Как увеличить мощность фонарика

Глобальная доработка светодиодного фонарика

Автор: DooMmen
Опубликовано 13.09.2012
Создано при помощи КотоРед.

Светодиодные фонарики китайского производства, которыми запаланен весь наш рынок – казалось что может быть проще (как показывает опыт – для китая это слишком просто), вроде-бы и выбор большой, но в каждом фонарике может что-то не понравиться, а если углубляться во внутренности, и схему – иногда удивляешся как оно работает.

Поставил я себе задачу – "Найти подходящего донора, и собрать фонарь пригодный для выживания, с которым можно отправиться куда угодно". После долгих поисков был найден донор:

Это китайский фонарик фирмы Police с маркировкой 20W.
После приобретения фонарик был разобран и проанализированы внутренности. Внутри стоял одноватный светодиод с отражателем дающим очень большую боковую засветку и очень узкий луч света. Драйвер (если это так можно назвать) состоял из небольшого количества деталей – микросхема ME2108А, катушка индуктивности, конденсатор, диод. Вроде-бы все нормально, но дроссель с микросхемой в данной схеме очень грелся, схема потребляла примерно 0.5А от пальчиковой батарейки, и светодиод давал относительно слабый световой поток. Как оказалось позже – данный преобразователь давал без нагрузки на выход 4.5V, а светодиод был рассчитан на 3.6V, за счет маленького тока насыщения дросселя происходило падение выходного напряжения до необходимого и схема "работала".

Так как у меня была задача сделать эффективный источник света, а не использовать китайский драйвер у которого КПД "ниже чем у паровоза", я решил его доработать поменяв светодиод на OSRAM LUW W5AM-LXLY-6P7R-Z с коллиматором OSS-M на угол 30° (можно было поставить всеми любимый Cree, но у нас с ними проблемы, такие как отсутствие маленьких подложек и оптики), и поставить драйвер на основе специализированной микросхемы ZXSC310.

Светодиод фирмы OSRAM был выбран по ряду причин: при токе 350мА светодиод дает световой поток до 150 люмен, максимальный ток светодиода составляет 1А, этот светодиод почти совместим по посадке с штатным, у него самая низкая цена при его мощности.


Замена светодиода производится подогревом подложки светодиода снизу. Отпаиваем старый светодиод и устанавливаем предварительно отцентрировав новый (благо они почти совместимы по выводам, но это не мешает замене).

Далее производим подгонку корпуса фонарика под нашу оптику (которую необходимо подогнать под фонарик)), растачиваем место под коллиматор:


Так-же необходимо снять фаску с края корпуса до резьбы, и уменьшить высоту гайки крепления оптики (так как наша система ниже чем стандартная).
Как показал опыт исполькования различных фонарей – узкий луч яркого света в большинстве случаев ухудшщает видимость и дает малую освещенность, поэтому мой выбор остановился на коллиматоре фирмы LEDIL с маркировкой OSS-M на 30º, предназначенный для светодиодов OSRAM серии DRAGON.
Дорабатываем коллиматор (по умолчанию коллиматор квадратный и в корпусе для приклеивания на подложку светодиода). Вытягиваем коллиматор из его корпуса, отрезаем уши и стачиваем его до необходимого диаметра на точиле.


Последняя доработка корпуса – расточка отверстия гайки крепления оптики (делал на заводе на станке), и герметизация. Отверстие растачивается буквально на 3мм почти до диаметра коллиматора. Для герметизации вклеиваем на термоклей комплектное защитное оргстекло (для этого удобно разогревать гайку феном и намазывать термоклей на горячую поверхность), так-же необходимо герметизировать все резьбовые соединения, хоть там и стоят резиновые уплотнители – они не помогают так как не достают, для решения данной проблемы наматываем сантехническую монтажную ленту в пазы для уплотнителей, и устанавливаем уплотнительные комплектные кольца (сверху их желательно смазать, например вазелином или циатимом) .

Так, с корпусом вроде все понятно, теперь наконец-то приступаем к электронике.

Первая версия фонарика была с широко распространенной схемой драйвера на ZXSC310 с питанием драйвера с выхода (эта схема позволяет "выжать" с батарейки всю мощность, и просаживает наряжение на батарее на одном дыхании до самого возможного миниума).


Но так как меня заразили страшнейшей болезнью – болезнью "Люмена", и кроме того что необходимо получить большую яркость нам необходима универсальность фонаря и долгое время работы. Для большой яркости обычные пальчиковые батарейки не подходят, и я применил Li-Ion аккумулятор LIR14500на 700 mAh, который по размерам совпадает с обычной пальчиковой батарейкой. Но вот не задача – напряжение аккумулятора в заряженном состоянии 4.2V, а максимальное напряжение светодиода при токе 300мА – 3.4V. Повышающий драйвер не подходит.
Вот тут то я и решил воспользоваться основой схемотехники повышающе-понижающих драйверов (Buck-Boost). Кроме схемы драйвера я решил сделать два режима яркости, для этого применил миниатюрный PIC10F220.


Данная схема драйвера обеспечивает питание светодиода током до 300мА при питании от аккумулятора, и ток порядка 100мА при питании от батарейки. Так как в данной схеме нет обратной связи по току светодиода, то при питании от пальчиковой батарейки ток уменьшается, но нестабильность тока при работе от аккумулятора почти не заметна.

Второй задачей была разработка системы управления драйвером. Данная система должна определять напряжение заряда аккумулятора, и при низком заряде индицировать это. Так-же необходимо обеспечивать 2 режима яркости (для увеличения продолжительности свечения).

Данная схема обеспечивает:
-Переключение режимов при кратковременном розрывании питания
-Два режима яркости
-Индикацию разряда аккумулятора и отключение драйвера при полном разряде
-Возможность работы от пальчиковой батарейки

Читайте также:  Кизил на какой год начинает плодоносить

При использовании батарейки система управления не работает (внутренний подтягивающий резистор микросхемы драйвера запускает рдайвер), но как только будет установлен аккумулятор – напряжения питания становится достаточным для запуска контроллера, и фонарик включается в первом "Эконом" режиме на 40% яркости. При кратковременном нажатии на кнопку питания происходит отключение питания, и при отпускании кнопки включается второй режим – максимальная яркость.

Для индикации разряда аккумулятора я использовал АЦП и измерение напряжения внутреннего опорного источника 0.6V (значения АЦП обратнопропорциональны напряжению питания, с учетом падения на диоде). При снижении напряжения до минимального фонарик переключается примерно в 10% яркости, а при полной разрядке аккумулятора контроллер выключает драйвер.

Больше всего проблем было при попытке сделать переключение режимов, и сброс режима через некоторое время (что-бы фонарик включался не с последнего режима, а с эконом), были попытки запитать контроллер от конденсатора на время разрыва питания кнопкой, но возникли проблемы с пробуждением из режима спячки, так как я использовал порт GP2, как датчик наличия напряжения на драйвере, а прерывания по этому выводу порта отсутствуют, а переключать на другой я посчитал неблагоприятным для внутрисхемного программирования контроллера. Долго проводив эксперименты я заметил что контроллер сохраняет состояние регистров даже при долгом отсутствии питания, и проверив теорию я понял в чем дело – на конденсаторе C1 при выключении питания остается заряд примерно 0.7V (при этом напряжении драйвер перестает работать), и этого напряжения вполне хватает что-бы в регистрах контроллера сохранились последние значения (а именно режим). Для "сброса" последнего состояния (происходит примерно за 5с после выключения) я поставил резистор R1.

Перемычка JP1 была введена на всякий случай для отключения котроля разряда.

Двухсторонняя плата получилась достаточно миниатюрной, и устанавливается на место штатной. Метализацию отверстий я производил заклепыванием медной проволоки:


Детали: конденсаторы танталовые в корпусе А, дроссель Sumida CDRH6D38NP-100NC, резисторы типоразмера 0603, низкоомные резисторы датчика тока – типоразмера 0805 сопротивлением 0,05 Ом (с маркировкой E05) установлено 2шт параллельно друг на друге для получения сопротивления 0,025 Ом, диод Шоттки – миниатюрный с низким падением на ток 2А, транзистор (Zetex) на максимально возможный в этом корпусе ток (можно поставить ZXTN25012, ZXTN19020). Светодиод и оптичесскую систему можно использовать и другую, главное что-бы светодиод был расчитан на ток более 300мА для уменьшения тепловыделения.

Драйвер без нагрузки не включать! При включении без нагрузки в лучшем случае будет пробой конденсатора C2, в худшем – выход из строя транзистора, с последующими спецэффектами в виде фейерверка.
Переполюсовка питания драйвера не допустима! При переполюсовке взрывается конденсатор С1 и транзистор!

В итоге получился фонарик внешне почти ни чем не отличимый от оригинала (кроме оптики, которая уже привлекает внимание), но с параметрами и углом светового потока намного лучшими чем у оригинала:

Прошивка данного устройства написана на экологически чистом ассемблере.

Рассмотрим светодиодную продукцию, начиная от старых 5-мм, до сверхъярких мощных светодиодов мощность которых доходит до 10 Вт.

Чтобы выбрать «правильный» фонарик для своих нужд, нужно разобраться в том какие бывают светодиоды для фонариков и их характеристики.

Какие диоды используются в фонариках?

Мощные светодиодные фонари начались с устройств с матрицей 5-мм.

LED фонари в совершенно разных исполнениях, от карманных до кемпинговых, получили широчайшее распространение в середине 2000-х. Их цена заметно снизилась, а яркость и долгий срок службы от одного заряда батареек сыграли свою роль.

5-ти миллиметровые белые сверхъяркие светодиоды потребляют от 20 до 50 мА тока, при падении напряжения 3.2-3.4 вольта. Сила света – 800 мкд.

Очень хорошо показывают себя в миниатюрных фонариках-брелках. Маленький размер позволяет носить такой фонарик с собой. Питаются они либо от «мини-пальчиковых» батареек, либо от нескольких круглых «таблеток». Часто используются в зажигалках с фонариком.

Вот какие светодиоды в китайских фонариках устанавливаются уже много лет, но их век постепенно истекает.

В поисковых фонарях при большом размере отражателя есть возможность смонтировать десятки таких диодов, но такие решения постепенно отходят на второй план, а выбор покупателей падает в пользу на фонарей на мощных светодиодах типа Cree.

Поисковый фонарь на 5мм светодиодах

Такие фонари работают от батареек типа АА, ААА или аккумуляторов. Стоят недорого и проигрывают как в яркости, так и в качестве современным фонарям на более мощных кристаллах, но об этом ниже.

В дальнейшем развитии фонарей производители перебрали множество вариантов, но рынок качественной продукции занимают фонари с мощными матрицами или дискретными светодиодами.

Какие светодиоды используют в мощных фонариках?

Под мощными фонарями подразумеваются современные фонари различных типов начиная от тех, что размером с палец, заканчивая огромными поисковыми фонарями.

В такой продукции в 2017 году актуальна марка Cree. Это название американской компании. Её продукция считается одной из наиболее передовых в области светодиодной техники. Альтернативой являются LED от производителя Luminus.

Такие вещи значительно превосходят светодиоды с китайских фонариков.

Какие светодиоды Cree в фонариках устанавливаются наиболее часто?

Модели носят название состоящие из трёх четырёх символов, разделённых дефисом. Так диоды Cree XR-E, XR-G, XM-L, XP-E. Модели XP-E2, G2 чаще всего используются для небольших фонариков, а XM-L и L2 – очень универсальные.

Их используют, начиная от т.н. EDC фонарей (для повседневного ношения) – это маленькие фонари размером меньше ладони, до серьёзных поисковых фонарей большого размера.

Читайте также:  Какой бензин нужно заливать в бензопилу

Давайте рассмотрим характеристики мощных светодиодов для фонариков.

Название Cree XM-L T6 Cree XM-L2 Cree XP-G2 Cree XR-E
Фото
U, В 2,9 2,85 2,8 3,3
I, мА 700 700 350 350
P, Вт 2 2 1 1
Рабочая температура, °C Ремонт фонариков

К сожалению цена таких фонариков довольно большая, как и самих диодов. И не всегда есть возможность приобрести новый фонарь, в случае поломки. Давайте разберемся как поменять светодиод в фонарике.

Для ремонта фонарика необходим минимальный набор инструментов:

Чтобы добраться до источника света нужно отвинтить головную часть фонаря, она обычно закреплена на резьбовом соединении.

В режиме проверки диодов или измерения сопротивления проверьте исправность светодиода. Для этого прикоснитесь щупами черным и красным к выводам светодиода, сначала в одном положении, а затем поменяйте местами красный и черный.

Если диод исправен – то в одном из положений будет низкое сопротивление, а в другом – высокое. Таким образом вы определяете, что диод исправен и проводит ток только в одном направлении. Во время проверки диод может излучать слабый свет.

В противном случае в обеих положениях будет короткое замыкание или высокое сопротивление (обрыв). Тогда нужна замена диода в фонаре.

Теперь нужно выпаять светодиод из фонаря и, соблюдая полярность, впаять новый. Будьте внимательны при выборе светодиода, учтите его потребление тока и напряжение, на которое тот рассчитан.

Если вы будете пренебрегать этими параметрами – в лучшем случае фонарик будет быстро садиться, в худшем – драйвер выйдет из строя.

Драйвер – это устройства для питания светодиода стабилизированным током от разных источников. Промышленно изготавливаются драйвера для питания от сети 220 вольт, от автомобильной электросети – 12-14.7 вольт, от Li-ion аккумуляторов, например, типоразмера 18650. Драйвером оборудовано большинство мощных фонарей.

Увеличиваем мощность фонаря

Если вас не устраивает яркость вашего фонаря или вы разобрались как заменить светодиод в фонарике и захотели его модернизировать, прежде чем покупать сверхмощные модели изучите основные принципы работы LED и ограничения в их эксплуатации.

Диодные матрицы не любят перегрева – это главный постулат! А замена светодиода в фонарике на более мощный может привести к такой ситуации. Обратите внимание на модели, в которые устанавливаются более мощные диоды и сравните со своей, если они подобны по размерам и конструктиву – меняйте.

Если ваш фонарь меньше — потребуется дополнительное охлаждение. Подробнее о изготовлении радиаторов своими руками мы писали здесь.

Если вы попытаетесь установить в миниатюрный фонарик-брелок такой гигант, как Сree MK-R, он у вас быстро выйдет из строя от перегрева и это будут зря потраченные средства. Незначительное повышение мощности (на пару ватт) допустимо без модернизации самого фонарика.

В остальном процесс замены марки светодиода в фонарике на более мощную – описан выше.

Фонари Police

Они зарекомендовали себя на протяжении многих лет и с каждой новой моделью этих фонарей спрос не утихает. Новинкой на отечественном рынке стала модель с электрошокером.

LED фонарик Police с шокером

Такие фонари ярко светят и могут выступать в роли средства самообороны. Однако и в них случаются проблемы со светодиодами.

Как заменить светодиод в фонарике Police

Широкий модельный ряд очень трудно охватить в рамках одной статьи, но можно дать общие рекомендации по ремонту.

  1. При ремонте фонаря с электрошокером будьте аккуратны, желательно используйте резиновые перчатки, чтобы избежать удара током.
  2. Фонари с пылевлагозащитой собраны на большом количестве винтов. Они отличаются по длине, поэтому делайте пометки откуда вы выкрутили тот или иной винт.
  3. Оптическая система фонарика Police позволяет регулировать диаметр светового пятна. При разборке на корпусе сделайте отметки в каком положении стояли детали перед снятием, иначе будет трудно поставить блок с линзой обратно.

Замена светодиода, блока преобразователя напряжения, драйвера, аккумулятора возможна с применением стандартного набора для пайки.

Какие светодиоды стоят в китайских фонариках?

Многие товары сейчас покупаются на aliexpress, где можно найти как оригинальную продукцию, так и китайские копии, которые не соответствуют заявленному описанию. Цена за такие приборы бывает сопоставимой с ценой на оригинал.

В фонарике, где заявлен светодиод Cree, его может на самом деле не быть, в лучшем случае будет стоять диод откровенно другого типа, в худшем такой, который внешне будет трудно отличим от оригинала.

Что это может за собой повлечь? Дешевые светодиоды выполняются в низкотехнологичных условиях и не выдают заявленной мощности. Имеют низкий КПД, от того у них усиленный нагрев корпуса и кристалла. Как уже было сказано, что перегрев – самый злой враг для Led приборов.

Так происходит потому, что при нагревании через полупроводник увеличивается ток, вследствие чего нагрев становится еще сильнее, мощности выделяется еще более, лавинообразно это приводит к пробою или обрыву светодиода.

Если постараться и потратить время на поиск информации, можно определить оригинальность продукции.

Сравните оригинал и подделку cree

LatticeBright – это китайский производитель светодиодов, который делает продукцию очень похожей на Cree, наверное это совпадение дизайнерской мысли (сарказм).

Сравнение китайской копии и оригинала Cree

На подложках эти клоны выглядят следующим образом. Можно заметить разнообразие форм подложек для светодиодов, производимое в китае.

Определение подделки по подложке для LED

Подделки изготавливаются довольно умело, многие продавцы не указывают об этом «бренде» в описании товара и о том, где произведены светодиоды для фонарей. Качество таких диодов не самое худшее среди китайского барахла, но и далеко от оригинала.

Читайте также:  Какие котлы допускается устанавливать внутри производственных помещений

Установка светодиода вместо лампы накаливания

У многих в старых вещах пылятся коногонки или фонари на лампе накаливания и вы можете легко сделать его светодиодным. Для этого есть либо готовые решения, либо самодельные.

С помощью разбитой лампочки и светодиодов, если добавить немного смекалки и припоя, можно сделать отличную замену.

Железный бочонок в данном случае нужен для улучшения отвода тепла от LED. Далее нужно припаять все детали друг к другу и закрепить клеем.

При сборке будьте аккуратны – избегайте замыкания выводов, в этом поможет термоклей или термоусадочная трубка. Центральный контакт лампы нужно распаять – образуется отверстие. Продеть через него вывод резистора.

Дальше нужно припаять свободный вывод светодиода к цоколю, а резистора к центральному контакту. Для напряжения 12 вольт нужен резистор 500 Ом, а для напряжения в 5 В – 50-100 Ом, для питания от Li-ion 3.7В аккумулятора – 10-25Ом.

Как сделать из лампы накаливания светодиодную

Подобрать светодиод для фонарика гораздо сложнее чем его заменить. Нужно учитывать массу параметров: от яркости и угла рассеивания, до нагрева корпуса.

Кроме того, нельзя забывать об источнике питания для диодов. Если вы освоите все описанное выше – ваши приборы будут светить долго и качественно!

Кто когда нибудь ездил на охоту или рыбалку знает, чем по ночам занимаются нетрезвые мужики. Они меряются п…
И совсем не тем, о чем сейчас подумали не рыбаки и не охотники. Конечно прибамбасами, без которых трудно представить настоящего мужика.
Свой первый фонарь купил на барахолке за 10$, изначально в нём была 6V лампа накаливания и U образная газоразрядная сбоку. И одной и от другой он светил не более часа. Яркость была где то "три церковные свечи".
Сначала расстроился, затем решил сделать ему харакири. Выпотрошил внутренности, у него оказался очень качественный рефлектор.
В версии 1.2 вместо основной лампы установил ксеноновую на 6000к от битой фары AUDI, сфокусировал в узкий пучок на стенде регулировки фар.

После регулировки в 100м получается пятно диаметром 10м. "Балласт" или блок розжига Бош от битой фары мэрседеса, пришлось немного подточить, его видно под платой светодиодов.

Питалась первая версия от прикуривателя автомобиля или от аккумулятора в лодке, так как 12V литий ионный аккумулятор находился в стадии разработки.
Светил как гиперболоид инженера Гаррина, если направить на палатку на другом берегу — из неё все выскакивают, думают, что настало утро или пожар. Если светить на воду — фонтаном выпрыгивает мелкая рыбёшка. Сбивать самолёты не пробовал.

В версии 1.3 добавил в боковой секции три группы диодов. Красные в виде креста из битого стопа инфинити FX35 имеют большую яркость и эллиптический фокус, проекция на стену с 10м даёт правильный красный крест "христианского" образца. Для чего — не знаю, видимо отгонять злых духов и дистанционно крестить неверных. Крест видно с расстояния нескольких километров, но много потребляет, собирался сделать прерывистую работу.

Верхняя секция 24 сверх ярких белых сфокусированных светодиода, каждый светит как 3-6 из китайского фонарика. Покупал в радиодеталях на радиорынке. Диоды установлены так, чтоб равномерно освещать сектор 120градусов радиусом 10м. Встроенного китайского аккумулятора хватало на 10-12часов.

Нижняя секция такие же белые диоды 12шт направлены, чтоб освещать квадрат 5Х5м на расстоянии 10-20м для ловли ночью на поплавок. По расчётам должно хватить часов на 16, точнее не измерял.
На стадии разработки собирался добавить USB порт, чтоб можно было заряжать телефон и подключать навигатор к большому аккумулятору фонаря.
Сразу скажу, что разработкой фонарей и светотехники не занимаюсь, сколько стоит такой фонарь сказать не могу даже приблизительно, на изготовление ушло больше 100часов. Просто во время кризиса, перед новым годом с работой было туговато, чтоб отвлечь себя от дурных мыслей решил поработать руками, да и нравиться делать что-то "настоящее для себя".
Что показали испытания:
Никакой ручной фонарь не светит даже вполовину этого. Самые модные диодные светят ярко, но не так мощно. Из за отсутствия экрана перед лампой, как в обычной фаре, получается яркая и очень равномерная заливка светом перед фонарем, где то 20х50м. Очень удобно освещать лагерь. Центральный, сфокусированный луч бьет куда то за горизонт. В общем любые, самые навороченные прибамбасы опадают, как осенняя листва, рядом с этим фонарём.
Но девайс делался под себя, поэтому тут же стали заметны недостатки.
1. Красный крест народ пугает:
— Не свети на меня "этим", мне водка в горло не лезет, самый сдержанный комментарий.
2. Румыны, на другом берегу Дуная разбегаются в панике и страшно матерятся в луче гиперболоида, но их к сожалению не видно. Над рекой и возле водоёмов обычно присутствует легкий туман, который непроницаем как молоко для 6000к.
3. От встроенного аккумулятора ксенон не запускается, нужно разжигать от прикуривателя.
4. Фонарь получился очень громоздким, некуда установить в салоне машины.
5. Белые светодиоды освещения лагеря привлекают комаров и рыб инспекцию со всего района.
6. Слишком тяжелый и непрактичный как на рыбалке, так и в машине.
Пораскинув мозгами над этими недостатками на свет родилась версия 2.1, затем 2.2, и 2.3.
К сожалению фото еще не готово, потому выкладываю старую версию для вашего обсуждения.

Комментарии запрещены.

Присоединяйся