Принципы расчета схем освещения при работе в цифровых системах управления.

[Жорик_У]

Самыми важными являются:
I - максимально допустимый прямой (рабочий) ток.
Его величина составляет порядка 0,005 - 0,02А в зависимости от типа LED.
Этот параметр влияет на расчет балластного резистора.

Iпрям. - Прямой ток LED цепи. Если LED применяются разнотипные,
то необходимо брать наименьшую величину.

следует учесть, что в среднем характеристика яркость(ток) имеет насыщение около 10-15мА,
таким образом при меньшем токе Вы будете недобирать до возможной яркости, а при больших
токах гробить кристалл впустую (ток вдуваем, а носителей свободных для эмиссии квантов уже нет - расходуем энергию на нагрев, а не на свет). Потому логичнее в последовательной цепи подбирать ток согласно этих соображений ооколо 10мА.

Давайте 16,5мм округлим "на глаз" до 20мм. В статье вообще пытался донести методы расчета, а не методы научного тыка.

Хорошо, если Вы будете иметь светодиоды в наборе из одной партии, да и в случае кристаллов однопартийных и с учётом разброса %-ного в балластных резисторах Вы можете получить разную яркость в двух отдельно взятых последовательных цепях резистор-светодиод... Если устраивает - слава Богу, нет- придётся подбирать балласт. Особенно эта разница как я замечал у белых (скорее китайского рождения)

[MSV]

Сообщение от vpd

Стабилизировать для них надо ток, а не напряжение

Описанный Вами линейный стабилизатор тока, - по суди дела управляемый резистор. Раньше, за неименеем вышеуказанной микросхемы в качестве стабилизатора тока применялась схема из МОП-транзистора и резистора, включенного между затвором и стоком. Стабилизация происходит следующим образом:

При увеличении тока, увеличивается падение напряжения на резисторе, что вызывает увеличение потенциала на затворе, и, следовательно, прикрывает канал между истоком и стоком, увиличивая его сопротивление и уменьшая ток до динамического равновесия.

Стабилизатор тока, который Вы предлагаете, - по сути дела имеет тот же принцип, только схема посложнее. Важно то, что все эти стабилизаторы, что тока, что как некоторые предлагали, напряжения, все они -линейные. То есть регулирующим элементом является принцип изменения сопротивления транзистора, или еще проще - управляемый переменный резистор.

---------- Сообщение добавлено в 23:38 ---------- Предыдущие сообщение было в 23:36 ----------

Сообщение от Жорик_У

Потому логичнее в последовательной цепи подбирать ток согласно этих соображений ооколо 10мА

Думаю, что еще логичнее, номинальную силу тока брать из техдокументации по конкретному типу LED.

[Жорик_У]

Описанный Вами линейный стабилизатор тока...

это кому?

Думаю, что еще логичнее, номинальную силу тока брать из техдокументации по конкретному типу LED.

Не смешно... Если Вы на 100% уверены в том, что купленная Вами партия произведена Кинбрайтом, то можно спать спокойно, а если её слепил т.Хуайвей из Шанхая, то будет совсем не весело.
Мы как-то на такое нарвались, причём мало того что кристаллы не отдавали номинальных кД, пришлось ток приподнять до 15-20мА, так ещё они стали отлетать в изделиях на ура. Измерения экспонометром же показали, что где-то после 10-15 мА кристаллы уходили в насыщение и алё... Выяснения с продавцом по поводу несоответствия маркировки и представленных даташитом данных сводились к ссылкам на поставщиков и длинной цепочке движения партии, что уже больше похоже было на детектив, слава Богу светиков было не так много закуплено, пришлось плюнуть и исходить из того что я уже намалевал постом выше...

[MSV]

Сообщение от Жорик_У

Если Вы на 100% уверены в том, что купленная Вами партия произведена Кинбрайтом

Так, собственно их и покупаю, в специализированных магазинах. По крайней мере есть гарантия, что все соответствует даташитам, и, в случае чего вернуть, если брак. Вы верно указали, что китайские "по сто рублей - ведро" могут вести себя по-разному, но, собственно, зачем их в модели ставить? Разве что на елочные гирлянды, которые потом туда же всесте с елкой. Лучше уж сразу нормальные.

[MSV]

От слов - к делу!

Начинаем освещать вагоны. От простых схем, - схемам, управляемыми декодерами, и... Будет кое что для аналоговых систем с импульсным источником тока и высоким КПД.

Вариант 1. Самый простой, самый бюджетный, самый быстрый.
Техзадание: освещение вагона с декоративными шторками, неуправляемое, питание DCC.

1. "Инструменты и принадлежности" Сам вагон, LED белые 10мA 2,7В, диоды Шотки (я брал 1N4148, пойдет и КД522А), конденсатор 470мкфХ25В, как расчитать резистор, уже говорил.


2. Паяем выпрямитель с конденсатором.


3. Паяем LED, провода, проверяем "на столе", запихиваем в вагон, приклеиваем LED и держатели проводов, провода увязываем в жгут.


4. Проверяем работу.


5. В крышке сверлим отверстия, где огни хвостового ограждения, капаем по капле красного лака, изнутри на крышку наклеиваем малярный скотч для светоотражения, надеваем крышку.


Переходим к следующей более сложной части...

Будет освещение вагона от L.S. Models с применением функционального декодера ESU и дополнительным источником питания с зарядной цепью. Делать начну, когда интерьер доделаю и "пассажиров" запущу.

MSV,

Вообще бывает много разных МОП транзисторов. Вы не указали, какой именно имеется ввиду.
Эффект стабилизации на отдельных транзисторах можно получить, но:
1) Транзисторы с одним обозначением могут иметь разные характеристики. У МОП транзисторов это особенно заметно, так как они в большинстве своем для ключевых схем, поэтому точно рассчитать резистор очень трудно. Например, транзистор BSS123 от Fairchild - не то же самое, что BSS123 от NXP. Сопротивление канала при напряжении на затворе в 1.5В может отличаться в разы, хотя при 3.3В оба дадут малое сопротивление канала.
2) Стабилизация может оказаться недостаточной. Например, изменение напряжения питания на 25% приведет к изменению тока на 10%, а не все 25. Это, конечно, лучше, но не идеал.
3) У любого одиночного транзистора характеристики зависят от температуры. И стабилизация будет не очень хорошей.

В случае с регулятором в таком же по сути корпусе мы имеем операционный усилитель, характеристики которого термокомпенсированы. Кроме того, его характеристики повторяемы от партии к партии, то есть успех гарантирован. Регулятор даст хороший стабилизатор тока, и это хорошо для светодиодов.

Вопрос по свету. Так получается, что свет будет гореть всегда, пока подано питание на рельсы. И для программного освещения нужно в каждый вагон запихать еще по декодеру, так?

[MSV]

Сообщение от vpd

Регулятор даст хороший стабилизатор тока, и это хорошо для светодиодов.

Да это все понятно... Я вот над чем заморочился: почему бы не сделать импульсный драйвер светодиодов, по типу, как в фонариках делают. Принцип работы простейший - обычный обратноходовый преобразователь без гальванической развязки. По крайней мере можно грохнуть двух зайцев: и зажигание на аналоге при низком напряжении и работа на DCC без греющихся резисторов.

Есть еще мысль: с преобразователя заряжать батарею или ионисторы, а уже их питание коммутировать на LED...

Нынче полно повышающих источников именно под светодиодное освещение.
Смотря как задачу ставить. Если дорога и так уже цифровая, то зачем собственно там повышающий преобразователь? Чтобы все диоды одной последовательной цепочкой сделать?

Добавление:
Вот, например, http://focus.ti.com/docs/prod/folder...tps61161a.html
Драйвер дает до 38 вольт. 2х2 мм. Стоит около доллара тут. До 10 белых светодиодов.

[MSV]

Сообщение от vpd

Смотря как задачу ставить.

Именно вот эту:

Features:
2.7V to 18V Input Voltage Range

Для аналога, и, в принципе ничего страшного не должно случиться, если подключить к цифре.

С чистой цифрой тут и обсуждать нечего. Балластный резистор, и все! Больше нечего мудрить. В допуски укладывается.

Ради прикола намотал транс на феррите, первичку к DCC, со вторички запитал люминесцентную лампу с холодным катодом от сканера. Жалко, что длинная, а то еще один вариант "вагонного освещения"...

[Жорик_У]

Сообщение от MSV

Так, собственно их и покупаю, в специализированных магазинах. По крайней мере есть гарантия, что все соответствует даташитам, и, в случае чего вернуть, если брак. Вы верно указали, что китайские "по сто рублей - ведро" могут вести себя по-разному, но, собственно, зачем их в модели ставить? Разве что на елочные гирлянды, которые потом туда же всесте с елкой. Лучше уж сразу нормальные.

Так вроде то же не за углом брали. Вы где живёте? Не Москва/Питер ли? Не в обиду будет сказано для столиц ситуация в большинстве случаев рафинированная... У нас же можно купить либо у местных перепоставщиков, либо по доставке, в обоих случаях выставлять рекламации зачастую - дохлый номер - накладные растут так, что бьют по карману... Вот и получается, что берёшь вроде Кинбрайт в итоге имеешь какую-то хрень с надписью за деньги, а продавец разводит руками - получили от поставщиков, а те у официалов по накладным всё правильно, давайте на экспертизу и пошло поехало... Что интересно продавец у которого брали уже не год не два и вроде всё было всегда пучком, а тут вот приплыли...

Потому на среднестатистического Рассеянина я бы считал за рабочий ток 10мА . ИМХО.

Я вот над чем заморочился: почему бы не сделать импульсный драйвер светодиодов, по типу, как в фонариках делают. Принцип работы простейший - обычный обратноходовый преобразователь без гальванической развязки. По крайней мере можно грохнуть двух зайцев: и зажигание на аналоге при низком напряжении и работа на DCC без греющихся резисторов.

А по какой схеме? И есть ли смысл по отношению цена/КПД/объём? Ведь если делать просто - будет дёшево, но в КПД проигрыш, а при хорошем КПД и цена поползёт и объём... Мы как-т лепили рацуху - заменяли линейники на импульсники собственного приготовления, так по классике реально выжать КПД больше 70% удавалось с большим трудом, а увеличение КПД получалось с применением комплектухи, которая давала по нынешним временам стоимость одного стабилизатора порядка 200-300р (их четыре на девайс), но снижала общее энергопотребление девайса с 200 до 75-100Вт, что в денежном эквиваленте давало годовой выигрыш 8000-10000р, а девайсов таких по объектам натыкано около 20шт...

И потом стоит учесть, что неподготовленному слепить импульсник да ещё без измерилова - морока, даже если Вы дадите топологию печатки не факт, что она пойдёт с ходу у юзера, согласитесь...

[MSV]

Сообщение от Жорик_У

А по какой схеме?

Так, по приведенной ссылке есть PDF с даташитом.
http://forum.modelldepo.ru/showthrea...82558#poststop

Сам PDF: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tps61161a.pdf

[Жорик_У]

не, ну чего нормальная схема- классика, а кто - нибудь собирал и КПД мерял?

У меня есть жуткие сомнения по заявленному КПД = под 90% (в т.ч. при самостоятельном изготовлении):
Что собственно смущает:

1. сопротивло открытого канал ключа 0.6 Ом - много, - процентов 10 так сожрёт.

2. обратный ключ на Шоттки - ??? () это где-то 30% смело в минус. Я бы туда влепил мосфет с Rds_on около 20мОм - что то типа IRF45xx серии... КПД сразу почувствуется, только надо ещё драйвер рассасывателя будет ставить...

3. Пока не приобретёте заявленные 4 типа индуктивностей - долго будете учится делать высокодобротные катушки и навскидку измерять проницаемость сердечников у продавцов...

4. Топология... ну ... поют песни про шоттки и выходную банку про нс, блин... С2 выходной надо развернуть на 90, земляным концом в упор к ГНД лапе, диод на 90 вплотную к горячему концу выходного, а так ккак нарисовано как-то как никак... :0)

Сходу процентов так 30-40 конечно даст, но тогда есть ли смысл морочаться?...

5. И самое главное... надо опрос сделать кто из народа КУФН сходу поставит...

Не, мужики, может нам это ещё как бы можно поизвращаться если пива нет, а время убить нечем, но народ подрывать на это не стоит - намучаются...

[MSV]

Сообщение от Жорик_У

но народ подрывать на это не стоит - намучаются...

Пока только сам мучаюсь... В принципе задачу поставил себе такую: полностью использовать DCC сигнал для питания LED без безсмысленного сжигания на балластных резюках. Вот и дилема: что нибудь монстроидальное на импульсниках городить, или плюнуть нафиг и... мост-резюк ограничения тока заряда кондера-кондер-LM317 с резюком-LED. Или с декодером, к которому кондер с зарядным резюком, шунтированный диодом, и LED на выходе с LMкой или резюком.

1) Ну, вообще, TI обычно сознательно не врет. Понижающие импульсники работают с хорошим КПД.
2) 0.6 Ом - это по-любому меньше любого разумного балластногорезистора.
3) Диод шоттки при 10 мА - это падение в 0.2В, по сравнению с 3.5В*6 = 21В это потери в 1%. откуда "30% смело в минус"?
4) Вообще-то QFN 2x2 - это по-любому не для ручного монтажа. Воздухом такое паять, на подготовленную плату. Имеет смысл, когда есть для кого делать.

Вообще-то главный бонус от этой схемы в том, что она упрощает включение диодов последовательно, если питания дороги на всех не хватает. При питании дороги 14В его хватит на три диода примерно. Если в вагоне нужно шесть диодов, то придется их включать параллельно тройками, каждой тройке свой регулятор тока. С такой схемой до 10 диодов можно запитать последовательно. Проводов мало, ток стабилизирован. Пофиг на КПД, по-любому больше, чем у балластного резистора.

[Жорик_У]

Ло-дропаут стабилизатор светики к нему в параллель, а на 10Вт уходящих на освещение в течении 3-4 часов пока Мишаня катает локи мне как-то навалять , пусть РАО еЭС подавится этими копейками...

[MSV]

Сообщение от Жорик_У

РАО еЭС подавится этими копейками

Да хрен с РАО еЭС (е уже просрали, как я понял), бустер зачем "паразитной нагрузкой" нагружать, если 10локов и 20вагонов...

[Жорик_У]

1) Ну, вообще, TI обычно сознательно не врет. Понижающие импульсники работают с хорошим КПД

Так импульсники правильно построенные все правильно работают. Берём пдф на указанную микруху, читаем при отсусвтии нагрузки по ШИМ выходу она жрёт 1.8мА максимум, т.е. при диапазоне питания от 3 до 12В она уже (!) гробит КПД где-то до 95%..., а про работу на реальную обвеску тихий молчок... только непонятно откуда взявшийся график КПД

2) 0.6 Ом - это по-любому меньше любого разумного балластногорезистора.
3) Диод шоттки при 10 мА - это падение в 0.2В, по сравнению с 3.5В*6 = 21В это потери в 1%. откуда "30% смело в минус"?

... Это 0.6Ом и 0.2В Вы считаете какбы основываясь на расчётах по постоянному току. петрушка же здесь совершенно другая...:
Сопротивления канала ключа и открытого диода надо соотносить с омическим сопротивлом катушки (реактивные потери не в счёт - считаем, что сердечник не влетает в насыщение). Так вот я Вам по опыту скажу, что катушка по-идее с учётом скин-эффекта должна мотаться несколькими проводами (даже если и одним) при том её омическое гораздо меньше сопротивления канала и откр диода, т.о. естественными рассеивателями мощности в последовательных цепях будут полевик и диод. В идеале при нулевом сопротивле канала и откр диода КПД буде близок к 80-90%. Львиную долю потерь составляет рассеяние на диоде, т.к. при открытом диоде и происходит перекачка запасённой энергии из катушки в нагрузку, а существенное сопротивление (по отношению к катушке) перехода диода будет гробить КПД. Попробуйте в импульснике воткнуть не один диод, а два в параллель, Угадайте ,что будет? - правильно процентов 5-10 КПД добавите. Идеальный вариант - в параллель диоду поставить н-мосфет и открывать его при закрытом верхнем ключе накачки (в такт с диодом), причём при малом омическом канала мосфета ВЫ получите на порядок меньшее паразитное падение. Ещё один прикол - тормознутость диода - ключ вырубился, катушке надо выкинуть ток в нагрузку, а диод ещё "думает" - опрокидывается из запертого состояния в открытое, главное "назначение" катушки - поддерживать ток в цепи, а куда его поддерживать если везде заперто? вот она его и будет совать куда не попадя, пока диод не отопрётся, плюс к тому диод открывается не так что закр/открыто, а с некоторой растяжкой по времени - вот вАм ещё потери. Мосфет - ключ - не идеален откр/ закрывается с задержкой в итоге возможна ситуация, когда диод приоткрыт - мосфет ещё не заперт - ещё теряем - список можно продолжать до бесконечности. + Потери по току на отпирание мосфета могут достигать нескольких мА - там существенная затворная ёмкость, которую нужно же заряжать/разряжать.

ИМХО. собрать, проверить на потери, если в худшем случае 60-70% будет обеспечивать - можно впариваться
и чего-то я цену так и не нашёл на этот корпус... плюс к тому Марата надо будект с его катушками поискать, заморочно получается и дороговато... сколько по отношению к цене за вагон стабиль такой выходит? может на УЦ3842 слепить?? 50-60% с тупой топологией и комплектухой и со средними требованиями к плате получится с ходу...

4) Вообще-то QFN 2x2 - это по-любому не для ручного монтажа. Воздухом такое паять, на подготовленную плату. Имеет смысл, когда есть для кого делать.

Коню понятно, что феном про то и речь.. и второе, а кто будет согласен в вагон за 1000р ставить стабилизатор за 500р???

Вообще-то главный бонус от этой схемы в том, что она упрощает включение диодов последовательно, если питания дороги на всех не хватает. При питании дороги 14В его хватит на три диода примерно. Если в вагоне нужно шесть диодов, то придется их включать параллельно тройками, каждой тройке свой регулятор тока. С такой схемой до 10 диодов можно запитать последовательно. Проводов мало, ток стабилизирован. Пофиг на КПД, по-любому больше, чем у балластного резистора.

Чего то я Вас не пойму. три светика последовательно уронят на себе 12В, 2В Вы потеряете в балласте эквивалентная цепь пусть содержит три ветви п три светика в каждой (ну будем считатть это эквивалентом 10 светиков в управлении тпс61161) т.о. при одинаковом токе в ветвях Вы получите КПД =(12В*3)/(14*3)=85%

Ну, и.... чего я не понял в Ваших заключениях, за чего боремся то?

Длинно написали. Исходная посылка Сергея была в том, что в общем случае на рельсы может быть подано разное питание. В цифре в целом можно полагаться на регулятор тока, но для обычных 14В это дает только три белых светодиода на регулятор. Если их в вагоне больше, то и регуляторов надо городить больше, и проводов паять. При этом при просадке питания, скажем, до 12В они могут и вовсе потухнуть. В случае с аналогом еще хуже, так как питание может не дотягивать и до питания пары диодов. Именно поэтому предлагалось поставить импульсный повышающий регулятор, оптимизированный для запитывания светодиодов, то есть стабилизирующий ток. Он будет гарантировать неизменную яркость светодиодов во всем диапазоне питания, простое последовательное включение до 10 светодиодов, чего, хватит на большой вагон. Вот.

[MSV]

Нашел недостаток в стандартной схеме - когда разряжается конденсатор, то напряжение резко начинает падать, кондеры разряжаются по экспоненте, и LED очень быстро гаснут. Пришлось менять схему. Получилось вот что:



R1 - ограничивает ток заряда конденсатора C1. Если емкость менее 220мкФ, то можно не ставить, хотя 220мкФ - мало.

R2 - задает ток стабилизации LM317. Расчитывается по формуле R=1,25/I. например для I=10мА R=125 Ом.

VD1-VD4 - диоды Шотки типа N4148

В этой схеме конденсатор C1 заряжается не до U LED суммарного, а почти до полного напряжения Uпит., соответственно LED будут светиться, пока напряжение на конденсаторе не упадет от Uпит. до U LED суммарного.

Схема и для цифры и для аналога!!! Только в цифре в последовательную цепочку LED нужно включать чем больше, тем лучше (разумеется не более, чем Uпит - 5В падения на диодах и стабилизаторе). В аналоге же прийдется каждый LED питать через свой стабилизатор. В параллель диоды включают либо лохи люди не понимающие ничего в электронике, либо обладающим собственным производством LED, гарантирующим уход от номиналов в пределах партии не более 1%.

[Жорик_У]

Длинно написали. Исходная посылка Сергея была в том, что в общем случае на рельсы может быть подано разное питание.

Так про КПД я не первый начал... :

и... Будет кое что для аналоговых систем с импульсным источником тока и высоким КПД.

А так, если свинансы позволяют - МАХ6хх серия, - уже давно отъюзанная и широко продаваемая кристалла - там есть чего выбрать/подобрать. Только надо быть готовым к затратам при достижении хорошего КПД...

[sds]

to: MSV а про устройство контактов на колёсах можно поподробней?

[MSV]

Сообщение от sds

устройство контактов на колёсах можно поподробней

Мне пластинки токосъема брат подогнал, ставятся в телеги как родные. Скорее всего частная работа. Спрошу, где взял, и кто делает...

[Alex_S]

Сообщение от MSV

Мне пластинки токосъема брат подогнал, ставятся в телеги как родные.

По-настоящему как родные в эти телеги ставится только кит освещения от Sachsenmodelle #18008. Кто знает, есть ли его аналог в продукции Tillig?

зы: он бы также подошел к евротрейновским аммендорфам.

Нда, вот замудрили. Какое там КПД? Для 20В хватит и 4х последовательно соединенных белых светодиода, токоограничивающий резистор подбирается по нужному уровню яркости. Вагон не должен светиться люминесцентной лампой, а свет в окнах долже быть как можно равномернее.
К примеру
http://scaletrainsclub.com/board/vie...=4476&start=10
правда на фотках не айс, а в темноте мну пока не может сделать, по приезду на работу уже светло.

[MSV]

Сообщение от Vitalij

Для 20В хватит и 4х последовательно соединенных белых светодиода, токоограничивающий резистор подбирается по нужному уровню яркости.

Все абсолютно верно! Просто идет дальнейшее развитие технологии освещения, если к примеру надо поставить 10 LED (в каждом купе, в тамбурах, сортирах и.т.д), сделать минимальные потери мощности на резюках (мощность бустера не резиновая, хотя сделать бустер можно хоть на 1000А, технических проблем нет, только стоимость MOSFET или IGBT на такой ток + еще там много чего, и размер со сварочник), попытаться зарезервировать питание хотя бы на пару секунд, и попытаться сделать, чтобы схема освещения включалась на аналоге при минимальном напряжении, но схемотехнически не было параллельных LED. Вот и мысль идет к применению специальных микросхем - драйверов LED.