Драйвер для светодиодного фонарика своими руками

под спойлером

Схема драйвера очень проста…

Как вы видите, кроме этой микросхемы «клопа» нужна всего одна деталь — дроссель (индуктор), и именно индуктивностью дросселя задается ток светодиода.
Для фонарика в место лампочки, я подобрал яркий белый светодиод, потребляющий ток 30мА, соответственно мне нужно было намотать дроссель индуктивностью 10мкГн. Эффективность драйвера составляет 75-92% в диапазоне 0.8-1.5В, что очень неплохо.

Приводить здесь чертеж печатной платы не буду, т.к нет смысла, плату можно изготовить за пару минут, просто процарапав фольгу в нужных местах.

Дроссель можно намотать, или взять готовый. Я намотал на гантельке, которая попалась под руку. При самостоятельном изготовлении необходимо контролировать индуктивность при помощи LC метра. В качестве корпуса для платы драйвера был использовать двух кубовый одноразовый шприц, внутри которого вполне достаточно места, что бы разместить все необходимые компоненты. С одной стороны шприца -резиновая пробка с светодиодом и контактной площадкой, с другой стороны вторая контактная площадка. Размер отрезка шприца подбирается по месту и приблизительно равен размеру батарейки ААА (мизиньчиковой, как её называют в народе)

Собственно собираем фонарик

И видим, что светодиод ярко светит от одной батарейки…

Ручка-фонарик в сборе выглядит вот так

Светит хорошо и вес фонарика стал меньше, потому как используется всего одна батарейка, а не две, как было изначально…

Вот такой получился коротенький обзор… При помощи микросхемы драйвера, вы можете переделать почти любой раритетный фонарик, на питание от одной батарейки 1.5В. Если есть вопросы спрашивайте…

Планирую купить

+73

Добавить в избранное

Обзор понравился

+99

+185

Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:

Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.

Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В
, но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).

Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:

I LED = 0.1 / R

Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.

Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.

Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.

Если между выводом DIM и «землей» включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.

Для справки:
каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.

Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:

1. Первый способ
   предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
2. Второй способ
   подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.

Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:

Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM «подтянут» к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.

Как работает схема

В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.

Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.

Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.

Важные нюансы сборки

Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.

Минимальная емкость конденсатора C1 — 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста — не менее 100 мкФ).

Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).

Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.

В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное — 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .

Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.

При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.

Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.

Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.

Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.

Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале — подключен напрямую к нему.

И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода — резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.

К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:

• R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
• R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).

Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.

Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.

Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).

Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:

R = 0.1 / I LED
[A]

Типовая схема включения выглядит так:

Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.

CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).

SN3350

SN3350 — очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).

Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:

R = 0.1 / I LED

Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.

Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).

Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.

Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.

Типовая схема включения:

Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).

ZXLD1350

Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.

Вот главные отличия:

• микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
• максимальный ток нагрузки — 350 мА;
• сопротивление выходного ключа в открытом состоянии — 1.5 — 2 Ома;
• изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
• если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;

Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:

R = 0.1 / I LED

Минимальное сопротивление резистора — 0.27 Ом.

Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:

Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае — мгновенно выйдет из строя.

Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .

Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.

QX5241

QX5241 — это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку «5241a» (см. фото).

В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).

Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.

Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.

Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:

• максимальный выходной ток — 2.5 А;
• КПД до 96%;
• максимальная частота диммирования — 5 кГц;
• максимальная рабочая частота преобразователя — 1 МГц;
• точность стабилизации тока через светодиоды — 1%;
• напряжение питания — 5.5 — 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
• выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED
  

Более подробно читайте в спецификации (на инглише).

Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:

Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.

Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше — то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.

Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).

AL9910

Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).

Вот ее основные характеристики:

• входное напряжение — до 500В (до 277В для переменки);
• встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
• возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
• встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
• рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
• для работы необходим внешний полевой транзистор;
• выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.

Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.

» рассматривалось, в том числе, изменение светодиодной матрицы в приобретенном фонарике. Целью доработки было повышение надежности источника света, за счет изменения схемы подключения светодиодов, с параллельного включения на комбинированное.

Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% сократит срок их службы в несколько раз.

Основной характеристикой светодиодов, которая определяют яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы светодиоды гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, который стабилизирует протекающий через цепь светодиодов ток и длительно сохранит устойчивую яркость света.

Для маломощных светоизлучающих диодов, возможно их использование и без драйвера, но в этом случае его роль выполняют ограничительные резисторы. Такое подключение было использовано в приведенной выше самоделке. Это простое решение защищает светодиоды от превышения допустимого тока, в пределах расчетного источника питания, но стабилизация при этом отсутствует.

В этой статье, рассмотрим возможность усовершенствовать приведенную выше конструкцию и повысить эксплуатационные свойства фонаря с питанием от внешнего аккумулятора.

Для стабилизации тока через светодиоды, добавим в конструкцию фонаря простой линейный драйвер — стабилизатор тока с обратной связью. Здесь ток является ведущим параметром, а напряжение питания светодиодной сборки может автоматически варьироваться в определенных пределах. Драйвер обеспечивает стабилизацию выходного тока при нестабильном входном напряжении или колебаниях напряжения в системе, причем подстройка тока происходит плавно, не создавая высокочастотных помех свойственных импульсным стабилизаторам. Схема такого драйвера крайне проста в изготовлении и настройке, но меньший КПД (около 80%) является за это платой.

Для исключения критического разряда источника питания (ниже 12 В), что особенно опасно для литиевых аккумуляторов, в схему дополнительно введем индикацию предельного разряда или отключение аккумулятора при низком напряжении.

Изготовление драйвера

1. Для решения указанных предложений изготовим следующую схему питания светодиодной матрицы.

Ток питания светодиодной матрицы проходит через регулирующий транзистор VT2 и ограничительное сопротивление R5. Ток через управляющий транзистор VT1 задается подбором сопротивления R4 и может изменяться в зависимости от изменения падения напряжения на резисторе R5, также используемом в качестве резистора токовой обратной связи. При увеличении тока в цепочке — светодиоды, VT2, R5, по какой-либо причине, увеличивается падение напряжения на R5. Соответствующее увеличение напряжения на базе транзистора VT1, приоткрывает его, уменьшая этим напряжение на базе VT2. А это прикрывает транзистор VT2, уменьшая и стабилизируя этим, ток через светодиоды. При уменьшении тока на светодиодах и VT2, процессы протекают в обратном порядке. Таким образом, за счет обратной связи, при изменении напряжения на источнике питания (с 17 до 12 вольт) или возможных изменениях параметров схемы (температура, выход из строя светодиода), ток через светодиоды постоянен в течение всего периода разряда аккумулятора.

На детекторе напряжения, специализированной микросхеме DA1, собрано устройство для контроля напряжения. Микросхема работает следующим образом. При номинальном напряжении, микросхема DA1 закрыта и находится в дежурном состоянии ожидания. При уменьшении напряжения на выводе 1, подключенном к контролируемой цепи (в данном случае — источник питания), до определенного значения, вывод 3 (внутри микросхемы) соединяется с выводом 2, подключенным к общему проводу.

Приведенная выше схема имеет различные варианты включения.

Вариант 1.
Если к выводу 3 (точка А) подключить индикаторный светодиод (LED1 – R3) соединенный с положительным проводом (см. принципиальную схему), получим индикацию предельного разряда аккумулятора. При снижении напряжения питания до определенного значения (в нашем случае 12 В) светодиод LED1 включится, сигнализируя о необходимости заряда аккумулятора.

Вариант 2.
Если точку А соединить с точкой Б, то при достижении низкого напряжения (12 В) на аккумуляторе, получим автоматическое отключение светодиодной матрицы от питания. Детектор напряжения, микросхема DA1, при достижении контрольного напряжения, соединит базу транзистора VT2 с общим проводом и закроет транзистор, отключив светодиодную матрицу. При повторном включении фонаря на низком напряжении (менее 12 В), светодиоды матрицы загораются на пару секунд (за счет заряд/разряд С1) и вновь гаснут, сигнализируя о разряде аккумулятора.

Вариант 3.
При объединении вариантов 2 и 3, при отключении светодиодной матрицы включится индикаторный светодиод LED1.
Основные достоинства схем на детекторе напряжения, простота схемного подключения (практически не требуется дополнительных деталей обвязки) и чрезвычайно низкое энергопотребление (доли микроампера) в дежурном состоянии (в режиме ожидания).

2. Собираем схему драйвера на монтажной плате.
Выполняем монтаж VT1, VT2, R4. Подключаем, в качестве нагрузки, светодиодную матрицу, рассмотренную в начале статьи. В цепь питания светодиодов включаем миллиамперметр. С целью возможности проверки и настройки схемы на стабильном и определенной величины напряжении, подключаем ее к регулируемому источнику питания. Подбираем сопротивление резистора R5, позволяющее стабилизировать ток через светодиоды во всем диапазоне планируемой регулировки (с 12 до 17 В). С целью повышения КПД, первоначально был установлен резистор R5 номиналом 3,9 ома (см. фото), но стабилизация тока во всем диапазоне (при фактически установленных деталях) потребовала установки номинала в 20 ом, так как не хватало напряжения для регулировки VT1 из-за малого тока потребления светодиодной матрицы.

Транзистор VT1 желательно подобрать с большим коэффициентом передачи тока базы. Транзистор VT2 должен обеспечить допустимый ток коллектора, превышающий ток светодиодной матрицы и рабочее напряжение.

3. Добавляем на монтажную плату схему индикатора — ограничителя предельного разряда. Микросхемы детектора напряжения выпускаются на различные значения контроля напряжения. В нашем случае, в связи с отсутствием микросхемы на 12 В, использовал имеющуюся в наличии, на 4,5 В (часто встречаются в отработавшей бытовой технике – телевизоры, видеомагнитофоны). По этой причине, для контроля напряжения в 12 В, добавляем в схему делитель напряжения на постоянном резисторе R1 и переменном R2, необходимом для точной настройки на нужное значение. В нашем случае, регулировкой R2, добиваемся напряжения 4,5 В на выводе 1 DA1 при напряжении 12,1…12,3 В на шине питания. Аналогично, при подборе делителя напряжения, можно использовать и другие подобные микросхемы — детекторы напряжения, различных фирм, наименований и контрольных напряжений.

Первоначально проверяем и настраиваем схему на срабатывание, по светодиодному индикатору. Затем проверяем работу схемы, соединив точки А и Б, на отключение светодиодной матрицы. Останавливаемся на выбранном варианте (1, 2, 3).

Светодиоды для своего питания требуют применения устройств, которые будут стабилизировать ток, проходящий через них. В случае индикаторных и других маломощных светодиодов можно обойтись резисторами. Их несложный расчет можно еще упростить, воспользовавшись «Калькулятором светодиодов» .

Для использования мощных светодиодов не обойтись без использования токостабилизирующих устройств – драйверов. Правильные драйвера имеют очень высокий КПД — до 90-95%. Кроме того, они обеспечивают стабильный ток и при изменении напряжения источника питания. А это может быть актуально, если светодиод питается, например, от аккумуляторов. Самые простые ограничители тока — резисторы — обеспечить это не могут по своей природе.

Немного ознакомиться с теорией линейных и импульсных стабилизаторов тока можно в статье «Драйвера для светодиодов» .

Готовый драйвер, конечно, можно купить. Но гораздо интереснее сделать его своими руками. Для этого потребуются базовые навыки чтения электрических схем и владения паяльником. Рассмотрим несколько простых схем самодельных драйверов для мощных светодиодов.

Простой драйвер. Собран на макетке, питает могучий Cree MT-G2

Очень простая схема линейного драйвера для светодиода. Q1 – N-канальный полевой транзистор достаточной мощности. Подойдет, например, IRFZ48 или IRF530. Q2 – биполярный npn-транзистор. Я использовал 2N3004, можно взять любой похожий. Резистор R2 – резистор мощностью 0.5-2Вт, который будет определять силу тока драйвера. Сопротивление R2 2.2Ом обеспечивает ток в 200-300мА. Входное напряжение не должно быть очень большим – желательно не превышать 12-15В. Драйвер линейный, поэтому КПД драйвера будет определяться отношением V LED / V IN , где V LED – падение напряжения на светодиоде, а V IN – входное напряжение. Чем больше будет разница между входным напряжением и падением на светодиоде и чем больше будет ток драйвера, тем сильнее будет греться транзистор Q1 и резистор R2. Тем не менее, V IN должно быть больше V LED на, как минимум, 1-2В.

Для тестов я собрал схему на макетной плате и запитал мощный светодиод CREE MT-G2 . Напряжение источника питания — 9В, падение напряжения на светодиоде — 6В. Драйвер заработал сразу. И даже с таким небольшим током (240мА) мосфет рассеивает 0,24 * 3 = 0,72 Вт тепла, что совсем не мало.

Схема очень проста и даже в готовом устройстве может быть собрана навесным монтажом.

Схема следующего самодельного драйвера также предельно проста. Она предполагает использование микросхемы понижающего преобразователя напряжения LM317. Данная микросхема может быть использована как стабилизатор тока.

Еще более простой драйвер на микросхеме LM317

Входное напряжение может быть до 37В, оно должно быть как минимум на 3В выше падения напряжения на светодиоде. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1 = 1.2 / I, где I – требуемая сила тока. Ток не должен превышать 1.5А. Но при таком токе резистор R1 должен быть способен рассеять 1.5 * 1.5 * 0.8 = 1.8 Вт тепла. Микросхема LM317 также будет сильно греться и без радиатора не обойтись. Драйвер также линейный, поэтому для того, чтобы КПД был максимальным, разница V IN и V LED должна быть как можно меньше. Поскольку схема очень простая, она также может быть собрана навесным монтажом.

На той же макетной плате была собрана схема с двумя одноваттными резисторами сопротивленим 2.2 Ом. Сила тока получилась меньше расчетной, поскольку контакты в макетке не идеальны и добавляют сопротивления.

Следующий драйвер является импульсным понижающим. Собран он на микросхеме QX5241 .

Схема также проста, но состоит из чуть большего количества деталей и здесь уже без изготовления печатной платы не обойтись. Кроме того сама микросхема QX5241 выполнена в достаточно мелком корпусе SOT23-6 и требует внимания при пайке.

Входное напряжение не должно превышать 36В, максимальный ток стабилизации – 3А. Входной конденсатор С1 может быть любым – электролитическим, керамическим или танталовым. Его емкость – до 100мкФ, максимальное рабочее напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Конденсатор С2 керамический. Конденсатор С3 – керамический, емкость 10мкФ, напряжение – не менее чем в 2 раза больше, чем входное. Резистор R1 должен иметь мощность не менее чем 1Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле R1 = 0.2 / I, где I – требуемый ток драйвера. Резистор R2 — любой сопротивлением 20-100кОм. Диод Шоттки D1 должен с запасом выдерживать обратное напряжение – не менее чем в 2 раза по значению больше входного. И рассчитан должен быть на ток не менее требуемого тока драйвера. Один из важнейших элементов схемы – полевой транзистор Q1. Это должен быть N-канальный полевик с минимально возможным сопротивлением в открытом состоянии, безусловно, он должен с запасом выдерживать входное напряжение и нужную силу тока. Хороший вариант – полевые транзисторы SI4178, IRF7201 и др. Дроссель L1 должен иметь индуктивность 20-40мкГн и максимальный рабочий ток не менее требуемого тока драйвера.

Количество деталей этого драйвера совсем небольшое, все они имеют компактный размер. В итоге может получиться достаточно миниатюрный и, вместе с тем, мощный драйвер. Это импульсный драйвер, его КПД существенно выше, чем у линейных драйверов. Тем не менее, рекомендуется подбирать входное напряжение всего на 2-3В больше, чем падение напряжения на светодиодах. Драйвер интересен еще и тем, что выход 2 (DIM) микросхемы QX5241 может быть использован для диммирования – регулирования силы тока драйвера и, соответственно, яркости свечения светодиода. Для этого на этот выход нужно подавать импульсы (ШИМ) с частотой до 20КГц. С этим сможет справиться любой подходящий микроконтроллер. В итоге может получиться драйвер с несколькими режимами работы.

(13 оценок, средняя 4.58 из 5)


Наверняка у многих имеются фонари фирмы Convoy, они давно зарекомендовали себя как недорогие и качественные источники света. Но мало кто знает, что с помощью программатора за $3 и клипсы за $3 можно залить в некоторые фонари кастомную прошивку, которая будет иметь больше функций или будет удобнее в использовании. Сразу оговорюсь, что в статье речь пойдет о прошивке фонарей с драйверами на базе микроконтроллера Attiny13a, такие драйвера стоят во всех конвоях S серии (кроме нового S9), а так же в Convoy M1, M2, C8. Многие другие производители так же ставят в свои фонари драйвера с Attiny, к ним данный мануал тоже применим, но следует уделять внимание фьюзам и используемым портам Attiny.

Краткий ликбез

Не все знакомы с устройством современных фонарей, поэтому прежде чем перейти к колдовству, я постараюсь ввести вас в курс дела. Итак, электрическая схема типичного карманного фонарика состоит из следующих частей:

• Кнопка выключения — у «тактических» EDC фонариков типа Конвоев обычно располагается в хвосте
• Аккумулятор — обычно это Li-ion банка
• Драйвер — самая важная часть фонаря, его мозги
• Светодиод — говорит сам за себя

Из всего этого безобразия нас, как вы уже поняли, интересует в первую очередь драйвер. Он отвечает за работу фонаря в различных режимах яркости, запоминание последнего включенного режима и прочую логику. В одноаккумуляторных фонарях чаще всего встречаются ШИМ-драйвера. В качестве силового ключа в таких драйверах обычно используется либо полевой транзистор, либо куча линейных регуляторов AMC7135. Например, так выглядит довольно популярный драйвер Nanjg 105D:

Микроконтроллер Attiny13a содержит в себе прошивку, которая определяет логику работы фонаря. Далее я покажу, как можно залить в этот микроконтроллер другую прошивку, чтобы расширить функционал фонаря.

Предыстория

Сейчас на рынке представлено поистине огромное количество карманных EDC фонариков, и, что характерно, каждый производитель норовит изобрести свою собственную прошивку с собственным уникальным™ управлением. Из всех существующих решений мне больше всего нравилась прошивка, с которой до недавних пор поставлялись фонари Convoy с драйвером Nanjg 105D. Она имела 2 группы режимов (1 группа: Мин-Средний-Макс, 2 группа: Мин-Средний-Макс-Строб-SOS). Смена групп в ней осуществлялась интуитивно просто: включаем минимальный режим, спустя пару секунд фонарь моргнёт — кликаем кнопкой, и группа режимов переключена. С недавних пор Convoy начал поставлять свои фонари с новой прошивкой biscotti. Она имеет больше возможностей (12 групп режимов, возможность включения-отключения памяти последнего режима, запоминание режима в выключенном состоянии (т.н. off-time memory)), но у нее есть несколько жирных минусов, которые лично для меня перечеркивают все достоинства:

• Сложное управление. Чтобы сменить группу режимов нужно помнить наизусть шаманскую последовательность кликов кнопкой
• Off-time memory не работает при использовании светящихся кнопок (например, таких)
• Много бесполезных групп режимов, отличающихся лишь порядком следования

Когда у меня накопился приличный зоопарк фонарей с разными прошивками, но одинаковыми драйверами, я решил унифицировать их, залив всем одну и ту же прошивку. Все бы ничего, но нельзя просто так взять и перешить Nanjg 105D на старую добрую прошивку с двумя группами, потому что в свободном доступе ее нет, и производитель установил запрет на считывание дампа памяти микроконтроллера, т.е. оригинальную прошивку взять неоткуда. В репозитории прошивок для фонарей аналога данной прошивки нет, поэтому у меня остался один выход — написать все самому.

Встречайте Quasar v1.0

Взяв за основу прошивку luxdrv 0.3b от DrJones , я сваял собственную с блекджеком и лунапарками. Я постарался сделать ее максимально похожей на стоковую прошивку Nanjg 105D и более масштабируемой. Что может мой Quasar:

• 2 группы режимов: (Минимальный — Средний — Максимальный — Турбо) и (Минимальный — Средний — Максимальный — Турбо — Строб — Полицейский строб — SOS)
• Строб злой (частота вспышек около 12Гц)
• Новый режим — полицейский строб — делает прерывистые серии по 5 вспышек, режим может быть полезен велосипедистам, т.к. повышает заметность
• Переключение групп осуществляется как в заводской прошивке: включаем первый режим, ждем пару секунд, кликаем сразу после того, как фонарь моргнет
• Путем модификации исходников можно добавить до 16 групп, в каждой группе можно задать до 8 режимов
• Используется традиционная on-time память, можно использовать светящиеся кнопки без потери функциональности
• При разряде аккумулятора ниже 3В фонарь начинает сбрасывать яркость, но полностью не отключается — используйте аккумуляторы с защитой, если боитесь их убить.
• Удобная фича для проверки текущего уровня аккумулятора: в любом режиме делаем 10-20 быстрых полу-нажатий кнопкой до тех пор, пока фонарь не перестанет включаться. После этого фонарь сделает от 1 до 4 вспышек, каждая вспышка означает уровень заряда соответственно

Исходники, скомпилированный бинарник с двумя группами режимов и проект для Atmel Studio вы можете найти на моем гитхабе . Помните, что исходники распространяются под лицензией CC-BY-NC-SA, и прошивку вы используете на свой страх и риск без каких-либо гарантий.

Принадлежности

Для заливки кастомной прошивки нам понадобятся:

• SOIC клипса Купить
• Любой клон Arduino Nano 3.0 для использования в качестве программатора Купить
• Arduino у меня уже была, поэтому я решил завести отдельный самостоятельный девайс для прошивки фонарей и купил USBISP программатор Купить
• Dupont провода для подключения клипсы к программатору Купить

Подготовка программатора

Для прошивки драйвера подойдет обычная Arduino Nano 3.0 с залитым скетчем ArduinoISP, но я решил завести отдельный программатор, поэтому купил USBISP. Он имеет форм-фактор флешки в алюминиевом корпусе:

Из коробки этот программатор определяется на компе как HID устройство и работает только с китайским кривым софтом, чтобы использовать его с avrdude можно перепрошить его в USBASP. Для этого нам, как ни странно, понадобится другой рабочий программатор. Здесь нам поможет Arduino Nano, подключаем её к компьютеру, открываем Arduino IDE и открываем стандартный скетч ArduinoISP:

Раскомменчиваем строку #define USE_OLD_STYLE_WIRING:

И заливаем скетч в Nano. Теперь у нас есть AVRISP программатор, которым можно перепрошить наш USBISP в USBASP. Для этого нам в первую очередь понадобится avrdude, он лежит в папке установки Arduino IDE по пути hardwaretoolsavrbin. Для удобства советую добавить полный путь к avrdude.exe в переменную окружения PATH.

Теперь нам необходимо открыть USBISP и перевести его в режим программирования, установив перемычку UP:

Заодно убеждаемся, что на плате распаян Atmega88 или 88p, как в моем случае:

Другие перемычки, несмотря на советы в инете, трогать не нужно, все прекрасно прошивается и с ними.

Теперь внимательно смотрим на распиновку USBISP программатора, нанесенную на его алюминиевом корпусе, и подключаем его к Arduino Nano:

• VCC и GND к VCC и GND сответственно
• MOSI к D11
• MISO к D12
• SCK к D13
• RESET к D10

У меня не оказалось Female-Female проводов, поэтому я заюзал мини-макетку:

Следующий шаг — скачиваем прошивку usbasp.atmega88-modify.hex , подключаем Arduino к компу, запускаем консоль и переходим в папку с сохраненной прошивкой. Для начала выставим фьюзы командой:

Avrdude -p -m88 -c avrisp -b 19200 -U lfuse:w:0xff:m -U hfuse:w:0xdd:m

Затем заливаем прошивку командой:

Avrdude -p m88p -c avrisp -b 19200 -U flash:w:usbasp.atmega88-modify.hex

После этого убираем перемычку на USBISP, подключаем его к компьютеру, и если все сделано правильно, — на нем загорится синий светодиод:

Теперь у нас есть полноценный компактный USBASP программатор в удобном металлическом корпусе.

SOIC клипса

Программировать микроконтроллеры можно и без клипсы, подпаивая каждый раз проводки к соответствующим контактам, но это настолько рутинный процесс, что лучше все же не пожалеть денег на клипсу. Первое, что нужно сделать после получения клипсы, — это «распушить» контакты, поскольку из коробки они расположены слишком близко друг к другу, и к ним невозможно нормально подпаять провода:

Подключаем контакты клипсы к программатору в соответствии с распиновкой микроконтроллера:

Для большей надежности я припаял провода к клипсе и затянул все это термоусадкой:

Заливаем прошивку в фонарь

Теперь, когда программатор с клипсой готовы, дело остается за малым — нужно свернуть башку фонарю, открутить прижимное кольцо драйвера и извлечь его. В большинстве случаев провода от драйвера отпаивать не нужно, их длины достаточно для доступа к микроконтроллеру:

Крепим клипсу, соблюдая ориентацию. Ориентир в данном случае — кругляш на корпусе микросхемы, он обозначает первый её пин (RESET в нашем случае):

Смотрим, чтобы все пины клипсы утопились в корпус. Подключаем программатор к компу, теперь дело осталось за малым — нужно залить прошивку) Для этого идем на гитхаб, качаем бинарник quasar.hex , запускаем консоль, переходим в папку с бинарником и выполняем команду:

Avrdude -p t13 -c usbasp -u -Uflash:w:quasar.hex:a -Ulfuse:w:0x75:m -Uhfuse:w:0xFF:m

Если все нормально, то пойдет процесс загрузки прошивки, в этот момент ни в коем случае нельзя трогать клипсу, лучше вообще не дышать) При успешной прошивке в конце вывода будет примерно следующее:

Просто, да? А вот нифига, с вероятностью 90% вместо загрузки прошивки вы увидите это:

Причина чаще всего кроется в том, что у новых моделей драйверов замкнуты пины 5 и 6 (MISO и MOSI), что делает невозможным программирование. Поэтому если avrdude жалуется на target doesn»t answer, то первым делом вооружаемся скальпелем и внимательно смотрим на плату. Нужно перерезать дорожку, как показано на картинке:

После этого прошивка обычно заливается без проблем. Если нет — внимательно посмотрите на микроконтроллер, возможно у вас вовсе не Attiny13a, по крайней мере мне попадались драйвера с Fasttech с PIC контроллерами.

Модификация прошивки

Скомпилированная прошивка на гитхабе посути является чуть более продвинутым аналогом оригинальной прошивки, поэтому куда интереснее собрать собственную версию прошивки со своими группами и режимами. Сейчас я расскажу, как это сделать. Первым делом качаем и устанавливаем Atmel Studio с официального сайта. Потом скачиваем все файлы проекта (кто умеет в git — могут просто клонировать всю репу) и открываем Quasar.atsln через установленную студию:

Перечислю наиболее интересные места в коде:

#define LOCKTIME 50

Задает время, через которое текущий режим будет сохранен. Значение 50 соответствует 1 секунде, соответственно поставив 100 можно получить интервал ожидания в 2 секунды

#define BATTMON 125

Задает критический уровень напряжения на аккумуляторе, при достижении которого фонарь начнет сбрасывать яркость. У стандартного Nanjg 105D величина 125 соответствует примерно 2.9 вольтам, но все зависит от величин резисторов делителя напряжения на плате. Если удалить эту строку целиком — фонарь не будет следить за напряжением аккумулятора.

#define STROBE 254
#define PSTROBE 253
#define SOS 252

Определения режимов-мигалок, цифровые значения трогать не следует, если не нужен какой-либо режим — соответствующую строку можно удалить, не забыв после этого поправить объявления групп режимов в массиве groups.

#define BATTCHECK

Включает режим индикации уровня аккумулятора после 16 быстрых кликов. Можно удалить, если эта функция не нужна.

#define MEM_LAST

Задает запоминание последнего режима. Возможны следующие значения: MEM_LAST — фонарь включается в последнем включенном режиме, MEM_FIRST — фонарь всегда включается в первом режиме, MEM_NEXT — фонарь всегда включается в следующем режиме.

#define MODES_COUNT 7
#define GROUPS_COUNT 2

Задают количество режимов в группе и количество групп соответственно. Тесно связаны со следующим массивом groups:

PROGMEM const byte groups = {{ 6, 32, 128, 255, 0, 0, 0 },
{ 6, 32, 128, 255, STROBE, PSTROBE, SOS }};

Здесь перечислены сами группы режимов работы. Числа 6, 32, 128, 255 — значения яркости, STROBE, PSTROBE, SOS — обозначения специальных режимов. Нулевые значения яркости игнорируются, поэтому в разных группах можно задавать разные количества режимов (в данном случае в первой группе 4 режима, во второй — 7).

Например, если вы хотите оставить один единственный режим работы со 100% яркостью, то сделать это можно так:

#define MODES_COUNT 1
#define GROUPS_COUNT 1
PROGMEM const byte groups = {{ 255 }};

Если вам нужны 3 группы режимов без мигалок и с обратным следованием (от максимального к минимальному), то можно сделать так:

#define MODES_COUNT 4
#define GROUPS_COUNT 3
PROGMEM const byte groups = {{ 255, 0, 0, 0 },
{ 255, 64, 6, 0 },
{ 255, 128, 32, 6 }};

При таком раскладе в первой группе всего один режим со 100% яркостью, во второй — 3 режима, в третьей — 4 режима с более плавным уменьшением яркости. Легко и просто, правда? Остается лишь скомпилировать исходник в hex файл с помощью студии, для этого выбираем «Release» в диспетчере конфигураций и жмем «Запуск без отладки»:

Если нигде в коде не накосячили, то в папке проекта появится директория Release, а в ней — hex файл, который остается залить в драйвер описанным в предыдущем разделе способом.

На этом все, надеюсь сей мануал будет кому-нибудь полезен. Если у кого возникнут вопросы — милости прошу в комменты)

ZDL
23-06-2010 23:30

KAR2009
24-06-2010 01:13

2. Диод, резистор + 2 литиевых элемента

Пусть на светодиод надо 3,4 Вольта и ток 0,9 А при мощности 3 Вт. Берём 2 литий-ионных аккумулятора на 3,7. В заряженном состоянии они имеют до 4,2 В. Итак, на резисторе надо погасить 4,2В * 2 — 3,4В = 5В.
Резистор нужен на 5,56 Ом. При этом на нём будет выделяться мощность 5В*0,9А=4,5 Вт, т.е. больше чем на светодиоде. Фактически, 2-й аккумулятор будет работать на разогрев резистора, когда как в первом случае на светодиод. Я молчу, что в драйвере можно реализовать разные алгоритмы с изменением скважности ШИМ значительно повышающих экономию…

ZDL
24-06-2010 05:52

MauserFL, спасибо с удовольствием прочитал.

ilkose
24-06-2010 06:04

Да дураки эти драйверы придумали чтобы денег по больше с людей содрать, напрямую к батарейкам и нормально, зато светики как лампочки надо будет менять ))

ZDL
24-06-2010 08:30

Скоро у меня будет хороший драйвер и диод. Вот и проверю что там да как.

sergVs
24-06-2010 09:41

Литий не единственный и не всегда лучший источник питания (а иногда и доступный). Это надо иметь в виду.

rkromanrk
24-06-2010 20:03

quote: Скоро у меня будет хороший драйвер и диод

Вы тут только не вздумайте написать какие именно — разочарованию не будет предела!..

John JACK
24-06-2010 21:09

Без драйвера фонарь сначала светит недолго и ярко, а потом — долго и тускло. С щелочными батарейками получается особенно печально. С литиевыми аккумуляторами чуть получше, у них относительно пологий график разряда, потому за первые минуты яркость падает до средней и медленно тускнеет почти до самого разряда. Директдрайв с литиевым аккумулятором уже относительно пригоден к использованию, но экономически нецелесообразен — простейший линейный драйвер стоит в несколько раз меньше одного литий-ионного аккумулятора.

ZDL
24-06-2010 22:31

простейший линейный драйвер стоит в несколько раз меньше одного литий-ионного аккумулятора.

Да? Раньше были только ШИМ преобразователи. Теперь есть линейные, это которые меняют своё сопротивление в зависимости от напряжения? Почитаю, посмотрю узнаю. Порядок цен не могли бы указать?
Да и ШИМы сейчас какие то неважнецкие.
Вот в журнале радио были ШИМы так ШИМы. Выходное напряжение 5вольт, при изменении входного с 3 до 15 вольт, и всего 2 транзистора.
Приобрел драйвер за 600руб… На эти деньги я мог купить 7 шт. 123 элементов…
Да вообшем чего гадать то, нужно эксперимент поставить. Вот только люкс метра у меня нет, нужно что то колхозить.

John JACK
24-06-2010 22:39

ШИМ — это не драйвер (стабилизатор тока) а средство ограничения яркости же. Однорежимные драйверы просто стабилизируют ток на светодиоде (по мере возможностей), а многорежимные состоят из стабилизатора, настроенного на ток максимального режима и ШИМа, который обеспечивает меньшие режимы и всякие стробы с цветомузыкой.
Линейный драйвер работает как умный переменный резистор, да. Имеет узкий диапазон входного напряжения, но высокий КПД, и сделать хороший линейный драйвер гораздо проще, чем хороший импульсный. Начинаются со ста рублей: http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.6190

ZDL
24-06-2010 22:42

Диод R2 140 люкс на 1 ватт, максимальный ток 1500 мА. Драйвер 3х режимный на рефлекторе с наружи надпись 0.8-4.2 V. Максимальный выхолдной ток 1 ампер. Продавец сказал что один из лучших.

ilkose
24-06-2010 22:49

Наверное не драйвер а модуль купили? Все равно 600 руб дорого, я драйверочки по 110 руб покупаю (8-24 вольт, 1-3 одноваттника) светики китайские по 100-130 руб, оптика вообще копейки

ZDL
24-06-2010 23:40

Joker12
24-06-2010 23:51

Кстати, вот хороший фонарик. Чистой воды директ драйв, с резистором на второй режим.

KAR2009
24-06-2010 23:52

quote: Originally posted by ZDL:
Диод R2 140 люкс на 1 ватт, максимальный ток 1500 мА.

John JACK
25-06-2010 02:00

quote: Originally posted by ZDL:

Давайте рассмотрим самый тяжёлый случай:

У светодиода нелинейная ВАХ. Если уронить на драйвере/резисторе чуть-чуть напряжения, то ток на светодиоде упадёт весьма заметно. Рассуждения ваши были бы верны если диод был бы тупым сопротивлением. А он — сопротивление весьма нетупое.
Кроме того, утверждение

quote: Originally posted by ZDL:

4,2 в. выдаёт аккумулятор, 3,2в и 1.5 а.

неверно. Аккумулятор выдаёт 4.2 В без нагрузки. Если его включить напрямую на диод (директ драйв), то напряжение просядет до 3.2 В при токе 1.5 А. А чтобы получить на диоде 1 А, надо драйвером или резистором рассеять всего 0.1 В напряжение. Почему — смотрите таблицы ВАХ.
ШИМ же изменяет длительность импульса, да, но ток в импульсе будет максимально возможным. То есть 1.5 А или более при свежем аккумуляторе, с падением по мере разряда. Стабилизировать ток при помощи ШИМ нельзя, стабилизировать яркость (увеличивая длину импульса по мере разряда батареи) — теоретически можно, а практически не нужно.

quote: Originally posted by Joker12:

Кстати, вот хороший фонарик.

Чем он хороший? Тем, что десятиваттный светодиод питается всего 1.5-2 амперами и то при хорошем аккумуляторе и только первые несколько минут? Для P7 или MC-E надо минимум два 18650.

KAR2009
25-06-2010 02:39

quote: Originally posted by John JACK:
Стабилизировать ток при помощи ШИМ нельзя, стабилизировать яркость (увеличивая длину импульса по мере разряда батареи) — теоретически можно, а практически не нужно.

А вот «vaska» утверждает, что можно на форуме http://forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=239 :
«Сама широтно-импульсная модуляция применительно к питанию светодиодов условно может быть разделена на два вида: первичная ШИМ и внешняя ШИМ.
Первое означает, что стабилизация тока на светодиоде осуществляется импульсным преобразователем, на выходе которого имеется фильтр, превращающий производимый преобразователем меандр в постоянный ток.
Если сделать преобразователь такого рода регулируемым (обычно для этого изменяют опорное напряжение компаратора обратной связи по току), то, как справедливо разъяснял Малкофф, мы сможем добиться неплохого КПД на всех режимах работы.
Второе означает, что стабилизированный ток, обеспечиваемый первичным источником (безразлично, импульсным или линейным), прерывается с невысокой частотой и далее не фильтруется. Таким образом диод запитывается не постоянным током, как в первом случае
, а импульсами тока, что, естественно, отрицательно сказывается на КПД системы в режимах малого света.
«
Так что при наличии фильтра с помощью ШИМ мы можем стабилизировать ток.

ZDL
25-06-2010 04:34

Люксы и люмены разные единицы… У R2 нет 140 люмен на 1 Ватт, это у R5 столько и максимальный ток для XP-G 1,5А приведён, а не для XR-E.

Да, я пока путаюсь. обешаю исправиться .

ZDL
25-06-2010 05:04

John JACK, светодиод вообще не похож на сопротивление. Более похож на стабилитрон, при достижении напряжения стабилизации его сопротивление значительно уменьшаеться. Только светодиод светиться в отличае от стабилитрона.
На счёт ШИМ. Есть широтноимпульсные стабилизаторы и они именно стабилизируют напряжение, либо ток с высоким КПД. Они могут повышать напряжение и ток, а так же понижать. А есть схемы изменяюшие длительность импульса, ни чего не стабилизируя. Этакий «импульсный» резистор. КПД их ниже, диапазон напряжений меньше, но они проще. Вообщем в электронике можно в такие дебри влезть .

vaska
25-06-2010 08:49

quote: Originally posted by ZDL:

У линейного драйвера хороший КПД?
Давайте рассмотрим самый тяжёлый случай: 4,2 в. выдаёт аккумулятор, 3,2в и 1.5 а. ест диод, отсюда 1в. и 1.5а драйвер просто переводит в тепло. Диод ест 4,8вт., а от аккумулятора забираем 6,3 вт. КПД… по моему тут нет, а есть 24% потерь в виде выделяемого тепла. И с ростом напряжения питания, потери будут расти. А ШИМ, насколько я с ними знаком, изменяеняет длительность импульса в зависимости от напряжения питания оставляя ток неизменным. Т.е. диод ест 4,8вт и от аккумулятора потребляет 5вт.

В общем случае утверждение абсолютно верное, но рядовому фонаревщику интересны частные случаи, например питание одного диода от одного литий-иона. И вот тут линейник с оговоркой, что он построен на полевом транзисторе со сверхмалым сопротивлением насыщения, составляет реальную конкуренцию ШИМ. При питании ШИМ от напряжения 4 В трудно достичь КПД выше 90%, и у линейника суммарный КПД получается сравнимым. Если, например, мы эксплуатируем самый передовой XP-G на токе 1,5 А (падение 3,36 В), то от свежезаряженного лития получаем 80% КПД. При разряде, когда напряжение аккумулятора и падение на диоде выравниваются, КПД близок к 100%, так что суммарный выходит около 90%. С учетом того, что спад напряжения в процессе разряда нелинеен, и максимален именно в его начале, реальный суммарный КПД выходит еще выше.

vasee
25-06-2010 15:51

http://www.4sevens.com/product_info.php?cPath=297_306&products_id=1654

LiaGen
25-06-2010 16:20

quote: О. Как хорошо, что тему заметил). Нет необходимости плодить лишние). Уважаемы форумчане, просьба подсказать), верно ли я понимаю, что Power: Two CR123A Batteries (3.0V~9.0V) в характеристиках говорит о наличии драйвера, так что можно не искать аккум на 3В, а брать 3,6В?

]http://www.4sevens.com/product_info.php?cPath=297_306&products_id=1654
Что до наличия драйвера -верно, он есть, работает как и указано в диапазоне 3-9в.
А теперь по питанию: фонарь ест 2 батарейки типа cr123 с маркировокй 3.0v, но реально их вольтаж выше, таким образом фонарь питается не от 6, а примерно от 7 с гаком вольт(могу врать не мерил как то свежих батареей) в при новых батареях.
Аналогзамена cr123 батарейкам это литиевые аккумуляторы типа rcr123(16340) с маркировкой 3.6v, их реальный вольтаж при полном заряде 4.2v — т.е. два акума дадут 8.4v — драйвер такой вольтаж скушает нормально.
Следует лишь учитывать, что большинство китайских акумов с защитой -длинее и толще, чем батарейки кр123. Посему предварительно уточните у пользовательей фонаря, влезут ли они туда..

ZDL
25-06-2010 16:34

Подключил модуль и диод к 123 элементу. Чегой то не впечатлён. Видать нужно от аккумулятора питать.

vaska
25-06-2010 17:06

Устоявшееся у меня, это то, что я серийно произвожу фонари, питаемые именно преобразователем. Но, поскольку не считаю себя человеком зашоренным, — обращаю внимание и на иные решения. Активный самодельщик StasikOFF уже который год лепит фонари на линейных источниках тока, и своим КПД они весьма впечатляют. А чтобы меня переубедить достаточно излагать аргументированно и с цифрами, ведь со своей стороны я предоставил достаточное количество убедительных цифирок

ZDL
25-06-2010 17:45

И так я купил XPG R5, драйвер Solarforse 0,8 -4,2 3 mode. От одного элемента 123 диод не раскачивается на максимальный ток… А вот если диод запитать от двух 123 то думаю нужен будет токоограничительный резистор.
Аккумуляторов у меня пока нет.

Virgo_Style
25-06-2010 17:51

quote: Originally posted by ZDL:

От одного элемента 123 диод не раскачивается на максимальный ток

ZDL
25-06-2010 18:28

А чего странного то. Подключил 3 пальчиковых батареи. на диоде 3,02в 1,01а. На батареях 3,45в 1,2а. Какой КПД? Драйвер просто превращает в тепло лишнюю, по его мнению, энергию.

quote: Originally posted by rkromanrk:

Вы тут только не вздумайте написать какие именно — разочарованию не будет предела!..

Virgo_Style
25-06-2010 18:46

quote: Originally posted by ZDL:

на диоде 3,02в 1,01а.

А на сколько драйвер расчитан? Вероятнее всего — на 1А… ну так вот он, как в аптеке.

KAR2009
25-06-2010 19:12

quote: Originally posted by ZDL:
А чего странного то. Подключил 3 пальчиковых батареи. на диоде 3,02в 1,01а. На батареях 3,45в 1,2а.

Нормально выдает. Первоначально для XP-G R5 было разрешено около 1 А, а потом расширили до 1,5 А максимальны ток. Так что драйвер мог выпущен и спроектирован под старые нормы.

quote: Originally posted by ZDL:
А вот если диод запитать от двух 123 то думаю нужен будет токоограничительный резистор.

Это перед драйвером резистор хотите?
Если без драйвера, то я уже отвечал в начале темы о бессмысленности этой затеи.

quote: Originally posted by ZDL:
Вообщем у вас устоявшиеся определения и понятия. Переубеждать вас себе дороже .
Да разочарование есть…
Так что прямое включение диода рулит.
Что и сделанно в китайце за 300 руб.

Похоже, что содержимое этой ветки не прояснило Вам прелести китайцев за 300 руб.

ZDL
25-06-2010 21:14

Я не буду вас переубеждать, кто в теме тот понял. Линейный стабилизатор самым наипростейшим низкоэффективным способом согласует диод с батареей.
Китайский фонарь за 300 руб. Светит так же, только синим, как и супер диод питаемый через стабилизаро тока. Может я чего то не понимаю, но китаец ест 1,5вт, а XPG R5 + драйвер 4,4вт…

vaska
25-06-2010 22:31

quote: Originally posted by ZDL:

При применении вместо него резистора много не потеряем, если заметите вообще какую либо разницу.

Потеряем, однако. Прежде всего потеряем половину первоначальной яркости через пятнадцать минут работы.

KAR2009
25-06-2010 23:02

quote: Originally posted by ZDL:
При применении вместо него резистора много не потеряем, если заметите вообще какую либо разницу.
Китайский фонарь за 300 руб. Светит так же, только синим, как и супер диод питаемый через стабилизаро тока. Может я чего то не понимаю, но китаец ест 1,5вт, а XPG R5 + драйвер 4,4вт…

В разговоре речь шла о 2-х элементах CR123 («А вот если диод запитать от двух 123
то думаю нужен будет токоограничительный резистор.») А это от 6 до 8 Вольт в зависимости от типа CR123. В итоге одна батарея будет работать на резистор, нагревая его.
Если в расчёт берется то, что изначально элементы питания CR123 имеют высокое внутреннее сопротивление, что уже не правильно, так как идеальный источник напряжения должен иметь нулевое внутреннее сопротивление. То избыточное напряжение будет рассеиваться на внутреннем сопротивлении элемента нагревая его и не делая полезную работу. Причем величина этого сопротивления не постоянна и зависит от многих факторов. Ограничение тока светодиода резистором оправдана, когда светодиод маломощный или имеем не большой перепад напряжения источника и напряжения на светодиоде при котором обеспечивается заданный рабочий ток. Причем, как отметил «vaska» «потеряем половину первоначальной яркости через пятнадцать минут работы». Обычно принято считать время работы фонаря от первоначальной яркости до 50% снижения…
Ну а еле тлеющие часами китайские фонарики после 15-30 минут работы и моргающими или сгорающими светодиодами за 300 руб выбор не из лучших…

Der Alte Hase
26-06-2010 03:09

quote: Originally posted by vaska:
Активный самодельщик StasikOFF уже который год лепит фонари на линейных источниках тока, и своим КПД они весьма впечатляют.

Типа таких, по сути своей?
http://www.candlepowerforums.com/vb/showthread.php?t=264687

Der Alte Hase
26-06-2010 04:51

Да дураки эти драйверы придумали чтобы денег по больше с людей содрать, напрямую к батарейкам и нормально, зато светики как лампочки надо будет менять ))

Кстати, у меня диодов деградировало в нормальных китайцах с относительно нормальными драйверами больше, чем перекаленных лампочек сгорело за тот же период. Хотя фонари с лампами накаливания я использую значительно больше…

vaska
26-06-2010 06:25

quote: Originally posted by Der Alte Hase:

Типа таких, по сути своей?

По сути — да, я в какой-то ветке его схему выкладывал: источник опорного, операционник, полевик, три резистора. Вся комплектация легко умещается в сто рублей.

ZDL
26-06-2010 08:13

Разницу в свечении при подаче на диод 2 вт и 4вт я должен увидеть? Именно увидеть а не измерить люкс метром?
Так вот я её не вижу. Сравниваю яркость светового пятна на стене с другим фонарем. Нужно конечно подтвердить бимшотами, но пока времени нет.

Virgo_Style
26-06-2010 10:30

quote: Originally posted by ZDL:

Разницу в свечении при подаче на диод 2 вт и 4вт я должен увидеть?

Попробуйте посветить вдаль — на стене разницу видно плохо.

John JACK
26-06-2010 11:02

Разница между 2 Вт и 4 Вт на глаз — меньше. чем в полтора раза. У меня точно так же было с модулем на XP-G. 700 мА и 1400 мА, на глаз — одинаково, люксметром — 3000 и 4000 попугаев, соответственно.
Главная суть драйвера — поддерживать одинаковый ток на диоде вне зависимости от степени разряда батареи. Потому нельзя говорить, что вот в какой-то момент директ-драйв или резистор эффективнее драйвера — в соседний момент батарея подсядет и ток с яркостью упадут. Резистор годится тогда, когда у нас есть источник относительно постоянного напряжения — сетевой блок питания или автомобильный генератор, например, и нам не надо получить от светодиода максимум эффективности.

ZDL
26-06-2010 13:17

Вот и я об том же!!! Разница в излучении и потребляемой мощьности нелинейная.
Вообщем мне нужно найдти характеристки диода.

Со воим модулем разобрался, китаец сфокусирован лучше, поэтому казалось что он ярче.

Virgo_Style
26-06-2010 13:31

quote: Originally posted by ZDL:

Специалисты подскажите какой драйвер сможет выдавать постоянный ток, допустим 1 ампер, при питании от 1,5в до 8в. И желателно его цену. ?

ZDL
26-06-2010 14:52

Virgo_Style
26-06-2010 15:04

vaska
27-06-2010 20:12

quote: Originally posted by ZDL:

И так XGP R5 при 3,5в.,1,4А выдаёт 350люм, а при 3.2в., 0,65а. — 175люм.
Так что при потере 50% яркости можно вполне обойдтись без драйвера. Правда в самом начале разряда подьём, на него и расчитывать максимальный ток диода. Масимальную яркость не получим, но схема вполне работоспособна с очень приемлемыми параметрами, по моему.

Вообще-то ток 2С — это больше четырех ампер! А Вы, как я понимаю ориентировались именно на нижний график.
Теперь по поводу падения и светоотдачи. Читаем здесь: http://www.candlepowerforums.com/vb/showpost.php?p=3115908&postcount=354 Цифры немного не сходятся с Вашими предположениями.

Просто разок попробуйте подцепить XP-G напрямую к 18650, и потом расскажите сколько секунд он продержался.
Собственно, мне Ваш подход не очень понятен. Вы начали тред, чтобы проконсультироваться и попросить совета. Полезных советов Вам накидали, но у Вас всегда находятся какие-то возражения, и Вы начинаете спорить с людьми, разбирающимися в предмете явно лучше Вас, после чего предлагаете очередное непродуманное решение, причем совершенно не учитывая той информации, на выкладывание которой специально для Вас форумчане потратили определенное время. Если у Вас на все существует свое мнение, то зачем спрашивать советов, ну а если спрашиваете, то отнеситесь чуть более лояльно к тем, кто откликнулся, и хотя бы задумайтесь над тем, что для Вас написали, а то создается впечатление, что Вы живете в режиме монолога.

Virgo_Style
27-06-2010 20:31

Был у меня один XR-E, который я запитывал напрямую. Ток — два ампера, сгореть он так и не удосужился. Впрочем, надолго я его и не включал — секунд на 10, может быть на 20.
Естественно, пользоваться таким фонарем постоянно я бы не стал. Просто от этого фонаря мне был нужен главным образом корпус

В принципе, если любопытно, то можно и повторить эксперимент -)
Но — только после ZDL

ZDL
27-06-2010 21:22

Я на какойто CREE подавал 2,5 а в течении нескольких секунд ни чего не взорвался и продолжает работать.
Сейчас собрал фонарь для показухи. Тот
самый КРЕЕ, резистор на 1ом., 2 элемента CR2. Потребляемый ток 1 а. Куплю еще элементов, посмотрю за сколько он разрядиться.
Да и думаю как сделать импульсный стабилизатор тока с рабочим напряжением 3-9в.
АККУМУЛЯТОРОВ У МЕНЯ НЕТ, не могу я прицепить диод к аккумулятору, был бы сразу и прицепил.

ilkose
27-06-2010 23:51

quote: Я на какойто CREE подавал 2,5 а в течении нескольких секунд ни чего не взорвался и продолжает работать.

Очень показательно , я как то на машине газанул, педаль до пола, и ниче не взорвалось, работает. если серьезно- как то включил напрямую 18650 к ребелу (конечно не ахти какое сравнение, макс ток 700 по даташиту) он продержался 1 сек и стал вечно синим.

ilkose
27-06-2010 23:54

quote: Тот
самый КРЕЕ, резистор на 1ом., 2 элемента CR2. Потребляемый ток 1 а

quote: АККУМУЛЯТОРОВ У МЕНЯ НЕТ, не могу я прицепить диод к аккумулятору, был бы сразу и прицепил.

Тут то и было самое интересное. 18650 в ноутбучных батареях есть, можно сходить где ноуты ремонтируют и попросить баночку.

Virgo_Style
28-06-2010 12:01

quote: Originally posted by ilkose:

Сколько из этих 1 а осталось на резисторе?

pnvkolya
28-06-2010 09:18

quote: Сколько из этих 1 а осталось на резисторе?

Эм… Вы, наверное, вольты или ватты имели в виду?

вот имено, если резистор не в паралель светодиоду, то как я понимаю все что ушло с батареии все на диод и попало, что касаеся амперов-то, других контуров нету.

ilkose
28-06-2010 10:50

Virgo_Style это образно имелось в виду. Хотелось подтолкнуть к тому что будут потери. Ватта 3 мощности будет рассеивать резистор.

vaska
28-06-2010 11:07

quote: Originally posted by ilkose:

Ватта 3 мощности будет рассеивать резистор.

Один ампер возвести в квадрат и умножить на один ом = 1ватт.

ZDL
28-06-2010 16:08

Так и пусть рассеивает, если яркость и продолжительность свечения устраивает. Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера, который расчитан на работу только с литиевыми аккумуляторами, а на 123 батареи выдаёт 1,5 вата и ещё не известно стабилизированных ли.

KAR2009
28-06-2010 16:32

quote: Originally posted by ZDL:
Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера

Virgo_Style
28-06-2010 16:36

А можно увидеть ссылочку на дорогой хреновый драйвер?

ZDL
28-06-2010 18:03

quote: Originally posted by KAR2009:

Здесь, в ЕС, 1 штука CR2 стоит от 6,5 до 7,5 Евро. Итого за 2 штучки надо отдать около 14 Евро, т.е. свыше 500 руб. В фонарике UltraFire WF-606A Cree Q5 (3 Вт) время жизни 1-го CR2 около 20-30 минут при токе потребления в 1,82 А.

Ого у вас цены. Спасибо за информацию, теперь есть с чем сравнить.

Virgo_Style, модуль я брал с рук. Продавец сказал что это solarforse 0,8-4,2 3 mode. Что я намерял у него на выходе писал в этом топике.

Virgo_Style
28-06-2010 18:56

И кстати,

quote: Originally posted by ZDL:

Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера, который расчитан на работу только с литиевыми аккумуляторами, а на 123 батареи выдаёт 1,5 вата

А у вас?

andory
28-06-2010 20:59

quote: Так как резистор+батарейка гораздо дешевле моего хренового дорого драйвера…..

1. Всюду должны быть очень хорошие контакты и достаточно толстые провода. Для экспериментов лучше всюду использовать пайку. Тогда и токи начнут получаться, и светодиоды гореть. Если просто прислонить провод к батарейке, легко получить сопротивление контакта 0.2 Ом и больше. Для 2хCR2 можно собрать линейный стабилизатор тока, при этом кпд будет всегда больше 70% (при токах >1A). Импульсный стабилизатор — устройство сложное, и 85%- почти предел. Так что если устраивает выбрасывать 110 батарейки, то самодельный драйвер состоит из 1 микросхемы, светодиода и мощного полевика.

ZDL
28-06-2010 22:19

Это случайно не тот, который dsche бесплатно отдавал?

Хотя в любом случае solarforce на «дорогой» ну никак не тянет.

Нет я его приобрёл за 600 руб. О чем писал. Я за эти деньги ожидал большего.

quote: Originally posted by Virgo_Style:
И кстати,

1.5 ватта — это маловато, конечно… а с резистором сколько получилось?
У меня вот почему-то от БП и без всякого резистора получилось ровно в два раза меньше — 0.25А при 3V.
А у вас?

Virgo_Style
28-06-2010 22:59

quote: Originally posted by ZDL:

Нет я его приобрёл за 600 руб.

~20 баксов?! Мамадорогая. Тогда я вас понимаю. Переплатили раза в четыре, наверное

Virgo_Style
28-06-2010 23:08

quote: Originally posted by ZDL:

резистор всё же проще не правда ли?

Было бы недурно определиться все же, какую характеристику мы обсуждаем.

Проще — резистор.
Надежнее — резистор.
Дешевле в изготовлении — резистор.
Дешевле в эксплуатации — драйвер.
Функциональнее — драйвер.
Позволяет использовать различные типы питания — драйвер.

Хотя некоторые пункты могут еще уточняться, если добавить исходных данных. Для целого ряда источников питания директ-драйв попросту невозможен, для ряда других окажется малоэффективен.

andory
28-06-2010 23:12

quote: Originally posted by ZDL:

У меня 2 элемента CR2 + резистор на 1 ом.
andory, резистор всё же проще не правда ли?

Проще. Только яркость падает в процессе и светит недолго. Фактически, игрушка на 30 минут. Учитывая немаленькую цену CR2, сложно рассматривать это как полноценный фонарик. Во всяком случае, как им пользоваться и для чего- не особо представляю.

Тогда резистор будет более разумным решением.
И драйвера «за копейку» вполне приличные.
Кривая разряда позволяет питать светодиод током 800-1000мА (XRE)
а XP-G даже и больше (но нужен мощнее драйвер)
и проблем поменьше будет.

Virgo_Style
29-06-2010 09:15

quote: Originally posted by dsche:

Это не драйвер за 600, а модуль D26. Ну и он собственно $20 и стоит. По просьбе топикстартера на место R2 был поставлен куттеровский R5 (+350 диод +50 канифоль). Родной R2 передан вместе с модулем.

У меня периодически просыпается чувство, что топикстартер вешает нам лапшу на уши. И это тот тот самый момент…

ZDL
29-06-2010 15:05

Злые вы, уйду я от вас…
Вчера дождался темноты и протестиовал в поле. Китаец естественно самый тусклый, R5 + драйвер поярче (видимо нужно подать на R5 1,5а.) Ну а R2, 2 элемента CR2 через резистор на 1ом самый яркий. Луч виден сам по себе и если вдоль него смотреть очень плохо видно, нужно немного со стороны. Вообщем для показухи самое то .

rkromanrk
30-06-2010 02:08

quote: Злые вы, уйду я от вас

Давно уже так и хочется сказать (жена меня просто ненавидит за эту фразу…): «А я Вас предупреждал!!!…»

andory
01-07-2010 01:04

quote: Originally posted by rkromanrk:

предлагаю заодно обсосать вот это буржуйское ВАУ:

трансформатор можно прямо на корпусе батарейки намотать. будет еще круче выглядеть

rkromanrk
01-07-2010 01:21

quote: трансформатор можно прямо на корпусе батарейки намотать

Насколько я понимаю, ЭТО не стабилизирует ток, а лишь увеличивает напряжение???…

ZDL
01-07-2010 10:27

quote: Originally posted by rkromanrk:

Насколько я понимаю, ЭТО не стабилизирует ток, а лишь увеличивает напряжение???…

Да, стабилизация идёт за счёт диода. Преобразователь слабенький и спалить диодик не может.
Я нашёл такую же схему в инете. Транзистор КТ315. трансформатор 20 витков проводо 0,2, резистора нет. Заявленна работоспособность до 0,6 в. Если применить гернамиевый транзистор, то до 0,2 вольта.

KAR2009
14-07-2010 05:10

Извиняюсь, что снова поднимаю эту тему. Перед сном, что-то захотелось теоретически подсчитать сколько будет светить фонарик на 1-м элементе 18650, например ёмкостью 2400 с срабатыванием защиты на 2,8 В и использующий в качестве «драйвера» ограничивающий резистор в 1.3 Ом (взят с реального китайского фонаря). В качестве светодиода берём стандартный Cree 7090 XR-E Q5. Сопротивлениями проводов и внутренним сопротивлением аккумулятора 18650 пренебрегаем.
Цепь состоит из 3-х последовательно соединенных элементов: аккумулятор, резистор и светодиод. Соответственно ток через все элементы одинаковый. Напряжение на аккумуляторе равно сумме напряжение на светодиоде и резисторе.

Напряжение на резисторе Ur=I*R.

Напряжение на аккумуляторе зависит от его остаточной ёмкости. Для простоты считаем зависимость на участке 2,8…4,2 В линейной. Полагаем, что разряженный полностью аккумулятор имеет 2.8 В. Соответственно напряжение на 18650 в зависимости от текущей остаточной ёмкости C и полной ёмкости B: U=2.8+C*(4.2-2.8)/B=2.8+C*1.4/B

В результате получаем, что до срабатывания защиты 18650 ёмкостью 2400 мА*ч проработает около 16 часов. При этом в начале фонарь будет светить ярко (I=0,64А, около 170 лм), а в конце ток в цепи будет около 30 мА, т.е. около 10 люмен на светодиоде.
Как видно из всего этого, время работы без нормального драйвера такой конструкции не впечатляет.

Добавление. Если же в качестве критерия длительности работы принять падение светимости до 50% от первоначального, то следует из таблицы построить зависимость светимости светодиода в люменах от тока в Амперах: L(I)=1/(0.0027615/I+0.0014839). Эта аппроксимация описывает светимость светодиода с точностью до 1 люмена в диапазоне токов от единиц миллиампера до 1,5 А.
Добавив в задание MatCad функцию J(t)-значение тока в цепи (А) после t секунд и L(I), получаем график зависимости светимости светодиода в люменах от времени в минутах:

Первоначально светимость составляла около 170 лм. Из графика видно, что 85 люмен будет приблизительно через 200 минут или 3 часа 20 минут.

andory
14-07-2010 19:12

С шим-драйвером без индуктивностей при 20 мА получим те-же 10 люмен в течение 120 часов.

John JACK
14-07-2010 20:05

А нам надо — 170 люмен в течении четырёх часов

andory
14-07-2010 20:53

А другим нам- 300 люмен целый час. Симптоматика налицо, и драйвер (многорежимный), как лекарство, экономически чрезвычайно целесообразен.

Конструкция сферического фонаря в вакууме.

Подавляющее большинство фонарей состоят из следующих частей:

1. корпус — обычная трубка с резьбой на концах;
2. батарейка — живёт внутри корпуса;
3. торцевая кнопка — вкручивается в корпус на резьбе служит для включения фонаря. Иногда фонарь может комплектоваться вторым задником с выносной кнопкой;
4. головка фонаря — вкручивается в корпус, имеет защитное стекло впереди. Иногда эта деталь бывает разборной (как на фото, из двух частей), иногда нет;
5. светоизлучающий элемент — объединенный в один блок светодиод, формирователь пучка света, теплоотвод светодиода и драйвер светодиода. Иногда выпускается зацело с головкой фонаря.

Светоизлучающй элемент.

Эта самая сборка может быть разного исполнения. Очень распространены головки для фонаря Ultrafire WF-502B, они даже продаются разных видов, разной мощности, с кучей функций и т.п.
Например, на fasttech.com . Фонари с элементом этого типа хороши тем, что можно купить несколько модулей для разных задач и просто менять их.

Светодиод пока что оставим в покое, он заслуживает отдельного рассмотрения ниже, драйвер в принципе тоже, а вот оставшиеся детальки мы сейчас рассмотрим.

Формирователь пучка света бывает трех видов:

1. линза
— самый простой и наименее эффективный вариант, так как в световой пучок собираются не всё излучение кристалла. Очень часто линзу можно перемещать, изменяя фокусировку пучка света, что является единственным плюсом данного решения.

2. коллиматор
— деталь из прозрачного пластика, выполненная для получения пучка с заданными параметрами. Для этого коллиматор делается так, чтобы соответствовать определенной конструкцией линзы на светодиоде, поэтому поставить коллиматор от одного светодиода на светодиод другой конструкции не получится — параметры светового пучка будут другие.

3. отражатель
— пришедшая от ламп накаливания конструкция, адаптированная под светодиод. Простая, надёжная и проверенная временем конструкция. Вообще, отражатель как и коллиматор оптимизируется под опреледенный светодиод, но с меньшей критичностью. На правом фото видно, что кристалл светодиода отражается всей площадью отражателя.

На практике замена светодиода вполне возможна, как и замена отражателя. Бывают как с гладкой поверхностью, дающей более жесткий луч, так и с бугристой, мне последний в помещениях понравился больше.

Теплоотвод, он же корпус, к которому зачастую прикручивается отражатель и в который монтируется драйвер светодиода. Обычно, рассчитан на установку светодиода на подложке — алюминиевой пластине, к которой припаивается светодиод. На фото показаны все механические компоненты модуля. Слева направо: отражатель, теплоотвод, пружина для отрицательного вывода (контачит с корпусом фонарика) и пружинка для положительного вывода (контачит с плюсом батарейки). Последняя пружинка припаивается к плате драйвера светодиода.

Параметры светодиодов.

Главным параметром с точки зрения качества освещения являются спектр излучения и яркость. , конструктивно это определяется качеством и хитростями люминофора. Увы, этот параметр может очень сильно отличаться даже для разных серий одного производителя. А уж что там намазывает дядюшка Ляо в своём подвале не знает даже сам Ляо. Дешевенькие фонари на сотню с гаком люмен уверенно проигрывают по качеству освещения (тому, насколько хорошо видно детали освещаемого объекта и насколько вообще эти детали разборчивы глазом) даже не очень мощным фонарям с галогенками.

Серьезные дядьки в лице компании Cree приводят следующий график для излучения их светодиодов серии XM-L. Увы, это усреднённые значения, насколько он равномерный, есть ли там провалы, нам не очень известно. По горизонтали длина волны, по вертикали относительная мощность излучения.

На графике приводятся три кривые — для разных цветовых температур. Видно, что светодиоды с меньшей температурой (красный) залезают в инфракрасную область (длина волны больше 740 нм), однако очень-очень мало и недалеко — там реально единицы процента мощности излучаются. Это причина того, что получить из любого белого светодиодного фонаря пристойный ИК фонарь простым добавлением ИК фильтра (как это легко делается с фонарем с лампой накаливания) невозможно. Светить он формально будет, но КПД — никакущий.

Цветовая температура это параметр-компаньон, напрямую связанный со спектром. Цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела (такой хитрый фетиш физиков), при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Для дневного света это 6500К, для ламп накаливания 2700-4000К. Чем меньше цветовая температура, тем боее желтый оттенок у света.

По личным наблюдениям, со светодиодами с меньшей цветовой температурой лучше видно детали освещаемых объектов. По крайней мере для меня. Недостатком светодиодов тёплого белого света является их меньшая отдача света — они менее яркие, чем более «знойные» собратья.

Второе, что нас интересует — это яркость светодиода. Указывается в документации как яркость при каком-то определенном токе через светодиод. К примеру, для уже упомянутого XM-L указана яркость разных токах. К примеру, XM-L T6 при 700мА (2Вт) имеет световой поток 280 люмен (400 лм/А), при 1А имеет 388 лм (388 лм/А), при 1,5А — 551 лм (367 лм/А), при 2А — 682 лм (341 лм/А). В скобочках указана удельная яркость в зависимости от тока. Она падает на 17% при повышении тока с 700мА до 2А. То есть чем выше ток, тем меньше эта удельная яркость, то есть ниже КПД. По графику, кстати, честно видно.

Еще один важный параметр светодиода — его мощность. Это максимальная мощность, которую можно в него «вдуть». Разумеется, на максимуме он будет жить меньше, чем на меньшей мощности, поэтому лучше его немного «недокормить». В свою очередь мощность определяет максимальный ток через светодиод. Как правило, мощность и ток через светодиод связаны нелинейной зависимостью, так как зависят еще и от падения напряжения на диоде. Вот для XM-L: по горизонтали прямое падение напряжения, по вертикали ток через диод.

Падение напряжения на светодиоде типично порядка 3 вольт для белого светодиода и зависит от тока через светодиод. Смотрим на график: при 200мА имеем падение в 2,7в, при 700мА — 2,9В, при 1А — 2,97В, при 1,5А — 3,1В, при 2А — 3,18В.

Если взять хитрые светодиоды типа MC-E с четыремя кристаллами это будет 350мА — 3,1В, 700мА — 3,5В. Совсем мощные кристаллы на 10-20 Вт будут иметь падение напряжения около 10В, а еще более мощные… ну, могут и еще больше.

Кстати, если перевести удельную светимость в зависимости от тока этих XM-L в светимость в зависимости от мощности, то получим, что у нас при токе I=700мА и падении напряжения U=2,9В потребляется мощность 2,03 Вт, а световой поток 280лм, то есть 138 лм/Вт. Продолжаем дальше и полчаем для 1, 1,5 и 2 А тока соответственно 130, 118,5 и 107 лм/Вт. Разница в 29%. Вот и ломай голову, какой режим выбирать.

Что же нам дают знания? Хотя бы понимание того, какое именно питание должно быть у того или иного светодиода, что от него можно получить, на какой другой светодиод можно заменить сгоревший светодиод фонаря. Но картинка не будет полной без знаний о питании светодиодов.

Питание фонаря.

Как правило, в фонарях используют либо литиевые батареи (номинальное напряжение 3В, совпадает с максимальным и при разряде несколько падает), либо литиевые аккумуляторы (номинальное напряжение 3,7 В, а минимальное и максимальное — приблизительно 3,2 и 4,2 В, про аккумуляторы можно почитать , там есть про типы и их отличия).

Кстати, аккумуляторы как на фото выше я бы по возможности избегал. Невысокое качество и сильно завышенная емкость (из заявленных 2500мА/ч там хорошо если 1800 будет). Лучше брать фирменные ячейки Samsung и прочих. Неплохие аккумуляторные ячейки можно добыть из их батарей для ноутбуков — даже замучанные нарзаном они получше китайчатских будут. Хотя, даже у китайских бывают «внутри» нормальные ячейки.

Иногда в светодиодных фонарях используют пальчиковые батарейки, но у них плохо с отдачей токов, необходимых для питания мощных светодиодов. То есть если в фонаре все-таки пальчиковые батарейки, то исправить проблему с низкой яркостью особенно не получится.

Драйверы.

Подавляющее большинство фонарей имеют на борту один светодиод мощностью порядка 3 Вт. То есть он имеет падение напряжения около 3 В и ток около 1 А. Для питания таких фонарей вполне достаточно одного Li-Ion (или Li-Po) аккумулятора. В таких фонарях могут стоять любые драйверные схемы, хоть обычные гасящие напряжения источники тока. При установке литиевых батареек их понадобится аж две штуки, причём КПД упадёт катастрофически. Хорошо, что нормальные импульсные драйверы светодиодов уже почти полностью вытеснили дешевенькие источники тока. В фонарях, использующих несколько элементов или аккумуляторов обязательно стоит импульсный драйвер.

Определить, какой драйвер перед вами можно по наличию катушки. Если она есть — наверняка это импульсный драйвер
. Насколько он хорош и какие диапазоны входных напряжений терпит? Тут придётся искать документацию на применённую в нём микросхему. Например, для среднего драйвера на фото выше (жаль, плохо вышло) под лупой можно увидеть маркировку микросхемы 2541B и для неё удалось найти документацию (на китайском), у неё входное напряжение от 5 до 40 вольт, но КПД не указан. Итого, если взять топовый светодиод с КПД 30-40% и хороший импульсный драйвер (КПД будет около 90% в идеальном случае) получим КПД фонаря в 27-36 %. Не так уж и плохо.

А пример линейного драйвера
на том же фото в правом нижнем углу. Вся электронная начинка сводится к защитному диоду и нескольким параллельно работающим линейным источникам тока. Можно прикинуть его КПД, как отношение напряжения на выходе к напряжению на входе. Если запитать схему от аккумулятора, то получаем максимальное напряжение в 4.2в, номинальное в 3,7в. До минимального скорее всего дело не дойдёт — драйверу нужно минимальное падение напряжения в пол вольта чтобы работать. Итак, считаем 3/4,2=70%. Однако, так как заткнётся он так и не использовав аккумулятор, то применять его надо с парой литиевых батарей (2 по 3В). Тогда КПД будет 3/6=50%. Не очень кучеряво, учитывая КПД кристалла в 20-30% и, как следствие, КПД всего фонаря в 10-15%. Надеюсь, понятно, что линейных драйверов надо избегать?…

Частенько в фонари ставятся драйверы, поддерживающие несколько режимов работы
— полная мощность, средняя, пониженная и всякие моргалки. На фото такой драйвер внизу слева. Причём переключаются у дешевых моделей эти режимы кратковременным размыканием цепи. То есть слегка нажали на кнопку — фонарь гаснет и по отпусканию работает в новом режиме. Терпеть их не могу, по мне так лучше никакого переключателя режимов, чем такой.

Не всегда, но в некоторых моделях удаётся отучить фонарь от такого поведения и переделать под работу с выносной кнопкой (в виде оружейного фонаря). Но это уже отдельная тема.

Этот обзор будет интересен в основном любителям доделывать и переделывать китайские фонарики.

Решил я поменять в фонарике драйвер с повышающего на понижающий, а NiMH аккумулятор заменить на литий-ионный типоразмера 14500. У литий-ионных аккумуляторов напряжение порядка 3.6 — 4.2 В, что очень хорошо подходит для питания белых светодиодов. Драйвер в данном случае стабилизирует ток через светодиод.

Драйвер нашел на FocalPrice, выбирал из нескольких магазинов — при закупке трех плат цена у FP была существенно ниже, чем в других магазинах.

Плата драйвера содержит три микросхемы AMC7135, каждая из которых обеспечивает ток 350 мА. Суммарный ток, соответственно, равен 1050 мА (микросхемы допускается включать параллельно — так они и соединены на плате). Я решил запитать светодиод током 350 мА (мощность 1 Вт), поскольку точных данных о светодиоде не было, а по косвенным признакам (заявленная яркость фонарика) он должен быть одноваттным. Нужный мне ток обеспечивает и одна микросхема AMC7135, поэтому две из трех микросхем я просто отпаял с платы и использовал в других осветительных устройствах (в частности, в велосипедной фаре, в которой до того вместо драйвера стоял балластный резистор). Плата драйвера отлично встала в фонарик, и светить он стал существенно ярче, чем на аккумуляторе АА и родном драйвере.

Вот так выглядит драйвер в соответствующем месте разобранного фонарика:

Выковырять его оттуда обратно я уже не смог — плотненько засел:).

Вот так выглядит драйвер на 7135 (слева) в сравнении с родным повышающим драйвером Sipik»а (справа).

И под другим углом — если интересно, можно почитать надписи на микросхемах:

Видно, что у Sipik»овского драйвера питание с корпуса фонарика берется с той стороны, где микросхемы — там есть кольцевая дорожка по краю платы, а у драйвера на AMC7135 ее нет (но есть на обратной стороне). Поэтому пришлось припаять кусочек медной фольги, завернутой через край платы (его видно вверху справа на самом первом фото). Ну, это работы на полминуты — даже если корпус Вашего фонарика не контактирует с обратной стороной платы, драйвер после такой доработки использовать можно.

Оставшиеся с заказа две платы я использую как источник микросхем AMC7135, которые оказалось не так просто купить в розницу.

Если соберетесь покупать этот драйвер, будьте внимательны: в последних комментариях покупателей на FocalPrice есть упоминание, что теперь на плате всего две микросхемы, и ток, соответственно, получится 700 мА, а не 1050 мА. Цена тоже снизилась по сравнению с той, по которой покупал я (у меня bulkrate-цена была $1.61, сейчас $1.07) — возможно, это как раз обусловлено отсутствием одной микросхемы.

Носимая электроника ,

DIY или Сделай сам ,

Электроника для начинающих

Анекдот (вместо эпиграфа). Профессор читает лекцию студентам:… как видите, данное технологическое решение простое, понятное, и очень надёжное. По этим причинам оно и не используется. На практике применяют другую технологию, которую мы с вами будем изучать в течение следующих пары месяцев…

Этот недешевый в общем-то фонарик принесли в практически идеальном внешне состоянии, что говорит о его явно безвременной кончине. И дважды сдохшим изнутри.

Первый раз он почил когда сгорела электроника токового драйвера — вполне закономерно для экстремального режима на предельных нагрузках. После чего над ним поработал видимо «умелец», пустив питание кристалла напрямую — в результате выгорел и сам светодиод.

Изготовители старательно запилили маркировку транзисторов и микросхем, наверное из чувства стыда за неоптимальный выбор компонентов. Но при этом не удосужились облудить медные ободки на плате выключателя (слева, показан красной стрелкой), и на «пятаке» платы драйвера — которые контачат с алюминиевым корпусом. Пришлось сделать это самому, чтоб предотвратить разрушение металлов в образовавшейся гальванопаре. Выгоревший кристалл был демонтирован при помощи промышленного фена. Вместо него запаял свежеприобретенный OS-Star-5W Warm White 3000K 300Lm, рассчитанный на ток 0.7А с падением напряжения 6v на светодиоде. В фонарике он будет использоваться на пониженной мощности, с целью продления ресурса светодиода и времени автономной работы фонаря от АКБ.

Тестируем новый кристалл. Его теплоотводный «пятак» тоже припаял к подложке для улучшения теплоотдачи, но как оказалось в дальнейшем, на выбранном рабочем токе 0.2А фонарь практически не греется. Вольтметр (слева) показывает падение напряжения на светодиоде, подключенном к лабораторному источнику питания через ограничительный резистор.

Драйвер восстанавливать заморочно и бессысленно, да и как показано ниже — даже вредно по факторам надежности и КПД в случае применения фонаря для повседневных целей. Поэтому пятак был очищен от радиодеталей, а для ограничения тока светодиода в районе 0.2А на полных батареях использован резистор сопротивлением 10 Ом.

На фото рядом два резистора по 5.1 Ом, аналогичные тем что упакованы в термоусадку. Там они соединены там последовательно, т.к. резистора на 10 Ом не оказалось под рукой.

После промывки от флюса и сборки светодиодного узла, фонарик был поставлен на испытания. Аккумуляторы 18650 не «родные», выдранные из батблока отслужившего свой срок ноутбука. Тем не менее какой-то запас емкости в них еще остался. Перед началом прогона они были заряжены до напряжения 4.12v каждый.

Потребляемый ток замерялся каждый час. Через 7 часов непрерывной работы напряжение аккумуляторов снизилось до 3.6v, что говорит о еще не окончательном их разряде, но уже близко к этому. При этом фонарик достаточно ярко освещает помещение, а на улице хорошо просвечивает более чем на полсотни меторв. Таким образом изделие восстановлено, и соответствует пожеланиям заказчика.

Расчеты и обоснование

Получаем (округленно) для режимов:

• максимальный — 2.05
• средний — 1.78
• минимальный — 1.63

Эти цифры показывают во сколько раз ток потребления от батарей ниже тока, который был бы в схеме с непосредственной запиткой через ограничительный резистор. Т.е. по сути характеризуют экономию питания, получаемую за счет импульсного драйвера питания светодиода.

На новом установленном светодиоде падение напряжения уже 6v, он конструктивно состоит из двух трехвольтовых секций, включенных последовательно. А значит и количество излучаемого света при одном и том же протекающем токе, у него в два раза больше чем у оригинального трехвольтового.

Ток потребления схемы с резисторным ограничителем находится в пределах от 0.21 до 0.13 А, в зависимости от степени разряда батарей. Но с учетом удвоения излучаемого света, световой поток даже на разряжающихся акб заметно больше, чем у оригинальной схемы в минимальном (экономичном) режиме. Для резисторного ограничителя ток потребляемый от батарей и ток СД — одинаковы. Но можно посчитать КПД, как отношение мощности подводимой к СД к общей мощности потребляемой всей схемой.

Итак КПД высоконадежного фонаря с резистором вместо импульсного драйвера, на полностью заряженной батарее — 74%
, а на разряжающейся — 81%
.

Для расчета КПД в оригинальной конструкции с импульсной запиткой, примем падение напряжения на СД 3.1v, а ток светодиода не меняется по мере разряда АКБ.

Получается что на небольшой мощности для повседневных нужд — оптимальнее правильный подбор светодиода, и применение простого и надежного резисторного ограничения тока. Такой подход обеспечивает больший КПД использования энергии батарей, по сравнению с запиткой через импульсный драйвер. А также многолетний ресурс безотказной работы, обусловленный надежностью схемы, и тем что в недогруженном режиме светодиод прослужит во много раз дольше.

Небольшое пояснение

Расчет КПД в схеме драйвером произведен без учета увеличения потребляемого тока по мере разряда батарей. Поэтому реальный КПД с импульсником на посаженных батареях окажется чуть меньше значений, указанных в последней таблице.

С драйвером ток светодиода поддерживается неизменным, и соответственно его яркость. Поэтому по мере разряда батарей, потребляемый от них ток начинает увеличиваться. Батареи будут садиться всё быстрее и быстрее.

С резистором же ситуация в точности наоборот — ток потребления снижается при разряде батарей, и т.о. позволяет протянуть на одной зарядке раза в полтора… два примерно дольше, чем если б было с драйвером. Конечно это достигается ценой некорого снижения яркости, но в такой ситуации лучше чтоб хоть немного да светило, чем вообще никак.

Вариант использовать вместо резистора проходной стабилизатор тока на ИМС или полевом транзисторе — рассматривал, но тоже отклонил т.к. сокращается время автономной работы по сравнению с резисторной схемой.

Выбор резистора был обусловлен разумным компромиссом между минимально необходимой освещенностью при разряде батарей, и стремлением по максимуму продлить время автономной работы фонаря. Что и было достигнуто — на посаженных батареях фонарь позволяет читать книжный текст, и дает вполне приемлимую освещенность для ориентирования на улице, «пробивая» десятки метров.

под спойлером

Схема драйвера очень проста…

Как вы видите, кроме этой микросхемы «клопа» нужна всего одна деталь — дроссель (индуктор), и именно индуктивностью дросселя задается ток светодиода.
Для фонарика в место лампочки, я подобрал яркий белый светодиод, потребляющий ток 30мА, соответственно мне нужно было намотать дроссель индуктивностью 10мкГн. Эффективность драйвера составляет 75-92% в диапазоне 0.8-1.5В, что очень неплохо.

Приводить здесь чертеж печатной платы не буду, т.к нет смысла, плату можно изготовить за пару минут, просто процарапав фольгу в нужных местах.

Дроссель можно намотать, или взять готовый. Я намотал на гантельке, которая попалась под руку. При самостоятельном изготовлении необходимо контролировать индуктивность при помощи LC метра. В качестве корпуса для платы драйвера был использовать двух кубовый одноразовый шприц, внутри которого вполне достаточно места, что бы разместить все необходимые компоненты. С одной стороны шприца -резиновая пробка с светодиодом и контактной площадкой, с другой стороны вторая контактная площадка. Размер отрезка шприца подбирается по месту и приблизительно равен размеру батарейки ААА (мизиньчиковой, как её называют в народе)

Собственно собираем фонарик

И видим, что светодиод ярко светит от одной батарейки…

Ручка-фонарик в сборе выглядит вот так

Светит хорошо и вес фонарика стал меньше, потому как используется всего одна батарейка, а не две, как было изначально…

Вот такой получился коротенький обзор… При помощи микросхемы драйвера, вы можете переделать почти любой раритетный фонарик, на питание от одной батарейки 1.5В. Если есть вопросы спрашивайте…

Планирую купить

+75

Добавить в избранное

Обзор понравился

+99

+185

Ранее на нашем сайте уже проскакивала информация о том, какие драйвера ( в своем приоритете ) используются в LED источниках света. Конечно, есть хорошие, есть плохие, есть дорогие и очень дешевые. Если Вы живете в большом городе, то проще купить в каком-нибудь розничном магазине. Это и быстро и просто. Но что делать, если Вы находитесь в глубинке. Старый LED дайвер сгорел, а нового купить негде?

У большинства появится ответ – Интернет Вам в помощь! И будут правы. Но, как правило, посылки из столицы в глубинку идут до 2 недель. Это долго. Нам же хочется всегда побыстрее.

Основываясь на этом мы и решили показать, каким образом можно легко и быстро самостоятельно создать светодиодный драйвер.

В этой статье мы рассмотрели большое количество схем, которые используя вы сможете собрать светодиодный драйвер своими руками без каких-либо проблем.

Также Вас может заинтересовать статья о подключении светодиодов к драйверу.

Наш драйвер способен запитать до 40 Вт диодного света). С выходным напряжением до 37 В и током до 1,5 А.

Для драйвера нам понадобятся:

1. Резистор 220 Ом
2. Подстроечный резистор от 0 до 2,5 кОм
3. Монтажная плата
4. И обычная схемка LM Максимально, на что она способна – это 1,5А

Ниже Вы можете видеть схемку, нарисованную на коленке. Из нее все понятно без слов. Что и куда «тыкать». Если что-то не понятно, то задавайте вопросы. Поможем.

Драйвер абсолютно рабочий. Проверено.

Ну и теперь по порядку, что необходимо сделать:

1. Берем плату и рисуем перманентным маркером схему
2. На местах будущего крепления электронных компонентов сверлим отверстия
3. Еще раз обводим маркером и травим плату
4. Готовимся к монтажу компонентов на плату. Здесь стоит отметить, что LM 317 нужно разместить на радиатор, т.к. нагрев у нее достаточно сильный в работе.
5. Дорожки оставляем внизу. И спаиваем компоненты согласно схеме.

Не забываем припаять питающие и отходящие провода, после чего светодиодный драйвер, собранный своими руками готов к использованию.