Проблема выбора светодиода стоит остро в связи с их широким ассортиментом и безграничным диапазоном цен. Технология производства и параметры LED ламп ускоряются очень быстро. Трудно угнаться за новинками, еще трудней разобраться в том, какой диод лучше, какой новее и что следует покупать в том или ином случае.

Безусловно, выбирать источник света следует исходя из потребностей. Если вы фанатик новинок и любите померяться длиной и шириной луча в компании единомышленников, естественно, вам необходимы последние суперяркие новинки. Для охотников, рыболовов, дайверов и прочих любителей активного времяпрепровождения важны яркость, фокусировка или рассеянность луча, его цветовой оттенок.

Расшифровка бин-кодов светодиодов

При производстве светодиодов им присваиваются бин-коды. На первый взгляд эта абракадабра не говорит ни о чем. Лишь зная классификацию, становится совершенно понятно, какой диод находится перед вами. Бин светодиода включает данные о конструкции корпуса, подгруппе цвета, оттенок цвета, код яркости. Имеются дополнительные цифры, относящиеся к внутреннему производственному коду, для пользователя они не имеют ценности.

Например:
XPGWHT-L1-1C0-R5 - это диод с корпусом XPG, цвет - WHT (белый), подгруппа L1- белый, 1C0 - оттенок по таблице ANSI, R5 - код яркости (139-148 люмен при 350 мА).

Cree XLAMP XR-E

Часто встречающийся, но довольно устаревший светодиод. Представляет собой небольшой кристалл с защитной стеклянной линзой, установленный на подложке, которая выполняет функцию теплоотвода и служит основой для контактов.

Мощность светового потока зависит от кода яркости и находится в диапазоне от Q2 (от 87,4 до 93,9 люмен) до R2 (от 114 до 122 люмен) притоке 350 мА. Как правило, диод такого класса используется в недорогих фонариках. Максимальная температура светоизлучающего кристалла до 150 °С, при работе с максимальным током не более 1 А и напряжении не более 3,9 В.

Выпускаются в цветовых оттенках:
теплый белый - 2700-3600°К;
нейтральный белый - 3700-5000°К;
холодный белый -5000-10000°К.

Cree XLAMP XP

• XPE. Эта серия пользуется особой популярностью за счет сочетания надежности конструкции, повышенным характеристикам светоотдачи и приемлемой стоимости. Внешне кристалл имеет большие размеры, чем предыдущие серии, рефлектор неглубокий. Максимальная температура 150 °C, сила тока 1 А, напряжение 3,4 В. Cree XPE имеет более широкую температурную шкалу цветов, в шкалу введен оттенок «Outdoor white» с диапазоном 4000-5300°К. Это более естественный холодный белый цвет. Яркостные бины: N4, P2, P3, P4, Q2, Q3, Q4, Q5, R2, R3, это 144-280 Лм. Световая отдача 19-34 лм/Вт.
• XPC. Эта серия является модификацией XP-E с силой тока 0,5 А и напряжением 3,5 В. Цветовые оттенки и мощность светового потока находится в том же диапазоне, что и у прототипа. Световая отдача выше (35-59 лм/Вт), соответственно можно говорить о явном преимуществе по этому параметру. XPE и XPC используются в малогабаритных ручных фонариках.
• XPG. Светодиод нового поколения, отличающийся сверхяркостью и эффективностью. Имеет сравнительно большую площадь кристалла, может выдерживать до 1,5 А. Световая отдача оставляет далеко позади предшественников и находится в диапазоне от 90 до 139 лм/Вт. Максимальный световой поток 346-534 Лм. Цветовой оттенок делится на 4 группы. Классификация яркостных бинов: Q4, Q5, R2, R3, R4, R5, S2, S3 - определяется при токе в 700 мА. Диоды этого класса используются для мощных ручных, спортивных фонарей. Для дальнобойных, суперярких фонарей следует использовать новейшую систему XP-G2, обладающую большей светоотдачей при стандартных характеристиках.

Cree XM-L

Очень мощный светодиод (10 Вт), использующийся в профессиональных фонарях и стационарных источниках освещения. Кристалл имеет размеры в 2,5 раза превосходящие XPG, что обеспечивает широкий пучок света. Если использовать неглубокий рефлектор, то получается большое заливное пятно от фонаря. Световой поток при токе в 3 А может достигать 900 Лм. Максимальный световой поток, зависящий от бина яркости - 1008 лм. Классификация яркостных бинов определяется при токе в 700 мА, используются: S6, T2-T6, U2, U3 (аналог Cree J-A5).

Какой диод выбрать?

Если вам важны световые характеристики, то на марку светодиода можно и не смотреть, так как она определяет лишь конструктивные особенности. Нет необходимости покупать мощный диод Cree XM-L для фонарика-брелока, здесь достаточно и XPE. Для мощных и надежных источников света лучше подойдут XP-G, XP-G2, XM-L, XM-L2.

Цветовая группа - это дело вкуса. Оптимальным вариантов является нейтральный или естественный белый. Исключение составляют профессионалы, которые используют светодиоды в своей оптике и им важен спектральный оттенок.

Мощность фонаря зависит от источника питания, а вот яркость непосредственно от бинов. При токе 350 мА наиболее яркими будут Q5 и R2, при токе 700 мА - T6, S3 или U2, U3. Выбирая яркостные бины, учитывайте, что некоторые из них, например, U, могут работать только в холодном спектре, поэтому для фонарей с мягким, теплым светом лучше подобрать что-то их кодировки T.

Разобраться, от каких параметров зависит работа фонарика, одинаково важно тем, кто хочет подобрать себе готовую модель, и желающим спроектировать устройство своими руками (будь то брелок-фонарик со светодиодом, карманный, налобный или походный вариант). Ремонт фонариков преимущественно зависит от их устройства, а замена некоторых элементов требует особых навыков. Яркий – вовсе не единственное определение для качественного устройства.

Первым делом следует обозначить назначение фонарика. Вряд ли возможно выделить универсальное устройство, одинаково эффективное в любых условиях. В конце концов, маленький карманный фонарик никогда не сравнится с мощным стационарным оборудованием, а самодельные приборы далеко не всегда превосходят уже готовые (даже китайского производства), и дело не только в том, как был подобран светодиод.

Габариты

Определиться с размерами фонаря необходимо в 2-х случаях: чтобы иметь возможность носить его с собой (в кармане, сумке и т.д.), и чтобы правильно рассчитать корпус при собственноручном составлении схемы.

Габариты также нужно знать при подборе аксессуаров. Налобный фонарь носят на специальной ленте, а походный – на клипсе или в матерчатом чехле (на поясе).

Параметры светового потока

Зачастую, требуется именно самый яркий фонарь, но не всегда большое количество люменов полностью определяют этот показатель. Не менее важная роль отводится углу рассеивания освещения. С освещением небольшой области может справиться и простой брелок-фонарик со светодиодом или любой карманный вариант. Чем уже луч – тем дальше может светить прибор, например, налобный фонарик для походов.

Важно: Линза может в корне изменить характеристики устройства. Схема работы фокусируемых фонарей довольно проста: положение линзы регулирует ширину и наклон луча по мере своего приближения/отдаления от светодиода.
Подбор самого светодиода

Именно источник света определяет большинство показателей фонарика (насколько он яркий). На работу устройства влияет не только сам светодиод, но также величина его рабочего тока. Силу тока нужно учитывать, чтобы ненароком не спалить девайс, ведь ремонт фонаря не всегда к месту. Светодиод и их цепочки могут по-разному группироваться, чтобы увеличить дальность или площадь охвата (самый большой обычно располагается ближе к центру).

Работа в автономном режиме

Длительность работы – весьма относительная величина. Она обусловлена не только выбором аккумулятора, но и режимом фонарика, за который отвечает светодиод. Как для самодельных устройств, так и для готовых, можно вмонтировать таймер для экономии энергии. Автономный режим может исчисляться часами (карманный и налобный фонарики) и даже сутками (аварийные и поисковые), на этот промежуток влияют преимущественно основные характеристики.

Виды элементов питания

Аккумуляторы различаются в зависимости от принципа получения энергии, среди наиболее популярных типов можно выделить такие:

• литиевые (Li-Ion);
• никель-металлогидридные (NiMH);
• никель-кадмиевый (NiCd);
• свинцово-кислотные;
• литий-полимерные (Li‑pol);
• никель-цинковые (NiZn).

Маленький фонарик (карманный или налобный) может работать и на обычных пальчиковых батарейках, в других случаях тип аккумулятора лучше подбирать исходя из общих требований, чтобы ремонт или замена батареи не стала нерешаемой задачей.

Режимы работы

Чем проще прибор – тем меньше режимов у него в арсенале. Самый простой яркий брелок-фонарик со светодиодом, карманный и налобный фонари, как правило, имеют не больше одного. Чем сложнее система – тем больше вероятность отказа одной из составляющих, т.е. тем чаще им требуется ремонт.

Классификация режимов:

• яркостные (минимальный-средний-максимальный);
• сигнальные (стробные);
• программируемые (настраиваются пользователем вручную).

Подверженность влиянию внешних факторов

Сама схема и светодиод должны быть защищены от ударов, тряски, попадания пыли и грязи. Для более серьезных устройств лучше обеспечить влагостойкость. Это бывает достаточно сложно не только при самостоятельной сборке, но и после приобретения готовых моделей. Водостойкость лучше проверять заранее, особенно на фонариках китайского производства, чтобы иметь возможность вовремя осуществить ремонт.

Расположение креплений

Фонарик должен быть удобными в эксплуатации. Для этого нужно заранее продумать, как будет составлена схема - расположение кнопок, ответственных за то, как работает светодиод, вспомогательные линзы и рассеиватели. Важно иметь возможность отрегулировать крепление (налобный или вело-фонарь), плотность зажима и др.

Стабилизация тока

Режим работы фонаря на светодиодах напрямую зависит от подаваемого тока, остальные характеристики при этом могут быть схожими. Устройства стабилизированного считаются более яркими и стабильными, но при разрядке быстро гаснут. Нестабилизированный же фонарь менее яркий, зато лампы гаснут постепенно, со временем сбавляя свою яркость до 0.

Разобравшись в параметрах устройства, становится намного проще не только подобрать интересующий вид фонарика (карманный, налобный, навесной, брелок-фонарик со светодиодом), но и определиться с требуемыми элементами, если есть собственная схема и подобран соответствующий светодиод, а также осуществить частичный ремонт устройства.

За долгое время я поменял великое множество светодиодных налобных фонариков, экономных светильников, мощных, компактных и подводных фонарей, а также всяческих вариантов резервного света, приобретя большой опыт в их практическом использовании. В этой статье я постараюсь рассказать вам, на каких фонарях я остановился, попробую вкратце объяснить, какие бывают типы фонарей, какие бывают источники света, как разобраться в маркировке светодиодов LED, какие элементы питания лучше выбрать и почему. Нужно отметить, что я не являюсь фанатом фонарей, они меня интересуют исключительно с точки зрения практичности и удобства. Я не буду гнаться за лишними 10% мощности света, покупая модный фонарь за 200 долларов, предпочту выбрать тот, что светит на 10% слабее, но при этом в десять раз дешевле. Пожалуй, начнем с базовых понятий.

Какие светодиоды используются в фонариках

Поскольку передо мной не стоит цель раскрыть всю гамму источников света, которые используются в фонарях, я остановлюсь на основных, наиболее популярных источниках, светодиодах. Думаю, не ошибусь, если скажу, что на сегодняшний день больше 90% выпускаемых фонарей это LED-фонари. Поэтому отбросим лампы накаливания и газоразрядные лампы, как малоэффективные для наших целей.

Какие же светодиоды можно встретить в туристических фонарях и светильниках?

Самый популярный производитель светодиодов, фирма Cree, делит свою продукцию на два типа. Это мощные светодиоды, под общим названием XLamp и сверхъяркие (High-Brightness ). Они отличаются потребляемой мощностью, в первую группу входят светодиоды с допустимой величиной тока 350 мА и выше. Сверхъяркие рассчитаны на меньший рабочий ток, в среднем 30-50 мА. В третью группу я бы отнес светодиоды COB, это относительно новая технология, позволяющая в одном корпусе размещать несколько светоизлучающих кристаллов. Плюсом данной технологии является относительная дешевизна подобных элементов, поскольку для каждого элемента не нужен отдельный корпус и его не нужно отдельно распаивать. Минус в том, что энергоэффективность от размещения нескольких кристаллов в одном корпусе не улучшилась, зато увеличилась площадь излучающей поверхности, что критично для мощных дальнобойных фонарей, больший по площади источник света сложней сфокусировать.

Это всё диоды поверхностного монтажа, они устанавливаются на теплопроводящую подложку. Есть еще светодиоды индикаторного типа, на ножках, которые монтируются в дырочки на плате (т. к. нет проблемы с нагревом). Они имеют довольно низкую яркость, но при этом исключительно маломощные (ниже 25 мА), что позволяет использовать их в тех фонарях и светильниках, для которых критична не яркость, а длительность работы.

Теперь я попытаюсь на примерах рассказать, какие типы диодов для каких целей используются, а также расскажу, как расшифровать названия светодиодов.

От чего светится светодиод? Немного о драйверах

Для работы светодиода важны два параметра - рабочее напряжение и ток. Рабочее напряжение светодиода иногда называют "падение напряжения". Это значит, что после прохождения нашего светодиода напряжение в цепи будет меньше ровно на величину этого "падения". Если мы подадим питание 6 вольт на светодиод, у которого падение напряжения 3,7 В, то он их потребит, а включенному после него в эту же цепь прибору достанется 2,3 вольта. Но самое важное для нас: светодиоду важен ток, а не напряжение.

Напряжения он возьмет столько, сколько ему нужно, а вот ток постарается усвоить весь. Если ваш источник питания может выдать 100 ампер - светодиод будет потреблять ток, пока не сгорит. Схема работы простая: светодиод потребляет ток и от этого греется. При нагреве сопротивление светодиода падает, значит больше тока через него может пройти, он еще сильней греется, сопротивление падает еще больше, и так далее. Если не ограничивать ток, то светодиод просто сгорит. Поэтому в цепи питания светодиода обязательно должен быть ограничивающий элемент.

В общем, последовательно со светодиодом нам нужно поставить ограничитель тока, "горлышко", через которое не пройдет больше, чем может усвоить наш светодиод. Этот элемент называется "драйвер". Самый простой драйвер - резистор. Он используется в тех схемах, где нет регулировки яркости свечения и напряжение источника питания не скачет.

Более сложные драйверы умеют стабилизировать рабочее напряжение на уровне величины падения напряжения светодиода, а также регулировать силу тока, тем самым изменяя яркость свечения. За различные режимы свечения фонаря (мигалка, SOS и т.п.) тоже отвечает драйвер.

Нужно сказать, что именно от драйвера зависит яркость и долговечность фонаря.

Использование мощных светодиодов Cree в фонарях

Начнем с мощных светодиодов Cree, поскольку большинство мощных фонарей, среди которых вам предстоит выбирать, будут построены именно на диодах Cree. Что нужно знать об этих светодиодах, чтобы выбрать подходящий? Первое - это технология производства, например XM-L и XM-L2. При одинаковой мощности 10Вт и максимальном токе светодиод XM-L выработает световой поток 1000 лм, а Cree ХМ-L2 – почти 1200 лм.

Однако, в маркировке диодов используется еще так называемый бин яркости . При изготовлении возможен технологический разброс, поэтому каждая партия светодиодов сортируется по яркости и цветовому оттенку белого. Самые яркие диоды продаются дороже, менее яркие - дешевле. Маркировка яркости у Cree идет от бина J - это примерно 30 люменов при токе 350 мА, до бина U2 - более 300 люменов при том же токе.

Что еще важно? Оттенок излучаемого света. Основными источниками света в природе являются нагретые тела. Поэтому изначально спектр видимого излучения, который зависит от температуры нагрева, измеряемой в Кельвинах, называют термином "цветовая температура". В описании светодиодных фонарей, которые можно купить на Алиэкспрессе, редко встретишь указание цветовой температуры, обычно там используются термины "Warm white", "White" и "Cool white", что в переводе означает "тёплый белый", "белый" и "холодный белый". Из личного опыта могу сказать, что в большинстве случаев стоит выбирать холодный белый. Я сравнивал в походных условиях, летом, на рыбалке. При одинаковой яркости свечения в луче холодного белого света картинка получается более контрастной, более детализированной.

То есть, если нам нужен максимально яркий фонарь, то стоит выбрать фонарь на светодиоде XM-L2 с бином яркости U2 и холодным белым оттенком свечения.

Для примера - таблица цветовой температуры естественных источников света.

Окей, мы выбрали светодиодный фонарь. Мощный, яркий. Остается вопрос: чем мы будем его питать? Светодиод Cree xm-l2 в максимальном режиме потребляет 3А, а в нормальном режиме 700 мА при 2,85 вольта, питается он обычно от литиевых аккумуляторов 18650, максимальная емкость самых дорогих - 3700 мАч при напряжении 3,7 вольта. Таким образом, в идеальных условиях (если не учитывать КПД драйвера) от самого дорогого аккумулятора наш фонарь проработает всего 96 минут при максимальной яркости или около 6 часов при обычной.

И тут возникает вопрос: а хватит нам шести часов работы фонаря на одну рыбалку? Есть ли смысл тратить по пять долларов на один аккумулятор, которого хватит на 6 часов не очень яркого свечения, или лучше заказать фонарь менее яркий, но более долгоиграющий? Нужен ли нам фонарь такой бешеной яркости (а 1200 люменов - это яркость свечения лампы накаливания на 100Вт), или хватит и половины? Вот тут мы начинаем рассматривать в фонарях светодиоды других типов, например XR-C, XR-E, XP-C или XP-E, которые хоть и выдают при работе меньший бин яркости, но зато куда менее прожорливы. Я не буду расписывать характеристики этих светодиодов, вы без труда их найдете в поисковиках. Ниже, в описаниях фонарей, я буду упоминать, какие светодиоды и для чего я использовал.

Фонарь Small Sun ZY-A21

Купил его, как хороший дальнобойный фонарь под питание от никелевых аккумуляторов AA или литиевых 14500. Поначалу был очень доволен яркостью, однако производитель меня подвёл: он установил неподходящий драйвер. Через пару лет после покупки фонарь начал мигать, я его разобрал, измерил напряжение и ток. Выяснилось, что драйвер в максимальном режиме отдает ток 2,1 А, а в "половинном" 1,1 А, при максимально допустимом токе в 1А для установленного светодиода Cree XR-E. Это повышало яркость свечения, но очень сильно снижало срок службы диода, который в результате почернел.

Пользуясь тем, что на Алиэкспрессе светодиодов, я заказал вместо XR-E светодиод XP-L, который запросто может переварить и 3 ампера. Единственное, как я уже говорил, зря я заказал теплый белый. Нужно было заказывать холодный.

Что получилось в результате: яркость сильно увеличилась, как в максимальном, так и в половинном режиме. Но из-за другой формы и размера светодиода увеличился размер и исчезла четкая граница светового пятна, поскольку рефлектор фонаря был спроектирован под "линзованный" XR-E. Дальнобойность осталась той же: большая яркость компенсирует расфокусировку. Огромный плюс в том, что светодиод работает в щадящем режиме и теперь фонарь будет служить очень долго.

Общая мысль: я очень редко использую этот фонарь по назначению. В основном он лежит дома на случай отключения света. Тем, кому нужно светить далеко и ярко, он подошел бы больше. Например, охраннику большой территории, чтобы посветить, кто там ходит на другом конце ангара, а при необходимости и треснуть им злодея по башке. На рыбалке в 99% случаев хватает налобного фонаря.

В силу недолговечности фонарь А21 больше не выпускают, да я бы его и не рекомендовал. Но с диодом XP-L он имеет полное право на существование, поэтому я порекомедую два бюджетных фонаря проверенного производителя, одинаковой конструкции, с диодами XP-L и XM-L (первый ярче, но дороже на пару долларов).

Налобные фонари с Алиэкспресс

Рыбацкие налобные фонари вещь незаменимая, поэтому у меня их пять штук. Во-первых, я редко езжу на рыбалку один. Во-вторых, фонарь для рыбака или туриста - вещь первой необходимости: всегда нужно иметь два запасных. Ну и наконец, первый фонарь был куплен лет пятнадцать назад, когда про светодиоды Cree ходили легенды, а фонари на этих диодах покупали энтузиасты за огромные деньги. По большому счету, тогда и аккумуляторов нормальных не было, поэтому самым важным показателем для налобного фонарика было время работы от одного комплекта батареек. С него и начнем.

Экономичный налобный фонарь на индикаторных светодиодах

Самый популярный фонарь середины 2000-х годов. Я видел версии на 3, 9, 12, 18 и даже 24 светодиода. На упаковках писались сумасшедшие цифры до 500 люмен, но на самом деле индикаторные светодиоды имеют яркость примерно 2 люмена на штуку. У них не было регулировки по высоте, не было фокусировки луча, но зато они весили всего около 30 граммов. При этом огромнейший плюс - энергопотребление, точнее, его отсутствие. Рабочий ток одного диода, в зависимости от модели, до 20 мА. Фонарь, забытый в сумке включенным на минимальной яркости, на следующей рыбалке, через неделю, еще светился. На полной яркости иной фонарь мог работать двое суток подряд. Конечно, подобного дедушку сейчас найти сложно, но фонарь может с успехом его заменить: сверхъяркий COB-диод, минимум сутки работы на полной яркости и до недели работы в экономном режиме (от щелочных батареек). И вся эта радость дешевле двух долларов.

Еще один близкий по идеологии фонарь, с важным улучшением: возможностью регулировки угла наклона. Вместо индикаторных светодиодов используется COB, это сильно увеличивает яркость, хотя и сокращает время работы. Цена - те же .

Совершенно однозначно один такой фонарь нужно иметь. У меня он всегда лежит в машине, на случай, если нужно будет ночью менять колесо, предохранитель или проверить уровень масла, или если на рыбалке остальные фонари намокнут. Внутри установлены аккумуляторы Eneloop ( в другой статье), они спокойно держат заряд больше года.

Налобный фонарь, проверенный временем

Я купил две штуки в 2011-м году, когда в продаже появились первые доступные Cree Q5, помню, в 16 долларов мне обошлись. Это вполне серьезный фонарь, с регулировкой луча, которым можно и рыбу при вываживании подсветить, и над столом за ужином повесить. Комплекта аккумуляторов хватает на одну ночь. Есть регулировка наклона, удобный ремень. Хороший эконом-вариант, при нынешней цене .

Крайне советую этот фонарь, если у вас есть несколько комплектов аккумуляторов ААА, которые можно будет использовать в этом фонаре. Если нет - читайте дальше.

Налобный фонарь на Cree XM-L с Алиэкспресс

Налобные фонари на мощных светодиодах, которые фактически заменили мне все остальные фонари. Первый из них я купил, когда увидел такой у друга на рыбалке. Огромный запас яркости, в максимальном режиме используется очень редко, но незаменим при вываживании крупной рыбы: даже широкий луч пробивает воду на несколько метров. Например, если вы стоите на обрыве и вываживаете крупного сома в подсачек с четырехметровой ручкой, то вы видите и сам подсачек, и все маневры рыбы у вас под контролем.

Был куплен в комплекте с аккумуляторами и автомобильным зарядным устройством. Большой плюс в том, что можно подзарядить прямо в машине. Минус в том, что мне досталась версия с гнездом под один аккумулятор. Сейчас продают версию на два аккумулятора за те же деньги (около $7). Почему я рекомендую версию на два аккумулятора? Cree XM-L - очень мощный светодиод, в максимальном режиме до 10 Вт. Я купил 12 аккумуляторов на 2600 мАч, одного аккумулятора хватает на час в максимальном режиме и на три часа в экономном. Если рыбалка на всю ночь, аккумулятор приходится менять. Двух аккумуляторов (5200 мАч) на ночь хватило бы с головой, а поскольку ток разряда на одну банку был бы в два раза меньше, это увеличило бы время работы еще процентов на 15. А еще двухячеечные фонари при необходимости запросто работают с одним аккумулятором, поскольку соединение там параллельное. Вес лишнего аккумулятора можно не принимать во внимание, поскольку он находится на затылке и вообще не ощущается.

Фонари, так что я купил себе один, думая, что завершил поиск идеального фонаря для своих нужд. Будьте внимательны: этот фонарь после покупки желательно раскрутить и в резьбовое соединение капнуть герметик. Это предохранит вас от внезапно улетевшей в снег линзы, которую ночью очень неудобно искать, но позволит в случае необходимости разобрать фонарь (не могу представить, зачем, но мало ли).

Только что, когда делал фото фонарей для этой статьи, обратил внимание, что во втором фонаре стоит не XM-L, а XP-E2. Я был уверен, что там XML и вначале расстроился, но вспомнил, что осенью в полевых условиях использовал оба фонаря по очереди и разницы не заметил. Скорее всего потому, что XP-E2 имеет в два раза меньшую площадь излучающей поверхности, за счет чего луч лучше фокусируется. Зато он потребляет в три раза меньше энергии, т.е. будет работать в три раза дольше. Пожалуй, это действительно идеальный фонарь: 12 часов на половинной яркости, 5 часов и мощный тонкий луч на полной, оптимальный компромисс между яркостью и временем работы.

Сравнение яркости фонарей на XP-L, XM-L и XP-E2

Итоговое фото, иллюстрирующее предыдущий текст.

1. В центре - фонарь на светодиоде XP-L V5. Как и следовало ожидать, он дает больше всего света. Однако, оттенок - тёплый белый - смягчает картинку. Из-за использования в фонаре не того светодиода, под который он был спроектирован, луч сфокусирован нечетко, световое пятно имеет размытые края.
2. Слева фонарь на диоде XM-L T2, оттенок cool white. Не такой яркий, но отлично сфокусирован. Картинка более контрастная.
3. Справа фонарь на XP-E2. Световое пятно меньше, отличный фокус, яркость тоже приличная.

Выводы делайте сами. На сегодняшний момент, я чаще всего использую третий фонарь.

Использование в фонарях светодиодов давно уже перешло из модных тенденций в теоретически и практически обоснованную необходимость. Они, в отличие от лампы накаливания, созданы для использования в направленных источниках света.

Многочисленные особенности светоизлучающей матрицы диодов позволяют получать устройства с параметрами, к которым лампе накаливания даже теоретически невозможно приблизиться.

Самые мощные фонарики в мире

Самый мощный тактический фонарик в мире создан корейской компанией Polarion на основе ксеноновой лампы. Выпускаются две модели PH50 и PF50 (с ручкой и без).

Изначально сверхмощный тактический фонарик выпускался для спецслужб и войск специального назначения. Сейчас он доступен для покупки. Средняя цена — 1100$. Пройдемся по его характеристикам.

• Световой поток 5200 люмен;
• дальность луча 1500 метров;
• вес — 1,8кг;
• время розжига до максимальной яркости — 4 секунды;
• время работы 90 минут;
• время заряда батарей от сети 220В — 4 часа.

Но фактически это далеко не предел.

В Германии (Франкфурт) был изготовлен самодельный светодиодный фонарь с мощностью светового потока 18000 люмен! Он настолько яркий, что способен запросто выжечь сетчатку глаза.

Виды мощных светодиодных фонарей

Существует около 10 разновидностей фонарей в зависимости от их назначения:

• Ручные компактные или полноразмерные фонарики. Классический формфактор, подходят для бытовых повседневных нужд.
• Налобные фонари. Позволяет освещать рабочее пространство, при этом оставляя руки свободными.
• Узкоспециализированные фонарики. К ним относятся подводные фонари, ударопрочные туристические, лазерные, тактические (подствольные) и пр.
• Фонарик-шокер. Выполняет защитную роль. Оснащается мощной батареей и выдает напряжение дуги до 3 000 000 Вольт.

Мы будем рассматривать ручные полноразмерные фонарики высокой мощности. Их можно разделить на два типа, в зависимости от назначения: сигнальные и осветительные.

Сигнальные фонари предназначены для создания узконаправленного пучка света, сохраняющего фокусировку на больших расстояниях.

Такой тип дает пятно высокой яркости даже на расстоянии 600-800 метров.

В осветительных фонарях рефлекторы рассеивающего типа. Они обеспечивают яркое освещение с углом луча около 120 градусов.

Как выбрать светодиодный фонарь

Разберем, на что обращать внимание при выборе мощного светодиодного фонаря.

Мощность светового потока: от 60 люмен до 4600 люмен. Чем больше тем он ярче и тем быстрее будет садиться батарея.

По интенсивности светового потока можно прикинуть на сколько далеко он будет светить. Определите расстояние по таблице ниже.

Тип источника питания:

• батарейки;
• аккумуляторы;
• комбинированный (аккумуляторы со встроенным генератором).

Выбираем по потребностям. Аккумуляторный стоит дороже, но при регулярном использовании выигрываем на зарядках. На батарейках дешевле, но выбирая мощный светодиод, покупать вы их будете еженедельно.

От типа источника питания зависит время его работы. По сути чем больше тем лучше, но и значительно дороже. Выбирайте по финансам. Усредненная емкость батареек, в зависимости от ее типа, показана в таблице ниже. В зависимости от емкости можно посчитать сколько проработает светодиодный фонарик (как считать смотрите ниже).

Тип фокусировки:

• сигнальный (поисковый);
• осветительный.

Свет сигнального фонаря фокусируется в тонкий луч, позволяя светить намного дальше обычных фонарей. Но помимо пятна луча, вокруг ничего не будет видно.

Осветительные фонарики более расфокусированы, ими удобнее пользоваться в быту, на велосипеде, охоте и т.д.

Как выбрать бытовой светодиодный фонарик

Для бытовых нужд высокая мощность не нужна. Более важный параметр – срок службы элементов питания.

Если планируется регулярное использование фонарика, лучше рассмотреть модели на аккумуляторах со встроенным генератором. Встроенный генератор не позволит остаться без освещения. Работает по принципу динамомашины, для бытовых нужд это оптимальный, практически вечный вариант.

Как выбрать мощный аккумуляторный светодиодный фонарь

Мощные фонарики на светодиодах приобретают те, кто увлекается рыбалкой, охотой либо часто выезжает на природу с ночёвкой.

В первую очередь смотрим на тип защиты корпуса:

• Класс защиты IP50 обеспечивает защиту от грязи и пыли;
• класс защиты IP65 – изделия которые не боятся влаги, а с маркировкой IP67-69 можно даже погружаться под воду.

Мощность светодиодов и батарей для бытового фонарика выбирайте исходя из потребностей. Выше предоставлены рекомендации.

Как посчитать время работы фонарика от батареек или аккумуляторов

Напряжение питания кристалла светодиода 3,2-3,4В. Средний потребляемый ток 300мА на 100 люмен.

При питании слабого фонарика с яркостью 50 люмен, от 2-х батареек типа AA, с суммарной ёмкостью 4000 мАч — их хватит на 26 часов непрерывной работы фонаря. С учетом погрешности на потребление тока и емкость аккумулятора, добавим поправочный коэффициент 0,8. Итого 21 час.

Время работы = 4000мАч (емкость наших батареек) / 150 мА (потребляемый светодиодом ток) * 0,8 = около 21 часа.

Емкость можно найти на самих батарейках или в паспорте фонарика (если он аккумуляторный). Потребляемый ток берем исходя из светового потока установленного светодиода (есть в паспорте фонаря или можно найти по маркировке светодиодной матрицы).

При световом потоке супер мощного фонаря в 1000Лм, потребление будет 3000мА. Делим емкость 4000 на потребление 3000 с коэффициентом 0,8 = получаем срок непрерывной работы от тех же 2-х батареек AA в 1 час.

Как переделать обыкновенный фонарик в светодиодный

Цена мощных фонарей от 20 до 500 долларов. В то же время за пару долларов можно приобрести обыкновенный фонарь с качественным корпусом, который при минимальных вложениях превратится в мощный источник света на диодах.

Какой светодиод лучше для фонарика? Используемый светодиод должен быть рассчитан на напряжение до 5 вольт и обладать компактными размерами.

Самый яркий светодиод для фонарика

Если вы хотите собрать очень мощный фонарь при минимальных вложениях обратите внимание на такую модель, как Luminus SST-90-WW Star 30Вт. Напряжение питания у него 3-3,7 вольта, что позволит сделать фонарь достаточно компактным.

Световой поток при потребляемом токе 9000мА — 2300 люмен. Понятно, что от пальчиковых аккумуляторов, а тем более от обыкновенных батареек он нормально работать не сможет.

Для изготовления такого фонаря лучше использовать массивный корпус в который можно будет установить один или два аккумулятора на 6 вольт по 6Ач.

Для охлаждения матрицы потребуется массивный радиатор и драйвер питания.

Переделка в таком варианте стоит 35-40 долларов, но аналогичные по мощности готовые решения стартуют от 100-120 долларов.

При создании аналогичной конструкции на трёх ярких светодиодах для фонарика Cree XM-L2 T6 10Вт, конструкция обойдется почти в два раза дешевле, за счёт цены драйверов и самих диодов.

Самодельный яркий фонарик

Выбирайте для фонарика компактный диод мощностью до 1Вт. Напряжение питание диода 3,2-3,6 В, потребляемый ток 300мА, световой поток 100 люмен. Относительно невысокая мощность позволит обойтись без радиатора охлаждения.

При размере светоизлучателя 25 х 25 мм на него возможно установить 9 таких светодиодов с суммарной яркостью 900 люмен. В качестве драйвера возможно использовать бюджетный стабилизатор тока LM317 (). При суммарном потреблении тока до 2700 мА, питать этот фонарь можно от двух пальчиковых аккумуляторов.

Общие затраты на переоборудование не превысят десяти долларов.

Светодиодный фонарик.

http://ua1zh. *****/led_driver/led_driver. htm

Наступила осень, на улице уже темно, а лампочек в подъезде как не было, так и нет. Вкрутил... На следующий день - снова нет. Да, таковы реалии нашей жизни... Купил жене фонарик, но он оказался слишком большой для сумочки. Пришлось сделать самому. Схема не претендует на оригинальность, но, может, кому и сгодится - судя по инет_форумам, интерес к подобной технике не снижается. Предвижу возможные вопросы - "А не проще ли взять готовую микросхему наподобие ADP1110 и не заморачиваться?" Да, разумеется, намного проще,
вот только стоимость этой микросхемы в Чип&Дипе 120 рублей, минимальный заказ - 10шт и срок исполнения - месяц. Изготовление же данной конструкции заняло у меня ровно 1 час 12 минут, включая время на макетирование, при величине затрат 8 рублей на светодиод. Остальное у уважающего себя радиолюбителя всегда найдётся в хламовнике.

Собственно вся схема:

Ч естное слово, буду ругаться, если кто-то спросит - а на каком принципе всё это работает?

А ещё больше буду ругать ся, если потребуют печатку...

Ниже пример практического исполнения конструкции. Для корпуса взята подходящая коробочка из-под какой-то парфюмерии. При желании можно сделать фонарик ещё компактнее - всё определяется используемым корпусом. Сейчас вот думаю засунуть фонарик в корпус от толстого маркера.

Немного о деталях: Транзистор я взял КТ645. Просто вот такой под руку попался. Можно поэкспериментировать с подбором VT1, если есть время и тем самым слегка поднять КПД, но вряд ли можно достичь радикальной разницы с применённым транзистором. Трансформатор намотан на подходящем кольце из феррита с большой проницаемостью диаметром 10мм и содержит 2х20 витков провода ПЭЛ-0.31. Обмотки мотают сразу двумя проводами, можно без скрутки - это же не ШПТЛ... Выпрямительный диод - любой Шоттки, конденсаторы - танталовые smd на напряжение 6 вольт. Светодиод - любой сверхяркий белый на напряжение 3-4 вольта. При использовании в качестве батареи аккумулятора с номинальным напряжением 1.2 вольта ток через имеющийся у меня светодиод составлял 18мА, а при использовании сухой батареи с номиналом 1.5 вольта - 22 ма, что обеспечивает максимальную светоотдачу. В целом устройство потребляло примерно 30-35мА. Учитывая эпизодическое использование фонарика, батареи вполне может хватить и на год.

В момент подачи напряжения батареи на схему, падение напряжения на резисторе R1, включенным последовательно со светодиодом высокой яркости, равно 0 В. Следовательно, транзистор Q2 выключен, а транзистор Q1 находится в насыщении. Насыщенное состояние Q1 включает MOSFET транзистор, тем самым подавая напряжение батареи на светодиод через индуктивность. Так как ток, протекающий через резистор R1 возрастает, это включает транзистор Q2 и выключает транзистор Q1 и, следовательно, MOSFET транзистор. Во время выключенного состояния MOSFET транзистора, индуктивность продолжает обеспечивать питание светодиода через диод Шоттки D2. В качестве HB светодиода используется 1 Вт Lumiled светодиод белого свечения. Резистор R1 помогает управлять яркостью свечения светодиода. Увеличение номинала резистора R1 уменьшает яркость свечения. http://www. *****/shem/schematics. html? di=55155

Делаем современный фонарик

http://www. *****/schemes/contribute/constr/light2.shtml

Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора тока

Используя же давно известную в радиолюбительских кругах схему (рис. 1) импульсного стабилизатора тока с применением современных доступных радиодеталей можно собрать очень неплохой светодиодный фонарь.

Автором для доработки и переделки был приобретен беспородный фонарь с аккумулятором 6 В 4 Ач, с «прожектором» на лампе 4,8 В 0,75 А и источником рассеянного света на ЛДС 4 Вт. «Родная» накальная лампочка почти сразу почернела ввиду работы на завышенном напряжении и вышла из строя после нескольких часов работы. Полной зарядки аккумулятора при этом хватало на 4-4,5 часа работы. Включение ЛДС вообще нагружало аккумулятор током около 2,5 А, что приводило к его разряду через 1-1,5 часа.

Для усовершенствования фонаря на радиорынке были приобретены белые светодиоды неизвестной марки: один с лучом расходимостью 30o и рабочим током 100 мА для «прожектора» а также десяток матовых с рабочим током 20 мА для замены ЛДС. По схеме (рис.1) был собран генератор стабильного тока, имеющий КПД порядка 90%. Схемотехника стабилизатора позволила использовать для переключения светодиодов штатный переключатель. Указанный на схеме светодиод LED2 представляет собой батарею из 10 параллельно соединенных одинаковых белых светодиодов, расчитаных на силу тока 20 мА каждый. Параллельное соединение светодиодов кажется не совсем целесообразным в виду нелинейности и крутизны их ВАХ, но как показал опыт, разброс параметров светодиодов настолько мал, что даже при таком включении их рабочие токи практически одинаковы. Важно только полная идентичность светодиодов, по возможности их надо купить «из одной заводской упаковки».

После доработки «прожектор» конечно стал немного послабее, но вполне достаточен, режим рассеянного света визуально не изменился. Но теперь благодаря высокому КПД стабилизатора тока при использовании направленного режима от аккумулятора потребляется ток 70 мА, а в режиме рассеянного светамА, то есть фонарь может работать без подзарядки примерно 50 или 25 часов соответственно. Яркость от степени разряженности аккумулятора не зависит благодаря стабилизации тока.

Схема стабилизатора тока работает следующим образом: При подаче питания на схему транзисторы Т1 и Т2 заперты, Т3 открыт, потому как на его затвор подано отпирающее напряжение через резистор R3 . Благодаря наличию в цепи светодиода катушки индуктивности L1 ток нарастает плавно. По мере возрастания тока в цепи светодиода возрастает падение напряжения на цепочке R5- R4, как только оно достигнет примерно 0,4 В, откроется транзистор Т2, а вслед за ним и Т1, который в свою очередь закроет токовый ключ Т3. Нарастание тока прекращается, в катушке индуктивности возникает ток самоиндукции, который через диод D1 начинает протекать через светодиод и цепочку резисторов R5- R4. Как только ток уменьшиться ниже определенного порога, транзисторы Т1 И Т2 закроются, Т3 -- откроется, что приведет к новому циклу накопления энергии в катушке индуктивности. В нормальном режиме колебательный процесс происходит на частоте порядка десятков килогерц.

О деталях: особых требований к деталям не предъявляется, можно использовать любые малогабаритные резисторы и конденсаторы. Вместо транзистора IRF510 можно применить IRF530, или любой n-канальный полевой ключевой транзистор на ток более 3 А и напряжение более 30 В. Диод D1 должен быть обязательно с барьером Шоттки на ток более 1 А, если поставить обычный даже высокочастотный типа КД212, КПД снизится до 75-80%. Катушка индуктивности может быть самодельная, мотают ее проводом не тоньше 0,6 мм, лучше - жгутом из нескольких более тонких проводов. Около 20-30 витков провода на броневой сердечник Б16-Б18 обязательно с немагнитным зазором 0,1-0,2 мм или близкий из феррита 2000НМ. При возможности толщину немагнитного зазора подбирают экспериментально по максимальному КПД устройства. Неплохие результаты можно получить с ферритами от импортных катушек индуктивности, устанавливаемых в импульсных блоках питания а также в энергосберегающих лампах. Такие сердечники имеют вид катушки для ниток, не требуют каркаса и немагнитного зазора. Очень хорошо работают катушки на тороидальных сердечниках из прессованного железного порошка, которые можно найти в компьютерных блоках питания (на них намотаны катушки индуктивности выходных фильтров). Немагнитный зазор в таких сердечниках равномерно распределен в объеме благодаря технологии производства.

Эту же схему стабилизатора можно использовать и совместно с другими аккумуляторами и батареями гальванических элементов напряжением 9 или 12 вольт без какого-либо изменения схемы или номиналов элементов. Чем выше будет напряжение питания, тем меньший ток будет потреблять фонарик от источника, его КПД будет оставаться неизменным. Рабочий ток стабилизации задают резисторы R4 и R5. При необходимости ток может быть увеличен до 1 А без применения теплооотводов на деталях, только подбором сопротивления задающих резисторов.

Зарядное устройство для аккумулятора можно оставить «родное» или собрать по любой из известных схем или вообще применить внешнее для уменьшения веса фонаря.

Собирается устройство навесным монтажом в свободных полостях корпуса фонарика и заливается термоклеем для герметизации.

Неплохо также добавить в фонарь новое устройство: индикатор степени заряженности аккумулятора (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема индикатора степени зарядки аккумулятора.

Устройство представляет собой по сути вольтметр с дискретной светодиодной шкалой. Этот вольтметр имеет два режима работы: в первом он оценивает напряжение на разряжаемом аккумуляторе, а во втором -- напряжение на заряжаемом аккумуляторе. Потому, чтобы правильно оценить степень заряженности для этих режимов работы выбраны разные диапазоны напряжений. В режиме разряда аккумулятор можно считать полностью заряженным, когда на нем напряжение равно 6,3 В, когда он полностью разрядится, напряжение снизится до 5,9 В. В процессе же зарядки напряжения другие, полностью заряженным считается аккумулятор, напряжение на клеммах которого 7,4 В. В связи с этим и выработан алгоритм работы индикатора: если зарядное устройство не подключено, то есть на клемме «+ Зар.» нет напряжения, «оранжевые» кристаллы двухцветных светодиодов обесточены и транзистор Т1 заперт. DA1 формирует опорное напряжение, определяемое резистором R8. Опорное напряжение подается на линейку компараторов ОР1.1 - ОР1.4, на которых и реализован собственно вольтметр. Чтобы увидеть, сколько заряда осталось в аккумуляторе, надо нажать на кнопку S1. При этом будет подано напряжение питания на всю схему и в зависимости от напряжения на аккумуляторе загорится определенное количество зеленых светодиодов. При полном заряде будет гореть весь столбик из 5 зеленых светодиодов, при полном разряде -- только один, самый нижний светодиод. При необходимости напряжение корректируют, подбирая сопротивление резистора R8. Если включается зарядное устройство, через клемму «+ Зар.» и диод D1 напряжение поступает на схему, включая «оранжевые» части светодиодов. Кроме того, открывается Т1 и подключает параллельно резистору R8 резистор R9, в результате чего опорное напряжение, формируемое DA1 увеличивается, что приводит к изменению порогов срабатывания компараторов -- вольтметр перестраивается на более высокое напряжение. В этом режиме все время, пока аккумулятор заряжается, индикатор отображает процесс его зарядки также столбиком светящихся светодиодов, только на этот раз столбик оранжевый.

Самодельный фонарик на светодиодах

Статья посвящается туристам-радиолюбителям, и всем, кто так или иначе сталкивался с проблемой экономичного источника освещения (например палатки в ночное время). Хотя в последнее время фонарями на светодиодах никого не удивишь, я все же поделюсь своим опытом в создании подобного прибора, а также постараюсь ответить на вопросы тех, кто захочет повторить конструкцию.

Примечание: статья рассчитана на "продвинутых" радиолюбителей, хорошо знающих закон Ома и державших в руках паяльник.

За основу был взят покупной фонарик "VARTA" с питанием от двух батареек типа АА:

https://pandia.ru/text/78/440/images/image006_50.jpg" width="600" height="277 src=">

А вот как выглядит схема в собранном виде:

опорных" точек служат ножки DIP-микросхемы.

Несколько пояснений к схеме: Электролитические конденсаторы - танталовые ЧИП. Они имеют низкое последовательное сопротивление, что несколько улучшает КПД. Диод Шоттки - SM5818. Дроссели пришлось соединить два в параллель, т. к. не оказалось подходящего номинала. Конденсатор С2 - К10-17б. Светодиоды - сверхяркие белые L-53PWC "Kingbright". Как видно на рисунке, вся схема легко уместилась в пустом пространстве светоизлучающего узла.
Выходное напряжение стабилизатора в данной схеме включения равно 3.3В. Поскольку падение напряжения на диодах в номинальном диапазоне токов (15-30мА) составляет около 3.1В, то лишние 200мВ пришлось высеять на резисторе, включенном последовательно с выходом. Кроме того, небольшой последовательный резистор улучшает линейность нагрузки и стабильность схемы. Связано это с тем, что диод имеет отрицательный ТКС, и при разогреве его прямое падение напряжения уменьшается, что приводит к резкому росту тока через диод, при питании его от источника напряжения. Разравнивать токи через параллельно включенные диоды не пришлось - различия яркости на глаз не наблюдалось. Тем более, что диоды были одного типа и взяты из одной коробки.
Теперь о конструкции светоизлучателя. Пожалуй, это самая интересная деталь. Как видно на фотографиях, светодиоды в схеме не запаяны намертво, а являются съемной частью конструкции. Это я решил сделать для того, чтобы не курочить фонарик, и при случае в него можно было бы вставить обычную лампочку. В результате долгих раздумий на предмет убиения двух зайцев родилась вот такая конструкция:

Думаю, что особых пояснений здесь не требуется. Потрошится родная лампочка от этого же фонарика, во фланце с 4-х сторон делаются 4 пропила (один там уже был). 4 светодиода располагаются симметрично по кругу с некоторым растопыром для большего угла охвата (пришлось немного подпилить их у основания). Плюсовые выводы (так получилось по схеме) припаиваются на цоколь возле пропилов, а минусовые вставляются изнутри в центральное отверстие цоколя, обрезаются и тоже пропаиваются. В результате получается такой вот "ламподиод", встающий на место обычной лампочки накаливания.

И в заключение, о результатах испытаний. Для тестирования были взяты полудохлые батарейки, чтобы быстрее довести их до финиша и понять, на что способен новоиспеченный фонарь. Измерялось напряжение батарей, напряжение на нагрузке и ток через нагрузку. Прогон начинался с напряжения батареи 2.5В, при котором светодиоды напрямую уже не горят. Стабилизация выходного напряжения (3.3В) продолжалась вплоть до снижения напряжения питания до ~1.2В. Ток нагрузки при этом составлял около 100мА (~ по 25мА на диод). Затем выходное напряжение начало плавно снижаться. Схема перешла в другой режим работы, при котором она уже не стабилизирует, а выдает на выход все, что может. В таком режиме она проработала до напряжения питания 0.5В! Выходное напряжение при этом упало до 2.7В, а ток со 100мА до 8мА. Диоды все еще горели, но их яркости хватало только на освещение замочной скважины в темном подъезде. После этого батарейки практически перестали разряжаться, т. к. схема перестала потреблять ток. Погоняв схему в таком режиме еще минут 10, мне стало скучно, и я ее выключил, т. к. дальнейший прогон интереса не представлял.

Яркость свечения сравнивалась с обычной лампочкой накаливания при такой же потребляемой мощности. В фонарик вставлялась лампочка 1В 0.068А, которая при напряжении 3.1В потребляла приблизительно такой же ток, что и светодиоды (около 100мА). Результат в пользу светодиодов однозначно.

Часть II. Немного о КПД или "Нет предела совершенству".

Прошло больше месяца с тех пор как я собрал свою первую схему для питания светодиодного фонарика и написал об этом в вышеизложенной статье. К моему удивлению, тема оказалась очень популярной, судя по количеству отзывов и посещений сайта. С тех пор у меня появилось некоторое понимание предмета:) , и я счел своим долгом подойти к теме более серьезно и провести более тщательные исследования. На эту мысль меня навело также и общение с людьми, решавшими подобные задачи. О некоторых новых результатах я и хочу рассказать.

Во-первых, мне следовало бы сразу измерить КПД схемы, который оказался подозрительно низким (около 63% при свежих батарейках). Во вторых, я понял главную причину такого низкого КПД. Дело в том, что те миниатюрные дроссели, что я использовал в схеме, имеют чрезвычайно высокое омическое сопротивление - около 1.5ом. Ни о какой экономии электроэнергии с такими потерями не могло быть и речи. В-третьих я обнаружил, что величина индуктивности и выходной емкости тоже сказываются на КПД, хотя и не так заметно.

Использовать стержневой дроссель типа ДМ как-то не хотелось из-за его большого размера, поэтому я решил изготовить дроссель самостоятельно. Идея проста - нужен маловитковый дроссель, намотанный относительно толстым проводом, и в то же время достаточно компактный. Идеальным решением оказалось кольцо из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50. В продаже есть готовые дроссели на таких колечках, широко используемые во всевозможных импульсных БП. В моем распоряжении оказался такой дроссель на 10мкГ, имеющий 15 витков на кольце К10х4х5. Перемотать его не было никаких проблем. Индуктивность пришлось подобрать по измерению КПД. В диапазоне 40-90мкГ изменения были очень незначительные, меньше 40 - более заметные, а на 10мкГ стало совсем плохо. Поднимать выше 90мкГ я не стал, т. к. возрастало омическое сопротивление, а более толстый провод "раздувал" габариты. В итоге, более из эстетических соображений, я остановился на 40 витках провода ПЭВ-0.25, т. к. они ровно улеглись в один слой и получилось около 80мкГ. Активное сопротивление получилось около 0.2 ом, а ток насыщения по расчетам - более 3А, что хватает за глаза.. Выходной (а заодно и входной) электролит я заменил на 100мкФ, хотя без ущерба для КПД можно уменьшить и до 47мкФ. В результате конструкция претерпела некоторые изменения, что, впрочем, не помешало ей сохранить свою компактность:

Лабораторные работы" href="/text/category/laboratornie_raboti/" rel="bookmark">лабораторную работу и снял основные характеристики схемы:

	1. Зависимость выходного напряжения, измеренного на емкости С3, от входного. Эту характеристику я снимал и раньше и могу сказать, что замена дросселя на более добротный дала более горизонтальную полочку и резкий излом.
	2. Интересно было также проследить изменение потребляемого тока по мере разряда батареек. Хорошо видна типичная для ключевых стабилизаторов "отрицательность" входного сопротивления. Пик потребления пришелся на точку, близкую к опорному напряжению микросхемы. Дальнейший спад напряжения привел к снижению опоры, а значит и выходного напряжения. Резкий спад тока потребления в левой части графика вызван нелинейностью ВАХ диодов.
	3. Ну и наконец, обещаный КПД. Здесь он измерялся уже по конечному эффекту, т. е. по рассеиваемой мощности на светодиодах. (Процентов 5 теряется на балластном сопротивлении). Производители чипа не наврали - при правильной схеме положенные 87% он дает. Правда это только при свежих батарейках. По мере роста потребляемого тока КПД, естественно, снижается. В экстремальной точке он вообще падает до уровня паровоза. Рост КПД при дальнейшем снижении напряжения практической ценности не представляет, т. к. фонарик уже находится "на издыхании" и светит очень слабо.

Глядя на все эти характеристики можно сказать, что фонарь уверенно светит при спаде питающего напряжения до 1В без заметного снижения яркости, т. е. схема фактически отрабатывает трехкратную просадку напряжения. Обычная лампочка накаливания при таком разряде батарей уже вряд ли будет пригодна для освещения.

Если что-то кому-то осталось неясным - пишите. Отвечу письмом, и\или дополню данную статью.

Владимир Ращенко, E-mail: rashenko (at) inp. nsk. su

май, 2003г..

Велофара - что дальше?

Итак, первая фара построена, испытана и "обкатана". Каковы дальнейшие перспективные направления светодиодного фаростроения? Первым этапом, наверное, будет дальнейшее наращивание мощности. Планирую постройку 10-диодной фары с переключаемым режимом работы 5\10. Ну а дальнейшее улучшение качества требует применения сложных микроэлектронных компонентов. Например, мне кажется, неплохо бы избавиться от гасящих\выравнивающих резисторов - ведь на них теряется 30-40% энергии. И стабилизацию тока через светодиоды независимо от разряженности источника хотелось бы иметь. Наилучшим вариантом было бы последовательное включение всей цепочки светодиодов со стабилизацией тока. А чтобы не увеличивать количество последовательных батарей, нужно чтобы эта схема еще и напряжение увеличивала с 3 или 4,5 В до 20-25 В. Такие вот, так сказать, ТУ на разработку "идеальной фары".
Оказалось, специально для решения таких задач выпускаются специализированные ИС. Область их применения - управление светодиодами подсветки ЖК-мониторов для мобильных устройств - ноутбуки. сотовые телефоны и т. д. Вывел меня на эту информацию Дима gdt (at) ***** - СПАСИБО!

В частности, линейку ИС различного назначения для управления светодиодами выпускает фирма Maxim (Maxim Integrated Products, Inc), на сайте которой (http://www. ) была найдена статья "Solutions for Driving White LEDs" (Apr 23, 2002). Некоторые из этих "решений" отлично подойдут для велофары:

https://pandia.ru/text/78/440/images/image015_32.gif" width="391" height="331 src=">

Вариант 1 . Микросхема MAX1848, управление цепочкой из 3х светодиодов.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image017_27.gif" width="477" height="342 src=">

Вариант 3: Возможна другая схема включения обратной связи - с делителя напряжения.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image019_21.gif" width="534" height="260 src=">

Вариант 5. Максимальная мощность, несколько цепочек светодиодов, микросхема MAX1698

токовое зеркало", микросхема MAX1916.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image022_17.gif" width="464" height="184 src=">

Вариант 8. Микросхема MAX1759.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image024_12.gif" width="496" height="194 src=">

Вариант 10 . Микросхема MAX619 - пожалуй. самая простая схема включения. Работоспособность при падении входного напряжения до 2 В. Нагрузка 50 мА при Uвх.>3 В.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image026_15.gif" width="499" height="233 src=">

Вариант 12 . Микросхема ADP1110 - по слухам, более распространена, чем MAXы, работает начиная с Uвх=1,15 В (!!! всего одна батарейка!!! ) Uвых. до 12 В

https://pandia.ru/text/78/440/images/image028_15.gif" width="446" height="187 src=">

Вариант 14 . Микросхема LTC1044 - очень простая схема подключения, Uвх=от1,5 до 9 В; Uвых= до 9 В; нагрузка до 200мА (но впрочем, типовое 60 мА)

Как видите, выглядит все это весьма заманчиво:-) Осталось только где-то найти эти микросхемы незадорого....

Ура! Найдена ADP1руб. с НДС) Строим новую мощную фару!

10 светодиодов, с переключением 6\10, пять цепочек по два.

MAX1848 White LED Step-Up Converter in SOT23

MAX1916 Low-Dropout, Constant-Current Triple White LED Bias Supply

Display Drivers and Display Power Application Notes and Tutorials

Charge Pump Versus Inductor Boost Converter for White LED Backlights

Buck/Boost Charge-Pump Regulator Powers White LEDs from a Wide 1.6V to 5.5V Input

Analog ICs for 3V Systems

На сайте Rainbow Tech: Maxim: Приборы DC-DC преобразования (сводная таблица)

На сайте Premier Electric: Импульсные регуляторы и контроллеры для ИП без гальв. развязки (сводная таблица)

На сайте Averon - микросхемы для источников питания (Analog Devices) - сводная таблица

Питание светодиодов с помощью ZXSC300 Давиденко Юрий. г. Луганск Адрес Email - david_ukr (at) ***** (замените (at) на @) Целесообразность использования светодиодов в фонарях, велофарах, в устройствах местного и дежурного освещениям на сегодняшний день не вызывает сомнений. Светоотдача и мощность светодиодов растет, а цены на них падают. Источников света, в которых вместо привычной лампы накаливания используются светодиоды белого свечения становиться всё больше и купить их не составляет труда. Магазины и рынки заполнены светодиодной продукцией китайского производства. Но качество этой продукции оставляет желать лучшего. По этому возникает необходимость в модернизации доступных (в первую очередь по цене) светодиодных источников света. Да и заменить лампы накаливания на светодиоды в добротных фонарях советского производства тоже имеет смысл. Надеюсь, что приведенная далее информация будет не лишней. Скачать статью в формате PDF - 1,95Мб (Что это такоеКб Как известно, светодиод имеет нелинейную вольтамперную характеристику с характерной "пяткой" на начальном участке. Рис. 1 Вольт-амперная характерисика светодиода белого свечения. Как мы видим, светодиод начинает светиться, если на него подано напряжение больше 2,7 В. При питании его от гальванической или аккумуляторной батареи , напряжение которой процессе эксплуатации постепенно уменьшается, яркость излучения будет изменяться широких пределах. Чтобы избежать, этого необходимо питать светодиод стабилизированным током. А ток должен быть номинальным для данного типа светодиода. Обычно для стандартных 5-мм светодиодов он составляет среднем 20 мА. По этой причине приходится применять электронные стабилизаторы тока, которые ограничивают стабилизируют ток, протекающий через светодиод. Часто бывает необходимо запитать светодиод от одного или двух элементов питания напряжением 1,2 – 2,5 В. Для этого используют повышающие преобразователи напряжения. Поскольку любой светодиод является, по сути, токовым прибором, точки зрения энергоэффективности выгодно обеспечивать прямое управление током, протекающим через него. Это позволяет исключить потери, возникающие на балластном (токоограничительном) резисторе. Одним из оптимальных вариантов питания различных светодиодов от автономных источников тока небольшого напряжения 1-5 вольт является использование специализированной микросхемы ZXSC300 фирмы ZETEX. ZXSC300 это импульсный (индуктивный) повышающий преобразователь DC-DC c частотно-импульсной модуляцией. Рассмотрим принцип работы ZXSC300. На рисунке Рис.2 показана одна из типовых схем питания белого светодиода импульсным током с помощью ZXSC300. Импульсный режим питания светодиода позволяет максимально эффективно использовать энергию, имеющуюся в батарейке или аккумуляторе. Кроме самой микросхемы ZXSC300 преобразователь содержит: элемент питания 1,5 В, накопительный дроссель L1, силовой ключ – транзистор VT1, датчик тока – R1. Работает преобразователь традиционным для него образом. В течение некоторого времени за счет импульса, поступающего с генератора G (через драйвер), транзистор VT1 открыт и ток через дроссель L1 нарастает по линейному закону. Процесс длиться до момента, когда на датчике тока - низкоомном резисторе R1 падение напряжение достигнет величины 19 мВ. Этого напряжения достаточно для переключения компаратора (на второй вход которого подано небольшое образцовое напряжение с делителя). Выходное напряжение с компаратора поступает на генератор, в результате чего силовой ключ VT1 закрывается и энергия, накопленная в дросселе L1, поступает в светодиод VD1. Далее процесс повторяется. Таким образом, из первичного источника питания в светодиод поступает фиксированные порции энергии, которые он преобразует в световую. Управление энергией происходит с помощью частотно-импульсной модуляции ЧИМ (PFM Pulse Frequency Modulation). Принцип ЧИМ заключается в том, что изменяется частота, а постоянным остаётся длительность импульса или паузы, соответственно, открытого (On-Time) и закрытого (Off-Time) состояния ключа. В нашем случаи неизменным остаётся время Off-Time, т. е. длительность импульса, при котором внешний транзистор VT1 находится в закрытом состоянии. Для контроллера ZXSC300 Toff составляет 1,7 мкс. Это время достаточно для передачи накопленной энергии из дросселя в светодиод. Длительность импульса Ton, в течение которого открыт VT1, определяется величиной токоизмерительного резистора R1, входным напряжением, и разницей между входным и выходным напряжением, а энергия, которая накапливается в дросселе L1, будет зависеть от его величины. Оптимальным считается, когда полный период Т равен 5мкс (Toff +Ton). Соответственна рабочая частота F=1/5мкс =200 кГц. При указанных на схеме Рис.2 номиналах элементов осциллограмма импульсов напряжения на светодиоде имеет вид Рис.3 вид импульсов напряжения на светодиоде. (сетка 1В/дел, 1мкс/дел) Немного подробнее об используемый деталях. Транзистор VT1 - FMMT617, n-р-n транзистор с гарантированным напряжением насыщения коллектор-эмиттер не более 100 мВ при токе коллектора 1 А. Способен выдерживать импульсный ток коллектора до 12 А (постоянный 3 А), напряжение коллектор-эмиттер 18 В, коэффициент передачи тока 150...240. Динамические характеристики транзистора: время включения/ выключения 120/160 нс, f =120 МГц, выходная емкость 30 пф. FMMT617 является лучшим коммутационным устройством, которое можно использовать совместно с ZXSC300. Он позволяет получить высокий КПД преобразования при входном напряжении меньше одного вольта. Накопительный дроссель L1. В качестве накопительного дросселя можно использовать как промышленные SMD Power Inductor, так и самодельные. Дроссель L1 должен выдерживать максимальный ток силового ключа VT1 без насыщения магнитопровода. Активное сопротивление обмотки дросселя не должно превышать 0,1 Ом иначе КПД преобразователя заметно снизиться. В качестве сердечника для самостоятельной намотки хорошо подходят кольцевые магнитопроводы (К10x4x5) от дросселей фильтров питания использующиеся в старых компьютерных материнских платах. На сегодняшний день б/у компьютерное «железо» можно приобрести по бросовым ценам на любом радиорынке. А «железо» - это неисчерпаемый источник разнообразный деталей для радиолюбителей. При самостоятельной намотки для контроля понадобится измеритель индуктивности. Токоизмерительный резистор R1. Низкоомный резистор R1 47мОм получен параллельным соединением двух SMD резисторов типоразмера1206 по 0,1 Ом. Светодиод VD1. Светодиод VD1 белого свечения с номинальным рабочим током 150 мА. В авторской конструкции используется два четырехкристальных светодиода соединенные параллельно. Номинальный ток одного из них составляет 100 мА, другого 60 мА. Рабочий ток светодиода определен путем пропускания через него, стабилизированного постоянного тока и контроля температуры катодного (минусового) вывода, который является радиатором и отводит тепло от кристалла. При номинальном рабочем токе температура теплоотводящего вывода не должна превышатьградусов. Вместо одного светодиода VD1 также можно использовать восемь параллельно соединенных стандартный 5 мм светодиодов с током 20 мА. Внешний вид устройства Рис. 4a. Рис. 4b. Показана на Рис. 5 Рис. 5 (размер 14 на 17 мм). При разработке плат для подобных устройств необходимо стремиться к минимальным значениям емкости и индуктивности проводника соединяющий К VT1 с накопительным дросселем и светодиодом, а также к минимальным индуктивности и активному сопротивлению входных и выходных цепей и общего провода. Сопротивление контактов и проводов через которые поступает напряжение питания должно быть тоже минимально. На следующих схемах Рис. 6 и Рис. 7 показан способ питания мощных светодиодов типа Luxeon с номинальным рабочим током 350 мА Рис. 6 Способ питания мощных светодиодов типа Luxeon Рис. 7 Способ питания мощных светодиодов типа Luxeon - ZXSC300 запитана от выходного напряжения. В отличие от рассмотренной ранее схемы здесь питание светодиода происходит не импульсным, а постоянным током . Это позволяет легко контролировать рабочий ток светодиода и КПД всего устройства. Особенность преобразователя на Рис. 7 заключается в том, что ZXSC300 запитана от выходного напряжения. Это позволяет ZXSC300 работать (после запуска) при снижении входного напряжения вплоть до 0,5 В. Диод VD1 - Шотки рассчитанный на ток 2А. Конденсаторы С1 и С3 - керамические SMD, С2 и С3 - танталовые SMD.Количество светодиодов последовательно соединенных.	Сопротивление токоизмерительного резистора, мОм.	Индуктивность накопительного дросселя, мкГн.

На сегодняшний день стали доступны в использовании мощные 3 – 5 Вт светодиоды различных производителей (как именитых так и не очень).

И в этом случаи применение ZXSC300 позволяет легко решить задачу эффективного питание светодиодов с рабочим током 1 А и более.

В качестве силового ключа в данной схеме удобно использовать подходящий по мощности n-канальный (работающий от 3 В) Power MOSFET, можно также использовать сборку серии FETKY MOSFET (с диодом Шотки в одном корпусе SO-8).

С помощью ZXSC300 и нескольких светодиодов можно легко вдохнуть вторую жизнь в старый фонарь. Модернизации был подвергнут аккумуляторный фонарь ФАР-3.

Рис.11

Светодиоды использовались 4-х кристальные с номинальным током 100 мА - 6 шт. Соединены последовательно по 3. Для управления световым потоком применены два преобразователя на ZXSC300, имеющих независимое вкл/выкл. Каждый преобразователь работает на свою тройку светодиод.

Рис.12

Платы преобразователей выполнены на двухстороннем стеклотекстолите, вторая сторона соединена с минусом питания.

Рис.13

Рис.14

В фонаре ФАР-3 в качестве элементов питания используются три герметичных аккумулятора НКГК-11Д (KCSL 11). Номинальное напряжение этой батареи 3,6 В. Конечное напряжение разряженной батареи составляет 3 В (1 В на элемент). Дальнейший разряд нежелателен т. к. это приводит к сокращению срока службы батареи. А дальнейший разряд возможен - преобразователи на ZXSC300 работают, как мы помним, вплоть до 0,9 В.

Поэтому для контроля напряжения на батарее было спроектировано устройство, схема которого показана на Рис. 15.

Рис.15

В данном устройстве используется недорогая доступная элементная база. DA1 - LM393 всем известный сдвоенный компаратор. Опорное напряжения 2,5 В получаем с помощью TL431 (аналог КР142ЕН19). Напряжение срабатывания компаратора DA1.1 около 3 В задаётся делителем R2 - R3 (для точного срабатывания возможно потребуется подбор этих элементов). Когда напряжение на батареи GB1 снижается до 3 В загорается красный светодиод HL1, если напряжение больше 3 В то HL1 гаснет и загорается зеленый светодиод HL2. Резистор R4 определяет гистерезис компаратора.

Печатная плата устройства контроля показана на Рис. 16 (размер 34 на 20 мм).

Если у вас возникли трудности с приобретением микросхемы ZXSC300, транзистора FMMT617 или низкоомных SMD резисторов 0,1 Ом, можно обращаться к автору на e-mail david_ukr (аt) *****

Вы можете приобрести следующие компоненты (доставка почтой)

	Элементы	Количество	Цена, $	Цена, грн
	Микросхема ZXSC 300 + транзистор FMMT 617
	Резистор 0,1 Ом SMD типоразмер 0805
	Печатная плата Рис. 8

Скачать статью в формате PDF - 1,95Мб Скачать статью в формате DjVU (Что это такоеКб

Делаем фонарик на светодиодах своими руками