Светодиодный Светильник На 7000+ Люмен Для Открытого Аквариума

[Nemo_Lep]

Здравствуйте.
История и ошибки в процессе изготовления, а так же для критики технических решений, применённых для

Светодиодный светильник на 7000+ люмен для открытого аквариума на основе контроллера от damien'а Lakovsky http://aquabox.by/goods.php?type=LEDCTL&goodid=22

http://aqa.kz/index.php?showtopic=1081&view=findpost&p=32303, даже http://ledway.ru/osvesenie-presnovodnogo-akvariuma-t258-180.html#p37203 их http://aqa.kz/index.php?showtopic=2345&view=findpost&p=32224... http://aqa.kz/index.php?showtopic=2345&st=180.

Светодиоды

Весной сего 13-ого года принялся потихоньку приобретать компоненты светильника: светодиоды http://ac-rc.net, хотя по той же цене Cree можно приобресть http://alled.ru и http://cutter.com.au.
На светильник пошли 30 шт CREE XT-E R5 Cool White LED (XTEAWT-00-0000-000000H51), 8 шт Epistar/Epileds Deep red 660нм и 4 шт Epistar/Epileds на 20000К.

Почему в таком соотношении?
Теоретические соображения по ссылке выше (в теме освещение в травниках - там и спектры и зависимость эффективности фотосинтеза от длины волны итд итп). Замечу, что в свое время я нашел утверждение damien'а Lakovsky http://akva.by/forum/index.php/topic,1425.msg40695.html#msg40695 (а потом обратил внимание на его светильники).
Так как CREE XT-E имеют цветовую температуру (без отбора по спец bin) 5800-6300K, поэтому я применил красного меньше, чем 4:1 и добавил пронзительно льдисто-голубых на 20000K.

Светодиоды сгруппированы в 6 последовательно соединённых групп по 7 шт в каждой. Ток применён 700мА.
Отсюда расчётные данные светового потока:
Согласно даташиту Cree XT-E на 700 мА при 85 градусах Цельсия имеют световой поток в 230 лм, китайцев оценим 20000К в 120 лм и 40лм deep red:

230*30+4*190+8*40=7700 лм

Достаточно ли это для моего аквариума? Напомню - 135 л нетто. От поверхности воды до поверхности грунта 35-37 см.
7700/135=57 лм/л
Для сравнения: "обычный свет" - 30 лм/л, для разогнанного травника до 70 лм/л (не тока угллекислый газ, но и макро удо)

 

[Kazbek]

Если считать что фотосинтез начинается примерно с 35 лм/л, то достаточно.

 

[Nemo_Lep]

В поисках оптимального радиатора.

Вариант первый.

Радиаторная пластина с базара АДК.
Радиатор представляет собой пластину шириной 7 см с шестью ребрами высотой 1 см.
Необходимая мне длина 75 см.
Примем площадь пластины за 500 кв см. Делю на 25 кв см. Приблизительно 20-21 штука 3Вт СД.
Раскритикован как имеющий недостаточную площадь охлаждения для 1 светодиода.
И главное: имеет недостаточную толщину основания - миллиметр или даже менее.
Однако был выполнен в натуральную величину, без крепления светодиодов:

Посмотреть вложение 12507
Посмотреть вложение 12523
Посмотреть вложение 12524


В aliexpress у братьев китайцев был найден вариант нумбер два:

Посмотреть вложение 12509

Примем на один светодиод площадь охлаждения 100 кв.см.
14 шт рёбер *(2,4+2,4)= 67,2; 67+12=79; 79*72=5688 кв см. 5688/100=56.

Почти одновременно поступило предложение поучаствовать в приобретении российского радиатора.

Итак нумбер три.

Посмотреть вложение 12510

Обсчёт его охладительных возможностей:
15 шт рёбер *(1,6+1,6)= 48; 48+17=65; 65*72=4680 кв см Теперь число трёхватников: 4680/100= 46. Сорок шесть штук.

46 у третьего против 56 у второго. Но рёбра на 3 мм ближе к друг другу. И более высокие. Так что преимущество в 10 шт может оказаться мнимым!
Радиаторы близки друг к другу. Но площадь основания побольше у третьего (больше расстояние между СД), да и подешевле чуть-чуть - на пару тройку тыщ тенге.

Так что приобретён был третий вариант.
10 июля доставлен. Вот:

Посмотреть вложение 12513
Посмотреть вложение 12511
Посмотреть вложение 12512

Если считать что фотосинтез начинается примерно с 35 лм/л, то достаточно.

Сейчас полдень это 48% мощи по всем каналам. Пузыряет только длинностебелька у поверхности воды.

UPD: уменьшил размер пары фоток.

 

[Apl]

оч. интересно, особенно насчет закатов-рассветов, не в этой теме, но о том же аквариуме и светильнике,
может и в самом деле нужная штука....., хотя, все же никак не пойму зачем она.

 

[Nemo_Lep]

оч. интересно, особенно насчет закатов-рассветов, не в этой теме, но о том же аквариуме и светильнике,
может и в самом деле нужная штука....., хотя, все же никак не пойму зачем она.

Да в своей темке я показал просто готовый результат.
В общем же смысле - закат, рассвет, фазы Луны...
Рыбы могут не оценить. Ведь всего-то(!) человек наблюдает за подводным миром. Это главное. Для Себе.
Лунный же цикл это больше к развитию морских кораллов, или ещё кого. Да поправят меня "моряки"!
С другой стороны, как минимум, 4 миллиарда лет Луна, восходы и закаты на Земле существуют. И всё живое к этому привязано.
Что такое всего столетие (пусть полуторастолетие) аквариумистики в приближённом к современному виде?

 

[qazwsx]

от себя бы добавил - количество красных и синих диодов - я бы не уменьшил а наоборот раскидал бы более равномерно, ведь теперь есть диммирование - включил на сколько надо и все, а светораспределение лучше.

по лунным фазам - в морских склонились что нужна ночная подсветка - но не фазы луны, т.к. скажем кто либо из не очень желаемых гидробионтов может захотеть размножиться - и тем самым уложить всю банку... например голотурия - морское яблоко.
в то же время есть куча рыбы (и губаны и бычки) которые начинают метаться в темноте и выпрыгивают.

а рассветы закаты - я люблю смотреть на закаты... аквариум становится другим. рассвет - больше для опять же уменьшения стресса для живности.

 

[Nemo_Lep]

Подбор электронных компонентов.

Сразу оговорюсь. Нету у меня проги для рисования принципиальных схем. Посему постараюсь объяснить на пальцах. Да и схемы были бы весьма схематичны.

Как и писал, решил приобретать контроллер http://aquabox.by/goods.php?type=LEDCTL&goodid=22.
В качестве драйверов изначально планировал использовать http://www.meanwell.com/search/ldd-h/default.htm: входное напряжение 9В-56В, выходное 2В-52В, стабильный ток 700 мА, ШИМ управление до 1 кГц. Даже в Алмате продаются, но раза в два дороже интернет магазинов.
Всё хорошо, но после уточнения параметров контроллера у aquabox выяснил, что LDD-700H по частоте ШИМ не подходят. В AquaLED1-Pro частоты ШИМ в зависимости от прошивки могут быть:
- DIMM1/DIMM2 - 2.5/10/20КГц
- DIMM3/DIMM4 - 1.25/2.5/5/10КГц

У LDD-700H возможно ШИМ управление только до 1кГц, и он совместим только с AquaLED4 или AquaLED1. Как с контроллерами от http://reefcentral.ru/forum/forum/49-reefledlab-led-osveschenie-akvariumov/, я не знаю, да и дороже они.
После всесторонних раздумий и поиска решил приобресть драйверы опять таки у damien'а Lakovsky: http://aquabox.by/goods.php?type=LEDCTL&goodid=19.
Во-первых: гарантия совместимости.
Во-вторых: драйверы двухканальные, 700мА стабильных, опять таки DC-DC: входное напряжение 24В-36В, выходное 9В-36В (36В заявлено, но а на стабилизацию тока сколько уйдёт? Скорее всего реально 9-32В), стабильный ток 700 мА, ШИМ управление 100Гц - 20кГц. Защиты от КЗ и обрыва заявлены.
И в-третьих: шесть светодиодных линеек попарно подключаются к трём драйверам, ШИМ управление запаралеливается. И вуаля: три канала освещения, а четвёртый для Луны. Как и заложено в контроллер AquaLED1-Pro.

Искать достаточно редкий источник питания на 36В 5А я не стал. Решил воспользоваться простейшим БП: трансформатор, диодный мост, конденсатор.
У меня с незапамятных времён лежал трансформатор ОСМ-1 мощностью до 160Вт со вторичными обмотками на 25,5В и 12В (это замерено).
После выпрямления и потерь на диодном мосте должно получиться 34-35В. Что вполне достаточно.

Силовая часть работает, но хотелось бы прочесть комментарий от наших сильных электронщиков Nikolaykz и Megawatt. И усовершенствовать, пока БП фунциклирует в стендовом варианте.

Продолжение следует.

 

[Kazbek]

У меня с незапамятных времён лежал трансформатор ОСМ-1 мощностью до 160Вт со вторичными обмотками на 25,5В и 12В (это замерено).
После выпрямления и потерь на диодном мосте должно получиться 34-35В. Что вполне достаточно.

Вот это самая интересная часть повествования.

 

[Nikolaykz]

Искать достаточно редкий источник питания на 36В 5А я не стал. Решил воспользоваться простейшим БП: трансформатор, диодный мост, конденсатор.
У меня с незапамятных времён лежал трансформатор ОСМ-1 мощностью до 160Вт со вторичными обмотками на 25,5В и 12В (это замерено).
После выпрямления и потерь на диодном мосте должно получиться 34-35В. Что вполне достаточно.

Силовая часть работает, но хотелось бы прочесть комментарий от наших сильных электронщиков Nikolaykz и Megawatt. И усовершенствовать, пока БП фунциклирует в стендовом варианте.

Ну по поводу "сильного электронщика" - это уж слишком. А по поводу БП, то от его качества будет зависеть стабильность и надёжность работы драйверов. Например при некачественном сглаживании импульсов, будут перегреваться транзисторы в драйверах. Я бы ещё добавил сетевой фильтр. Иначе при использовании каких-нибудь электронных измерителей, например того же рН-метра, будут создавать помехи.

 

[Nemo_Lep]

Ну по поводу "сильного электронщика" - это уж слишком. А по поводу БП, то от его качества будет зависеть стабильность и надёжность работы драйверов. Например при некачественном сглаживании импульсов, будут перегреваться транзисторы в драйверах. Я бы ещё добавил сетевой фильтр. Иначе при использовании каких-нибудь электронных измерителей, например того же рН-метра, будут создавать помехи.

Здравствуйте.
Да, помехи на экране телека были отмечены при тестировании... Розетка использовалась в той же комнате на той же ветки домашней сети. Розетка в другой комнате - помех на телеке нет.
Коллега предложил: провод, подающий 220 в транс, несколько раз навить на ферритовое кольцо. Да, БП ещё не доведён до ума, но работает.
А что посоветуете для сглаживания опосля конденсатора, до драйверов?

Ладно продолжаю:

От радиатора к светильнику.

Пока вёз домой подумал: радиатор на пяток сантиметров длиннее аквариума. Отпиливать - лень. Размещу-ка я на выступающем конце драйверы и их управление.
Отмыл следы (остатки отечественной безалаберности) транспортной изоленты хлороформом и поехал на базар АДК.
Посмотреть вложение 12538
Посмотреть вложение 12539

Там был приобретён уголок 20х30 мм (2 мм толщина) и профиль:
Посмотреть вложение 12540
Ширина 16 мм, внутренний "проём" 6 мм.

В результате уголки стыкуются к основанию радиатора достаточно плотно:
Посмотреть вложение 12541
Посмотреть вложение 12543

К слову, решил делать светильник без оптики, LED'ы близко к поверхности воды - у меня аквариум с разнообразными\разноуровневыми растениями, для которого важно отсутствие глубоких теневых зон в объеме аквариума.

В общем процитирую http://www.aqa.ru/forum/svetodiodnyiy-svetilnik-dlya-akvariuma-pravilno-217128-page1#pid1617730:

Близко раположенный к поверхности воды светильник:
- расстояние до воды не более 8-10см (более 90% света уходит в аквариум)
- все светодиоды без вторичной оптики
- из-за близкого расположения к влажной среде требуют однозначной изоляции порзрачным материалом (лист стекла силикатного\органического)
- за счет широкого угла происходит происходит очень хорошее смешивание цветовых каналов (разноцветные СД могут быть разнесены на значительные расстояния, без потери равномерности)
- свет такого светильника в большей степени расеяный и напоминает свет линейных ЛЛ

Подвес:
- расстояние до воды более 20см
- все светодиоды со вторичной оптикой (дополнительными линзами) - линзы съедают 3-8% от светопотока
- для недопущения загрязнения линз, в идеале, так же лучше прикрывать прозрачным листом (грязная\поцарапаная линза скушает светопотока еще больше)
- угол фокусировки вторичной оптики выбирается в зависимости от высоты расположения светильника над поверхностью воды
- для получения равномерной картины смешивания различных цветов, количество "цветных" СД приходится увеличивать - то есть как бы размазывать по площади светильника ту же мощность, но большим количеством с меньшей мощностью
- результирующий свет такого светильника в большей степени направлен, появляются глубокие тени, тени рыб на дне, чувствуется объемность аквариума

Рекомендации из собственного опыта:
- если аквариум ориентирован на выращивание качественной длинностебельки, большого количества разношерстных\разноуровневых растений в одном аквариуме, для которого важно отсутствие глубоких теневых зон в объеме аквариума - первый вариант предпочтительнее. Рассеяный свет проникнет во все зоны и даст приемлемый свет всем даже самым нижним листьям и растениям.
- если у вас природный аквариум (Nature aquarium) с ориентацией на скейп, и ежедневное созерцание чудо картины, ваш выбор подвес - с пропорцией сдвинутой в сторону направленного света, дающего "глубину" в картине аквариума, делающего ваш фрагмент кусочка природы, ограниченного несколькими стекляными плоскостями, максимально соответствующим реальности.

Оговорюсь сразу (важно): сие сообщение доступно только зарегистрированным на aqa.ru пользователям, видать потому, что damien Lakovsky там забанен на три года!

Таким образом мной получена конструкция, в которой светодиоды располагаться в 5-7 см от поверхности воды.

И в заключении сообщения прикидочная мозаика из светодиодов:
Посмотреть вложение 12544

Средний ряд светодиодов смещен чуток, чтоб отверстия для болтов не попадали в ребро радиатора.
Сверлил ручной дрелью 84 отверстия 2,46 мм. Каждое пришлось проходить грубым и точным метчиком резьбы М3. Хотя и имел совет клеить на автогерметик DonDeal с медью в качестве термоклея. Подробнее про дондил на ledway.ru: http://ledway.ru/topic847-810.html
Посмотреть вложение 12546

Светодиоды садил на термопасту КПТ-8... Может зря... АлСил3 есть, может даже и хватило бы. Каюсь. ArcticSilver просто было лень разыскивать по Алмате.
Прменены болты М3 5 мм предназначенные для утопления заподлицо, чтоб не замыкали контактные площадки. Результат:
Посмотреть вложение 12545

В центральном канале красные 660 нм и холоднобелые XT-E, в боковых к XT-E добавлены по паре 20000К. Может впоследствии заменю красные на Osram LH, а часть Cree на 10000К-20000К.

 

[Nemo_Lep]

Контроллер и драйверы.

Теперь о контроллере http://aquabox.by/goods.php?type=LEDCTL&goodid=22.
Контроллер представляет собой плату с цветным экраном, кнопками и разъёмами.
В комплекте три шлейфа: питания, управления и силовых выходов на вентиляторы/клапаны.
Длинна шлейфов достаточна для бокового размещения контроллера на светильнике 1 м - 1,2м или центрального для светильника в 1,8 - 2 м длиной. 4 ШИМ канала или 3 канала плюс Луна.

В процессе эксплуатации столкнулся с:
1. при отключении питания на несколько суток часы идут правильно, но дата не меняется...
2. один раз произошел самопроизвольный сброс установок отключения светодиодов с 70 градусов на 30 градусов, вероятно, тоже связанное с отключением светильника.
3. изредка происходит отключение на секунду-другую, затем восстанавливается уровень яркости.

Тестирование контроллера:

Все 100%
Посмотреть вложение 12547

Уменьшил до 3%
Посмотреть вложение 12548

Теперь 1%
Посмотреть вложение 12549

Контроллер включен:
Посмотреть вложение 12550

Диммирование:
Посмотреть вложение 12551

DIMM4 переключен в режим "Автолуна": управление светодиодом типа пиранья, напрямую подключённым к ШИМ выходу:
Посмотреть вложение 12552

На полной мощности напряжение питания проседает с 33В до 29В. На цепочке диодов 20,7В - 7 шт Cree, 19В - 4 красных и 3 белых. Изначально думал снизить входное напряжение, потом оставил так.
В процессе проб пару раз перегорали предохранители, думал вдруг есть межвитковое на трансформаторе ОСМ-1.
Приобрёл трансформатор http://smps.h18.ru/transformator/tn.html
Посмотреть вложение 12553

Вторичные обмотки держат одна 6 и остальные три 8 ампер.
Четыре вторичных обмотки соединил так: 8-9 10-11 12-14. Снимаю напряжение 25В с выводов 7 и 15.

Монтаж управления и драйверов на выступающей за пределы аквариума части светильника.

Первое непродуманное решение:
Посмотреть вложение 12554

Более удачное решение:
Посмотреть вложение 12555
Посмотреть вложение 12556
Посмотреть вложение 12557

Под шлейфы проделал отверстие длиной 40мм, хотя хватило бы 30мм. Ведь шлейф управления шириной 25 мм, ну вот:
Посмотреть вложение 12558
Посмотреть вложение 12559

И примерка драйверов по месту и отверстиям:
Посмотреть вложение 12560

Под драйверы подложены пластинки типа слюды.

Продолжение следует...

 

[Nemo_Lep]

Сборка светильника.

Довольно долго искал подходящий разъём. И одновременно с ним был найден материал на защиту от шаловливых пальцев и квадратики на липучке:
Посмотреть вложение 12561

Подготовлены посадочные места и технологические отверстия. Фрезеровального станка у меня нету, посему идеальных отверстий не получилось.
Посмотреть вложение 12562

Окончательная примерка драйверов:
Посмотреть вложение 12563

Как имитатор Луны использовал холоднобелый светодиод "пиранья". Желательно использовать тёплобелую пиранью, но пока не нашел...
Раскладка проводов и прикидка мест под термодатчики и имитатор Луны:
Посмотреть вложение 12564

Думал по началу приклеивать термодатчики Dallas 18B20, но коллега подал идею: просверлить в основании радиатора отверстия и вставить в них термодатчики, смазанные термопастой.
Посмотреть вложение 12565

Я рискнул сверлить отверстия 4,8 мм, опасаясь, что термодатчики не влезут - думал придётся проходить сверлом 4,9 мм, но обошлось. На термопасте зафиксировались в 4,8 мм. Проверка до обмазки:
Посмотреть вложение 12566

Драйверы смонтированы, ШИМ управление запараллелено на обоих каналах драйвера:
Посмотреть вложение 12568

Драйверы установлены на пластиковые шайбы.
Посмотреть вложение 12569

Для защиты от окисления все места пайки и даже вокруг мест посадки по основанию светодиодов Cree я нанёс лак:
Посмотреть вложение 12567

Внутреннюю поверхность защиты также покрыл двумя слоями лака
Посмотреть вложение 12570

Светильник на аквариуме:
Вид снизу:
Посмотреть вложение 12571

Вид сверху:
Посмотреть вложение 12572

Крышка из прозрачного акрила. И я ещё не знаю чем отделать бока...

В общем кое-что не доделано (отделка контроллера, БП не имеет корпуса...), но светильник уже работает.

В оконцове приведу некоторые данные:

Мощность светильника около 123Вт (по 3Вт 30 шт Cree и 4 шт 20000К и 2Вт 8 шт красных 660нм).
Световой поток около 7700 люмен.
Расстояние от светодиодов до поверхности воды 5-7 см. Оптики нет.
Аквариум: 72х46 см, высота от грунта до поверхности воды 35-37 см.

 

[Kazbek]

В процессе эксплуатации столкнулся с:

2. один раз произошел самопроизвольный сброс установок отключения светодиодов с 70 градусов на 30 градусов, вероятно, тоже связанное с отключением светильника.
3. изредка происходит отключение на секунду-другую, затем восстанавливается уровень яркости.

Если не брать в учёт программный сбой, то можно проверить "сухие" пайки, плохие контакты, "битые" шлейфы

 

[Nemo_Lep]

Здравствуйте.
Сегодня гонял на 77% два часа. Температура радиатора 48 градусов Цельсия при комнатной 26-27.
Знать для работы на 100% мощи не избежать активного охлаждения... Пячяль и грусть.

 

[Apl]

Здравствуйте.
Сегодня гонял на 77% два часа. Температура радиатора 48 градусов Цельсия при комнатной 26-27.
Знать для работы на 100% мощи не избежать активного охлаждения... Пячяль и грусть.

по моему, XT-E при 80 С бинируют и для них это нормально,
на 100 % это будет 70-80 С, при линейной пропорции роста ШИМ и нагрева,
хотя сколь будет на самом кристалле не понятно, все же лучше кулер прикрутить, с другой стороны, есть повод попробовать мониторинг нагрева радиатора и управление оборотами кулера от контроллера.

 

[Nemo_Lep]

по моему, XT-E при 80 С бинируют и для них это нормально,
на 100 % это будет 70-80 С, при линейной пропорции роста ШИМ и нагрева,
хотя сколь будет на самом кристалле не понятно, все же лучше кулер прикрутить, с другой стороны, есть повод попробовать мониторинг нагрева радиатора и управление оборотами кулера от контроллера.

Точнее при 85 градусах Цельсия. Хм. У мериканов вроде ж фаренгейт в чести?
Настройки контроллера: 50 вентиляторы - ВКЛ, 70 градусов - светодиоды - ВЫКЛ. Так что выводить на полную мощь без активного охлаждения летом не светит.

 

[Kazbek]

Что Вам мешает дать полную нагрузку и определить температуру? Но самое интересное это точка в которой Вы делаете измерение.

 

[Apl]

Что Вам мешает дать полную нагрузку и определить температуру? Но самое интересное это точка в которой Вы делаете измерение.

да это так, хотя есть формулы которые учитывают все термосопротивления переходов поверхность-поверхность, но это надо и термопасту считать и звезду. Замаешься, в общем. Датчик идеально прямо на звезде пристроить, корпус диэлектрик наверное.

 

[Nemo_Lep]

... Но самое интересное это точка в которой Вы делаете измерение.

Вот:
Посмотреть вложение 12590
Посмотреть вложение 12591

... Датчик идеально прямо на звезде пристроить, корпус диэлектрик наверное.

Может и влез бы:
Посмотреть вложение 12592

Мне кажется, что звезда конечно горячее, но активное охлаждение монтируется на радиатор... Так что придётся мириться с разницей температур, возможно даже в десяток градусов.

 

[Nemo_Lep]

Нашел прогу, рассчитывающую спектры светильноков на Led'ах.
Для моего светильника и аквариума. Правда Epistar 660нм в прогу не вшиты. Использовал данные для Osram Oslon 660 нм. Световые потоки выставлены по даташитам для тока 700 мА. И не учтены 4 шт Epistar/Epileds 2000К, которые оценивал в 400 лм.
Посмотреть вложение 12593