Фонарь для подводной охоты на светодиодах
· Уже несколько лет использую у себя фонари, у которых вместо «галогенки» стоят светодиоды, в предпоследнем варианте, хорошо и вполне достаточно «на все случаи» - один одноваттный Luxeon Star/O LXHL-NWE8 и в «довесок» к нему, для «дежурного» режима - десяток обычных «мелких». Что особенно впечатляет, так это - богатство красок при освещении от спектра излучения светодиодов, (что не дают лампы накаливания) и как следствие, лучшая различимость объектов охоты на фоне окружающей среды. Плюс большой: в независимости яркости свечения от состояния разряженности батареи, ну и экономичность. Меня уже давно просят «нарисовать схемку», вот собрался, наконец, намалевал как смог, ну и сразу последний вариант даю (на сегодня), что б не было упреков «типа зажал».
Принципиальная схема:
Вся электрическая часть состоит из трех отдельных элементов:
- Основная плата, на ней собраны два генератора стабильного тока питания светодиодов оптической системы, схема контроля состояния аккумуляторной батареи и сигнализатор воды.
- Узел управления и сигнализации, подключаемый к основной плате через 4-х контактный разъем J1. Состоит из двух миниатюрных 10мм герконов S1 и S2 от комп. клавиатуры. Управление осуществляется при помощи миниатюрного постоянного магнита, закрепленного на наружном переключателе. S1 и S2 - соответственно для «дежурного» (шесть 5мм светодиодов 20 кд), и «рабочего» режимов (плюс к ним: три 1-ваттных «люксеона»).
Сигнализация – световая, мигающий красный 5-мм светодиод LED(red), обточенный и с нарезанной на нем резьбой М4. (В корпусе фонаря просверливается под него отверстие и нарезается резьба М4. Вкручивается по клею светодиод и подпаиваются контактные провода). Вместе с буззером (BUZ), сигнализирует о разряде аккумулятора до 3,9-4 вольт, а также мигает при попадании воды в корпус.
Решение использовать герконы для управления, обосновано необходимостью обеспечения хорошей герметичности корпуса фонаря и снижения потерь на сопротивлении механических контактов. Через герконы осуществляется управление электронными ключами (VT3, VT4) на Р-канальных MOSFET транзисторах с низким Rds (~20 мОм) Si9424DY (IRF7233, и т.п. в корпусе SO-8). Они и подключают генераторы тока светодиодов к аккумуляторной батарее (четыре NiCd или NiMH элемента).
LED(red) – красный мигающий. - Оптический элемент. Состоит из двух групп белых суперярких светодиодов: шести маломощных 5мм 20кд (LED1-LED6) и трех мощных (LED7-LED9), одноваттных Luxeon Star LXHL-MWEC (batwing, 45 lm) компании Philips Lumileds с фокусирующими линзами для них Fraen FHS-HNB1-LB01-H ( 8° 27,2 cd/lm. Batwing). «Люксеоны» закреплены «треугольником» в центре диска из алюминия являющегося теплоотводом, диаметром 76мм. По сторонам «треугольника» установлены и маломощные светодиоды, закреплены навесным монтажом на шести изолированных 10мм стойках попарно. Все светодиоды в группах соединены последовательно.
Рабочий ток через светодиоды стабилизирован и задается: для «люксеонов» резистором 2,2 ом – 360мА (I = 0.8/R), а для цепочки 20-ти кандельных - резистором 62 ом – 20мА (I = 1.25/R).
Выбор линз FHS-HNB1-LB01-H основан на том, что они обеспечивают яркость более 1200кд, против 500кд к примеру у светодиодов с готовыми оптическими системами - Luxeon Star/O LXHL-NWE8, при равных энергетических затратах и что тоже немаловажно – ценах.
Также выбор, к примеру, трех 1-ваттных Luxeon LXHL-MWEC вместо 1-го трехваттного, основан на простой арифметике. Энергетически не выгодно, применять более мощный, который при мощности потребления в 3 ватта дает освещение в 80лм, тогда как всего один 1-ваттный уже дает 45лм(!).
ВНИМАНИЕ! Производить включение основной платы (источников тока) только с подключенными светодиодами, поскольку они являются цепью обратной связи. Убедитесь в том, что все соединения к светодиодам (точки: A,B,C,D) надежно припаяны и полярность соблюдена. В противном случае, включение без нагрузки, приведет к выходу из строя соответствующей микросхемы генератора тока.
Генератор тока для слаботочных светодиодов собран на дешевой (у нас $0,5-0,6 - в розницу) MC34063A (на схеме IC2), в корпусе DIP-8 (в SO-8 у наших торгашей не нашлось).
Генератор тока для «люксеонов» (на схеме IC1), на более дорогой (у нас $6, хотя по прайсам, в розницу в Киеве и Москве $3,8-4) LTC1872ES6, в корпусе: SOT-23-6.
Для тех, кому интересно поясню, почему именно, применяю LTC1872, а не доступную MC34063. Главное в том, что у LTC1872 опорное напряжение 0,8 вольта, против 1,25 вольт у MC34063. Отсюда и получение более высокого КПД, за счет меньшей мощности рассеивания на токозадающем резисторе 2,2 ома, Ррасс.=0,285 вт, (сам резистор ставить 0,5-1вт!). А если применить для этой схемы MC34063, то для тока в 360 мА, резистор будет примерно 3,47 ома, и мощность рассеивания на нем возрастет до 0,45 вт. Может, кому покажется ерундой, но мне так повыше КПД надобно. Ну и применяя LTC1872 с внешним N-кан. MOSFET транзистором Si9424DY (IRF7233, Si9410DY, Si9904DY, MMSF5N02HD и т.п. в корпусе SO-8), можно в широких пределах и мощность нагрузки менять при необходимости. А для трех «люксеонов» MC34063 уже будет «пыхтеть» на грани возможностей.
Еще могут сказать, существуют контроллеры DC/DC с ещё меньшим Fb напряжением, чем 0,8 вольт.. Знаю, читал. Есть просто «сказка» а не изделия, такие как NCP5007 (её б вместо MC34063) или LM3557 и др. Видел в pdf и с напряжением на Fb = 0,2 в!.. только вот к сожалению, такое лично мне не доступно пока ..
Ну ладно.. идем дальше..
Дроссели L1 и L2. Особо хочу остановиться на L1, потому как ему «трудиться» приходится, все-таки запасти/отдать энергии в 3,5 ватта, и для получения высокого КПД, у него должно быть минимальное активное сопротивление, поэтому намотан он проводом 0,6. Каркас/сердечник, «первый попавшийся» в виде гантельки от какой-то «буржуинской» электроники, длина 12мм, диаметр «щек» 9,5мм, длина для намотки провода 7мм. Сколько витков - не считал, мерил «на ходу», для достижения 10 мкГн, хватило полтора слоя. Второй дроссель, тоже на «буржуинском» сердечнике, только меньших размеров и с наружным ферритом. Поскольку мощность генератора невелика (менее 0,5вт), то и требования к нему невысоки, провод 0,2 и индуктивность в пределах 120-200 мкГн. Можно использовать любые подходящие сердечники, критериев немного: заданная индуктивность, ток в катушке - исходя из мощности отдаваемой генератором (с учетом КПД) поделенной на минимальное напряжение питание (в нашем случае - 4в.), ну и для L1 - мин. акт. сопротивление.
Диоды D1,D2 - любые шоттки, на ток 1-3А, и обр. напряжение 30-40V, например M1FM3, SS24, SS34 и т.д. Конденсаторы. Все неполярные - SMD керамические «буржуинские» (керамика X5R, X7R), входной электролитический по питанию и что на выходе источника тока маломощных светодиодов (100 мкф/25в) - low ESR (те, что для импульсных БП). Все остальные «электролиты» - танталовые SMD, на 10вольт (только в генераторе тока «люксеонов», на выходе:150мкФ/16в). Все SMD конденсаторы, и «буржуинские полевики» «добыты» с плат старых негодных мобилок, что на радиорынке по $1 с радостью отдают. Сами величины емкостей «электролитов» указанные на схеме не критичны, и можно ставить по принципу: «что есть».. ну понятно в разумных пределах.
Резисторы, как и конденсаторы, что без дырок на монтажной плате - то SMD.
Монитор напряжения питания IC3: К1171СП40 (PST529E «Mitsumi»), буззер (BUZ) – любой активный электромагнитный буззер (со встроенным генератором и работающий от 3-4 вольт), полевой транзистор VT2 – КП304А или любой аналогичный Р-канальный.
Для чего нужен буззер? Казалось бы, вполне достаточно и мигающего красного светодиода, тем более под водой, да и в корпусе фонаря его будет не слышно. Отвечаю, он нужен исключительно «на воздухе», при «доразрядке» аккумуляторов, что бы, как запищит, так значит пора заряжать. Таким образом Вы освобождаете свои глаза и можете в это время, заняться еще чем нибудь полезным. Ну и конечно, если кому нет в этом надобности, то можно вообще исключить из схемы эту часть с IC3, буззером, VT2 и датчиком воды.
Р1 - датчик воды (кусок газетной бумажки между двумя пластинками-электродами).
Монтажная схема и расположение элементов:
Чертеж печатной платы:
Тут я приобретаю «люксеоны» и оптику к ним:
http://lumen.com.ua/
Тут я отыскиваю нужные pdf:
http://www.datasheetcatalog.com/
http://www.alldatasheet.com/
Тут вы можете почитать про «люксеоны» и не только, и узнать цены «у них».. и сравнить с ценами «у нас»:
http://www.lumiledsfuture.com/products/line.cfm?lineId=1
Замечу, сейчас появились «люксеоны» серии К2, хорошие штуковины, особенно которые на 350/700мА. Более мощные К2: 1000/1500мА, традиционно «проигрывают» «меньшим братьям» в отношении «светоотдача/потребляемая мощность». Ну и еще нюанс есть, все они Lambertian, а не batwing, поэтому им потребуются и линзы другие. А оптические свойства линз под Lambertian хуже по светоотдаче, чем у batwing.
Все же, если доведется, то лично я себе приобрету: LXK2-PW12-S00. При токе 350мА, у них светоотдача 60лм, а при токе 700 мА, светоотдача возрастает почти пропорционально до 100лм. Компания Fraen выпускает и линзы к ним: FHS-HNB1-LLK2-H ( 9° 21,0 cd/lm.), что в сравнении с нашим Luxeon Star LXHL-MWEC (batwing, 45 lm) и линзой Fraen FHS-HNB1-LB01-H ( 8° 27,2 cd/lm. Batwing) - особо выигрыша при номинальном токе (350мА) не дает: 1260кд - К2, и 1224кд в нашем варианте.
Любителям задавать вопросы («а сколько вольт должно быть на светодиоде?») поясняю, светодиоды «запитыватся» током, что и нужно стабилизировать. На моих «люксеонах» одноваттных, напряжение на каждом составляет примерно 3,1-3,15вольта при 350-360мА. Если ток не стабилизировать, то при нагреве (а они греются и довольно прилично, потому и теплоотвод - обязателен!) ток резко начинает возрастать, что, в конце концов, приведет к сильному сокращению ресурса работы или даже выходу из строя. Мелкие тоже нуждаются в стабильном токе, они также греются и также ток начинает расти, наверно уже все привыкли и никого не удивляет, что заявленные 10000 часов наработки, на деле оказываются сотнями - в китайских фонарях, где в лучшем случае стоит токоограничительный резистор, и понятно там ни о какой стабилизации тока и речи нет.
Источник: http://luxeon.h17.ru
Публикуется с письменного разрешения
8 Комментариев
Рекомендуемые комментарии