PNY's 2x275 W Cree XT-E LED-belysning! (Många bilder)

[pny]

pny_0708b650.jpg

Bakgrund
Jag har ett saltvattensakvarium vars belysning behöver en uppgradering då jag har för avsikt att köra med mycket ljuskrävande koraller. Efter att läst det mesta som finns att läsa om LED-byggen för akvarium på en mängd olika forum på internet så bestämde jag mig för att försöka bygga min LED-belysning.

Trots att det är ett stort bygge så försöker jag hålla nere kostnaderna genom att bygga rampen själv, och för att få den precis som jag vill så bygger jag den helt från grunden med egendesignade LED-drivare och egen kontroller för styrning. Effekten för min nya LED-ramp är i storleksordningen 2x275W.

Varje ramp kommer att ha följande fördelning av LED:
35 st Cree XP-G NW @ 1000 mA (115 W) i 5 st slingor
56 st Cree XT-E Royal Blue (455 nm) @ 700 mA (118 W) i 7 st slingor
8 st True Violet (420 nm) @500 mA (12 W)
7 st Cree XP-E Blue (475 nm) @ 700 mA (17 W)
2 st Deep Red (660 nm) (3 W)
4 st Blågröna LED (495 nm) @ 700mA (10 W)

Med väl valt antal LED i varje slinga har jag fått till individuell dimning på vitt, royal blue, blå och violett, och sedan kör jag röd och blågrön på en gemensam kanal.

pny_ps5051b650.jpg

Elektronik
För att rampen skall bli slank och fin så har jag valt att fördela elektroniken på ett flertal små kort, (annars ryms inte elektroniken). Elektroniken fördelas på två olika kort; ett kontrollerkort, "Duodecima", med mikrokontroller för styrning och ett annat kort, "Hexa4101" med LED-drivare. Varje ramp har 1st kontrollerkort och 3st drivkort. Båda korten är ca 100x36mm för enkel montering i en minimalistisk LED-ramp.

pny_ps5151b750.jpg

LED-Kontroller - Duodecima
Duodecima är en Arduino-baserad 16-kanalers PWM-kontroller, med LCD, batteribackupad RTC, fläkstyrning och knappar. Kortet är designat för att monteras bakpå en standard 2x16 tecken LCD och har därför samma höjd på kretskortet. Kortet fungerar helt stand-alone. PWM-styrningen är baserad på en krets från NXP som kan dimma LED i 4096 nivåer (12-bitar). PWM-frekvens kan väljas mellan ca 40-1000 Hz.

pny_ps4985b650.jpg

DuodecimaBoard.jpg

LED Drivare - Hexa4101
Hexa4101-kortet är en 6-kanalers LED-drivare baserad på CAT4101-kretsen. Den kan mata en slinga med LEDs med 0-1000 mA och en spänning upp till 25V. Kortet matas med 6st separata PWM-signaler och 5V för elektroniken samt 24V för LED:armas matning. Jag valde CAT4101-kretsen eftersom den är vanligt förekommande för LED-byggen och väl beprövad. Designen är mycket enkel och kräver endast ett fåtal komponenter. När kortet monteras mot en kylfläns på det sätt jag gör så kan kretsarna sättas ganska tätt på ett kort som endast är 100x36 mm.

pny_ps5145b750.jpg

Hexa4101Board.jpg

Kylning
För att hålla nere vikt och storlek valde jag en kylningslösning som består av ett stort antal små kylflänsar sammanskruvade till en stor. Varje LED monteras i praktiken på sin egen kylfläns. Designen kräver en hel del arbete att få ihop mekaniskt men väl ihopskruvad känns den riktigt solid. Kylflänsen är tänkt att husera tre tysta fläktar på lågt varv. Jag har valt Scythe Gentle Typhoon 120mm 1450rpm som skall vara tysta och dessutom prestera ett bra lufttryck även när de monteras direkt mot kylflänsar. Min kontroller slår på fläktarna så snart någon av LED:arna är aktiv.

pny_ps4977b650.jpg

Power
Mina ramper kommer att ha LED-drivare och styrelektronik i själva rampen. Denna elektronik (Duodecima- och Hexa4101-korten) har jag tagit fram själv och den är storleksanpassad till själva rampen. Elektroniken drivs med likspänning så man behöver också AC/DC-omvandlare. Dessa har jag köpt färdiga. Jag behöver två kraftfulla 24-volts aggregat på 400W och ett kompletterande 12-volts aggregat till mina båda LED-ramper. Dessa sitter i en separat låda under akvariet. På så sätt slipper jag ha ~230V i mitt hemmabygge strax över vattnet. Många spänningsaggregat har en liten trimpot där man kan justera utspänningen. Jag kommer att behöva justera upp utspänningen till ca 25 V. LED-ramperna matas med två likspänningar på 25 V och 10,5 V.

pny_ps2840b650.jpg

pny_ps5452b650.jpg

Återstående arbete
Just nu återstår en del arbete med mekaniken. Främst plexiglasskivor och aluminiumprofiler som skall sågas till och målas, samt upphängningsanordning som skall fixas till.

pny_ps5337b650.jpg

pny_ps5403b650.jpg

[Jonaz]

Trevligt med en till från SG.
Vad väger din ena ramp?
Funderade själv på göra ett dimmbart bygge men har inte orkat dra igång än, kör på 10w dioderna.

[rikkitikkitavi]

Budget ?

Det hade inte gått att använda sig av vattenkylning av LED modulerna, då hade du ju sparat in på doppvärmaren dagtid ialla fall
(ca 2400 kWh / år) ?

Ialla fall är det sjukt imponerande. Kan du inte ta en "beam shot" nattetid där du riktar dina moduler någonstans?

Det känns som en säker lösning iaalla fall med saltvatten och bara 24V.

[maDa]

Superhäftigt bygge!

Men hur sprider du luften till alla flänsarna på något bra sätt?

Som rikkitikkitavi säger så hade ju vattenkylning varit väldigt intressant på något sätt, för ja förmodar det är fiskar som ska ha lite temperatur i vattnet?

[danwi]

Ruggigt snyggt och seriöst bygge Har du räknat något på ljusutbytet från LED-ramperna kontra den gamla belysningen?

[JimmyAndersson]

Mycket intressant projekt!

Utmärkt beskrivning och många trevliga bilder.



Jag hade satt fläktarna vågrät istället, eftersom hela paketet är längre åt det hållet, jämfört med som du har fläktarna nu.
Eller rent av 4st, om det blir mycket värme? Såhär.
(Lånade din bild som utgångspunkt för att illustrera.)

[PeterH]

Häftigt! Detta ska jag följa med intresse... Kommer du släppa ritningarna till drivarna om man skulle få för sig att bygga en mindre variant till min 190 liters tank...

[pny]

Kul med all feedback... Känner även igen en av er...

Trevligt med en till från SG.

Detsamma!

Vad väger din ena ramp?

Med LEDs, kylflänsar och elektronik väger rampen ca 3 kg, när alu-profilerna, fläktar och akrylskivor är på gissar jag att rampen att väga ca 6 kg.

Funderade själv på göra ett dimmbart bygge men har inte orkat dra igång än, kör på 10w dioderna.

Ja, det blir trevligt att kunna dimma ljuset steglöst från 0-100% och tillbaka och dessutom kunna ändra spektrat under dagens gång.

Budget ?

Det törs jag inte räkna efter. Iallafall betydligt lägre än vad motsvarande effekt med kommersiella LED-ramper skulle gått på.

Det hade inte gått att använda sig av vattenkylning av LED modulerna, då hade du ju sparat in på doppvärmaren dagtid ialla fall

Saltvattensakvarium har ofta så mycket pumpar och annan teknik så doppvärmare är oftast inte nödvändigt. Problemet är ofta det omvända. Förhoppningsvis slipper jag värmeproblemen på sommaren genom att göra med LED-belysning som är betydligt svalare än min tidigare metallhalogen-belysning.

Det känns som en säker lösning iaalla fall med saltvatten och bara 24V.

Ja, detta är en välkommen bonus. Man vill ju inte att en 230V-ramp trillar ner i vattnet när man står på en stege med halva överkroppen nere i vattnet...

Superhäftigt bygge!

Tack!

Men hur sprider du luften till alla flänsarna på något bra sätt?

En skiva av akryl ("dukt"?) kommer att tvinga luften genom kylflänsarna ut till kortsidorna på rampen.

Ruggigt snyggt och seriöst bygge Har du räknat något på ljusutbytet från LED-ramperna kontra den gamla belysningen?

Ja, ögat upplever belysningen som betydligt starkare. Vidare har min gamla belysning inte lika mycket blått och violett i spektrat, (som ögat är dåligt på att registrera), så korallerna (som först och främst bryr sig om de blå och violetta våglängderna för sin fotosyntes) är skillnaden ännu större. Av samma skäl skall man inte frästas att jämföra lumenvärden för dessa LED-ramper då hälften av alla LEDs är på korta våglängder att de inte kan mätas med lumen. (Definitionen på Lumen är kopplad till ögats känslighet).

Mycket intressant projekt!

Tack!

Jag hade satt fläktarna vågrät istället, eftersom hela paketet är längre åt det hållet, jämfört med som du har fläktarna nu.
Eller rent av 4st, om det blir mycket värme? Såhär.
(Lånade din bild som utgångspunkt för att illustrera.)

Det som inte framgår av min bild är att jag planerar att ha en "dukt" som tvingar luften kvar i kylflänsen till kortsidorna där LED-drivarna som också behöver kylning sitter. Jag ser ingen fördel med att montera fläktarna på det sätt du föreslår...

Häftigt! Detta ska jag följa med intresse...

Tack!

Kommer du släppa ritningarna till drivarna om man skulle få för sig att bygga en mindre variant till min 190 liters tank...

Ja, det kommer jag nog att göra när allt är ordentligt provkört. Jag har ju tagit inspiration av ett flertal andra byggen så att släppa mina underlag på samma sätt är ju ett bra sätt att tacka för hjälpen.

[JimmyAndersson]

'Det som inte framgår av min bild är att jag planerar att ha en "dukt" som tvingar luften kvar i kylflänsen till kortsidorna där LED-drivarna som också behöver kylning sitter. Jag ser ingen fördel med att montera fläktarna på det sätt du föreslår...'

Jag gav ju förslaget innan du berättat att du skulle ha en platta ovanpå.
Med fläktarna monterade som i din bild så skulle bara kylflänsarna närmast fläktarna få någon nytta av fläktarna.
Därav mitt förslag att sprida ut dem jämnt över hela paketet.


Kommer fläktarna att blåsa luft mot kylflänsarna eller suga upp luften från dem?
På din beskrivning låter det som att du kommer välja det förstnämnda.
Isåfall kommer luften att bli varmare och varmare under sin resa genom kylflänsarna.
Luften kommer vara som varmast i ändarna (kortsidorna) och denna luft kommer då att blåsa på LED-drivarna....

Det hade du sluppit om du monterat fläktarna vågrät (dvs från vänster till höger i din bild) och låtit dem suga ut varm luft.
Varm luft stiger ju uppåt och på detta sätt skulle fläktarna inte behöva jobba mot termodynamiken.
Du hade då även kunnat sänka fläktarnas varvtal och få ett tystare paket.

Men det är bara mina förslag... Det är ju ditt projekt.

[pny]

Liten uppdatering... Har precis limmat klart alla LED-linserna (ca 200st!) och LED-ramperna ligger och torkar...

pny_ps5666b750.jpg

@JimmyAndersson: All teori och praktik visar att man skall blåsa mot en kylfläns för bäst kylning. Termodynamikens krafter på varmare luft är totalt försumbar om man har en fläkt som blåser luften...

[MrIzoard]

Imponerande bygge!

Men jag får nog erkänna att jag ser mest fram emot att få se fiskarna

//Ulf L.

[pny]

Det här är ju ett elektronikforum så det blir nog inte så många bilder på fiskarna....

pny_40d3911b650.jpg

[blueint]

Hur regleras strömstyrkan på PWM kanalerna?

Switchat?, mät och reglera "duty cycle" ?

[pny]

Kanalerna har konstant ström, 500mA, 700mA eller 1A beroende på vilka LED:ar som sitter i slingan. Detta väljs med ett ditlött motstånd per slinga. Varje ramp har 15st slingor.

[blueint]

Är det så att CAT4101 används som konstantströmsregulator vars utgång styrs av PCA9685 som används för styrkereglering. Men som då per automatik inte kan gå mer 100% av vad CAT4101 levererar.

Korrekt?

Isåfall är det linjärreglering vilket.. åstadkommer en hel del värmeeffekt..?