Чтобы передвигаться или работать в темноте, нужен фонарик. Они бывают разных типов начиная от маленьких карманных до больших военных или поисковых. Конструкция и мощность фонарика зависит от его предназначения, например, для того чтобы в темном подъезде подсветить замочную скважину достаточно карманного фонарика малой мощности, а для туристов нужен кемпинговый фонарь, который может светить во все стороны, подобно керосиновой лампе и водонепроницаемый ударопрочный фонарь, чтобы передвигаться в условиях плохой видимости. В этой статье мы рассмотрим, как выбрать мощный светодиодный аккумуляторный фонарь для ваших целей.

Критерии выбора

Чтобы сделать правильный выбор светодиодного фонаря нужно учесть ряд факторов, среди которых:

1. Тип и мощность светодиодов. От них зависит яркость и потребление энергии.
2. Цветовая температура. От нее зависит комфорт при использовании.
3. Емкость и типа аккумуляторов. Влияет на продолжительность работы.
4. Отражатель и оптическая система. От них зависит насколько будет сфокусирован световой поток.
5. Конструктивные особенности. Влияют на ударопрочность, устойчивость к воде и пыли, удобство использования, переноски и удержание в руках.

Виды светодиодов

В фонариках могут использоваться различные светодиоды и с каждым годом выходят все более мощные и яркие их модели. Однако это не мешает разделить их на основные применяемые типы:

1. 5 мм светодиоды. Ранее использовались во всех светодиодных фонарях, сейчас это устаревший тип светодиодов, причиной этому является их малая яркость и ощутимое потребление энергии. Чтобы получить сильный световой поток от фонарика приходится устанавливать много таких светодиодов, что не всегда возможно, поскольку такой фонарь никак не поместится в карман.

На фото ниже приведен пример фонарей на 5 мм светодиодах 5 мм светодиоды в фонарях

1. SMD-светодиоды.

Могут использоваться различных типов – 5050, 3528, 5730 и другие. У них есть два преимущества – высокая мощность и малые габариты. Это позволяет добиться хорошего светового потока для малогабаритных фонарей. Матрицы из таких светодиодов устанавливают на кемпинговые фонари и фонари других типов с функцией режима с рассеянным светом. Он позволяет осветить большую площадь от одного фонарика рассеянным потоком, пусть и с потерями освещенности, а не сфокусированного яркого пучка. Панель с рассеянным светом на фонарике

1. Мощные светодиоды 1, 3, 5 Ватт. Здесь можно выделить две группы:

• Noname светодиоды.
• Фирменные светодиоды, например, марки CREE и ее популярные модели XM-l и прочие.

Соответственно дешевые китайские светодиоды устанавливаются в продукцию бюджетного ценового сегмента, а фирменные — в более дорогие модели фонарей. Отличия заключаются в удельном световом потоке – количестве Люмен на 1 Ватт мощности, иначе говоря, коэффициентом полезного действия. От этого зависит не только то, как ярко будет светить фонарь, но и то, как долго он будет работать от одного заряда аккумуляторов. Также наблюдается и то, что дешевые мощные светодиоды быстрее выходят из строя, как и любая noname продукция.

Какие светодиоды устанавливают в мощных фонариках

Как уже было сказано, наиболее распространенными являются светодиоды фирмы CREE, мы подготовили сводную таблицу с характеристиками популярных моделей светодиодов для фонариков.

Название	Cree XM-L T6	Cree XM-L2	Cree XP-G2	Cree XR-E
Фото
U, В	2,9	2,85	2,8	3,3
I, мА	700	700	350	350
P, Вт	2	2	1	1
Рабочая температура, °C	<150	<85	<85	<85
Световой поток, Лм	280	320	145	100
Угол свечения, °	125	125	115	90
Индекс цветопередачи, Ra	80-90	70-90	80-90	70-90

И более мощные.

Название	Cree MT-G2	Сree MK-R	Luminus SST-50	Luminus SBT-90
Фото
U, В	5,7; 8,55; 34,2;	6; 12;	3,6	3,5
I, мА	1100; 735; 185;	2500; 1250	5000	9000…13500
P, Вт	6,3	8,5	18	20…40
Рабочая температура, °C	<85	<150	<85	<85
Световой поток, Лм	440	510	1250	2000…2500
Угол свечения, °	115	120	100	90
Индекс цветопередачи, Ra	<70	70-90	80-90	80-90

Но светодиоды могут обозначаться другим образом, более краткой маркировкой, например:

• XM-L: T5, T6, U2.
• XP-G: R4, R5, S2.
• XP-E: Q5, R2, R.
• XR-E: P4, Q3, Q5.

В этом видео показан процесс замены такого светодиода.

Цветовая температура

Для фонариков цветовая температура не столь важна, как цветовая температура для освещения помещений. Однако стоит обратить на нее внимание. воспринимается для зрения как более мягкий, а нейтральные и холодные оттенки заставляют вас быть более внимательным и сфокусированным.
Цветовая температура фонариков

Аккумуляторы

Сейчас лидирующее место в продажах занимают Li-ion аккумуляторы. Причиной этому является их большая емкость при малых габаритах, хорошая токоотдача, практически полное отсутствие эффекта памяти. Есть и недостатки, о которых следует помнить – на холоде литийионные аккумуляторы разряжаются быстрее, чем в тепле, а при замыкании литиевой банки без защиты произойдет реакция с большим выделением тепла, вплоть до взрыва.
Аккумулятор 18650

Мощные светодиодные фонарики оснащаются чаще всего именно литиевыми аккумуляторами, кроме них бывают и АКБ других типов:

• Ni-Cd – никель-кадмиевые.
• Ni-Mh – никель-металгидридные.
• Pb – свинцовые.

Но в последнее время они используются в фонариках все реже и реже.

Отражатель и оптическая система

Конструкция отражателя и наличие линз влияет на форму светового пятна. Отдельные модели имеют возможность перемещения линзы, что позволяет фокусировать луч света. Линзы собирают световой поток, в результате вы получаете более освещенное пространство, но меньшее по площади, чем без фокусировки.
Фокусировка светового луча

Но для разных задач нужен и световой луч разных размеров. Например, если фонарь будет использоваться для ремонта машины, то в большинстве случаев лучше подойдут модели с возможностью фокусировки, чтобы освещать большую площадь при поиске неисправности, после чего сузить луч света в небольшую, но яркую точку при ее устранении или подробном изучении. В то же время для движения в темноте сфокусированное пятно не нужно, лучше подойдут фонари, которые широко освещают пространство перед собой.

Типы по предназначению

Кроме используемых элементов и их особенностей, при выборе фонарики различают и по предназначению. Чтобы правильно выбрать светодиодный фонарь для конкретных задач нужно четко осознавать для чего вы будете его использовать, ведь универсальных моделей как таковых нет.

Военные и специальные приборы

Основной особенностью военных фонарей и осветительных приборов специального назначения является в первую очередь высокая прочность корпуса и его устойчивость к попаданию влаги. К таким приборам относятся и поисковые фонари, которые светят ярко и далеко, что позволяет найти что-либо в сложных условиях, например, в лесу или в больших помещениях.
Военный фонарь

Модели для технического персонала

Фонари для технического персонала должны обладать компактностью и долгим временем работы. Их размер и вес не должен усложнять передвижения работника, который и без того с собой носит инструменты и детали. Отличным дополнением такому прибору будет наличие возможности фокусировать световой луч и налобное крепление.
Налобный фонарь

Для отдыха на природе и туризма

Для туристов подойдут поисковые и кемпинговые фонари, также и те, что используются в военных целях, поскольку условия, в которых они будут работать, похожи – влажность, возможность ударов и падений и прочее. Кемпинговый фонарь напоминает керосиновую лампу, представляет собой широконаправленный или направленный во все стороны осветительный прибор. Его удобно использовать, например, при подготовке к ночлегу и ужину. Также следует обратить время на фонари со встроенным генератором. Они могут либо работать без батареек, либо подзаряжаться при воздействии на рычаг генератора (вращение или ритмичное нажатие на рукоять, в зависимости от конструкции).
Кемпинговый фонарь

Как переделать обыкновенный фонарик в светодиодный

Давайте рассмотрим, как сделать светодиодный фонарик своими руками. Для этого вам понадобится следующий набор деталей и инструментов:

1. Корпус. Можно взять от старого фонаря или сделать своими руками, как вариант распечатать на 3D-принтере.
2. Светодиоды. Подбираются индивидуально.
3. или резисторы, чтобы ограничить их ток.
4. Аккумулятор.
5. Контроллер заряда для аккумуляторов или зарядное устройство, подходящее под тип используемых АКБ.
6. Кнопка для включения или тумблер.

Если вы будете использовать мощные светодиоды – вам понадобится монтажная плата на алюминиевой подложке. Подложка для светодиодов

Для улучшения теплоотвода нужно использовать радиатор, можно взять от материнской платы. Небольшие радиаторы устанавливаются на чипсеты, северный мост, силовые ключи и другие элементы платы.
Светодиоды на радиаторе от материнской платы. Не забудьте промазать все термопастой!

Для зарядки и защиты аккумулятора 18650 можно использовать плату TP4056 с защитой, ее можно заказать на Алиэкспресс или купить в радиомагазине, стоит 20-50 рублей.
Плата зарядки литиевых аккумуляторов на базе tp4056

Интересно: Эту плату можно использовать, чтобы заменить одноразовые батарейки в фонарике или же для переделки любого прибора на аккумуляторы.

Упаковываем это в корпус фонаря, если он железный, как на фото, не забудьте предусмотреть изоляцию для всех плат.

Для питания светодиодов можно использовать специализированный драйвер или импульсный повышающий преобразователь, например, MT3608. Выходное напряжение устанавливается с помощью многооборотного потенциометра, на фото ниже его можно узнать по корпусу синего цвета.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Если вы будете использовать драйвер для питания, то главными его характеристиками являются выходной ток и мощность, от нее зависит, сколько вы сможете подключить светодиодов последовательно.

Нужно подобрать такое напряжение, чтобы ток был ниже номинального на 10-30%. Для 1 Вт светодиодов номинальный ток лежит в пределах 300-350 мА.
Повышающий преобразователь в фонарике

Менее сложным способом является подбор рабочего режима по нагреву светодиодов. То есть постепенно увеличивать напряжение, пробуя радиатор на ощупь, он не должен греться, или его температура должна быть менее 50 градусов Цельсия, это такая температура, когда при касании рука ее еще терпит и вам не хочется её одернуть. Это неточный способ, поэтому лучше ориентироваться и по току, и по нагреву.
Самодельный фонарик в сборе

Светодиодный фонарик.

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

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

Собственно вся схема:

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

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

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

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

Делаем современный фонарик

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

Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 2. Принципиальная схема индикатора степени зарядки аккумулятора.

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

Самодельный фонарик на светодиодах

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

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

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

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

А вот как выглядит схема в собранном виде:

опорных" точек служат ножки DIP-микросхемы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

май, 2003г..

Велофара - что дальше?

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

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

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

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

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

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

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

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

токовое зеркало", микросхема MAX1916.

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

Вариант 8. Микросхема MAX1759.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

MAX1848 White LED Step-Up Converter in SOT23

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

Display Drivers and Display Power Application Notes and Tutorials

Charge Pump Versus Inductor Boost Converter for White LED Backlights

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

Analog ICs for 3V Systems

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

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

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

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

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

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

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

Рис.11

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

Рис.12

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

Рис.13

Рис.14

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

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

Рис.15

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

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

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

Вы можете приобрести следующие компоненты (доставка почтой)

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

Делаем фонарик на светодиодах своими руками

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

Какие светодиоды используются в фонариках

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

Какие же светодиоды можно встретить в туристических фонарях и светильниках?

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

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

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

От чего светится светодиод? Немного о драйверах

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

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

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

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

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

Использование мощных светодиодов Cree в фонарях

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

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

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

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

Для примера - таблица цветовой температуры естественных источников света.

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

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

Фонарь Small Sun ZY-A21

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

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

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

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

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

Налобные фонари с Алиэкспресс

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

Экономичный налобный фонарь на индикаторных светодиодах

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

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

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

Налобный фонарь, проверенный временем

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

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

Налобный фонарь на Cree XM-L с Алиэкспресс

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

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

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

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

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

Итоговое фото, иллюстрирующее предыдущий текст.

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

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

Со времен изобретения электрического освещения учеными создавались все более экономичные источники. Но настоящим прорывом в этой области стало изобретение светодиодов, которые не уступают по силе светового потока предшественникам, однако расходуют во много раз меньше электроэнергии. Их созданию, начиная от первого индикаторного элемента и заканчивая ярчайшим на сегодня диодом «Cree», предшествовало огромное количество работы. Сегодня мы попробуем разобрать различные характеристики светодиодов, узнаем, как эволюционировали эти элементы и как их классифицируют.

Читайте в статье:

Принцип работы и устройство световых диодов

Светодиоды отличает от привычных осветительных приборов отсутствие в нем нити накала, хрупкой колбы и газа в ней. Это принципиально отличный от них элемент. Говоря научным языком, свечение создается за счет наличия в нем материалов р- и n-типа. Первые накапливают положительный заряд, а вторые – отрицательный. Материалы р-типа накапливают в себе электроны, в то время, как в n-типе образуются дырки (места, где электроны отсутствуют). В момент появления на контактах электрического заряда они устремляются к р-n-переходу, где каждый электрон инжектируется именно в р-тип. Со стороны обратного, отрицательного контакта n-типа в результате подобного движения и возникает свечение. Оно обусловлено выделением фотонов. При этом не все фотоны излучают видимый человеческим глазом свет. Сила, которая заставляет двигаться электроны, называется током светодиода.

Эта информация ни к чему обычному обывателю. Достаточно знать, что светодиод имеет прочный корпус и контакты, которых может быть от 2-х до 4-х, а также то, что каждый светодиод имеет свое номинальное напряжение, необходимое для свечения.

Полезно знать! Подключение производится всегда в одинаковом порядке. Это значит, что если к контакту «-» на элементе подключить «+», то свечения не будет – материалы р-типа просто не смогут зарядиться, а значит не будет и движения к переходу.

Классификация светодиодов по их области применения

Такие элементы могут быть индикаторными и осветительными. Первые были изобретены раньше вторых, при этом они уже давно используются в радиоэлектронике. А вот с появлением первого осветительного светодиода начался настоящий прорыв в электротехнике. Спрос на осветительные приборы подобного типа неуклонно растет. Но и прогресс не стоит на месте – изобретаются и внедряются в производство все новые виды, которые становятся все ярче, не потребляя при этом больше энергии. Разберем более подробно, какими бывают светодиоды.

Индикаторные светодиоды: немного истории

Первый такой светодиод красного цвета был создан в середине ХХ века. Хотя он имел низкую энергоэффективность и излучал тусклое свечение, направление оказалось перспективным и разработки в этой обрасти продолжились. В 70-х годах появляются зеленые и желтые элементы, а работы по их усовершенствованию не прекращаются. К 90-му году сила их светового потока достигает 1 Люмена.

1993 год ознаменован появлением в Японии первого синего светодиода, который был намного ярче предшественников. Это означало, что теперь, совмещая три цвета (которые и составляют все оттенки радуги), можно получить любой. В начале 2000-х сила светового потока уже достигает 100 Люмен. В наше время светодиоды не перестают совершенствоваться, наращивая яркость без увеличения потребляемой мощности.

Использование светодиодов в бытовом и промышленном освещении

Сейчас подобные элементы используются во всех отраслях, будь то машино- или автомобилестроение, освещение производственных цехов, улиц или квартир. Если взять последние разработки, то можно сказать, что даже характеристики светодиодов для фонариков порой не уступают старым галогеновым лампам на 220 В. Попробуем привести один пример. Если взять характеристики светодиода 3 Вт, то они будут сопоставимы с данными лампы накаливания с потреблением 20-25 Вт. Получается экономия электроэнергии почти в 10 раз, что при ежедневном постоянном использовании в квартире дает весьма существенную выгоду.

Чем хороши светодиоды и есть ли в них минусы

О положительных качествах световых диодов можно сказать многое. Основными из них можно назвать:

Что же касается отрицательных сторон, то их всего две:

• Работают только с постоянным напряжением;
• Вытекает из первого – высокая стоимость ламп на их основе по причине необходимости использования (электронного стабилизирующего блока).

Каковы основные характеристики светодиодов?

При выборе таких элементов для той или иной цели, каждый обращает внимание на их технические данные. Основное, на что следует обратить внимание, приобретая приборы на их основе:

• ток потребления;
• номинальное напряжение;
• потребляемая мощность;
• температура цвета;
• сила светового потока.

Это то, что мы можем увидеть на маркировке . На самом же деле, характеристик намного больше. О них сейчас и поговорим.

Ток потребления светодиода – что это такое

Ток потребления светодиода равен 0.02 А. Но это относится лишь к элементам с одним кристаллом. Существуют и более мощные световые диоды, в составе которых может быть 2, 3 и даже 4 кристалла. В этом случае ток потребления будет увеличиваться, кратно числу чипов. Именно этот параметр и диктует необходимость подбора резистора, который впаивается на вводе. В этом случае сопротивление светодиода не дает высокому току мгновенно сжечь LED элемент. Это может произойти по причине высокого тока сети.

Номинальное напряжение

Напряжение светодиода имеет прямую зависимость от его цвета. Это происходит по причине разности материалов для их изготовления. Рассмотрим эту зависимость.

Сопротивление световых диодов

Сам по себе один и тот же светодиод может иметь различное сопротивление. Меняется оно в зависимости от включения в цепь. В одну сторону – около 1 кОм, в другую – несколько МОм. Но здесь есть свой нюанс. Сопротивление светодиода нелинейно. Это значит, что оно может изменяться в зависимости от подаваемого на него напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже будет сопротивление.

Светоотдача и угол свечения

Угол светового потока светодиодов может различаться, в зависимости от их формы и материала изготовления. Он не может превышать 120 0 . По этой причине, если требуется большее рассеивание, применяют специальные отражатели и линзы. Это качество «направленного света» и способствует наибольшей силе светового потока, которая может достигать 300-350 Лм у одного светодиода на 3 Вт.

Мощность светодиодных ламп

Мощность светодиода – величина сугубо индивидуальная. Она может варьироваться в диапазоне от 0.5 до 3 Вт. Определить ее можно по закону Ома P = I × U , где I – сила тока, а U – напряжение светодиода.

Мощность – довольно важный показатель. Особенно когда необходимо рассчитать какой необходим для того или иного количества элементов.

Цветовая температура

Этот параметр схож с другими лампами. Наиболее приближены то температурному спектру к светодиодным люминесцентные лампы. Измеряется цветовая температура в К (Кельвин). Свечение может быть теплым (2700-3000К), нейтральным (3500-4000К) или холодным (5700-7000К). На самом деле оттенков много больше, здесь указаны основные.

Размер чипа LED элемента

Этот параметр самостоятельно измерить при покупке не удастся и сейчас уважаемому читателю станет понятно почему. Самые распространенные размеры – это 45х45 mil и 30х30 mil (соответствуют 1 Вт), 24х40 mil (0.75 Вт) и 24х24 mil (0.5 Вт). Если перевести в более привычную систему измерений, то 30х30 mil будут равны 0.762х0.762мм.

Чипов (кристаллов) в одном светодиоде может быть много. Если элемент не имеет слоя люминофора (RGB – цветной), то количество кристаллов можно подсчитать.

Важно! Не стоит приобретать очень дешевые светодиоды китайского производства. Они могут оказаться не только низкого качества, но и характеристики их чаще всего завышены.

Что такое SMD светодиоды: их характеристики и отличие от обычных

Четкая расшифровка этой аббревиатуры выглядит как Surface Mount Devices, что в буквальном переводе означает «монтируемый на поверхности». Чтобы было понятнее, можно вспомнить, что обычные световые диоды цилиндрической формы на ножках утапливаются ими в плату и припаиваются с другой стороны. В отличие от них SMD-компоненты фиксируются лапками с той же стороны, где находятся и сами. Такой монтаж дает возможность создания двусторонних печатных плат.

Такие светодиоды намного ярче и компактнее обычных и являются элементами нового поколения. Их габариты указываются в маркировке. Но не стоит путать размер SMD светодиода и кристалла (чипа) которых в составе компонента может быть множество. Разберем несколько таких световых диодов.

Параметры LED SMD2835: размеры и характеристики

Многие начинающие мастера путают маркировку SMD2835 с SMD3528. С одной стороны они должны быть одинаковы, ведь маркировка указывает, что эти светодиоды имеют размер 2.8х3.5 мм и 3.5 на 2.8 мм, что одно и то же. Однако это заблуждение. Технические характеристики светодиода SMD2835 намного выше, при этом он имеет толщину всего 0.7 мм против 2 мм у SMD3528. Рассмотрим данные SMD2835 с различной мощностью:

Как можно понять, технические характеристики SMD2835 могут быть довольно разнообразны. Все зависит от количества и качества кристаллов.

Характеристики светодиода 5050: более габаритный SMD-компонент

Довольно удивительно, что при больших габаритах этот светодиод имеет меньшую силу светового потока, чем предыдущий вариант – всего 18-20 Лм. Причиной этому малое количество кристаллов – обычно их всего два. Наиболее распространенное применение такие элементы нашли в светодиодных лентах. Плотность из в полосе обычно составляет 60 шт/м, что в общей сложности дает около 900 Лм/м. Достоинство их в этом случае в том, что лента дает равномерный спокойный свет. При этом угол ее освещения максимальный и равен 120 0 .

Выпускаются такие элементы с белым свечением (холодного или теплого оттенка), одноцветными (красный, синий или зеленый), трехцветными (RGB), а так же четырехцветными (RGBW).

Характеристики светодиодов SMD5730

По сравнению с этим компонентом, предыдущие уже считаются устаревшими. Их уже можно назвать даже сверх яркими светодиодами. 3 вольта, которые питают и 5050, и 2835 выдают здесь до 50 Лм при 0.5 Вт. Технические характеристики SMD5730 на порядок выше, а значит их необходимо рассмотреть.

И все-таки это не самый яркий из SMD-компонентов светодиод. Сравнительно недавно на российском рынке появились элементы, которые в прямом смысле «заткнули за пояс» все остальные. О них сейчас и пойдет речь.

Светодиоды «Cree»: характеристики и технические данные

На сегодняшний день аналогов продукции фирмы Cree не существует. Характеристики сверх ярких светодиодов их производства действительно поражают. Если предыдущие элементы могли похвастаться силой светового потока лишь в 50 Лм с одного кристалла, то, к примеру, характеристики светодиода XHP35 от «Cree» говорят о 1300-1500 Лм так же от одного чипа. Но и мощность их больше – она составляет 13 Вт.

Если обобщить характеристики различных модификаций и моделей светодиодов этой марки, то можно увидеть следующее:

Сила светового потока SMD LED «Cree» называется бином, который в обязательном порядке проставляется на упаковке. В последнее время появилось очень много подделок под эту марку, в основном китайского производства. При покупке их сложно отличить, а вот уже через месяц использования их свет тускнеет и они перестают отличаться от других. При довольно высокой стоимости такое приобретение станет довольно неприятным сюрпризом.

Предлагаем Вам небольшое видео на эту тему:

Проверка светодиода мультиметром – как ее выполнить

Самым простым и доступным способом является «прозвонка». На мультиметрах есть отдельное положение переключателя, специально для диодов. Переключив прибор в нужную позицию, прикасаемся щупами к ножкам светодиода. Если на дисплее высветилась цифра «1», следует поменять полярность. В этом положении зуммер мультиметра должен издавать звуковой сигнал, а светодиод светиться. Если подобного не произошло, значит, он вышел из строя. Если же световой диод исправен, но при впайке его в схему не работает, этому может быть две причины – неправильное его расположение или выход из строя резистора (у современных SMD-компонентов он уже встроен, что будет ясно в процессе «прозвонки»).

Цветовая маркировка световых диодов

Общепринятой мировой маркировки подобных изделий не существует, каждый производитель обозначает цвет так, как ему это удобно. В России применяют цветовую маркировку светодиодов, но ею мало кто пользуется, потому, как список элементов с буквенными обозначениями довольно внушителен и запоминать его вряд ли кому-то захочется. Наиболее распространенно буквенное обозначение, которое многие и считают общепринятым. Но такая маркировка чаще встречается не на мощных элементах, а на светодиодных лентах.

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

Для того, чтобы понять, как маркируется лента, нужно обратить внимание на таблицу:

Для примера возьмем конкретную маркировку LED CW SMD5050/60 IP68. Из нее можно понять, что перед нами светодиодная лента белого цвета для поверхностного монтажа. Элементы, установленные на ней, имеют размер 5х5мм, в количестве 60 шт/м. Степень защиты позволяет ей длительное время работать под водой.

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

Это вопрос очень интересный. И если отвечать на него развернуто, то на это уйдет очень много времени. Наиболее частое применение световых диодов – это подсветка подвесных и натяжных потолков, рабочей зоны на кухне или даже клавиатуры компьютера.

Мнение эксперта

Инженер-проектировщик ЭС, ЭМ, ЭО (электроснабжение, электрооборудование, внутреннее освещение) ООО "АСП Северо-Запад"

“Для работы таких элементов необходим стабилизатор питания или контроллер. Его можно взять даже со старой китайской гирлянды. Многие «умельцы» пишут, что достаточно обычного понижающего трансформатора, но это не так. В этом случае диоды будут моргать.”

Стабилизатор тока – какую функцию он выполняет

Стабилизатор для светодиодов – это источник питания, который понижает напряжение и выравнивает ток. Другими словами, создает условия для нормальной работы элементов. При этом он защищает от повышения или падения напряжения на светодиодах. Существуют стабилизаторы, которые могут не только регулировать напряжение, обеспечивая плавное затухание световых элементов, но и управлять режимами цвета или мерцания. Они называются контроллерами. Подобные устройства можно увидеть на гирляндах. Так же они продаются в магазинах электротехники для коммутации с RGB-лентами. Такие контроллеры оснащаются пультами дистанционного управления.

Схема такого устройства не сложна, и при желании простейший стабилизатор можно изготовить и своими руками. Для этого понадобятся лишь небольшие знания в радиоэлектронике и умение держать в руках паяльник.

Дневные ходовые огни на автомобиль

Применение световых диодов в автомобильной промышленности довольно распространено. К примеру, ДХО изготавливаются исключительно с их помощью. Но если авто не оснащено ходовыми огнями, то их приобретение может ударить по карману. Многие автолюбители обходятся дешевой светодиодной лентой, но это не очень удачная мысль. Особенно, если сила ее светового потока невелика. Неплохим выходом может стать приобретение самоклеящейся ленты на диодах «Cree».

Вполне можно сделать ДХО и при помощи уже вышедших из строя, поместив внутрь старых корпусов новые, мощные диоды.

Важно! Дневные ходовые огни созданы именно для того, чтобы авто было заметно днем, а не ночью. Нет смысла проверять, как они будут светить, в темное время суток. ДХО должны быть заметны при свете солнца.

Мигающие светодиоды – для чего это нужно?

Неплохим вариантом использования подобных элементов станет рекламное табло. Но если оно будет статично светиться, то это не привлечет должного внимания. Основной задачей является сборка и спайка щита – для этого нужны некоторые навыки, приобрести которые несложно. После сборки можно вмонтировать контроллер от той же гирлянды. В результате получается мигающая реклама, которая явно привлечет внимание.

Цветомузыка на световых диодах – сложно ли ее сделать

Это работа уже не для новичков. Для того, чтобы собрать полноценную цветомузыку своими руками нужен не только точный расчет элементов, но и знания радиоэлектроники. Но все же простейший ее вариант вполне по силам каждому.

В магазинах радиоэлектроники всегда можно найти датчик звука, да и во многих современных выключателях он есть (свет по хлопку). Если у Вас есть светодиодная лента и стабилизатор, то пустив с блока питания «+» на полосу через подобную хлопушку можно добиться желаемого результата.

Индикатор напряжения: что делать, если он перегорел

Современные индикаторные отвертки состоят как раз из светового диода и сопротивлений с изолятором. Чаще всего это эбонитовая вставка. При перегорании элемента внутри его вполне можно заменить на новый. А цвет уже будет выбирать сам умелец.

Еще один из вариантов – это изготовление прозвонки цепи. Для этого понадобится 2 пальчиковых батарейки, провода и световой диод. Соединив элементы питания последовательно, одну их ножек элемента припаиваем к плюсу батареи. Провода будут идти от другой ножки и от минуса батареи. В итоге при замыкании диод засветится (если полярность не перепутать).

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

Подобные элементы можно подключить двумя способами – последовательно и параллельно. При этом нельзя забывать, что световой диод должен быть расположен правильно. В противном случае схема работать не будет. В обычных элементах с цилиндрической формой это можно определить так: на катоде (-) виден флажок, он немного крупнее анода (+).

Как рассчитать сопротивление светодиода

Расчет сопротивления светового диода очень важен. Иначе элемент просто сгорит, не выдержав величины тока сети.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL ) / I , где

• VS – напряжение питания;
• VL – номинальное напряжение для светодиода;
• I – ток светодиода (обычно это 0.02 А, что равно 20 мА).

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель. Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов. Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

Полезная информация! Напряжение, которое выдает блок питания равно 3.7 В. Это значит, что диоды нужно соединить последовательно скоммутированными парами параллельно.

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

По законам физики и электротехники при параллельном соединении напряжение распределяется равномерно по всем потребителям, оставаясь неизменным на каждом из них. При последовательном монтаже поток делится и на каждом из потребителей оно становится кратным их количеству. Иными словами если взять 8 световых диодов, соединенных последовательно, они будут нормально работать от 12 В. Если же из подключить параллельно – они сгорят.

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

Любая светодиодная лента рассчитана на подключение к стабилизатору, выдающему 12 или 24 В. На сегодняшний день на прилавках российских магазинов представлен огромный ассортимент изделий различных производителей с этими параметрами. Но все же преобладают ленты и контроллеры именно 12 В. Это напряжение более безопасно для человека, да и стоимость таких приборов более низка. О самостоятельном подключении к сети 12 В говорилось чуть выше, ну а с подключением к контроллеру проблем возникнуть не должно – к ним прилагается схема, с которой разберется даже школьник.

В заключение

Популярность, которую набирают световые диоды, не может не радовать. Ведь это заставляет прогресс двигаться вперед. И кто знает, быть может, уже в ближайшее время появятся новые светодиоды, которые будут на порядок выше по характеристикам, чем существующие сейчас.

Надеемся, наша статья была полезна уважаемому читателю. При возникновении вопросов по теме просим задавать их в обсуждениях. Наша команда всегда готова на них ответить. Пишите, делитесь опытом, ведь он может кому-то помочь.

Видео: как правильно подключить светодиод

Одно дело, если Вам нужно изредка организовать дополнительную подсветку в подвале или кладовке и совсем другое - постоянное использование фонаря в экстремальных условиях дикой природы. В первом случае подойдет практически любой не брендированный фонарик: вполне можно положиться на собственную интуицию. Однако, если Вы планируете использовать прибор длительное время, старайтесь не приобретать самые дешевые варианты.

Если Ваша профессиональная деятельность или любимое увлечение связано с военными или поисковыми операциями, покупайте только фонари известных марок. Ничто не стоит так дорого как доброе имя: производители дорожат своим брендом и поддерживают его репутацию, постоянно внедряя в модели технические улучшения.

При выборе мобильного осветительного прибора нужно учитывать целых ряд различных факторов, например таких, как материал исполнения корпуса, источники питания, однако сердцем современного фонаря остаются светодиоды - полупроводники, которые способны излучать яркое оптическое свечение, если пропустить через них в прямом направлении электрический ток. Виды светодиодов и их характеристики - это то, что нужно поставить на первое место при выборе фонаря.

Трудно себе представить, что такое важное практическое изобретение как светодиоды долгое время использовалось только в качестве световой индикации. Первый светодиод был запатентирован в 1927 году Лосевым О.В., однако широкое практическое употребление длительное время было заморожено из-за слабого уровня развития полупроводниковых технологий. На данном этапе современные производители используют самые разные виды светодиодов для фонарей. Как же в них разобраться?

Тонкости выбора: современные виды светодиодов и их характеристики

В 95% в новых моделях фонарей применяются светодиоды Cree, которые выпускаются в разных сериях. За короткое время это предприимчивый производитель практически выжил с рынка всех конкурентов.

Главное отличие светодиодов привязано к максимальной яркости свечения и размерам. Из всего предлагаемого разнообразия отдельно стоит выделить следующие основные серии:

• XP-E и XP-E2 имеют стандартные размеры 3,5х3,5 мм, рассчитаны на силу тока 1А и мощность 3,5Вт. Как правило, используются в брелочных и мелких моделях.
• XP-G, XP-G2 при аналогичных размерах диода мощность составляет 4,9 Вт, сила тока - 1,5 А, яркость до 490 лм. Используют в мелких фонарях, как и предыдущую серию.
• XM-L и XM-L2 при размерах 5х5 мм обеспечивают 10 Вт мощности, 3А тока и 1040 лм яркости. Такие диоды в количестве одного или нескольких штук применяются в средних и больших фонарях.

Светодиоды, которые дополнительно промаркированы цифрой 2, отличаются тем, что выдают яркость на 10-20% выше.

В последнее время популярность набирают также светодиоды Nichia 219, которые практически совершили прорыв. Они отличаются от фирмы Cree более качественной цветопередачей, которая приятна для глаза.

Важный световой параметр: бин яркости или световая температура

Виды светодиодов для фонарей имеют разную температуру свечения. Будьте внимательны: наиболее комфортный спектр свечения подбирается индивидуально, а у солидных производителей одна модель может выпускаться с различными вариантами светодиода разных оттенков.

Производители разделяют их на основные группы, которые достаточно просто различить, благодаря стандартной маркировке:

• Warm White - теплые цвета. Такие светодиоды стоят дороже, так как дают меньшее искажение природных цветов.
• Neutral White - нейтральные. Являются золотой серединой. Как и светодиоды с теплым спектром оптимально подходят для бытовых целей.
• Cool White - холодные. Как правило, монтируются в более бюджетных моделях, несколько искажают натуральные цвета за счет синеватого оттенка, однако, по сравнению с теплыми, обеспечивают более высокую яркость. Используются в мощных тактических и поисковых фонарях.

LED драйверы: стабилизация тока

Во всех качественных моделях светодиод питается не напрямую от аккумуляторов, а через стабилизирующее устройство - драйвер. Помимо экономии заряда батареи, наличие этой комплектующей обеспечивает ряд таких важных дополнительных функций, как возможность ступенчатого регулирования яркости свечения, режим мигания, контроль температуры, разряда батареи, режимов эксплуатации.

Выбирая оптимальные виды светодиодов для фонарей, следует помнить, что, чем больше площадь светодиода, тем легче создать с его помощью широкий луч и наоборот. Чем больше люменов издает фонарь, тем ярче поток света и тем короче время работы элементов питания.