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KUPS DIM-6CVLED - flacher 6fach Unterputzdimmer

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    KUPS DIM-6CVLED - flacher 6fach Unterputzdimmer

    Hallo zusammen,

    ich wollte schon ewig einen kompakten LED-Dimmer bauen - für meine Spiegelbeleuchtung, meine Terrasse, generell an Stellen wo ich 24V zentral nicht nutzen kann, weil in der Leitung auch 230V liegen für was anderes.

    Mit dem Formfaktor des Unterputzaktors mit ich aktuell nicht so gut weiterkomme, der NanoBCU als KNX Transceiver, meiner bewährten Schaltung und Dimmer-klassen aus dem 24fach-REG-Dimmer und meinem 3D-Drucker konnten wir nun einen sehr kompakten und leistungsfähigen Dimmer entwickeln - der in seiner Kompaktheit und Kanalanzahl meines Wissens ziemlich einzigartig ist.
    Das Gehäuse ist von bigbear2nd konstruiert worden, großartige Arbeit, wie ich finde.

    Der mittlerweile zweite Prototyp ist fertig und getestet und nun reif für eine Vorstellung - und ich denke auch reif für einen Public-Beta-Test. Aber zuerst noch zu den Facts:
    IMG_20210415_213555620.jpg IMG_20210416_091842806.jpg


    Gehäuse passt in eine herkömmliche Unterputzdose und ist nur 15mm dick (42x42x15).
    KNX-Klemme und Schraubklemmen für die LEDs sind integriert.
    8fach Klemme im 3.5er Raster bis 13,5A (LED+, LED-, Kanal 1-6)

    IMG_20210415_213606638.jpg

    Innen drin werkeln ein SAMD21 mit separatem SPI-Flash, als Bootloader kommt der vom ItsyBitsy zum Einsatz.
    Eine USB-Buchse ist nicht vorhanden, aber ein 5fach 1,27er Header für SWD und ein 4fach 1,27Header für USB - so kann mit einer kleinen Adapterplatine auch einfach geflashed werden (nur bei offenem Gehäuse zugänglich).

    KNX wird von einer NanoBCU erledigt, die jedoch nicht steckbar verbaut werden kann, da dies zuviel Platz benötigt. Die BCU wird direkt auf die SMD-Stiftleisten gelötet. Entgegen erster Planung konnte ich auf den (sehr teuren!) Tantal C auf der BCU (100µF/35V als Tantal ist irre teuer) verzichten.

    Prog-Led und Prog-Taster gibts natürlich auch. Ein Reset-Taster kann für Entwicklungszwecke auch eingelötet werden, der ist aber nur bei offenem Gehäuse zugänglich.

    Der Dimmer-Teil ist selbstverständlich galvanisch getrennt und wird dafür aus der LED-Spannungsversorgung per LDO betrieben. Wenn die ausgeschaltet wird, macht das auch nicht - denn der SAMD21 wird aus KNX versorgt.
    Dafür kommen einen Adum1250 als I2C-Isolator und ein PCA9685 als I2C PWM-LED-Treiber zum Einsatz, der dann direkt 6 Mosfets im IPAK Gehäuse treibt. Ich habe auf IRLU2905Z mit ~20mOhm Rdson @5V sehr niederohmig ist - schließlich soll auch bei höheren Strömen nicht zuviel Wärme im Gehäuse entstehen.

    Meine ersten Test bzgl Temperatur waren eine Katastrophe! Schon bei 1A waren der MOSFET schon bei 60° Casetemp. Meine überschlägig Rechnung ging von wenigen Grad über Umgebung aus.
    Mit Hilfe aus dem mikrocontroller.net Forum wurde dann aber schnell klar - meine MOSFETS sind gefälscht.
    Ich hatte noch andere IRLU2905Z (von VBSemi nicht von IR bzw. Infineon) die jedoch das erwartete, gute Ergebnis bringen.
    Belastungstest am Limit stehen noch aus, ich hoffe derzeit dass eine Summenstrom über alle Kanäle von 13.5A (mehr macht die GND-Klemme nicht mit) auch thermisch möglich ist, 4-6A pro Kanal sind denke ich auch realistisch.
    Zur Sicherheit ist ein Temperatursensor mit verbaut, der bei hohen Temperaturen im Case abschalten kann. Gerade bei 3D-Druck Gehäusen aus PLA sollte es da drin nicht zu warm werden.

    Zur Software - Mit Konnekting Beta4 Stack. 6 Kanäle, wobei 1-3 und 4-6 als RGB-Kanal konfiguriert werden können.
    Mit Sperrobjekt, Ein- und Ausschaltwerten, Szenen, Sperrobjekt und bei RGB auch mit Animation.
    Die TW Kanäle und eine etwas variablere Kanalkonf. stehen noch aus.
    Grundsätzlich strebe ich eine DualStack-FW an, die wahlweise mit Konnekting oder mit thesings ETS-fähigem Stack (das Ding bräuchte mal einen Namen..) gebaut werden kann. Ob das sinnvoll vereinbar ist? Weiß ich noch nicht.


    Grundsätzlich kann man alles per Hand löten - hab ich für meine beiden Prototypen auch gemacht. Spaß macht mir das nicht, eine Bestückung wäre schon das Mittel der Wahl.
    Ich dachte da an eine Teilbestückung der SMD-Parts auf der Unterseite. Da ist der TQFP und der TSSOP erledigt und auch ne ganze Menge 0603-Kram.
    Da aber JLC den SAMD nicht hat, wird da eine etwas teurere Geschichte, bzw lohnt sich erst ab größeren Stückzahlen.
    Wenn genug Interesse da ist, könnte man das machen.

    2021-04-16 09_28_10-3D Viewer.png 2021-04-16 09_29_00-3D Viewer.png

    Schaltplan: KUPS-DIM-6CVLED_V00.02_Schematic.pdf

    Als nächster Schritt denke ich aber an einen Betatest und an Entwicklungsmuster. Für Leute die ernsthaft Interesse daran haben und das auch selbst Löten können.
    Sofern Interesse daran besteht, gerne melden.

    Ansonsten freue ich mich über jede konstruktive Kritik, Vorschläge, Anregungen
    Angehängte Dateien
    Zuletzt geändert von SirSydom; 16.04.2021, 08:41.
    KNX Transceiver für Arduino&Co: MicroBCU2 --- Sammelbestellung NanoBCU läuft aktuell

    #2
    Sehr cool. Auch wenn ich in einer UP Dose wohl nie 6 Kanäle brauche. 1-2 Kanäle würden mir persönlich reichen.

    Wie wirst du das in der Dose anschließen? Mit starren 1,5mm² bricht man sich bei so vielen Adern sicher die Finger. Hatte vor 7-8 Jahren mal einen X10 Empfänger in der UP Dose mit dem ich Rolladen gesteuert habe. Da waren es glaub ich auch 6 1,5mm² Drähte die ich anschließen musste. Das hat mir den letzten Nerv geraubt

    Zum Tantal an der BCU: Hast du den einfach weggelassen oder was ist stattdessen nun verbaut?

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      #3
      Zitat von tuxedo Beitrag anzeigen
      Mit starren 1,5mm² bricht man sich bei so vielen Adern sicher die Finger.
      ja, 1.5mm² ist auch das absolute Maximum was die Klemme hergibt. Es geht schon, aber toll ist es nicht.
      Ich würde hier eher auf flexible (feindrähtige) Adern setzen. Es sind Käfig bzw. Fahrstuhlklemmen, da geht das auch ohne Endhülse.

      Ergänzung: Je nach Belastung spricht auch nicht gegen ein 0.5mm² oder 0.8er eindrähtig (YSTY). Das geht dann ohne Weiteres in die Klemmen.

      Zitat von tuxedo Beitrag anzeigen
      1-2 Kanäle würden mir persönlich reichen.
      Mir tatsächlich auch. An einer Stelle hätte ich gern RGBW also waren es 4 Kanäle. Da dann aber noch Platz war, hab ich mir gedacht 2x RGB ist vielleicht auch ganz nett.
      Mann kann ja auch einfach nur einen Teil der FETs bestücken.
      Viel sparen an BOM-Cost würde ein 2 Kanal-DImmer nicht.
      Insofern: Möglichst universell einsatzbar, dann sind die Stückzahlen hoch und die Kosten und der Aufwand hoffentlich erträglich.

      Zitat von tuxedo Beitrag anzeigen
      Zum Tantal an der BCU: Hast du den einfach weggelassen oder was ist stattdessen nun verbaut?
      Standardmäßig ist auf der NanoBCU ein normaler SMD -Alu-Becherelko 6,3x5,7. Also ca. 6mm hoch.
      Die Spulen sind 4,5, also könnte man durch einen flacheren Tantal-Elko ca 1,5mm rausholen. Hat Eugen ja bei seiner BCU auch schon so vorgesehen.

      Da aber die Gehäusehöhe durch die KNX-Klemme eh nicht sinnvoll flacher werden kann, hätte hier eine Alternativbestückung der BCU nicht viel gebracht.

      Trotzdem bin ich drann eine Alternativbestückung für die BCU auszuarbeiten, mit der man ganz flach bauen kann. Ggf. auch dann mit flacheren Spulen.. Das ist hier jetzt aber Offtopic. Wenn wir die Diskussion weiter führen bitte im Nano-BCU-Thread.
      Zuletzt geändert von SirSydom; 16.04.2021, 14:18.
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        #4
        Mein erster Belastungtest mit 5A / 24V auf ingesamt 4 Kanälen (RGBW) zeigt gerade mal eine Erhöhug der Gehäusetemperatur von einigen Grad auf 29°.

        Mehr Last hab ich aktuell nicht da, aber der Zusammenhang ist linear - Doppelter Strom, doppelte Verlustleistung. Doppelte Verlustleistung, doppelte Temperaturerhöhung.
        5A 24° => 29°
        10A => 34°
        15A => 39°

        Alles im unkritischen Bereich und jeweils am thermisch ungünstigen Betriebspunkt 99% Helligkeit (Volle Schaltverluste + 99% der statischen Durchleitungsverluste).
        KNX Transceiver für Arduino&Co: MicroBCU2 --- Sammelbestellung NanoBCU läuft aktuell

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          #5
          Zitat von SirSydom Beitrag anzeigen
          Mehr Last hab ich aktuell nicht da, aber der Zusammenhang ist linear - Doppelter Strom, doppelte Verlustleistung. Doppelte Verlustleistung, doppelte Temperaturerhöhung.
          Habe ich gerade einen Denkfehler?
          P = U * I
          Wobei U die Spannung über den MOSFET ist, also U = RDSon * I
          Wenn ich das in die obige Formel einsetze, habe ich P = (RDSon * I) * I ==> P = RDSon * I²
          Somit ist der Zusammenhang von Strom zu Verlustleistung doch nicht linear, sondern quadratisch

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            #6
            Zitat von thn80 Beitrag anzeigen
            Habe ich gerade einen Denkfehler?
            Nein, ich hatte einen. Du hast völlig recht.

            Überschlägig hätte man dann bei 10A nicht 10 Grad Erhöhung, sondern 20.
            Bei 15A dann nicht 15 sondern 80.

            Ja... das ist eine Größenordnung wo mal noch ein Versuch fällig wird.
            Muss ich alle LED Streifen zusammschalten die ich so finden kann...
            Zuletzt geändert von SirSydom; 16.04.2021, 17:20.
            KNX Transceiver für Arduino&Co: MicroBCU2 --- Sammelbestellung NanoBCU läuft aktuell

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              #7
              9.2A konnte ich auftreiben. Mehr hab ich nicht.
              Knapp 5A hängen auf einem Kanal, der Rest verteilt.
              Temperatur im Gehäuse: 33°.
              Temperatur direkt am mit 5A belasteten FET: 50°C


              Mir wird gerade klar wie krass ich bei meinem REG-Dimmer die FETs überdimensioniert hat. Da hab ich TO220-FETs mit Kühlkörpern verwendet.. Aber wenn schon ein TO252 ohne Kühlköper locker 5A macht...
              KNX Transceiver für Arduino&Co: MicroBCU2 --- Sammelbestellung NanoBCU läuft aktuell

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                #8
                Zitat von SirSydom Beitrag anzeigen
                9.2A konnte ich auftreiben. Mehr hab ich nicht.
                Knapp 5A hängen auf einem Kanal, der Rest verteilt.
                Temperatur im Gehäuse: 33°.
                Temperatur direkt am mit 5A belasteten FET: 50°C


                Mir wird gerade klar wie krass ich bei meinem REG-Dimmer die FETs überdimensioniert hat. Da hab ich TO220-FETs mit Kühlkörpern verwendet.. Aber wenn schon ein TO252 ohne Kühlköper locker 5A macht...
                Langfristig schadet eine Überdimensionierung nie

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                  #9
                  Cooles Projekt.
                  zu Tantal: die günstige China Dinge von Ali sind B-Ware mit 50%...Ich hatte nur schlechte Erfahrungen damit. Normale Tantalums kosten um 15 Euro pro Stück... Deswegen nutze ich nur noch "flache" Alubecher von Mouser.
                  Da bohrt man lieber ein Loch in die Grundplatine, damit dort Alibecher versinkt

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                    #10
                    Zitat von Eugenius Beitrag anzeigen
                    zu Tantal: die günstige China Dinge von Ali sind B-Ware mit 50%...Ich hatte nur schlechte Erfahrungen damit.
                    Ja, Beim Ali beommst du 10x 100uF/35V für 4 USD. Ohne Datenblatt, ohne Herstellerangabe. Im X Case, mit J Lead. Bei den großen Distris findet man kein vergleichbares Produkt.
                    Das müssen Fälschungen sein. Sowas kauf ich nicht, und sowas geb ich garantiert nicht weiter.

                    Zitat von Eugenius Beitrag anzeigen
                    Normale Tantalums kosten um 15 Euro pro Stück
                    Etwas günstiger bekommt man sie schon. Auch vom Digikey, auch Markenprodukte wie AVX oder Kemet.
                    Für weniger stromhungrige Anwendungen könnte man überlegen ob es auch 68uF tun.. die sind dann gleich nur noch halb so teuer.


                    Zitat von Eugenius Beitrag anzeigen
                    Da bohrt man lieber ein Loch in die Grundplatine, damit dort Alibecher versinkt
                    Das ist eine sehr gute Idee, wenn der Platz dafür vorhanden ist.
                    KNX Transceiver für Arduino&Co: MicroBCU2 --- Sammelbestellung NanoBCU läuft aktuell

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