Самодельный драйвер для светодиодного фонаря. Самодельный драйвер для мощных светодиодов. Как заменить светодиод в фонарике Police
Этот обзор будет интересен в основном любителям доделывать и переделывать китайские фонарики.
Речь пойдет об однорежимном 15-мм драйвере светодиода на 3 Вт. Вот ссылка на товар в FocalPrice . Для нетерпеливых и знающих сразу скажу, что драйвер нормальный, работает хорошо, по цене получился сравнительно дешевым (я дешевле не нашел, но выбирал из сравнительно небольшого числа магазинов). Ну а подробности - под катом.
После покупки фонарика Sipik SK58, который питается от батарейки или аккумулятора размера АА, у меня не раз возникала мысль, что светодиод в нем светит не в полную силу. Да еще при этом нагрузка на старенький NiMH аккумулятор выходит за рамки приличий (со свежезаряженным аккумулятором ток порядка 1 А - аккумулятору было уже лет 5, чего его так насиловать). А все дело в том, что для питания светодиода требуется напряжение порядка 3.4 - 3.6 В, в то время как NiMH аккумулятор выдает порядка 1.4 В в свежезаряженном состоянии (мой же и до 1.2 еле дотягивал), а по мере разрядки напряжение может упасть аж до 0.9 В (может и ниже, но тогда и аккумулятор быстро теряет емкость). Поэтому в данном фонарике стоит повышающий драйвер светодиода, т.е. плата, которая преобразует напряжение аккумулятора в те самые 3.4 - 3.6 В. При этом драйвер Sipik"а не пытается регулировать ток через светодиод - он выдает напряжение, какое получится (исходя из напряжения аккумулятора), а там будь что будет. Светодиод же достигает максимальной эффективности только на определенном рабочем токе, например, белый светодиод мощностью 1 Вт - при токе 350 мА. Ток через светодиод в моем случае был меньше.
Решил я поменять в фонарике драйвер с повышающего на понижающий, а NiMH аккумулятор заменить на литий-ионный типоразмера 14500. У литий-ионных аккумуляторов напряжение порядка 3.6 - 4.2 В, что очень хорошо подходит для питания белых светодиодов. Драйвер в данном случае стабилизирует ток через светодиод.
Драйвер нашел на FocalPrice, выбирал из нескольких магазинов - при закупке трех плат цена у FP была существенно ниже, чем в других магазинах.
Плата драйвера содержит три микросхемы AMC7135, каждая из которых обеспечивает ток 350 мА. Суммарный ток, соответственно, равен 1050 мА (микросхемы допускается включать параллельно - так они и соединены на плате). Я решил запитать светодиод током 350 мА (мощность 1 Вт), поскольку точных данных о светодиоде не было, а по косвенным признакам (заявленная яркость фонарика) он должен быть одноваттным. Нужный мне ток обеспечивает и одна микросхема AMC7135, поэтому две из трех микросхем я просто отпаял с платы и использовал в других осветительных устройствах (в частности, в велосипедной фаре, в которой до того вместо драйвера стоял балластный резистор). Плата драйвера отлично встала в фонарик, и светить он стал существенно ярче, чем на аккумуляторе АА и родном драйвере.
Вот так выглядит драйвер в соответствующем месте разобранного фонарика:
Выковырять его оттуда обратно я уже не смог - плотненько засел:).
Вот так выглядит драйвер на 7135 (слева) в сравнении с родным повышающим драйвером Sipik"а (справа).
И под другим углом - если интересно, можно почитать надписи на микросхемах:
Видно, что у Sipik"овского драйвера питание с корпуса фонарика берется с той стороны, где микросхемы - там есть кольцевая дорожка по краю платы, а у драйвера на AMC7135 ее нет (но есть на обратной стороне). Поэтому пришлось припаять кусочек медной фольги, завернутой через край платы (его видно вверху справа на самом первом фото). Ну, это работы на полминуты - даже если корпус Вашего фонарика не контактирует с обратной стороной платы, драйвер после такой доработки использовать можно.
Оставшиеся с заказа две платы я использую как источник микросхем AMC7135, которые оказалось не так просто купить в розницу.
Если соберетесь покупать этот драйвер, будьте внимательны: в последних комментариях покупателей на FocalPrice есть упоминание, что теперь на плате всего две микросхемы, и ток, соответственно, получится 700 мА, а не 1050 мА. Цена тоже снизилась по сравнению с той, по которой покупал я (у меня bulkrate-цена была $1.61, сейчас $1.07) - возможно, это как раз обусловлено отсутствием одной микросхемы.
Как известно диод - это токовый прибор, питать его нужно постоянным током, а не напряжением. Светодиоды – тоже диоды, и их тоже нужно питать стабильным током. При стационарной установке светодиода проблема его питания легко решается с помощью резистора, который задает ток через светодиод. Рассчитать номинал резистора помогает закон Ома: R=(Uпит-Uпад)/I , где Uпит – напряжение источника питания в вольтах, Uпад – напряжение, которое падает на светодиоде (примерно 3-3,5В, зависит от тока через светодиод), а I – желаемый ток через светодиод в амперах. Далее подбирается резистор ближайшего номинала, который есть в наличии и все хорошо работает. При больших токах резистор будет сильно греться, так что стоит его брать по мощнее.
Минусом стабилизатора на резисторе является неспособность реагировать на изменение напряжения питания (ток через светодиод и как следствие его яркость будут падать по мере разряда батареи), а также никому не нужная рассеиваемая мощность на резисторе. Для решения этой проблемы существуют так называемые драйвера светодиода (стабилизаторы тока). Стабилизаторы тока бывают повышающими (Boost) и понижающими (Buck). Boost стабилизаторы используются, когда напряжение на батареях меньше, чем падение напряжения на светодиоде, а Buck – когда напряжение на батарея больше падения на светодиоде.
При проектировании своего «неубиваемого» фонарика я задумал использовать параллельную связку из литиевых аккумуляторов или 3шт. АА батарейки (т.е. питающее входное напряжение драйвера должно быть в пределах 3-4,5В). Для этой задачи необходимо использовать Buck драйвер, но при этом не используется около 20% запасенной энергии в батареях! Эти 20% можно выжать, вставив в схему еще и Boost драйвер, который будет включаться, когда для Buck драйвера будет слишком низкое напряжения питания. Все это очень муторно и громоздко, 2 драйвера + компаратор или микроконтроллер для переключения. Так дело далеко не зайдет. Почитав раздел светотехники на speleo.ru открыл для себя Boost/Buck стабилизатор с нужным мне диапазоном питающих напряжений и недурной эффективностью (достижимой при вдумчивой намотке индуктивности). Эта микросхема следит за питающим напряжение и автоматически переключает встроенные Boost/Buck драйвера. Силовые ключи в мостовой схеме интегрированы в саму микросхему, и позволяют коммутировать токи до 1А. Схема включения была взята из и немного модифицирована:
Конденсаторы С3,С4
– танталовые в СМД исполнении 68мкФ, С1
,С2
,С5
– керамические по 0,1мкФ. С намоткой индуктивности я связываться не стал, поэтому купил взял SUMIDA CDRH5D28RNP-5RØN
на 5мкГн. Как видно, микросхема драйвера имеет 2 «канала», которые можно включать по отдельности или вместе с помощью высокого логического уровня на выводах EN1
, EN2
. Токи «каналов» задается с помощью 2-х резисторов R1
, R2
которые рассчитывается по формуле R1=3580*0.8/I1
, R2=3580*0.8/I2
. Главное, чтобы суммарный ток «каналов» был меньше 1А, иначе есть хорошая вероятность спалить внутренние ключи. Далее по задумке, в фонарике будет 2 режима, «ходовой» и «мощный» с соответствующими токами через диод 0,2А и 1А (мощный режим достигается путем включения 2-х «каналов» по 0,2А и 0,8А одновременно). То есть резистор R1
, задающий «ходовой» режим должен быть номиналом 15кОм, а R2
– 3,9кОм. Переключатся режимы будут с помощью тактовой кнопки, герметизированной кусочком резины и прижимной пластиной. То есть для этого нужно повесить еще микроконтроллер, который будет считывать нажатия кнопки и переключать режимы свечения диода. Включение/выключение фонаря будет производиться с помощью длительного (2с) удержания кнопки. А переключение «ходового» и «мощного» режима будет с помощью короткого нажатия кнопки (0,5с). Полная схема устройства с микроконтроллером:
Микроконтроллер взял тот, который был ближе всего под рукой. Им оказался в SO-14 исполнении. Прошивка его тривиальна, кроме обработки нажатия клавиши, где учитывается время удержания. Когда фонарик выключен – микроконтроллер переходит в Power-Down режим, и потребляет всего 0,1мкА (LTC3454
в SHUTDOWN режиме потребляет тоже всего ничего – 1мкА) и ощутимо подсаживать аккумулятор не будет. Также добавил еще один элемент, конденсатор С6
– 0,1мкФ на питании микроконтроллера.
#define EN1 2
#define EN2 3
#define KEY 2
unsigned char mode= 0 ;
unsigned char sleep_flag= 1 ;
void pause (unsigned int a)
{ unsigned int i;
for (i= a; i> 0 ; i-- )
void set_mode(void )
if (mode== 0 ) PORTA&= ~((1 << EN1) | (1 << EN2) ) ;
if (mode== 1 ) PORTA= (1 << EN1) ;
if (mode== 2 ) PORTA= (1 << EN1) | (1 << EN2) ;
ISR (INT0_vect)
{ int count;
count= 0 ;
count= count+ 1 ;
if (count== 1000 ) {
if (mode== 1 ) mode= 2 ;
else if (mode== 2 ) mode= 1 ;
while ((PINB& _BV(KEY) ) == 0x00 )
count= count+ 1 ;
if (count== 9000 ) {
if (mode== 0 ) mode= 1 ;
else {
mode= 0 ;
sleep_flag= 1 ;
set_mode() ;
while ((PINB& _BV(KEY) ) == 0x00 )
set_mode() ;
return ;
int main(void )
DDRB= 0x04 ; //PB2 как вход
PORTB= 0x04 ;
DDRA= 0x0c ; //PA2,PA3 как выхода
pause(1000 ) ; //Пауза
GIMSK= (1 << INT0) ;
MCUCR= (0 << ISC00) | (0 << ISC01) ; //Прерывание по низкому уровню на PB2
MCUCR|= (1 << SM1) | (0 << SM0) | (1 << SE) ; //Разрешить power-down режим
sei() ; //Разрешить прерывания
#include
#include
ZDL 23-06-2010 23:30
Хороший драйвер стоит дорого в 5 раз дороже хорошего диода...
Вот такой вопрос что дольше проработает:
1. Диод, драйвер + 1 литиевый элемент
Ток, диод и литиевые элементы одни и те же.
P.S. Я очень давно не читал про диоды, а сейчас что то снова зацепило . Литературу в сети я конечно поищю и прочитаю. Просто может этот вопрос уже подробно рассмотрен.
KAR2009 24-06-2010 01:13
2. Диод, резистор + 2 литиевых элемента
Пусть на светодиод надо 3,4 Вольта и ток 0,9 А при мощности 3 Вт. Берём 2 литий-ионных аккумулятора на 3,7. В заряженном состоянии они имеют до 4,2 В. Итак, на резисторе надо погасить 4,2В * 2 - 3,4В = 5В.
Резистор нужен на 5,56 Ом. При этом на нём будет выделяться мощность 5В*0,9А=4,5 Вт, т.е. больше чем на светодиоде. Фактически, 2-й аккумулятор будет работать на разогрев резистора, когда как в первом случае на светодиод. Я молчу, что в драйвере можно реализовать разные алгоритмы с изменением скважности ШИМ значительно повышающих экономию...
ZDL 24-06-2010 05:52
MauserFL, спасибо с удовольствием прочитал.
ilkose 24-06-2010 06:04
Да дураки эти драйверы придумали чтобы денег по больше с людей содрать, напрямую к батарейкам и нормально, зато светики как лампочки надо будет менять ))
ZDL 24-06-2010 08:30
Скоро у меня будет хороший драйвер и диод. Вот и проверю что там да как.
sergVs 24-06-2010 09:41
Литий не единственный и не всегда лучший источник питания (а иногда и доступный). Это надо иметь в виду.
rkromanrk 24-06-2010 20:03
quote: Скоро у меня будет хороший драйвер и диод
Вы тут только не вздумайте написать какие именно - разочарованию не будет предела!..
John JACK 24-06-2010 21:09
Без драйвера фонарь сначала светит недолго и ярко, а потом - долго и тускло. С щелочными батарейками получается особенно печально. С литиевыми аккумуляторами чуть получше, у них относительно пологий график разряда, потому за первые минуты яркость падает до средней и медленно тускнеет почти до самого разряда. Директдрайв с литиевым аккумулятором уже относительно пригоден к использованию, но экономически нецелесообразен - простейший линейный драйвер стоит в несколько раз меньше одного литий-ионного аккумулятора.
ZDL 24-06-2010 22:31
простейший линейный драйвер стоит в несколько раз меньше одного литий-ионного аккумулятора.
Да? Раньше были только ШИМ преобразователи. Теперь есть линейные, это которые меняют своё сопротивление в зависимости от напряжения? Почитаю, посмотрю узнаю. Порядок цен не могли бы указать?
Да и ШИМы сейчас какие то неважнецкие.
Вот в журнале радио были ШИМы так ШИМы. Выходное напряжение 5вольт, при изменении входного с 3 до 15 вольт, и всего 2 транзистора.
Приобрел драйвер за 600руб... На эти деньги я мог купить 7 шт. 123 элементов...
Да вообшем чего гадать то, нужно эксперимент поставить. Вот только люкс метра у меня нет, нужно что то колхозить.
John JACK 24-06-2010 22:39
ШИМ - это не драйвер (стабилизатор тока) а средство ограничения яркости же. Однорежимные драйверы просто стабилизируют ток на светодиоде (по мере возможностей), а многорежимные состоят из стабилизатора, настроенного на ток максимального режима и ШИМа, который обеспечивает меньшие режимы и всякие стробы с цветомузыкой.
Линейный драйвер работает как умный переменный резистор, да. Имеет узкий диапазон входного напряжения, но высокий КПД, и сделать хороший линейный драйвер гораздо проще, чем хороший импульсный. Начинаются со ста рублей: http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.6190
ZDL 24-06-2010 22:42
Диод R2 140 люкс на 1 ватт, максимальный ток 1500 мА. Драйвер 3х режимный на рефлекторе с наружи надпись 0.8-4.2 V. Максимальный выхолдной ток 1 ампер. Продавец сказал что один из лучших.
ilkose 24-06-2010 22:49
Наверное не драйвер а модуль купили? Все равно 600 руб дорого, я драйверочки по 110 руб покупаю (8-24 вольт, 1-3 одноваттника) светики китайские по 100-130 руб, оптика вообще копейки
ZDL 24-06-2010 23:40
Joker12 24-06-2010 23:51
Кстати, вот хороший фонарик. Чистой воды директ драйв, с резистором на второй режим.
KAR2009 24-06-2010 23:52
quote: Originally posted by ZDL:
Диод R2 140 люкс на 1 ватт, максимальный ток 1500 мА.
John JACK 25-06-2010 02:00
quote: Originally posted by ZDL:
Давайте рассмотрим самый тяжёлый случай:
У светодиода нелинейная ВАХ. Если уронить на драйвере/резисторе чуть-чуть напряжения, то ток на светодиоде упадёт весьма заметно. Рассуждения ваши были бы верны если диод был бы тупым сопротивлением. А он - сопротивление весьма нетупое.
Кроме того, утверждение
quote: Originally posted by ZDL:
4,2 в. выдаёт аккумулятор, 3,2в и 1.5 а.
неверно. Аккумулятор выдаёт 4.2 В без нагрузки. Если его включить напрямую на диод (директ драйв), то напряжение просядет до 3.2 В при токе 1.5 А. А чтобы получить на диоде 1 А, надо драйвером или резистором рассеять всего 0.1 В напряжение. Почему - смотрите таблицы ВАХ.
ШИМ же изменяет длительность импульса, да, но ток в импульсе будет максимально возможным. То есть 1.5 А или более при свежем аккумуляторе, с падением по мере разряда. Стабилизировать ток при помощи ШИМ нельзя, стабилизировать яркость (увеличивая длину импульса по мере разряда батареи) - теоретически можно, а практически не нужно.
quote: Originally posted by Joker12:
Кстати, вот хороший фонарик.
Чем он хороший? Тем, что десятиваттный светодиод питается всего 1.5-2 амперами и то при хорошем аккумуляторе и только первые несколько минут? Для P7 или MC-E надо минимум два 18650.
KAR2009 25-06-2010 02:39
quote: Originally posted by John JACK:
Стабилизировать ток при помощи ШИМ нельзя, стабилизировать яркость (увеличивая длину импульса по мере разряда батареи) - теоретически можно, а практически не нужно.
А вот "vaska" утверждает, что можно на форуме http://forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=239 :
"Сама широтно-импульсная модуляция применительно к питанию светодиодов условно может быть разделена на два вида: первичная ШИМ и внешняя ШИМ.
Первое означает, что стабилизация тока на светодиоде осуществляется импульсным преобразователем, на выходе которого имеется фильтр, превращающий производимый преобразователем меандр в постоянный ток.
Если сделать преобразователь такого рода регулируемым (обычно для этого изменяют опорное напряжение компаратора обратной связи по току), то, как справедливо разъяснял Малкофф, мы сможем добиться неплохого КПД на всех режимах работы.
Второе означает, что стабилизированный ток, обеспечиваемый первичным источником (безразлично, импульсным или линейным), прерывается с невысокой частотой и далее не фильтруется. Таким образом диод запитывается не постоянным током, как в первом случае
, а импульсами тока, что, естественно, отрицательно сказывается на КПД системы в режимах малого света.
"
Так что при наличии фильтра с помощью ШИМ мы можем стабилизировать ток.
ZDL 25-06-2010 04:34
Люксы и люмены разные единицы... У R2 нет 140 люмен на 1 Ватт, это у R5 столько и максимальный ток для XP-G 1,5А приведён, а не для XR-E.
Да, я пока путаюсь. обешаю исправиться .
ZDL 25-06-2010 05:04
John JACK, светодиод вообще не похож на сопротивление. Более похож на стабилитрон, при достижении напряжения стабилизации его сопротивление значительно уменьшаеться. Только светодиод светиться в отличае от стабилитрона.
На счёт ШИМ. Есть широтноимпульсные стабилизаторы и они именно стабилизируют напряжение, либо ток с высоким КПД. Они могут повышать напряжение и ток, а так же понижать. А есть схемы изменяюшие длительность импульса, ни чего не стабилизируя. Этакий "импульсный" резистор. КПД их ниже, диапазон напряжений меньше, но они проще. Вообщем в электронике можно в такие дебри влезть .
vaska 25-06-2010 08:49
quote: Originally posted by ZDL:
У линейного драйвера хороший КПД?
Давайте рассмотрим самый тяжёлый случай: 4,2 в. выдаёт аккумулятор, 3,2в и 1.5 а. ест диод, отсюда 1в. и 1.5а драйвер просто переводит в тепло. Диод ест 4,8вт., а от аккумулятора забираем 6,3 вт. КПД... по моему тут нет, а есть 24% потерь в виде выделяемого тепла. И с ростом напряжения питания, потери будут расти. А ШИМ, насколько я с ними знаком, изменяеняет длительность импульса в зависимости от напряжения питания оставляя ток неизменным. Т.е. диод ест 4,8вт и от аккумулятора потребляет 5вт.
В общем случае утверждение абсолютно верное, но рядовому фонаревщику интересны частные случаи, например питание одного диода от одного литий-иона. И вот тут линейник с оговоркой, что он построен на полевом транзисторе со сверхмалым сопротивлением насыщения, составляет реальную конкуренцию ШИМ. При питании ШИМ от напряжения 4 В трудно достичь КПД выше 90%, и у линейника суммарный КПД получается сравнимым. Если, например, мы эксплуатируем самый передовой XP-G на токе 1,5 А (падение 3,36 В), то от свежезаряженного лития получаем 80% КПД. При разряде, когда напряжение аккумулятора и падение на диоде выравниваются, КПД близок к 100%, так что суммарный выходит около 90%. С учетом того, что спад напряжения в процессе разряда нелинеен, и максимален именно в его начале, реальный суммарный КПД выходит еще выше.
vasee 25-06-2010 15:51
http://www.4sevens.com/product_info.php?cPath=297_306&products_id=1654
LiaGen 25-06-2010 16:20
quote: О. Как хорошо, что тему заметил). Нет необходимости плодить лишние). Уважаемы форумчане, просьба подсказать), верно ли я понимаю, что Power: Two CR123A Batteries (3.0V~9.0V) в характеристиках говорит о наличии драйвера, так что можно не искать аккум на 3В, а брать 3,6В?]http://www.4sevens.com/product_info.php?cPath=297_306&products_id=1654
Что до наличия драйвера -верно, он есть, работает как и указано в диапазоне 3-9в.
А теперь по питанию: фонарь ест 2 батарейки типа cr123 с маркировокй 3.0v, но реально их вольтаж выше, таким образом фонарь питается не от 6, а примерно от 7 с гаком вольт(могу врать не мерил как то свежих батареей) в при новых батареях.
Аналог\замена cr123 батарейкам это литиевые аккумуляторы типа rcr123(16340) с маркировкой 3.6v, их реальный вольтаж при полном заряде 4.2v - т.е. два акума дадут 8.4v - драйвер такой вольтаж скушает нормально.
Следует лишь учитывать, что большинство китайских акумов с защитой -длинее и толще, чем батарейки кр123. Посему предварительно уточните у пользовательей фонаря, влезут ли они туда..
ZDL 25-06-2010 16:34
Подключил модуль и диод к 123 элементу. Чегой то не впечатлён. Видать нужно от аккумулятора питать.
vaska 25-06-2010 17:06
Устоявшееся у меня, это то, что я серийно произвожу фонари, питаемые именно преобразователем. Но, поскольку не считаю себя человеком зашоренным, - обращаю внимание и на иные решения. Активный самодельщик StasikOFF уже который год лепит фонари на линейных источниках тока, и своим КПД они весьма впечатляют. А чтобы меня переубедить достаточно излагать аргументированно и с цифрами, ведь со своей стороны я предоставил достаточное количество убедительных цифирок
ZDL 25-06-2010 17:45
И так я купил XPG R5, драйвер Solarforse 0,8 -4,2 3 mode. От одного элемента 123 диод не раскачивается на максимальный ток... А вот если диод запитать от двух 123 то думаю нужен будет токоограничительный резистор.
Аккумуляторов у меня пока нет.
Virgo_Style 25-06-2010 17:51
quote: Originally posted by ZDL:
От одного элемента 123 диод не раскачивается на максимальный ток
ZDL 25-06-2010 18:28
А чего странного то. Подключил 3 пальчиковых батареи. на диоде 3,02в 1,01а. На батареях 3,45в 1,2а. Какой КПД? Драйвер просто превращает в тепло лишнюю, по его мнению, энергию.
quote: Originally posted by rkromanrk:
Вы тут только не вздумайте написать какие именно - разочарованию не будет предела!..
Да разочарование есть...
Что и сделанно в китайце за 300 руб.
Virgo_Style 25-06-2010 18:46
quote: Originally posted by ZDL:
на диоде 3,02в 1,01а.
А на сколько драйвер расчитан? Вероятнее всего - на 1А... ну так вот он, как в аптеке.
KAR2009 25-06-2010 19:12
quote: Originally posted by ZDL:
А чего странного то. Подключил 3 пальчиковых батареи. на диоде 3,02в 1,01а. На батареях 3,45в 1,2а.
Нормально выдает. Первоначально для XP-G R5 было разрешено около 1 А, а потом расширили до 1,5 А максимальны ток. Так что драйвер мог выпущен и спроектирован под старые нормы.
quote: Originally posted by ZDL:
А вот если диод запитать от двух 123 то думаю нужен будет токоограничительный резистор.
Это перед драйвером резистор хотите?
Если без драйвера, то я уже отвечал в начале темы о бессмысленности этой затеи.
quote: Originally posted by ZDL:
Вообщем у вас устоявшиеся определения и понятия. Переубеждать вас себе дороже .
Да разочарование есть...
Так что прямое включение диода рулит.
Что и сделанно в китайце за 300 руб.
Похоже, что содержимое этой ветки не прояснило Вам прелести китайцев за 300 руб.
ZDL 25-06-2010 21:14
Я не буду вас переубеждать, кто в теме тот понял. Линейный стабилизатор самым наипростейшим низкоэффективным способом согласует диод с батареей.
Китайский фонарь за 300 руб. Светит так же, только синим, как и супер диод питаемый через стабилизаро тока. Может я чего то не понимаю, но китаец ест 1,5вт, а XPG R5 + драйвер 4,4вт...
vaska 25-06-2010 22:31
quote: Originally posted by ZDL:
При применении вместо него резистора много не потеряем, если заметите вообще какую либо разницу.
Потеряем, однако. Прежде всего потеряем половину первоначальной яркости через пятнадцать минут работы.
KAR2009 25-06-2010 23:02
quote: Originally posted by ZDL:
При применении вместо него резистора много не потеряем, если заметите вообще какую либо разницу.
Китайский фонарь за 300 руб. Светит так же, только синим, как и супер диод питаемый через стабилизаро тока. Может я чего то не понимаю, но китаец ест 1,5вт, а XPG R5 + драйвер 4,4вт...
В разговоре речь шла о 2-х элементах CR123 ("А вот если диод запитать от двух 123
то думаю нужен будет токоограничительный резистор.") А это от 6 до 8 Вольт в зависимости от типа CR123. В итоге одна батарея будет работать на резистор, нагревая его.
Если в расчёт берется то, что изначально элементы питания CR123 имеют высокое внутреннее сопротивление, что уже не правильно, так как идеальный источник напряжения должен иметь нулевое внутреннее сопротивление. То избыточное напряжение будет рассеиваться на внутреннем сопротивлении элемента нагревая его и не делая полезную работу. Причем величина этого сопротивления не постоянна и зависит от многих факторов. Ограничение тока светодиода резистором оправдана, когда светодиод маломощный или имеем не большой перепад напряжения источника и напряжения на светодиоде при котором обеспечивается заданный рабочий ток. Причем, как отметил "vaska" "потеряем половину первоначальной яркости через пятнадцать минут работы". Обычно принято считать время работы фонаря от первоначальной яркости до 50% снижения...
Ну а еле тлеющие часами китайские фонарики после 15-30 минут работы и моргающими или сгорающими светодиодами за 300 руб выбор не из лучших...
Der Alte Hase 26-06-2010 03:09
quote: Originally posted by vaska:
Активный самодельщик StasikOFF уже который год лепит фонари на линейных источниках тока, и своим КПД они весьма впечатляют.
Типа таких, по сути своей?
http://www.candlepowerforums.com/vb/showthread.php?t=264687
Der Alte Hase 26-06-2010 04:51
Да дураки эти драйверы придумали чтобы денег по больше с людей содрать, напрямую к батарейкам и нормально, зато светики как лампочки надо будет менять ))
Кстати, у меня диодов деградировало в нормальных китайцах с относительно нормальными драйверами больше, чем перекаленных лампочек сгорело за тот же период. Хотя фонари с лампами накаливания я использую значительно больше...
vaska 26-06-2010 06:25
quote: Originally posted by Der Alte Hase:
Типа таких, по сути своей?
По сути - да, я в какой-то ветке его схему выкладывал: источник опорного, операционник, полевик, три резистора. Вся комплектация легко умещается в сто рублей.
ZDL 26-06-2010 08:13
Разницу в свечении при подаче на диод 2 вт и 4вт я должен увидеть? Именно увидеть а не измерить люкс метром?
Так вот я её не вижу. Сравниваю яркость светового пятна на стене с другим фонарем. Нужно конечно подтвердить бимшотами, но пока времени нет.
Virgo_Style 26-06-2010 10:30
quote: Originally posted by ZDL:
Разницу в свечении при подаче на диод 2 вт и 4вт я должен увидеть?
Попробуйте посветить вдаль - на стене разницу видно плохо.
John JACK 26-06-2010 11:02
Разница между 2 Вт и 4 Вт на глаз - меньше. чем в полтора раза. У меня точно так же было с модулем на XP-G. 700 мА и 1400 мА, на глаз - одинаково, люксметром - 3000 и 4000 попугаев, соответственно.
Главная суть драйвера - поддерживать одинаковый ток на диоде вне зависимости от степени разряда батареи. Потому нельзя говорить, что вот в какой-то момент директ-драйв или резистор эффективнее драйвера - в соседний момент батарея подсядет и ток с яркостью упадут. Резистор годится тогда, когда у нас есть источник относительно постоянного напряжения - сетевой блок питания или автомобильный генератор, например, и нам не надо получить от светодиода максимум эффективности.
ZDL 26-06-2010 13:17
Вот и я об том же!!! Разница в излучении и потребляемой мощьности нелинейная.
Вообщем мне нужно найдти характеристки диода.
Со воим модулем разобрался, китаец сфокусирован лучше, поэтому казалось что он ярче.
Virgo_Style 26-06-2010 13:31
quote: Originally posted by ZDL:
Специалисты подскажите какой драйвер сможет выдавать постоянный ток, допустим 1 ампер, при питании от 1,5в до 8в. И желателно его цену. ?
ZDL 26-06-2010 14:52
Virgo_Style 26-06-2010 15:04
vaska 27-06-2010 20:12
quote: Originally posted by ZDL:
И так XGP R5 при 3,5в.,1,4А выдаёт 350люм, а при 3.2в., 0,65а. - 175люм.
Так что при потере 50% яркости можно вполне обойдтись без драйвера. Правда в самом начале разряда подьём, на него и расчитывать максимальный ток диода. Масимальную яркость не получим, но схема вполне работоспособна с очень приемлемыми параметрами, по моему.
Вообще-то ток 2С - это больше четырех ампер! А Вы, как я понимаю ориентировались именно на нижний график.
Теперь по поводу падения и светоотдачи. Читаем здесь: http://www.candlepowerforums.com/vb/showpost.php?p=3115908&postcount=354 Цифры немного не сходятся с Вашими предположениями.
Просто разок попробуйте подцепить XP-G напрямую к 18650, и потом расскажите сколько секунд он продержался.
Собственно, мне Ваш подход не очень понятен. Вы начали тред, чтобы проконсультироваться и попросить совета. Полезных советов Вам накидали, но у Вас всегда находятся какие-то возражения, и Вы начинаете спорить с людьми, разбирающимися в предмете явно лучше Вас, после чего предлагаете очередное непродуманное решение, причем совершенно не учитывая той информации, на выкладывание которой специально для Вас форумчане потратили определенное время. Если у Вас на все существует свое мнение, то зачем спрашивать советов, ну а если спрашиваете, то отнеситесь чуть более лояльно к тем, кто откликнулся, и хотя бы задумайтесь над тем, что для Вас написали, а то создается впечатление, что Вы живете в режиме монолога.
Virgo_Style 27-06-2010 20:31
Был у меня один XR-E, который я запитывал напрямую. Ток - два ампера, сгореть он так и не удосужился. Впрочем, надолго я его и не включал - секунд на 10, может быть на 20.
Естественно, пользоваться таким фонарем постоянно я бы не стал. Просто от этого фонаря мне был нужен главным образом корпус
В принципе, если любопытно, то можно и повторить эксперимент -)
Но - только после ZDL
ZDL 27-06-2010 21:22
Я на какойто CREE подавал 2,5 а в течении нескольких секунд ни чего не взорвался и продолжает работать.
Сейчас собрал фонарь для показухи. Тот
самый КРЕЕ, резистор на 1ом., 2 элемента CR2. Потребляемый ток 1 а. Куплю еще элементов, посмотрю за сколько он разрядиться.
Да и думаю как сделать импульсный стабилизатор тока с рабочим напряжением 3-9в.
АККУМУЛЯТОРОВ У МЕНЯ НЕТ, не могу я прицепить диод к аккумулятору, был бы сразу и прицепил.
ilkose 27-06-2010 23:51
quote: Я на какойто CREE подавал 2,5 а в течении нескольких секунд ни чего не взорвался и продолжает работать.
Очень показательно , я как то на машине газанул, педаль до пола, и ниче не взорвалось, работает. если серьезно- как то включил напрямую 18650 к ребелу (конечно не ахти какое сравнение, макс ток 700 по даташиту) он продержался 1 сек и стал вечно синим.
ilkose 27-06-2010 23:54
quote: Тот
самый КРЕЕ, резистор на 1ом., 2 элемента CR2. Потребляемый ток 1 а
quote: АККУМУЛЯТОРОВ У МЕНЯ НЕТ, не могу я прицепить диод к аккумулятору, был бы сразу и прицепил.
Тут то и было самое интересное. 18650 в ноутбучных батареях есть, можно сходить где ноуты ремонтируют и попросить баночку.
Virgo_Style 28-06-2010 12:01
quote: Originally posted by ilkose:
Сколько из этих 1 а осталось на резисторе?
pnvkolya 28-06-2010 09:18
quote: Сколько из этих 1 а осталось на резисторе?Эм... Вы, наверное, вольты или ватты имели в виду?
вот имено, если резистор не в паралель светодиоду, то как я понимаю все что ушло с батареии все на диод и попало, что касаеся амперов-то, других контуров нету.
ilkose 28-06-2010 10:50
Virgo_Style это образно имелось в виду. Хотелось подтолкнуть к тому что будут потери. Ватта 3 мощности будет рассеивать резистор.
vaska 28-06-2010 11:07
quote: Originally posted by ilkose:
Ватта 3 мощности будет рассеивать резистор.
Один ампер возвести в квадрат и умножить на один ом = 1ватт.
ZDL 28-06-2010 16:08
Так и пусть рассеивает, если яркость и продолжительность свечения устраивает. Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера, который расчитан на работу только с литиевыми аккумуляторами, а на 123 батареи выдаёт 1,5 вата и ещё не известно стабилизированных ли.
KAR2009 28-06-2010 16:32
quote: Originally posted by ZDL:
Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера
Virgo_Style 28-06-2010 16:36
А можно увидеть ссылочку на дорогой хреновый драйвер?
ZDL 28-06-2010 18:03
quote: Originally posted by KAR2009:Здесь, в ЕС, 1 штука CR2 стоит от 6,5 до 7,5 Евро. Итого за 2 штучки надо отдать около 14 Евро, т.е. свыше 500 руб. В фонарике UltraFire WF-606A Cree Q5 (3 Вт) время жизни 1-го CR2 около 20-30 минут при токе потребления в 1,82 А.
Ого у вас цены. Спасибо за информацию, теперь есть с чем сравнить.
Virgo_Style, модуль я брал с рук. Продавец сказал что это solarforse 0,8-4,2 3 mode. Что я намерял у него на выходе писал в этом топике.
Virgo_Style 28-06-2010 18:56
И кстати,
quote: Originally posted by ZDL:
Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера, который расчитан на работу только с литиевыми аккумуляторами, а на 123 батареи выдаёт 1,5 вата
А у вас?
andory 28-06-2010 20:59
quote: Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера.....
1. Всюду должны быть очень хорошие контакты и достаточно толстые провода. Для экспериментов лучше всюду использовать пайку. Тогда и токи начнут получаться, и светодиоды гореть. Если просто прислонить провод к батарейке, легко получить сопротивление контакта 0.2 Ом и больше. Для 2хCR2 можно собрать линейный стабилизатор тока, при этом кпд будет всегда больше 70% (при токах >1A). Импульсный стабилизатор - устройство сложное, и 85%- почти предел. Так что если устраивает выбрасывать 1\10 батарейки, то самодельный драйвер состоит из 1 микросхемы, светодиода и мощного полевика.
ZDL 28-06-2010 22:19
Это случайно не тот, который dsche бесплатно отдавал?Хотя в любом случае solarforce на "дорогой" ну никак не тянет.
Нет я его приобрёл за 600 руб. О чем писал. Я за эти деньги ожидал большего.
quote: Originally posted by Virgo_Style:
И кстати,1.5 ватта - это маловато, конечно... а с резистором сколько получилось?
У меня вот почему-то от БП и без всякого резистора получилось ровно в два раза меньше - 0.25А при 3V.
А у вас?
Virgo_Style 28-06-2010 22:59
quote: Originally posted by ZDL:
Нет я его приобрёл за 600 руб.
~20 баксов?! Мамадорогая. Тогда я вас понимаю. Переплатили раза в четыре, наверное
Virgo_Style 28-06-2010 23:08
quote: Originally posted by ZDL:
резистор всё же проще не правда ли?
Было бы недурно определиться все же, какую характеристику мы обсуждаем.
Проще - резистор.
Надежнее - резистор.
Дешевле в изготовлении - резистор.
Дешевле в эксплуатации - драйвер.
Функциональнее - драйвер.
Позволяет использовать различные типы питания - драйвер.
Хотя некоторые пункты могут еще уточняться, если добавить исходных данных. Для целого ряда источников питания директ-драйв попросту невозможен, для ряда других окажется малоэффективен.
andory 28-06-2010 23:12
quote: Originally posted by ZDL:
У меня 2 элемента CR2 + резистор на 1 ом.
andory, резистор всё же проще не правда ли?
Проще. Только яркость падает в процессе и светит недолго. Фактически, игрушка на 30 минут. Учитывая немаленькую цену CR2, сложно рассматривать это как полноценный фонарик. Во всяком случае, как им пользоваться и для чего- не особо представляю.
Тогда резистор будет более разумным решением.
И драйвера "за копейку" вполне приличные.
Кривая разряда позволяет питать светодиод током 800-1000мА (XRE)
а XP-G даже и больше (но нужен мощнее драйвер)
и проблем поменьше будет.
Virgo_Style 29-06-2010 09:15
quote: Originally posted by dsche:
Это не драйвер за 600, а модуль D26. Ну и он собственно $20 и стоит. По просьбе топикстартера на место R2 был поставлен куттеровский R5 (+350 диод +50 канифоль). Родной R2 передан вместе с модулем.
У меня периодически просыпается чувство, что топикстартер вешает нам лапшу на уши. И это тот тот самый момент...
ZDL 29-06-2010 15:05
Злые вы, уйду я от вас...
Вчера дождался темноты и протестиовал в поле. Китаец естественно самый тусклый, R5 + драйвер поярче (видимо нужно подать на R5 1,5а.) Ну а R2, 2 элемента CR2 через резистор на 1ом самый яркий. Луч виден сам по себе и если вдоль него смотреть очень плохо видно, нужно немного со стороны. Вообщем для показухи самое то .
rkromanrk 30-06-2010 02:08
quote: Злые вы, уйду я от вас
Давно уже так и хочется сказать (жена меня просто ненавидит за эту фразу...): "А я Вас предупреждал!!!..."
andory 01-07-2010 01:04
quote: Originally posted by rkromanrk:
предлагаю заодно обсосать вот это буржуйское ВАУ:
трансформатор можно прямо на корпусе батарейки намотать. будет еще круче выглядеть
rkromanrk 01-07-2010 01:21
quote: трансформатор можно прямо на корпусе батарейки намотать
Насколько я понимаю, ЭТО не стабилизирует ток, а лишь увеличивает напряжение???...
ZDL 01-07-2010 10:27
quote: Originally posted by rkromanrk:
Насколько я понимаю, ЭТО не стабилизирует ток, а лишь увеличивает напряжение???...
Да, стабилизация идёт за счёт диода. Преобразователь слабенький и спалить диодик не может.
Я нашёл такую же схему в инете. Транзистор КТ315. трансформатор 20 витков проводо 0,2, резистора нет. Заявленна работоспособность до 0,6 в. Если применить гернамиевый транзистор, то до 0,2 вольта.
KAR2009 14-07-2010 05:10
Извиняюсь, что снова поднимаю эту тему. Перед сном, что-то захотелось теоретически подсчитать сколько будет светить фонарик на 1-м элементе 18650, например ёмкостью 2400 с срабатыванием защиты на 2,8 В и использующий в качестве "драйвера" ограничивающий резистор в 1.3 Ом (взят с реального китайского фонаря). В качестве светодиода берём стандартный Cree 7090 XR-E Q5. Сопротивлениями проводов и внутренним сопротивлением аккумулятора 18650 пренебрегаем.
Цепь состоит из 3-х последовательно соединенных элементов: аккумулятор, резистор и светодиод. Соответственно ток через все элементы одинаковый. Напряжение на аккумуляторе равно сумме напряжение на светодиоде и резисторе.
Напряжение на резисторе Ur=I*R.
Напряжение на аккумуляторе зависит от его остаточной ёмкости. Для простоты считаем зависимость на участке 2,8...4,2 В линейной. Полагаем, что разряженный полностью аккумулятор имеет 2.8 В. Соответственно напряжение на 18650 в зависимости от текущей остаточной ёмкости C и полной ёмкости B: U=2.8+C*(4.2-2.8)/B=2.8+C*1.4/B
В результате получаем, что до срабатывания защиты 18650 ёмкостью 2400 мА*ч проработает около 16 часов. При этом в начале фонарь будет светить ярко (I=0,64А, около 170 лм), а в конце ток в цепи будет около 30 мА, т.е. около 10 люмен на светодиоде.
Как видно из всего этого, время работы без нормального драйвера такой конструкции не впечатляет.
Добавление. Если же в качестве критерия длительности работы принять падение светимости до 50% от первоначального, то следует из таблицы построить зависимость светимости светодиода в люменах от тока в Амперах: L(I)=1/(0.0027615/I+0.0014839). Эта аппроксимация описывает светимость светодиода с точностью до 1 люмена в диапазоне токов от единиц миллиампера до 1,5 А.
Добавив в задание MatCad функцию J(t)-значение тока в цепи (А) после t секунд и L(I), получаем график зависимости светимости светодиода в люменах от времени в минутах:
Первоначально светимость составляла около 170 лм. Из графика видно, что 85 люмен будет приблизительно через 200 минут или 3 часа 20 минут.
andory 14-07-2010 19:12
С шим-драйвером без индуктивностей при 20 мА получим те-же 10 люмен в течение 120 часов.
John JACK 14-07-2010 20:05
А нам надо - 170 люмен в течении четырёх часов
andory 14-07-2010 20:53
А другим нам- 300 люмен целый час. Симптоматика налицо, и драйвер (многорежимный), как лекарство, экономически чрезвычайно целесообразен.
Первая часть про тюнинг и ремонт фонаря, вводная. Тут будут рассмотрены общее устройство среднестатистического фонаря, параметры мощных светодиодов и чуток нудной математики с ними связанные.
Итак, у вас есть светодиодный фонарик, но он сгорел или не устраивает по якости, или вы хотите его переделать в оружейный. Какие у вас есть варианты? Давайте разберёмся.
Конструкция сферического фонаря в вакууме.
Подавляющее большинство фонарей состоят из следующих частей:
- корпус - обычная трубка с резьбой на концах;
- батарейка - живёт внутри корпуса;
- торцевая кнопка - вкручивается в корпус на резьбе служит для включения фонаря. Иногда фонарь может комплектоваться вторым задником с выносной кнопкой;
- головка фонаря - вкручивается в корпус, имеет защитное стекло впереди. Иногда эта деталь бывает разборной (как на фото, из двух частей), иногда нет;
- светоизлучающий элемент - объединенный в один блок светодиод, формирователь пучка света, теплоотвод светодиода и драйвер светодиода. Иногда выпускается зацело с головкой фонаря.
Светоизлучающй элемент.
Эта самая сборка может быть разного исполнения. Очень распространены головки для фонаря Ultrafire WF-502B, они даже продаются разных видов, разной мощности, с кучей функций и т.п.
Например, на fasttech.com . Фонари с элементом этого типа хороши тем, что можно купить несколько модулей для разных задач и просто менять их.
Светодиод пока что оставим в покое, он заслуживает отдельного рассмотрения ниже, драйвер в принципе тоже, а вот оставшиеся детальки мы сейчас рассмотрим.
Формирователь пучка света бывает трех видов:
1. линза - самый простой и наименее эффективный вариант, так как в световой пучок собираются не всё излучение кристалла. Очень часто линзу можно перемещать, изменяя фокусировку пучка света, что является единственным плюсом данного решения.
2. коллиматор - деталь из прозрачного пластика, выполненная для получения пучка с заданными параметрами. Для этого коллиматор делается так, чтобы соответствовать определенной конструкцией линзы на светодиоде, поэтому поставить коллиматор от одного светодиода на светодиод другой конструкции не получится - параметры светового пучка будут другие.
3. отражатель - пришедшая от ламп накаливания конструкция, адаптированная под светодиод. Простая, надёжная и проверенная временем конструкция. Вообще, отражатель как и коллиматор оптимизируется под опреледенный светодиод, но с меньшей критичностью. На правом фото видно, что кристалл светодиода отражается всей площадью отражателя.
На практике замена светодиода вполне возможна, как и замена отражателя. Бывают как с гладкой поверхностью, дающей более жесткий луч, так и с бугристой, мне последний в помещениях понравился больше.
Теплоотвод, он же корпус, к которому зачастую прикручивается отражатель и в который монтируется драйвер светодиода. Обычно, рассчитан на установку светодиода на подложке - алюминиевой пластине, к которой припаивается светодиод. На фото показаны все механические компоненты модуля. Слева направо: отражатель, теплоотвод, пружина для отрицательного вывода (контачит с корпусом фонарика) и пружинка для положительного вывода (контачит с плюсом батарейки). Последняя пружинка припаивается к плате драйвера светодиода.
Параметры светодиодов.
Главным параметром с точки зрения качества освещения являются спектр излучения и яркость. , конструктивно это определяется качеством и хитростями люминофора. Увы, этот параметр может очень сильно отличаться даже для разных серий одного производителя. А уж что там намазывает дядюшка Ляо в своём подвале не знает даже сам Ляо. Дешевенькие фонари на сотню с гаком люмен уверенно проигрывают по качеству освещения (тому, насколько хорошо видно детали освещаемого объекта и насколько вообще эти детали разборчивы глазом) даже не очень мощным фонарям с галогенками.
Серьезные дядьки в лице компании Cree приводят следующий график для излучения их светодиодов серии XM-L. Увы, это усреднённые значения, насколько он равномерный, есть ли там провалы, нам не очень известно. По горизонтали длина волны, по вертикали относительная мощность излучения.
На графике приводятся три кривые - для разных цветовых температур. Видно, что светодиоды с меньшей температурой (красный) залезают в инфракрасную область (длина волны больше 740 нм), однако очень-очень мало и недалеко - там реально единицы процента мощности излучаются. Это причина того, что получить из любого белого светодиодного фонаря пристойный ИК фонарь простым добавлением ИК фильтра (как это легко делается с фонарем с лампой накаливания) невозможно. Светить он формально будет, но КПД - никакущий.
Цветовая температура это параметр-компаньон, напрямую связанный со спектром. Цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела (такой хитрый фетиш физиков), при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Для дневного света это 6500К, для ламп накаливания 2700-4000К. Чем меньше цветовая температура, тем боее желтый оттенок у света.
По личным наблюдениям, со светодиодами с меньшей цветовой температурой лучше видно детали освещаемых объектов. По крайней мере для меня. Недостатком светодиодов тёплого белого света является их меньшая отдача света - они менее яркие, чем более "знойные" собратья.
Второе, что нас интересует - это яркость светодиода. Указывается в документации как яркость при каком-то определенном токе через светодиод. К примеру, для уже упомянутого XM-L указана яркость разных токах. К примеру, XM-L T6 при 700мА (2Вт) имеет световой поток 280 люмен (400 лм/А), при 1А имеет 388 лм (388 лм/А), при 1,5А - 551 лм (367 лм/А), при 2А - 682 лм (341 лм/А). В скобочках указана удельная яркость в зависимости от тока. Она падает на 17% при повышении тока с 700мА до 2А. То есть чем выше ток, тем меньше эта удельная яркость, то есть ниже КПД. По графику, кстати, честно видно.
Еще один важный параметр светодиода - его мощность. Это максимальная мощность, которую можно в него "вдуть". Разумеется, на максимуме он будет жить меньше, чем на меньшей мощности, поэтому лучше его немного "недокормить". В свою очередь мощность определяет максимальный ток через светодиод. Как правило, мощность и ток через светодиод связаны нелинейной зависимостью, так как зависят еще и от падения напряжения на диоде. Вот для XM-L: по горизонтали прямое падение напряжения, по вертикали ток через диод.
Падение напряжения на светодиоде типично порядка 3 вольт для белого светодиода и зависит от тока через светодиод. Смотрим на график: при 200мА имеем падение в 2,7в, при 700мА - 2,9В, при 1А - 2,97В, при 1,5А - 3,1В, при 2А - 3,18В.
Если взять хитрые светодиоды типа MC-E с четыремя кристаллами это будет 350мА - 3,1В, 700мА - 3,5В. Совсем мощные кристаллы на 10-20 Вт будут иметь падение напряжения около 10В, а еще более мощные... ну, могут и еще больше.
Кстати, если перевести удельную светимость в зависимости от тока этих XM-L в светимость в зависимости от мощности, то получим, что у нас при токе I=700мА и падении напряжения U=2,9В потребляется мощность 2,03 Вт, а световой поток 280лм, то есть 138 лм/Вт. Продолжаем дальше и полчаем для 1, 1,5 и 2 А тока соответственно 130, 118,5 и 107 лм/Вт. Разница в 29%. Вот и ломай голову, какой режим выбирать.
Что же нам дают знания? Хотя бы понимание того, какое именно питание должно быть у того или иного светодиода, что от него можно получить, на какой другой светодиод можно заменить сгоревший светодиод фонаря. Но картинка не будет полной без знаний о питании светодиодов.
Питание фонаря.
Как правило, в фонарях используют либо литиевые батареи (номинальное напряжение 3В, совпадает с максимальным и при разряде несколько падает), либо литиевые аккумуляторы (номинальное напряжение 3,7 В, а минимальное и максимальное - приблизительно 3,2 и 4,2 В, про аккумуляторы можно почитать , там есть про типы и их отличия).
Кстати, аккумуляторы как на фото выше я бы по возможности избегал. Невысокое качество и сильно завышенная емкость (из заявленных 2500мА/ч там хорошо если 1800 будет). Лучше брать фирменные ячейки Samsung и прочих. Неплохие аккумуляторные ячейки можно добыть из их батарей для ноутбуков - даже замучанные нарзаном они получше китайчатских будут. Хотя, даже у китайских бывают "внутри" нормальные ячейки.
Иногда в светодиодных фонарях используют пальчиковые батарейки, но у них плохо с отдачей токов, необходимых для питания мощных светодиодов. То есть если в фонаре все-таки пальчиковые батарейки, то исправить проблему с низкой яркостью особенно не получится.
Драйверы.
Подавляющее большинство фонарей имеют на борту один светодиод мощностью порядка 3 Вт. То есть он имеет падение напряжения около 3 В и ток около 1 А. Для питания таких фонарей вполне достаточно одного Li-Ion (или Li-Po) аккумулятора. В таких фонарях могут стоять любые драйверные схемы, хоть обычные гасящие напряжения источники тока. При установке литиевых батареек их понадобится аж две штуки, причём КПД упадёт катастрофически. Хорошо, что нормальные импульсные драйверы светодиодов уже почти полностью вытеснили дешевенькие источники тока. В фонарях, использующих несколько элементов или аккумуляторов обязательно стоит импульсный драйвер.
Определить, какой драйвер перед вами можно по наличию катушки. Если она есть - наверняка это импульсный драйвер . Насколько он хорош и какие диапазоны входных напряжений терпит? Тут придётся искать документацию на применённую в нём микросхему. Например, для среднего драйвера на фото выше (жаль, плохо вышло) под лупой можно увидеть маркировку микросхемы 2541B и для неё удалось найти документацию (на китайском), у неё входное напряжение от 5 до 40 вольт, но КПД не указан. Итого, если взять топовый светодиод с КПД 30-40% и хороший импульсный драйвер (КПД будет около 90% в идеальном случае) получим КПД фонаря в 27-36 %. Не так уж и плохо.
А пример линейного драйвера на том же фото в правом нижнем углу. Вся электронная начинка сводится к защитному диоду и нескольким параллельно работающим линейным источникам тока. Можно прикинуть его КПД, как отношение напряжения на выходе к напряжению на входе. Если запитать схему от аккумулятора, то получаем максимальное напряжение в 4.2в, номинальное в 3,7в. До минимального скорее всего дело не дойдёт - драйверу нужно минимальное падение напряжения в пол вольта чтобы работать. Итак, считаем 3/4,2=70%. Однако, так как заткнётся он так и не использовав аккумулятор, то применять его надо с парой литиевых батарей (2 по 3В). Тогда КПД будет 3/6=50%. Не очень кучеряво, учитывая КПД кристалла в 20-30% и, как следствие, КПД всего фонаря в 10-15%. Надеюсь, понятно, что линейных драйверов надо избегать?...
Частенько в фонари ставятся драйверы, поддерживающие несколько режимов работы - полная мощность, средняя, пониженная и всякие моргалки. На фото такой драйвер внизу слева. Причём переключаются у дешевых моделей эти режимы кратковременным размыканием цепи. То есть слегка нажали на кнопку - фонарь гаснет и по отпусканию работает в новом режиме. Терпеть их не могу, по мне так лучше никакого переключателя режимов, чем такой.
Не всегда, но в некоторых моделях удаётся отучить фонарь от такого поведения и переделать под работу с выносной кнопкой (в виде оружейного фонаря). Но это уже отдельная тема.
Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись "Калькулятором светодиодов" .
Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств – драйверов. Правильные драйвера имеют очень высокий КПД - до 90-95%. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока - резисторы - обеспечить это не могут по своей природе.
Немного ознакомиться с теорией линейных и импульсных стабилизаторов тока можно в статье "Драйвера для светодиодов" .
Готовый драйвер, конечно, можно купить. Но гораздо интереснее сделать его своими руками. Для этого потребуются базовые навыки чтения электрических схем и владения паяльником. Рассмотрим несколько простых схем самодельных драйверов для мощных светодиодов.
Простой драйвер. Собран на макетке, питает могучий Cree MT-G2
Очень простая схема линейного драйвера для светодиода. Q1 – N-канальный полевой транзистор достаточной мощности. Подойдет, например, IRFZ48 или IRF530. Q2 – биполярный npn-транзистор. Я использовал 2N3004, можно взять любой похожий. Резистор R2 – резистор мощностью 0.5-2Вт, который будет определять силу тока драйвера. Сопротивление R2 2.2Ом обеспечивает ток в 200-300мА. Входное напряжение не должно быть очень большим – желательно не превышать 12-15В. Драйвер линейный, поэтому КПД драйвера будет определяться отношением V LED / V IN , где V LED – падение напряжения на светодиоде, а V IN – входное напряжение. Чем больше будет разница между входным напряжением и падением на светодиоде и чем больше будет ток драйвера, тем сильнее будет греться транзистор Q1 и резистор R2. Тем не менее, V IN должно быть больше V LED на, как минимум, 1-2В.
Для тестов я собрал схему на макетной плате и запитал мощный светодиод CREE MT-G2 . Напряжение источника питания - 9В, падение напряжения на светодиоде - 6В. Драйвер заработал сразу. И даже с таким небольшим током (240мА) мосфет рассеивает 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, что совсем не мало.
Схема очень проста и даже в готовом устройстве может быть собрана навесным монтажом.
Схема следующего самодельного драйвера также предельно проста. Она предполагает использование микросхемы понижающего преобразователя напряжения LM317. Данная микросхема может быть использована как стабилизатор тока.
Еще более простой драйвер на микросхеме LM317
Входное напряжение может быть до 37В, оно должно быть как минимум на 3В выше падения напряжения на светодиоде. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1 = 1.2 / I, где I – требуемая сила тока. Ток не должен превышать 1.5А. Но при таком токе резистор R1 должен быть способен рассеять 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Микросхема LM317 также будет сильно греться и без радиатора не обойтись. Драйвер также линейный, поэтому для того, чтобы КПД был максимальным, разница V IN и V LED должна быть как можно меньше. Поскольку схема очень простая, она также может быть собрана навесным монтажом.
На той же макетной плате была собрана схема с двумя одноваттными резисторами сопротивленим 2.2 Ом. Сила тока получилась меньше расчетной, поскольку контакты в макетке не идеальны и добавляют сопротивления.
Следующий драйвер является импульсным понижающим. Собран он на микросхеме QX5241 .
Схема также проста, но состоит из чуть большего количества деталей и здесь уже без изготовления печатной платы не обойтись. Кроме того сама микросхема QX5241 выполнена в достаточно мелком корпусе SOT23-6 и требует внимания при пайке.
Входное напряжение не должно превышать 36В, максимальный ток стабилизации – 3А. Входной конденсатор С1 может быть любым – электролитическим, керамическим или танталовым. Его емкость – до 100мкФ, максимальное рабочее напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Конденсатор С2 керамический. Конденсатор С3 – керамический, емкость 10мкФ, напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Резистор R1 должен иметь мощность не менее чем 1Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле R1 = 0.2 / I, где I – требуемый ток драйвера. Резистор R2 - любой сопротивлением 20-100кОм. Диод Шоттки D1 должен с запасом выдерживать обратное напряжение – не менее чем в 2 раза по значению больше входного. И рассчитан должен быть на ток не менее требуемого тока драйвера. Один из важнейших элементов схемы – полевой транзистор Q1. Это должен быть N-канальный полевик с минимально возможным сопротивлением в открытом состоянии, безусловно, он должен с запасом выдерживать входное напряжение и нужную силу тока. Хороший вариант – полевые транзисторы SI4178, IRF7201 и др. Дроссель L1 должен иметь индуктивность 20-40мкГн и максимальный рабочий ток не менее требуемого тока драйвера.
Количество деталей этого драйвера совсем небольшое, все они имеют компактный размер. В итоге может получиться достаточно миниатюрный и, вместе с тем, мощный драйвер. Это импульсный драйвер, его КПД существенно выше, чем у линейных драйверов. Тем не менее, рекомендуется подбирать входное напряжение всего на 2-3В больше, чем падение напряжения на светодиодах. Драйвер интересен еще и тем, что выход 2 (DIM) микросхемы QX5241 может быть использован для диммирования – регулирования силы тока драйвера и, соответственно, яркости свечения светодиода. Для этого на этот выход нужно подавать импульсы (ШИМ) с частотой до 20КГц. С этим сможет справиться любой подходящий микроконтроллер. В итоге может получиться драйвер с несколькими режимами работы.
(13 оценок, средняя 4.58 из 5)