Предисловие
Данный фонарь я делал для мотоцикла Honda Steed на замену штатному. Оригинальный фонарь содержит две лампочки по 18 Вт / 5 Вт в японской версии и 21 Вт / 5 Вт в европейской. Итого, мощность ламп габаритного освещения составляет 10Вт, а мощность стоп-сигнала - 36 .. 42 Вт, что, как мне кажется, слишком много. При том, что мощность генератора данного мотоцикла - всего 345 Вт, и на питание всей электрики его хватает практически в обрез. Помимо чрезмерной прожорливости лампочки еще имеют неприятное свойство перегорать несколько раз за сезон.
Светодиоды
Вместо ламп было решено применить красные светодиоды мощностью 1 Вт. Светодиоды использовались самые дешевые,китайский noname. Мощность одного светодиода в 1Вт показалась оптимальной, т.к. не было уверенности добиться нормальной яркости от маломощных светодиодов, да и питать их стабильным током сложнее, в виду большого количества. Светодиоды, мощность которых превышает 1Вт требуют хорошого теплоотвода. Да и вообще, большая мощность кажется избыточной.
Для габаритного света было решено поставить два светодиода со встроенным радиатором, для стоп-сигнала - восемь светодиодов без радиатора.
Падение напряжение на светодиоде - около 2.5В, максимальный ток - 350мА. Следовательно, при последовательном соединении для габаритного огня требуется напряжение около 2.5В * 2 = 5В, для стоп-сигнала - 2.5 В * 8 = 20 В. Т.е., в первом случае напряжение бортовой сети требуется понизить, во втором - повысить. При этом ток должен составлять около 300 мА и не изменяться при изменении напряжения бортовой сети в диапазоне 11..14 В.
Схема стабилизатора
Стабилизаторы выполнены на микросхеме MC34063, на IC1 реализован стабилизатор стоп-сигнала, на IC2 - габаритного огня. Операционный усилитель IC4 использован для организации обратной связи в режиме стабилизации тока и служит для повышения КПД устройства. Вместо этого можно было бы использовать токосъемные резисторы R4 и R7 большего сопротивления, но это увеличило бы тепловыделение на них и, следовательно, уменьшило КПД стабилизатора. Ток через светодиоды регулируется подбором резисторов R6 и R9, изначально я выставил его в 300мА (но потом на практике оказалось, что этого слишком много).
Стабилизатор собран на двусторонней печатной плате. Вот схема монтажа элементов:
Вид со стороны деталей:
Энергопотребление
Что получилось с энергопотреблением:
Габаритный свет:
потребляемый схемой ток - 150мА,
мощность - 1.7 Вт,
ток через светодиоды - 300 мА,
КПД стабилизатора - 80%
Стоп-сигнал:
потребляемый схемой ток - 650мА,
мощность - 8 Вт,
ток через светодиоды - 250 мА,
КПД стабилизатора - 85%
Итого, получилась экономия электроэнергии примерно в 8 раз по сравнению с лампами при ощутимо большей яркости свечения.
Конструкция
Светодиоды стоп-сигнала установлены на отдельной печатной плате. Снизу к ней крепится радиатор, сдаланный из алюминиевой пластины толщиной около 2 мм. Светодиоды габаритного огня привинчиваются непосредственно к этой пластине, их встроенные радиаторы не имеют контакта с анодом или катодом. Со светодиодами стоп-сигнала дело обстояло несколько сложнее - у имеющихся у меня экземпляров корпус электрически связан с одним из выводов и требовал изоляции.
При этом, распаянные на печатной плате светодиоды должны иметь тепловой контакт с радиатором, для обеспечения которого в плане были просверлены отверстия под светодиодами, а светодиоды напаяны снизу оловом и зашлифованы вровень с печатной платой. Поскольку сила поверхностного натяжения, действующая на расплавленное олово стремиться придать капле форму шарика, при напаивании пришлось вставить в отверстие пару колечек, согнутых из лужоной медной проволоки, прилегающих к границе отверстия. Плата привинчивается к радиатору с использованием термопасты в местах контакта со светодиодами и слюдяными изолирующими прокладками для стоп-сигнальных светодиодов.
Несколько слов об установке фары в корпус штатного фонаря Steed-а. Разобрав фонарь, внутри были обнаружены несколько светоотражающих железок, которые можно демонтировать только методом сурового выламывания. Патроны ламп крепились к пластиковой перегородке фары через алюминиевую подложку, и все это тоже пришлось выломать. Сзади фонаря обнаружилась загадочная толстая и тяжелая пластина, назначением которой, судя по всему, является гашение вибраций и продления срока жизни нитей ламп накаливания. Со светодиодами она больше не потребуется. Вместо всего этого были вырезаны две пластины из стеклотекстолита - для внешней и внутренней стороны перегородки. К первой крепилась на винтах плата со светодиодами, ко второй - стабилизатор внизу фары.
Для платы стабилизатора был спаян такой вот чехол из жести (использовалась консервная банка из-под масляного лака).
Платы стабилизатора и светодиодов были покрыты двумя слоями цапон-лака и залиты силиконовым герметиком для вибростойкости.
Собранная фара выглядит так:
Температура светодиодов
При использовании мощных светодиодом важной проблемой является отвод тепла от них. Срок эксплуатации светодиода может сильно зависеть от его рабочей температуры. Ресурс работы светодиода составляет около 50 000 часов, при условии, что рабочая температура кристала не превышает 80-85°C. Более высокие температуры существенно сокращают срок службы, а перегрев кристалла свыше 120°C быстро выводит светодиод из строя.
При использовании стабилизатора на MC34063 проблема усугубляется тем, что в случае выхода из строя хотя бы одного светодиода происходит обрыв в цепи нагрузки, и, как следствие, многократное возрастание напряжение на выходе повышающего стабилизатора (до 50В+). В результате - взрыв конденсатора C8 и выгорание микросхемы IC2. Для понижающего стабилизатора последствия разрыва в цепи нагрузки так же должны быть печальны. Поэтому, крайне рекомендуется устанавливать в цепи питания предохранители на 0.5А для стабилизатора габаритных светодиодов и 1А стабилизатора "тормозных" светодиодов. В следующей статье я покажу, как можно доработать схему стабилизатора, чтобы она могла безболезненно переживать обрыв нагрузки.
Таким образом, для нормальной долгой и стабильной работы температура радиатора в местах соприкосновения светодиодов не должна превышать 50-60°C даже при длительной работе. Для светодиодов стоп-сигнала возникает соблазн пренебречь этим требованием - действительно, ведь они светятся не постоянно, а лишь тогда, когда нажаты рычаг переднего или педаль заднего тормозов. Но делать так не советую, т.к. сталкивался с тем, что после нажатия на педаль тормоза ее выключатель заклинило и стоп-сигнал горел продложительно время, что привело к выходу из строя светодиода и стабилизатора.
В итоге, после пары месяцев использования фонаря я увеличил сопротивления резисторов R6 и R9 приблизительно вдвое (по сравнению с теми, что указаны на схеме), уменьшив при этом вдвое ток через светодиоды. Это привело в норму температурный режим и еще уменьшило энергопотребление - оно стало приблизительно в 15 раз ниже, чем с лампами накаливания. При этом яркость свечения осталась все равно выше, по сравнению с лампами.
По ссылке ниже можно скачать проект фары в Eagle и рисунки печатной платы для лазерно-утюжной технологии в форматах PDF и SVG.
Файлы: