effetti alba-tramonto, lampi, etc.

Inoltre potrò pilotare anche RGB per poter aggiungere qualsiasi colore alla
vasca con effetti mozzafiato. La centralina prevederà un filo solo per ogni
uscita, dove collegare il LED o la serie dei LED (fino a 6) verso il filo di
massa del circuito.

Questo per rendere il cablaggio della mia plafoniera autocostruita molto pulito.

Prevederò inoltre due ingressi di temperatura per tenere sotto controllo la
temperatura della plafoniera ed intervenire all'occorrenza per limitare
l'intensità luminosa.

Domande:
10 uscite sono sufficienti, sono troppe?
Avete idee in merito?


Interfaccia utente

http://s4.postimage.org/tg5i8qbx5/tft.jpg

Oltre alla programmazione dei parametri tramite USB,
pensavo di utilizzare un display TFT da 2,4" con touch-screen. Certo mi
impegnerà tantissime risorse del processore e quindi non aspettatevi
un'interfaccia grafica reattiva come l'iphone, ma penso di riuscire a realizzare
qualcosa di carino anche esteticamente.

Domande:
Secondo voi un'interfaccia utente è necessaria o la programmazione potrebbe
essere fatta esclusivamente via USB?
Avete idee in merito?


Interfaccia Ethernet

http://s9.postimage.org/6af91sdq3/ethernet.jpg

Voglio realizzare un piccolo server-web sulla centralina,
in modo che collegandola ad il router di casa sarà possibile tramite browser
agire su alcuni parametri e leggerne altri. Forse addirittura a programmarne
l'intera funzionalità.

Domande:
Secondo voi serve?
Avete idee in merito?


Telecomando

http://s4.postimage.org/povxmey8p/remote.jpg

Voglio dotare la centralina di telecomando per poter agire
direttamente sulle uscite.

Domande:
Secondo voi serve?
Avete idee in merito?


Interfaccia DALI

http://s7.postimage.org/3rarmbwl3/dali.jpg

E' possibile implementare il protocollo di comunicazione
DALI, che viene usato in domotica per l'illuminazione. Ho visto che ci sono
dei computer per acquari che prevedono questo protocollo per pilotare
direttamente le plafoniere.

Domande:
Secondo voi serve?
Avete idee in merito?

• Cosa dovrebbe avere in più questa centralina?
• Per quando riguarda il software ve ne parlerò più avanti, ora mi vorrei concentrare sull'hardware.

NB: Precedentemente avevo già fatto più o meno lo stesso POST, ma era girato in modo che pareva ad esclusivo fine commerciale. Ci tengo ora a sottolineare che realmente sono intenzionato a realizzare questo dispositivo per mio uso privato.

Grazie e mi scuso per il mio post precedente (ero già partito con il business a livello mondiale)

Hai messo "tanta carne al fuoco".....progetto decisamente ambizioso ma ben congegnato....10 uscite per serie di LED possono essere poche o tante dipende cosa ci devi illuminare (con max 250 watt ci illumini discretamente una vasca da 300 litri)...il PWM lo sceglierei minimo a 1024 passi (sarebbe meglio a 10 bit)....a 256 (ho fatto un controller con arduino che appunto ha massimo 8 bit)...l'effetto alba tramonto è molto scattoso...ma visto il mestiere che fai lo saprai benissimo, personalmente non metterei un display touch screen magari a colori...è sprecato visto che una volta che hai programmato le luci (tempi, massima luminosità eventuale luce lunare etc.) non lo toccheresti quasi più.....un semplice alfanumerico a 2 4 righe sarebbe sufficente...però ognuno sceglie come meglio crede ovviamente..

Pensavo di illuminarci una vasca da 150 litri, ma molto molto bene. Ho visto in giro svariate plafoniere a LED, ma quasi tutte un po scarsine come emissione. Sicuramente con a disposizione 10 uscite riuscirei a modulare bene i vari effetti.

8 bit scattoso?
Forse ad occhio nudo guardando direttamente i led può sembrare scattoso, ma l'effetto in vasca non dovrebbe essere scattoso. Ho già realizzato qualche esperimento con LED poco potenti e non mi sembra scattoso, però questa tua segnalazione mi fà pensare. Devo vedere se il processore lo permette.


Tu il tuo con l'Arduino come lo programmi? Solo USB?

L'Arduino (usato stand alone) lo programmo tramite 5 tasti di navigazione (up, down, left, right, enter) e un display LCD 20 x 4......l'effetto "scattoso"......si vede anche in vasca...però potrebbe dipendere non solo dai 256 livelli ma anche da come risponde il driver al segnale PWM e dalla forma stessa del PWM che esce da Arduino....non avendo un oscilloscopio tra i miei strumenti non posso vedere la "bontà" del PWM...fra l'altro tieni conto (se non lo sai già) che molti driver commerciali dimmerabili in PWM...non sono lineari 0 - 100%

Che geni siete!! Veramente non so neanche di cosa state parlando con le sigle pwm ect .. X me siete extraterrestri.. In bocca al lupo..

:-D:-D:-D Se non ricordo male ti sei fatto anche tu una plafo a LED in casa...senza essere un genio come dici di noi (che poi non mi considero assolutamente un genio solo appassionato di elettronica fin da bambino) per cui........

seguo con interesse

Linearità PWM
 

L'integrato che sto esaminando è A6210 della Allegro, che modula in PWM una portante (alimentazione a 24V) tra i 300KHz e i 2MHz in funzione del numero di led da pilotare. Dalle curve, sembrerebbe che il Ton e il Toff abbiano una pendenza simile.

Pensavo...

Mettiamo il caso peggiore:
Alimentazione 24V, Portante a 300KHz (6 led in serie), frequenza PWM dimmer a 150Hz (secondo me sufficienti), Valore PWM dimmer a $01 (8 bit)

In questa situazione durante il Ton di ~26uS, il chip riuscirebbe a pulsare 7 volte,
effettivamente per i primissimi passi di PWM potrebbe non essere lineare,
ma dal valore 3 in su sicuramente si.

Il problema di non linearità ci sarà sicuramente, forse sarà necessario riparametrizzare il PWM con una tabella di 100 valori (calcolandoli con un luxmetro) in modo che nell'ambito di tali 100 valori ci sia linearità. D'altra parte anche con una risoluzione maggiore (10bit) il problema sarebbe lo stesso. E' intrinseco degli alimentatori switching che per vari motivi non hanno frequenze altissime.


Inoltre:

Nel caso:
Alimentazione 24V, Portante a 1MHz (4 led in serie), frequenza PWM dimmer a 150Hz, Valore PWM dimmer a $01 (8 bit)

In questa situazione durante il Ton di ~26uS, il chip riuscirebbe a pulsare 26 volte,
dovrebbe essere lineare per tutti i 256 valori

Allora diciamo che per la salute della vasca...anche se la dimmerazione (come suona male)....è scattosa.....non ha alcuna importanza..è solo una questione visiva......detto questo....avendo fatto varie prove con vari driver....almeno il "primo" scatto è sempre notevole come intensità di luce (relativamente si intende) è come accendere improvvisamente una piccola lampadina....già arrivati a circa il 10 20%....i passaggi di livello sono decisamente meno visibili......per prova ho anche usato un TLC5940 che ha uscite PWM a 10 bit (collegato all'arduino) e l'effetto alba tramonto era decisamente più soft e non scattoso a parte il primo livello (anche se meno evidente)....però non sono riuscito a farlo funzionare in maniera regolare...(fra l'altro ha una logica di uscita invertita.....)...e sono ritornato al solo Arduino.

P.S. ho visto il datasheet del A6210......non male ma devi usare un pò di componenti esterni...hai dato una occhiata al CAT4101?......io ne ho ordinati una decina come sample. (15 euro di spedizione)...devo ancora provarli ma sulla carta non sono male anche se sono lineari 1 A...come corrente massima in uscita (ma puoi collegarli in parallelo per aumentare la corrente d'uscita) 24 volt max in entrata ( non è molto ma può andare)....serve solo una resistenza e un condensatore (la resistenza serve per settare la corrente in uscita)...e sono dimmerabili in PWM 0 5 Volt.....unico difetto (a parte che sono lineari e non switching)...li devi alimentare a 5 volt separatamente

Bell'oggetto, sicuramente con il CAT4101 anche il layout del circuito sarebbe più pulito, per non parlare di eventuali disturbi EMC, peccato l'handicap della corrente a 1A. Vorrebbe dire metterne 3 per ogni uscita, quindi 30 in tutto. Costi a parte bisogna anche dissipare tutti questi chips.

In una configurazione così:

Out0 : 3A (3 chips) LED White Left
Out1 : 3A (3 chips) LED White Central
Out2 : 3A (3 chips) LED White Right
Out3 : 1A (1 chip) LED Royal Left
Out4 : 1A (1 chip) LED Royal Central
Out5 : 1A (1 chip) LED Royal Right
Out6 : 1A (1 chip) LED Blue Moon Central
Out7 : 1A (1 chip) LED Red RGB
Out8 : 1A (1 chip) LED Green RGB
Out9 : 1A (1 chip) LED Blue RGB
------------------------------------------
Tot: ~300W 16 chips = 48W dissipation
un po troppo....

Però per una versione minireef (sto pensando anche a quella...) potrebbe andare.

Efficienza
 

Devo ancora provarlo, ma con l'A6210 spero di raggiungere un'efficienza del 95%,
varrebbe a dire 15W da dissipare per un pilotaggio di 300W di led.

boh... poi ti dirò

In realtà deve dissipare molto meno....infatti nelle realizzazioni viste è semplicemente saldato al rame del PCB....comunque indubbiamente essendo lineare si scalda sicuramente di più di uno switching.....però toglimi una curiosità perchè ti servono 3 Ampere in uscita?....vorersti usare LED da 30 50 W l'uno?

Per quanto riguarda il costo li trovi a meno di 2 euro l'uno.

Pensavo...

Effettivamente basterebbe 1A max a LED,
ma hanno delle Vf molto alte (~10V), quindi se voglio metterne almeno 6 ogni zona pensavo di metterne 3 serie da 2 led tutte in palarrelo


http://s7.postimage.org/6dtejth3b/led.jpg

Questo purtroppo ha due contro:
1) Se si rompe un LED gli altri due rami si devono ripartire anche quella corrente. Però è una situazione remota.
2) Occorre una piccola resistenza su ogni ramo per livellare possibili differenze di tensione dei led. E questa è tutta energia sprecata.

D'altra parte non vorrei togliermi la possibilità di pilotare tanti led da 10W #18

Domanda:
Ma è vero che adesso la tendenza è fare illuminazione a Spot e non più diffusa da un'ampia area? L'illuminazione a Spot introduce in vasca anche le "ombre"...

Io starei attento a fare delle serie-parallelo..soprattutto con LED da 10 W.(non è cosi' remoto che si brucino...)..(fra l'altro non credo che con 24 volt di alimentazione puoi collegare 3 LEd da 10 W in serie....visto che sono mediamente da 12 volt l'uno)...ritornando al CAT4101.....la dissipazione reale la devi calcolare in base alla tensione residua misurata al LED pin dell'integrato..per cui se calcoli bene l'alimentazione generale in base alle caratteristiche dei LED usati in serie e minimizzi questa tensione.....la dissipazione diminuisce di molto.....
Per quanto riguarda l'ultima affermazione sembrerebbe di si ma ci sono scuole di pensiero contrastanti.....purtroppo (o per fortuna) la tecnologia LED per illuminazione di vasche (marine in maggioranza) è in continua evoluzione.e gli scotti da pagare sono la sperimentazione.....

http://s8.postimage.org/5ay3fzkld/formula.jpg

Ho visto questa formula sul datasheet del CAT4101...
3W da dissipare su ogni chip sono tanti, occorre sicuramente un'accoppiamento ad un radiatorino sul lato saldature tramite parecchi pad termici.

In generale non mi piace tantissimo sprecare energia in calore. Già la devo sprecare per colpa delle resistenze da mettere su ogni ramo....

L'A6210 può lavorare fino a 46V

Ti dico...
ho progettato una lampada a led per uso medicale con due serie da 6 led da 3W in parallelo, e toccando sotto per ora su 2800 prodotte nessuna è rientrata per i led. Però:
a) Sono pilotati in lineare. Comunque i LED non temono lo stress da pilotaggio impulsivo.
b) Sono montati su un PCB in alluminio su radiatore raffreddato forzatamente

Se dissipati correttamente, ormai la tecnologia a LED è super affidabile.
Tu hai mai rotto un led pilotato alla corrente nominale e dissipato bene?

Con l'A6210 posso con un'unica fonte di alimentazione pilotare tutti i tipi di LED senza preoccuparmi della tensione ai pin del driver.

Alternativa ai suddetti chip
 

In alternativa ai sopraccitati chip c'è anche questo chip che potrebbe essere carino:

ILD4180 della Infineon (uscito da poco),

può pilotare fino a 1800mA e accetta tensioni fino a 45V

ho richiesto i campioni un mese fà ma non mi sono ancora arrivati...


http://s7.postimage.org/rwtun0i4n/ild4180.jpg

Quella formula è relativa alla massima dissipazione in relazione alla temp. ambiente (nell'esempio con una temp. ambiente di 60 gradi può dissipare max 3 watt)...la formula del watt dissipati è questa Vin x Iin + Vled x Iled....dove Vin è la tensione di alimentazione del chip (5 volt)..e Vled è la tensione misurata sul LED pin sempre del chip..(quella residua dopo la caduta di tensione della serie di LED)....resta comunque il fatto che non è switching e funziona solo fino a 25 Volt....di contro avendo meno componentistica esterna ed essendo facilmente saldabile anche se SMD...è più alla portata di un semplice hobbista che non ha attrezzature speciali, sopratutto per montaggi SMD di chip molto piccoli.

E' vero, ma non "posso" cambiare la tensione di ingresso in funzione del numero di led che voglio accendere. Vorrei poter scegliere a posteriori quanti led montare su una determinata uscita.

immagino che per te potere realizzare dei PCB SMD e montarli non sarà un problema.....magari su supporto IMS....

Al lavoro in effetti abbiamo una linea smd, quindi non ho problemi.
Per i miei circuiti personali mi servo da pcb-proto.
Se voglio realizzare una meccanica carina mi servo da lasermio.com