Ну вот и дошли, наконец, до второй части.
Решили сделать 2 варианта- 1 на люстры, с боковым светом, 2 для локального освещения с направленным светом. К чему приводит несоответствие этого, будет показано ниже.
Делаем для начала вариант на люстру и протестим его в закрытом плафоне.
Берем Al лист, толщиной 1 (мало, но что есть) и гнем его как на картинке.
Вариант 1
Вариант 2, перегнутый, о чем потом пожалели
Сверлим по 2 отв. рядом с местом, где будет приклеян диод, для его выводов, и соединяем внутри последовательно. Соединяем 6 шт, получаем ежик
Как и предполагалось, при вставке в непрозрачный плафон этого чуда светимость уменьшилась %-ов на 30. Сверху и снизу эквивалента лампочки света чуть меньше, это не видно на фото, зато хорошо видно, если вынуть лампу из плафона (фотик слепит сразу).
На фотках это видно в виде более равномерного пятна. Сразу скажу- у фотика PDA высокая чувствительность к ик-диапазону - проверяли, видит лазер с длиной волны более 1 мкм, там, где не видит глаз, поэтому собирает всю грязь с ик, что дает небольшую прибавку яркости обычной лампы на фото.
Итак, тест. 100W лампа слева.
Теперь на глаз обычная лампа светит чуть ярче, чем 6 LEDов с боковым светом при 0,5 А. PDA зачем-то загнал спектр LEDов в зелень- наверное, отбалансобелился по лампе, там красного больше.
0,6А
и почти выравниваются при 0,7А.
Теперь что будет, если добавить еще 1 LED снизу при 0,5А.
Нижний LED светит вниз:
вверх:
Вот теперь яркости выравниваются и имеем характерный отблеск.
Сравнение сотки с 20W теплой КЛЛ-кой
Клл более теплый спектр дает, чем лампа. Яркость примерно одинакова. Потребление от сети 17W RMS.
Вот к чему приводит несоответствие углов излучения. С другой стороны ничего страшного, т. к. если сделать всенаправленный вариант, можно будет полностью заменить лампу накаливания.
Хотя для чисто раб. стола боковая лампа светит приятно, только у полностью 1-стороннего варианта излучения яркость все-таки побольше. Ну а в люсторном варианте требует проверки на натуре. Сделать универсальную, видимо, не получится - слишком много люмен теряется в плафоне и слишком сдавлены по нагреву.
Вывод- для локального освещения на LEDах для точных работ (например, с 0402 и менее, как у нас) нужно делать излучение с 1 плоскости, чтобы меньше были потери, и с хорошим углом рассеяния.
Направленный вариант светильника мы уже ранее опробовали, и он показал себя с хорошей стороны, но теплоотвод, даже такой большой, прямоугольный, от 92-мм кулера, без обува не справляется- при 6 LEDах и 0,5A (7,4W) он нагревается и стремится к критической точке в 50 С,что не есть гут.
Но о при 9 LEDах и 0,24A (6,25W) температура в районе 40С, хотя разница то- всего ватт).На таких малых мощностях заметно все.
Пробовали и такое:
8 шт на разных токах. Пассивного охлаждения из-за частых ребер не хватает. 250mA 23,5V (~6W) до 42С, 500mA 25,7V (~13W)- 58С. Хотя сотка с ней, конечно, не сравнится. Особенно классно ее было включать на 1,5А - все залито светом, как сварка.
Сегодня вечером обнаружил в раковине вот это
Ничего не напоминает? Посадочное место как раз на 6 кристаллов))) + направленность)))
Тестовый вариант на драйвере HV9910 в настольной лампе. Везде используются теплые 3HPD-3. Регулировка тока до 500 mA.
Термодатчик - транзюк BD136 в TO-126:
Минимальная яркость:
Максимальная (0,5А), фотик не выдержал баланс белого:
А тут примерно выдержал, так все выглядит на самом деле:
Синий цвет выглядит по-другому со светодиодными лампами - он как бы более выражен.
Моя лаборатория:
Греется эта лампа, прилично, но светит хорошо. Использую сейчас как настольную.
Теперь нужно разобраться с охлаждением, прежде чем приступать к изготовлению любого из светильников, т.к. температура при 6 LEDах и 0,5А (7,4W total) после прогонки на таком каркасе ок. 60С. Кулеры сразу отметаются как ненадежный, жручий и пыленезащищенный вариант. В принципе, его можно соединить последовательно с LEDами через шунт.
Можно использовать повышенное кол-во LEDов, при меньшем токе. У люстры и у локалки несложно добиться большего количества люмен, нужно только решить проблемы с охлаждением. И так и сделаем, но не выше 500mA на диод, чтобы не так часто гонять его по термопрофилю. Самая хохма будет для такой лампы в летнююю вечернюю жару на кухне, когда начнут что-то жарить на нескольких комфорках и закроют дверь, чтобы кот не зашел). Я думаю, +80 и более обеспечено. Что делать? Отключать - не вариант, обдув - бесполезен, остается только светить при пониженном токе, а вот будут ли они светить при такой температуре и что произойдет? Это мы и проверим ниже.
Теперь про драйвер.
Драйвер обкатывался при разных температурах вплоть до экстремальных - прямой нагрев паяльником всех активных элементов при работе от сети и на нагрузку на светодиоды. Результат перекрыл все ожидания - не только не было сбоев, но даже электрические параметры не сдвинулись.
Также в драйвере решено было отказаться от удвоения тока и поставить плавную регулировку.
Также смотрим, что удалось реализовать.
Требования к драйверу:
- долговременная надежность и работа с хорошим запасом по параметрам (1-е проверяется, 2-е есть)
- регулировка тока по профилю из даташита от температуры до 0 при перегреве (есть)
- софт-старт (есть)
- сетевой фильтр от PWM-помех (AC noise filter) (есть)
- PFC с коэффициентом не ниже 0,8 (есть)
- отсутствие выбросов тока через LEDы при отмыкании и замыкании их на любом токе (есть)
- отсутствие бросков тока в сети при включении и искрении (есть)
- опциональная регулировка яркости (есть)
- полная защита на терморазмыкание при перегреве выше 80С (есть)
В настоящий момент ищутся косяки и что могли пропустить при тестировании.
Схема драйвера в формате OrCad10.5+ симуляции в MicroCap9
http://www.onlinedisk.ru/file/556118/, дубликат
http://narod.ru/disk/67936001/LedLamp.rar.html, печатная плата в процессе разводки и обязательно выложится.
Выходной сбрасывающий диод нужен не менее 3-амперного (типа HER308, а лучше мощный SMD), с 1-амперной версией греется жуть и яркость ступенчато регулируется. От сети транзюк еле теплый до 500 mA.
Для пробы собрали 3 мини-фонарика на драйвере zxsc300 и 3HPD-3 при токе через диод 100мА, 2 из них показаны. Запитка - 1 аккум. или батарейка ААА или АА. Работают до просадки в 0,8V. Яркость меняется линейно от напряжения.
баланс белого запарил...
Яркость одинакова,но один немного радужит из-за оптики- слишком короткий отражатель. Светят ярко, днем в светлой комнате луч на стене видно, ночью лупит метров на 20 при хорошей засветке под ногами.
Замечено, что теплый белый на улице на почве светит ярче, чем холодный, зато холодный выглядит ярче. Но все-таки больше нравится чистый белый как самый универсальный.
Мечта сделать ярчайший бластер на нескольких Li-po с микросхемой up-down конвертора и матрицей из многих 3W белых светиков и схемой контроля заряда от сети/USB.
Декоративная светодиодная лампа для подсветки потолка. 30 кластеров по 4 холодных белых маломощных и 1 оранжевому:
Выдержка настроена так, как видит наш глаз:
просто так:
Шутки ради сверка с обычной лампой 100W:
наша:
Тест светиков.
Сверили в темноте теплые 3HPD-1 и 3HPD-3. При почти одинаковом токе
3HPD-1 49,6 mA 2,71V (0.134W)
3HPD-3 50,2 mA 2,66V (0.134W)
при одинаковой мощности последний светит на 15-20% визуально ярче.
Снимали спектр светиков через дифракционную решетку.
Интересно, что у белого светика явно видно расширение спектра в фиолетовую облать, чем у такого же, но со снятым люминофором.
то же, увеличено:
Виден пичок от синего и небольшой провал в сине-зеленой области.
Спектр ртутной домашней КЛЛ:
Явно виден сильно выраженный опасный игольчатый спектр. Цветопередача никакая, глаза быстро устают. Вообще, составляли недостатки КЛЛлок, и пока эти недостатки не преодолят, переходить на энергосберегающие лампы крайне нежелательно.
- опасный игольчатый спектр для глаза,не являющийся спектром тела каления
- нижайший срок службы большей части ламп, низкая надежность
- опасность при случайном разбивании (в комнате при разбивании увеличивается количество ртути в 160 раз сверх нормы!), ртуть очень опасна!
- достаточно высокая цена на более-менее качественные лампы
- ОЧЕНЬ боятся перегрева и переохлаждения! В закрытых плафонах использовать нельзя!
Мне они сразу не понравились. Хорошо, я проскочил этот период.
А вот ночной город через дифрактор:
Особенно интересен спектр оранжевых натриевых ламп ДНАТ - виден почти весь спектр, от синего до красного! Только провалы неравномерные, это далеко не игольчатый спектр, он намного глаже и приятнее старых холодно-белых ртутных ламп.
Сейчас какие-то новые выпускают - спектр почти идеальный,смотрел, как от накала, со слабо выраженными подьемами, и цвет - чистый белый, просто изумительный! Чую, тоже ртутные, только особые, как-нибудь обгуглю их.
А вот спектр от монитора LCD с ламповой подсветкой:
Не очень качественно, но суть ухватить можно - там куча линий, спектр сильно линейчатый, ставишь чистую синюю, зеленую и красную заливку на зкран и получаешь фиолетовый+синий+ зеленый кол, от зеленого синий+зеленый+ оранжевый, от красного красный+оранжевый. Вот такие у нас мониторы.
Смотрели LCD монитор с LED-подсветкой - там вообще, чистая белая заливка - как от обычного белого светодиода, другие имеют весь видимый спектр с преобладанием выбранного цвета. Это фильтры TN-матрицы так фильтруют, что добротность такая низкая. До лазерных мониторов им далеко, чистота цвета не очень, т. к. хватают всю соседнюю грязь, и на RGB-диаграмме точки цвета из-за этого сьезжаются внутрь к белому тем больше, чем меньше добротность этих фильтров или шире спектр излучателей.
При заливке и сброшенных настройках сравнивали мониторы с газо-ламповой и LED подсветкой - разительное отличие цветов! У газо-ламповой он кажется чище - видимо, из-за более узкого спектра излучения, а у LED, как бы сказать, сочнее. У CRT (он же ЭЛТ) такая же история, как и у LED подсветки. И все-таки я за LED.
Теперь вольт-амперные и ватт-амперные (опто) характеристики светиков серии 3HPD.
Подопытные (слева направо):
3HPD-3_1 (1 образец), 3HPD-1, 3HPD-3_2 (2 образец),
По ватт-амперным проведено оценочное испытание, т.к.фотоприемник не калиброван на такие частоты излучения и снято с целью найти зависимость между током и мощностью LEDа и его люменностью. + ко всему в зависимости от температуры.
Были выбраны дискретные значения температуры:
-35С (имитация приполярной зимы),
+25С (типа идеальное охлаждение в комнате),
+50С (критическая точка, рекомендованная производителем),
+80С (должен настать пипец светодиоду или полупипец, как повезет, но явно не рабочая температура)
Диапазон тока выбран до 2А включительно, напряжение на LEDе до 4.5V. Дальше он отключается (работает протектор).
Т.е. на абсолютные цифры оптических ваттов обращать внимания нельзя, только на ход кривой.
VAC (Зеленый график)+Popt (красный)+Rdyn (синий)
3HPD-1-35С
+25С
+50С
+80С
3HPD-3_1-35С
+25С
+50С
+80С
3HPD-3_2-35С
+25С
+50С
+80С
Явно видно, как гнется график светимости от температуры - т.е. все люмены - жутко расплывчатое понятие. Причем производители меряют его от тока, а не от электрической мощности. Разница все-таки есть.
dPopt/dI 3HPD-1-35С
+25С
+50С
+80С
dPopt/dI 3HPD-3_2-35С
+25С
+50С
+80С
Аж мельтешит в глазах.
Архив фоток для более удобного сравнения
http://www.onlinedisk.ru/file/556240/, дубликат
http://narod.ru/disk/75080001/test_LED.rar.html.
Далее эквивалентные люмен-ваттные и люмен-амперные характеристики, построенные на основе снятого потока данных.
Зависимости оптической мощности (относительной) от электрической при разных температурах:
Зависимости оптической мощности (относительной) от тока при разных температурах:
Нелинейность опто-электрических характеристик явно видна. Как хорошо они себя ведут при минусовой температуре и как плохо при перегреве! Удивительно, что при издевательстве никто не пострадал.
Из графиков, при наваливании тока и перегреве свыше 50С точка отпоперегиба однушки примерно равна 1А, а трешки- 1.2А, т. е. до этого тока их можно гонять без ущерба сильного спада люменности (кпд).
Критический ток разрушения 3HPD-3 оказался равным примерно 2,5А . При перетоке сгорели тонкие позолоченные проводнички. Причем сам кристалл остался целый и как ни в чем не бывало светился при подпаивании проволочки.
Яичница 3HPD-3 с люминофором
Повандалили дальше, удалив с него люминофор, остался голый синий кристалл.
Как красиво расположены напыленные токовые дорожки! Все сделано ради уравнивания плотности тока по кристаллу. Одноко эта хрень держит завидные 2А!
Синий прикольно светится под микроскопом- кристалл сияет по всему обьему и видны чуть темные и светлые участки, где плотность тока неодинакова. Если 1 ветвь дорожек перерезать, то весь кристалл охватывает градиент от полного свечения, где дорожки целы, и до полной темноты на краю, куда ток не доходит.
Причем визуальная яркость этого кристалла примерно равнялась такому же кристаллу, но с люминофором.
Обнаружены недостатки крепления светодиодов- линза слетает при малейшем зацеплении за нее. Лечится или ее удалением, что приподнимает световой поток,но убирает защиту от тыкающих все рук, или приклеиванием прозрачным момент-гелем.
Случайно на нашем осце обнаружил котировки акций производства ламп накаливания)
На закваску, прикид выхода 3HPD.
Ранее здесь
svetodiodnii-potolochnii-svetilnik-t234-15.html я приводил краткий расчет характеристик 1 и 3-ваттной версии 3HP.
Было вытащено из даташитов следующее:
"3HPD-1 100lm 350ma 3v3 - 1.16w - 86lm/w@1.16w 100RUR@1 pcs or 87RUR@10+ pcs
3HPD-3 125lm 350ma 3v3 - 1.16w - 108lm/w@1.16w 130RUR@1 pcs or 110RUR@10+ pcs
(195lm 700ma 3v4 - 2.38w - 82lm/w@2.38w)
считалось из даташитов с усреднением
108/86 lm/w=1.256 110RUR/87RUR=1.264 что вполне взаимозаменяемо по цене"
Чет не верю я этим даташитам, пока сам не проверишь- не поймешь. Сколько раз в них ошибки находили! Здесь сомнения по поводу светимости.
Но да ладно, измерения наверняка сложны из-за куч погрешностей. Но не суть, ладно, примем светимость в даташите за реальную.
Уточняем результаты при 25С, уже перемерянные.
Заявлено в среднем 125lm@350mA. При таком токе среднее падение напряжения составляет:
по старому моему измерянному графику при 17С 3,01V - это 1,05W. Т.е. имеем 119 lm/W@1.05W
по новым при 25С 3,2V@350mA - это 1,12W - 112 lm/W@1.12W
Ну короче, в пределах погрешностей все сходится, учитывая нелинейности от тока.
На 500mA светимость по даташиту составляет 0,8 от светимости на 700mA - т.е. это 195lm*0,8=156lm, а по нашим графикам в excel'е W/I это 0,77, если цифру 30 принять за единицу, и это 150lm, в принципе попали, на уровне погрешности.
У 6 светодиодов 3HPD-3 при 500mA разброс составил 3,06...3,35V (возможна погрешность, мерялось наскорую), то есть разброс ссоставляет 98...90 lm/W соотв. при фиксированном ТОКЕ, а не МОЩНОСТИ.
По новым графикам при 25С 3,35V@500mA - это 1,68W - 90 lm/W@1,68W - вот с такой цифрой и будем в лампах оперировать.
Для 700 mA заявлено 195lm. Смотрим на графиках падение- ок. 3,52V -- 2,46W -- 79 lm/W@2.46W (в даташите - 82lm/w@2.38w - хорошее совпадение)
Ну и т.д.
Теперь можно легко расчитать светимость на любом токе или мощности с хорошей точностью, зная опорную светимость в точке, найдя из графика W/I или W/W нужную точку.
Однако, если брать реперную точку 350 mA и потом 700 mA, то результаты не сходятся, где-то косяк, перегиб характеристик у нас или в даташите не правильный. Хотя в даташите линия толстая и грубая, и снятая по 3 точкам, поэтому определить по ней что-то сложно.
Леонид и Алексей.
Продолжение следует...