[INFERION]

Началось всё с того, что я не смог нормально измерить КПД драйвера Indigo 5, и решено было построить модель, которая бы достаточно точно рассчитала этот параметр. Тут некоторые в открытую демонстрировали свой скептицизм на этот счёт. Мол матан принципиально неспособен давать объективную картину. Теория нафиг ненужна и вообще мультиметр рулит. Давайте посмотрим на разницу между матаном и мультиметром. И так, выглядит софтина вот так:

Да, никаких GUI, всё примитивно. Сначала я хотел слепить только модель драйвера, но потом решил прикрутить к ней светодиоды, аккумулятор и корпус. Получилась модель фонаря. Программка берёт данные из файла "in.ini":

3.3		Supply voltage 1, V
3.7		Supply voltage 2, V
4.2		Supply voltage 3, V
80		ambient temperature1, °C
50		ambient temperature2, °C
25		ambient temperature3, °C
0.5		ambient thermal resistance, °C/W
4		T (period, 1/f), µs
0.00625		Current Shunt Resistance, Ohm
0.01		Logic Supply Сurrent, A
0.01		Battery Internal Resistance, Ohm
2		Battery Termal Resistance, °C/W
0.0035		Inductor Active Resistance, Ohm (at 25°C)
0.0043		Inductor Resistance Temperature Coefficient, 1/K
2.4		Inductor Inductance, µH (at 0A)
-0.006		Inductor Inductance Current Coefficient, 1/A
19		Inductor Termal Resistance, °C/W
0.003		Switch On-Resistance, Ohm (at 3V 25°C)
-0.133		Switch On-Resistance Voltage Gate Coefficient, 1/V
0.0033		Switch On-Resistance Temperature Coefficient, 1/K
3.4		Switch Termal Resistance, °C/W	
0.00362		Switch Input Capacitance, µF
0.0009		Switch Output Capacitance, µF
0.00062		Switch Reverse Transfer Capacitance, µF
0.8		Switch Gate Current, A
0.01		Switch Drain Current to Voltage Gate Coefficient, V/A
0.00656		Diode Differential Resistance, Ohm (at 25°C)
0.00333		Diode Differential Resistance to Temperature Coefficient, 1/K
0.3975		Diode Voltage Bias, V (at 25°C)
-0.00333	Diode voltage Bias to Temperature Coefficient, 1/K
0.000108	Diode Reverse Current, A (at 10V 25°C)
0.076		Diode Reverse Current to Reverse Voltage Coefficient, 1/V
1.053727	Diode Reverse Current to Temperature Coefficient, ^(t-25°C)
0.0008		Diode Capacitance, µF
6.25		Diode Termal Resistance, °C/W
350		Theoretical Maximum Luminous Efficiency, Lm/W
530.46		LEDs Luminous Efficiency, Lm/350mA (at 25°C)
-0.002		Luminous Flux Temperature Coefficient, 1/K
-0.05		Current Luminance Factor, 1/A
0.25		LEDs Differential Resistance, Ohm (at 25°C)
8.05		LEDs Voltage Bias, V (at 25°C)
-0.00067	LEDs Voltage Temperature Coefficient, 1/K
0.333		LEDs Thermal Resistance, °C/W
8		Max Output Current, A

И использует их как параметры модели. Результат генерируется в файл "out.csv", открывается Exсel'ем и внимательно изучается. Почти все эти параметры я дёргал из даташитов. От балды указал только тепловое сопротивление корпуса фонаря и аккумуляторной батареи (не нашел информации). Ещё я не знаю точного значения теоретически максимальной световой эффективности спектра реальных СИД, поэтому взял среднее значение. Конкретно в этой модели я использую вот ЭТОТ фонарь. Но с директконектными подложками, 4-ю диодами Шоттки (вместо 6-ти), самыми яркими XP-G2, и IRLHM620. Дроссель: IHLP5050FDER2R2M01. Модель не идеальная, но учитывает достаточно много данных, чтоб получить что-то похожее на действительность. Вот архив с требухой, там же можно и исходник глянуть: Boost_model.rar

Теперь немного о тест драйве:

Видно что температура не так сильно влияет на эффективность драйвера, как напряжение питания. Сначала меня смущало два горба, думал арифметика что-то не учитывает или с ошибкой. Но т.к. я не первый раз занимаюсь моделированием - уже научен. Сначала нужно искать подобный "косяк" не в алгоритме, а в реальном железе. Потому что модель повторяет его поведение, и в отличии от реального железа она гораздо прозрачнее. То, что с нею бросается в глаза - можно упустить из виду, используя мультиметроподобные измерительные приборы. Другое дело, когда знаешь что искать. Проанализировав таблицы в районе провала я нашел объяснение этому эффекту, и подобные вещи должны присутствовать, в разной степени выраженности, в любой асинхронной повышалке. Попробуем найти что-то подобное а даташитах готовых DC-DC контроллеров. Я полез в Farnell, выбрал фильтром всё что имеет слово Boost, отсортировал по цене (привычка), и первый же даташит:

Если кто-то считает, что мне показалось, вот следующий даташит:

Второй подряд даташит. Везде в асинхронных повышалках этот эффект внезапно обнаружился мною. А раньше и внимания не обращал. Дело в том, что на малых токах реактивный ток незначительный, и сильно мешает паразитная ёмкость в цепях. Эти потери статичны, практически не зависят от прокачиваемой мощности. По мере роста реактивного тока эта ёмкость перестаёт мешать, но растут омические потери из-за возрастающего тока. Дроссель всё ещё работает в режиме с прерывистым током, амплитуда тока значительно превышает средний уровень, и потери растут очень быстро, что замедляет, а-то и вовсе приводит к снижению прогресса КПД. Как только дроссель переходит в режим с непрерывным током - омические потери из-за реактивного тока перестают расти - с этого момента реактивный ток практически не меняется, а вот прокачиваемая через драйвер мощность продолжает расти. Это приводит к росту КПД. До определённого момента, дальше потери снова начинают преобладать из-за зверских токов, на фоне которых мелкие потери из-за ёмкости и реактивного тока просто теряются. Так же можно обратить внимание на зависимость этого переходного момента от напряжения питания. Она тоже совпадает на всех 3-х графиках. Действительно, чем выше напряжения, тем сильнее может размахнутся дроссель. Он заряжается за более короткое время, и у него остаётся больше времени, чтоб разрядится. Как результат - требуется поднять ток выше, чтоб дроссель перешел в режим с непрерывным током. Ну так что, можно считать сгенерированный график объективным?

Я тут ещё графиков кое каких наклепал, для наглядности:

Очень полезно для теплового анализа. В самой таблице так же видно как из-за температуры меняются потери. Например дроссель очень не любит прогрев, а вот диодам всё равно. Ключ же вообще отдыхает.

Потери в компонентах. Интереснее всего тут динамические потери ключа. На калькуляторе палец можно стереть, подбирая ключ, а тут всё готово и наглядно.

Даташит на XP-G2 такой же как и этот график - плоский и скупой.

Забавно. Данные взяты из даташита, но поведение светодиодов больше похоже на ситуацию, когда они распаяны на алюминиевых подложках. Я то знаю что горб в реальности в 4 раза выше. Вот и верь после этого надписи в даташите "при температуре КРИСТАЛЛА 85°С". Даташит CREE мне всегда не нравится. И температурный коэффициент напряжения там кривой, и нет данных о температурной зависимости ВАХ...

График общей эффективности всего фонаря (от электронов в батарее до фотонов со светодоидов) я рисовать не стал, чтоб не расстраивать. Мы тут за процентами в драйверах гоняемся, понимаешь ли, а тут ТАКОЕ... Хотя на скрине консоли намёк понятен .

В, общем, берите, крутите, если интересно. Исходники есть, а если будут вопросы по вычислению необходимых для модели параметров - попробуем разобраться вместе. Свою задачу софтина выполнила. Я могу заказчику дать то, что он просил - график эффективности драйвера. Причём в приближенных к боевым условиях.

[PDM]

Спасибо, это просто нереально круто ) все себе хотел такое в маткаде запилить да руки не доходили )

 Сообщение от INFERION :

Мы тут за процентами в драйверах гоняемся, понимаешь ли, а тут ТАКОЕ...

19.5% как-то уж слишком печально ) но если посмотреть вот эту статейку то охотно вериться
они измеряли КПД первой серии XP-G и XM-L, при токе 0,35А у XP-G КПД 36%, а у ХМ-L при токе 0,7А КПД 40%.

[INFERION]

 Сообщение от PDM :

Спасибо, это просто нереально круто ) все себе хотел такое в маткаде запилить да руки не доходили )

Я её потихоньку ещё шлифую. Заменил один параметр полевика на "Switch Forward Transconductance, S". Он обратный от прежнего, и есть в даташитах в готовом виде. И ещё я заметил ступеньку в потерях на диоде при переходе между режимами работы дросселя. Это похоже на ошибку в расчёте потерь, буду искать причину.

 Сообщение от PDM :

но если посмотреть вот эту статейку

О... Они указали спектральную световую эффективность. Этот-то параметр мне и нужен. Без него модель не рассчитает световой поток и КПД светика. Они указали 300Lm/W, а у меня 350. Так что КПД у меня занижен. Радует то, что этот параметр слабо зависит от цветовой температуры. Он и в общем случае с чёрным телом то не сильно разгуливает. Можно вбить константу и забыть за неё. Ещё я думаю взять данные с кривых не даташита, а того, что многие намеряли на всяких там синкпадах. По факту то-ли тепловое сопротивление ниже 4°С/W, то-ли зависимость яркости от тока не такая катастрофичная (если она там вообще существует и дело не только в перегреве кристалла)...

Я хочу тупые константы, описывающие базовые параметры компонентов, заменить на возможность указать три любые точки графика, и чтоб программа автоматом вычислила экспоненту или логарифм. Только тут придётся мозг свой вывихнуть...

У меня к посетителям этой пустующей темы такой вот вопрос:

Я запиливаю готовый .xls файл, в котором есть ряд самых интересных графиков. Копипастится в два клика весь массив из .csv и все графики автоматом подхватывают значения. Сразу можно глянуть КПД, световой поток, температуры компонентов и т.п. Только вот я хз как в легенду на графиках вковырять переменные, чтоб она автоматом подхватывала указанные в ini напряжения и температуры. Вот есть у нас кривая "4.2V 25°C", и есть отдельно ячейка со значением "4.2" и ячейка со значением "25". Вот как мне их вкорячить в эту строку?

[INFERION]

Вот архив с чуть подправленной программой, и парочкой .xls с настроенными графиками для примера: Требуха.rar

Понадобилось мне смоделировать вот такую схему:

Зарядил параметры и получил такой вот график эффективности:

И вот такой график потерь в ключе:

Видно что статические потери выделяются на общем фоне, причём только с севшим аккумулятором. Сопротивление канала нужно по-меньше, ну или с меньшей зависимостью сопротивления ключа от напряжения на затворе, в рабочем диапазоне. А теперь самое интересное: Что будет, если мы добавим второй ключ параллельно? А вот что будет:

Теперь начали выделятся динамические потери, а КПД - снизилось! Вот вам и демонстрация наглядности и удобства этого моделирования. А ещё модель говорит, что удвоение затворной ёмкости никак не влияет на скорость переключения. Да, и это действительно так. Допаивая параллельно ещё один полевик мы удваиваем не только его ёмкости, но и крутизну ВАХ - Transconductance. Соответственно, чтоб переключить пару ключей в тех же условиях - потребуется и вдвое меньшая разница напряжений на затворах. Что действительно начинает мешать, так это дополнительная проходная (Reverse Transfer) ёмкость. В основном от неё динамические потери и зависят, а не от затворной ёмкости, как принято считать...

Вот ещё пара графиков для затравки, отсюда же:

Это трипл самых ярких XP-G2. В архиве много таких графиков, и все они "живые". Крутим параметры и смотрим...

[PDM]

 Сообщение от INFERION :

Вот ещё пара графиков для затравки, отсюда же:

И опять хорошо коррелирует с практикой
прошивка это по сути Indigo 5.3?

[PDM]

Я хочу тупые константы, описывающие базовые параметры компонентов, заменить на возможность указать три любые точки графика, и чтоб программа автоматом вычислила экспоненту или логарифм. Только тут придётся мозг свой вывихнуть...

можно ведь взять не 3 точки, а 20 и по ним построить аппроксимированную кривую. Как тут (Аппроксимация кривой Безье)

[INFERION]

 Сообщение от PDM :

прошивка это по сути Indigo 5.3?

Это вопрос по схеме? Да, прошивка та же что и у монстра, просто драйвер мелкий. Это не моя прихоть догнать Tamagochi. Это коммерческий заказ...

 Сообщение от PDM :

можно ведь взять не 3 точки, а 20 и по ним построить аппроксимированную кривую. Как тут (Аппроксимация кривой Безье)

Разница в алгоритмах отсутствует, просто вбивать придётся много данных. Если бы ini был удобнее организован, но это нужно менять механизм его чтения. Я в Си пока не особо силён и делал как мне проще, абы раньше получить результат и продолжить работать. Если софтина полезная, то может быть и до GUI дело дойдёт. Однако сперва нужно отшлифовать модель. Многие прямые заменить кривыми, учесть изменение ёмкости от напряжения, научится вбивать аппроксимации и вычислять базовые параметры с кривых. Это столько работы, что у меня пока нет желания этим заниматься.

Я так понимаю, у CREE есть какой-то калькулятор эффективности, с зашитыми алгоритмами. Глянуть бы на его матан...

Сейчас попробовал снять график на малых токах (1...100мА):

Так бы оно в реальности и было, если б не хитрая модуляция на низкх заполнениях у реального драйвера. нужно в симулятор ввести дополнительный параметр - минимальное заполнение ШИМ. Драйвер умеет ограничивать его снизу, и прореживать отдельно взятые импульсы. Это должно поднять КПД на 5mA где-то до 60%. А на 1мА - где-то 33%.

[PDM]

 Сообщение от INFERION :

Это вопрос по схеме? Да, прошивка та же что и у монстра, просто драйвер мелкий. Это не моя прихоть догнать Tamagochi. Это коммерческий заказ...

по схеме то все понятно, вопрос был в том третья версия прошивки или вторая )
Интересно бы было наложить реально снятый график эффективности XP-G2 на график эффективности драйвера при низких токах. тем самым можно найти самый энергоэффективный режим. Должно быть что-то около 75-80 мА на светике.

[Khii!]

Ничего не понял, но на всякий случай сказал спасибо (((-:

[INFERION]

Всё, хватит пока с ним возится: Release.rar
Внутри новый исходник, .xls, и сама программка. Прогресс-бар выпилил, он то и показывал целых 5 секунд свой прогресс, поскольку без него программа выполняется за 50мс. Добавил по мелочам всяким, формулы чуть доработал и т.п. Советую пройтись по графикам в .xls для ознакомления. Там EDC тушка с триплом симулируется. Правда как для EDC у неё слишком дубовый аккум и хорошее охлаждение.

Для работы распаковуем архив, вбиваем в файл .ini свои параметры, перетаскиваем этот файл на .exe, и лезем в out.csv (с помощью екселя) чтоб скопипастить оттуда содержимое во вкладку "out" одноимённого .xls файла. Графики автоматом всё подхватят.

[MSS]

 Сообщение от INFERION :

Понадобилось мне смоделировать вот такую схему:
Вложение 107964

Её в железе собирали? одного Шоттки не мало?

[INFERION]

Вроде собиралось и работало. Где-то даже валяется. Шоттки сейчас можно найти по-лучше и по-компактнее, и втулить штуки две в те же габариты.

[MSS]

INFERION, я спрашиваю тк такую же схему хочу собрать, но по этой теории https://forum.fonarevka.ru/...
нужна емкость в 54мкФ. Шоттки пару штук на 3А должно вместиться. Плата 20мм.