Как подобрать светодиод для фонарика

Поговорим про… фонарики?

Приветствую, %username%!
Это небольшой ликбез на тему сегодняшнего состояния отрасли портативного освещения.
Disclaimer
К показанным фонарям и остальному железу я отношения не имею. Их рекламой данный пост не является.

Поехали, начнем с современных светодиодов

Светодиоды

На сегодняшний день самой большой популярностью пользуются светодиоды фирмы Cree.
У них на сегодняшний день самое лучшее соотношение Лм/вт и при этом есть отличные нейтральные и теплые варианты, в том числе с высоким Cri. Правда, что касается именно «теплого лампового света» и высоких Cri, тут не так давно на рынке появились диоды от японской фирмы Nichia, которые, по отзывам видевших как они светят людей, выдают просто чудесный свет(нейтральный/теплый, Cri >90), пригодный даже для постоянного использования дома.
Конечно, пока что чем «теплее», тем ниже эффективность диода. Поэтому в основном в фонарях используются более холодные или нейтральные версии.
При этом даже холодный Cree в дешевом фонаре будет гораздо приятней на вид и гораздо, гораздо ярче чем ваша старая светодиодная лейка.

И так. Из всего многообразия в современных фонарях в 99% случаях стоят диоды Cree либо XP-G/XP-G2

либо XM-L/XM-l2.

Те, что с приставкой 2 построены на новой технологии SC³ и выдают в среднем на 10-20% больше света, чем те, что без нее.
В частности, один XP-G2 может выдавать

5 ваттах. Это эквивалент 50ваттной лампы накаливания
А один XM-L2 примерно тысячу при десяти. Это уже 75-80ваттная лампочка.

При этом размер XP-G2/Nichia всего 3.45×3.45 мм. а XM-L2 5×5мм. Честно, я когда первый раз увидел XP-G, жарящий на всю катушку, не поверил своим глазам.

Драйверы

Всю эту мощь надо как то питать. Этим занимаются специальные LED драйверы, которые бывают линейные, импульсные, программируемые и еще куча других слов. Другими словами — DC-DC преобразователи с управлением по МК.
Например, на картинке выше — штучный экземпляр ручной работы, импульсный драйвер диаметром всего 17 мм, обеспечивающий постоянную яркость во время работы и с КПД около 95-97%. Разработка и сборка, кстати, Российско-Украинская )

В большинстве китайских, да и российских фонарей стоят обычные линейники, которые плавно гасят диод в зависимости от остаточного напряжения на батарейке. В фонарях посерьёзней драйвер «высасывает» из аккумулятора столько мощности сколько возможно для обеспечения постоянной яркости. Особо хитрые потом еще переходят в пониженные режимы, чтобы выключение не было сюрпризом.

и многое, многое другое.

На этом кадре из фильма Oblivion на винтовке видна оптика модуля с тремя светодиодами, в народе «трипла». Разработка конкретно этого светомодуля, между прочим, дело рук московской конторы Lux-RC (+ их партнеров из Oveready(отвечают за корпуса фонарей)).
Фонарик в начале темы тоже спроектирован Lux-RC. Выдает 6000 люмен с 4х аккумуляторов, имеет активное охлаждение.

Оптика

Тут всё и сложнее и проще. Типичный угол свечения для светодиодов — 120 градусов. К тому же, источник свечения — квадрат со стороной 3.45 или 5 мм.
Собрать их в узкий пучок можно, например линзой. Но, линзованные фонари негерметичны, не дают практически никакой засветки и в линзах теряется очень большая часть света. Флешаголики не одобряют )
Поэтому, если хочется качества и дальнобойности, то вам прямая дорога к фонарям с глубоким рефлектором, например тот же Thrunite catapult V3, с которым Тёма поедет в свою следующую экспедицию.

Если надо что то для повседневных нужд, то это уже больше дело вкуса. Есть и мятые рефлекторы и TIR оптика, можно получить практически любой угол хотспота/засветки.

Питание

Все серьезные фонари питаются литиевыми аккумуляторами формата 18650 (18мм диаметр, 65 мм длина). Они на сегодняшний день являются самыми технологически передовыми из всех. А так же не слишком сильно оттягивают карман
Например, Panasonic NCR18650B имеет на борту 3400mAh, Sanyo ZTA около 3000. Так же, начали появляться (те же Sanyo, Samsung, LG) аккумуляторы с максимальным напряжением заряда 4.35V вместо 4.2. Им нужны, соответственно, другие зарядники.

От одного 18650 хороший фонарь может выдавать 1000 нейтральных стабилизированных люмен в течение часа.

Add:
Забыл сказать, что есть 18650 как с встроенной защитой от переразряда (маленькая платка на плюсовом контакте) так и без нее. Если в фонаре такая защита встроена, то нет необходимости переплачивать за protected версии. Ну и иногда защищенные 18650 не влезают в фонарь, так что лучше заранее этот момент прояснить.

bonus

Аккумуляторы формата 18650 используются в повербанках, от которых можно питать телефон\планшет по USB. Например, вот такой на 4 аккумулятора

Умеет выдавать 2A и в случае использования 4х панасоников на 3400 его общая емкость будет около 13500 mAh

Если вам роднее формат AA/AAA, то из Ni-MH аккумуляторов лучшими считаются Sanyo Eneloop. У них очень низкий саморазряд и приличная ёмкость. Не такая, конечно, как у литиевых, но для EDC/домашнего дежурного использования вполне подойдет.
С одного не литиевого AA лучшие фонари снимают порядка 280 люмен. Такой, например как SC52w от Zebralight

Существуют и литиевые аккумуляторы формата AA(14500) но они распространены меньше и пойдут только в те фонари, где это отдельно оговорено.

Охлаждение

Самый, пожалуй, сложный момент. Далеко не все производители задумываются о качественном теплоотводе для фонарей.
(фонарь FL33 на картинке выше — приятное, но довольно дорогое и эксклюзивное исключение)
Сильный нагрев светодиода ведет к уменьшению светового потока и его постепенной деградации. Так же, это не самым приятным образом сказывается на электронной начинке. Это не сильно критично, если вы «жарите» диод не на полную и не очень долго. Но вообще не будет лишним почитать обзоры и отзывы на профильных форумах.

Модификации

Ну, то есть, под замену может пойти всё, кроме корпуса. Есть даже спец магазины, которые торгуют чисто корпусами\головами и т. п.
Так что, если дружите с паяльником, можете сами себе собрать фонарь под свои хотелки.

Советы

Если просто хочется понять и увидеть как светят современные фонарики, вам подойдет любой на XP-G(2)/XM-L(2) с DX и прочих китайских магазинов. Их марки обычно заканчиваются на «Fire», поэтому их так и называют — «разнофаеры» (только чур не путать с дорогущими американскими SureFire). Там же можно купить недорогие(но и качества от них не ждите) 18650. На первое время хватит, но чтоб не портить впечатление от пользования, на питании и зарядке лучше не экономить.
Если хочется чего то большего, то велкам на профильные форумы вроде фонаревки. Там тусуются как флешаголики, так и разработчики. Можно почитать обзоры, посмотреть бимшоты, поучаствовать в холиварах и сделать свой выбор. Ну или заказать себе кастомный фонарь, как это в итоге сделал я.

Источник

Какие светодиоды используются в фонариках и какие лучше?

При приобретении либо сборке новых светодиодных фонариков непременно следует обратить внимание на используемый светодиод. Если фонарь вы приобретаете только для подсветки темной улицы, то тут выбор огромный – выбираем любой с ярким светодиодом белого свечения. Но если вы хотите купить портативное осветительное устройство с характеристиками под более сложные задачи, тут важным моментом является выбор соответствующего светового потока, то есть способность прибора освещать большое пространство с помощью мощного луча.

Что такое светодиод

Светодиод – это твердотельный электрический источник искусственного света, изготовленный из полупроводниковых материалов p- и n- проводимости. Используя несколько технологий – напыление через маски, травление, эпитаксиальное осаждение и пр., получают p-n переход.

В полупроводниковом материале p-типа носителями тока являются «дырки» – атомы кристалла полупроводника, у которых легированием специальными металлами создают нехватку электронов. В n-материалах носителями являются избыточные электроны в кристалле.

«Дырка» фактически неподвижна. Она имеет положительный заряд, равный заряду электрона. Электрон, «перескакивая» с внешней орбиты одного атома на внешнюю орбиту соседнего, передвигает в обратном направлении «дырку».

Дополнительные характеристики

Кроме основных технических параметров, при проектировании светодиодных светильников нужно учитывать ещё несколько дополнительных факторов, таких как влияние температуры и различных коэффициентов.

Температурная зависимость

Продолжительная и стабильная работа излучающего диода во многом зависит от эффективного отвода тепла от кристалла. В связи с этим у мощных светодиодов должно быть низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка. Например, SMD 5730 и SMD 3014 имеют всего 4°C/Вт, что является достижением современных технологий.

Биновка

Светодиодный бин представляет собой неделимую область на диаграмме цветности, условно выраженную в цифробуквенном коде. Необходимость биновки белых светодиодов вызвана погрешностью, допускаемой в процессе их изготовления. Бин-код позволяет максимально точно указать оттенок белого света приборов, имеющих одинаковую цветовую температуру и коэффициент цветопередачи. Данный параметр учитывают производители светильников высокого качества.

Принцип работы или что обеспечивает свет

Подключая к p-n переходу постоянное напряжение определенной величины и полярности, вызывают в переходе электрический ток в виде встречного потока носителей электрического заряда — «дырок» – положительных «частиц» и электронов – отрицательных. При встрече этих потоков в p-n-переходе происходит их рекомбинация или слияние. В «дырку» попадает свободный электрон с повышенной энергией, и она исчезает.

Схема работы светодиода.

Справа n-полупроводниковая часть кристалла, «обогащенная» свободными электронами, слева – p-полупроводниковая часть с положительными «частицами» – «дырками».

Энергия высвобождается в виде квантов света. Они эмиттируются, т.е. излучаются из торца кристалла. Поток квантов попадает на отражатель. Его полированная поверхность отражает свет в нужном направлении. Особой конфигурацией поверхности формируют требуемую диаграмму направленности светового потока.

Схема получения света в p-n-переходе.

Напряжение для питания перехода прикладывается «+» – к аноду диода, который на электрических схемах изображается треугольником, а «-» – к катоду, изображаемому поперечной черточкой.

Выбор светодиодов для фонарика

Выбирая диод для фонаря, следует учитывать следующее:

Для сборки мощного фонарика рекомендуется устанавливать светодиоды от фирмы Cree из линейки XM-L и XM-L2. В прожекторные модели лучше покупать чипы из серии MKR и MT-G2. Для самого яркого фонаря приобретают диоды Luminus SST.

Рис.5 – диод из серии Luminus SST.

Также необходимо учесть угол свечения. Светодиоды серии XR, XM и XP имеют угол от 90 до 120°, а световой поток составит 280 Лм. Мощность прибора в данном случае не превысит 2 Вт. Поскольку самое мощное изделие требует силы тока до 13000 мА, его показатель может достигать 40 Вт. В фонарь иногда устанавливается несколько разновидностей аккумуляторов, а именно:

Если это карманный фонарик, подойдут обычные пальчиковые батарейки. В профессиональные модели устанавливают аккумулятор. Самым лучшим вариантом считаются литий-ионные, обладающие большей мощностью при компактных размерах, а также отличающиеся высокой теплоотдачей. Единственный их минус – быстрая разрядка при низких температурах.

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода в вертикальном разрезе.

Сиреневым цветом изображена теплоотводящая подложка. Серыми трапециями – сечения светоотражающего рефлектора-отражателя кольцевой конфигурации из алюминия. В центре голубой – чип-кристалл светодиода с подключенными золотыми или серебряными проволочками, подпаянными к выводам анода и катода.

Какой светодиод самый яркий и мощный для фонарика

Пытаясь подобрать светодиод для фонарика с повышенными характеристиками яркости, стоит знать, что такие параметры не обеспечивают высокую дальнобойность. Однако прирост данных характеристик положительно отразится на показателе.

Рис.4 – конструкция самого яркого светодиода.

Главную роль всегда играет светодиод в связке с оптикой. Устройство с показателем 500 Люмен иногда светит дальше, чем фонарик с 5000 Лм. Если требуется самый яркий и одновременно дальнобойный фонарь, стоит акцентировать внимание на устройствах, которые собраны на основе светодиода XHP70, выдающего 6000 Люмен.

Достоинства и недостатки

Светодиоды – СИД (светоизлучающий диод) или LED, от английского Light Emitting Diode – как источники электрического искусственного света обладают множеством достоинств. По сравнению с традиционными лампами накаливания ЛН, в т.ч. и галогенными, они более энергоэффективны. Это подтверждается таким параметром, как светоотдача. Например, светоотдача, т.е. отношение количества света, которое выдает источник света к потребленной мощности у разных источников имеет такие значения, в Лм/Вт:

К другим достоинствам относятся:

Белые светодиоды с трехкомпонентным люминофором имеют в спектре излучения 3-5 спектральных линий, а современные газоразрядные лампы – 2-3. Поэтому светодиоды имеют более высокий коэффициент цветопередачи, чем люминесцентные лампы.

Но светодиоды имеют и недостатки:

У некоторых разновидностей светодиодов при производстве обеспечивают нужный оттенок белого света – от супертеплого до очень холодного, или практически любой цвет. Регулируемые светодиоды – RGB-триады, тройки разноцветных кристаллов в одном корпусе, позволяют получить любой белый или цветовой оттенок. В светильниках, лентах и линейках, модулях на светодиодной основе эти возможности еще больше.

Кто производит самые мощные и яркие led

Далеко не все производители светодиодов выпускают самые яркие и мощные лед-светильники. Среди компаний, обретших наибольшую популярность в этом сегменте, можно выделить следующие:

Обратите внимание! Сегодня на рынке можно найти мощные светодиоды не только известных марок, но и фирм-однодневок. Это преимущественно китайские производители. Главное их свойство – существенно низкая цена, чем у оригиналов. Однако платой за это является несколько уменьшенная мощность и вдвое или втрое меньший срок службы.

Классификация

Светодиоды – устройства довольно «молодые». Их окончательная классификация еще не сложилась. Поэтому многие известные производители используют собственные системы видов и типов.

По одной из них светодиоды по назначению группируют так:

Индикаторные в своей группе делятся на следующие виды.

DIP-диоды

Аббревиатура получена от Dual In-line Package или «двойное размещение в линию». Обычно корпусы – цилиндры, но есть и параллелепипеды. На нижнем торце проволочные аксиальные выводы, параллельные основной оси симметрии корпуса. Вывод катода меньшей длины, чем анода.

ДИП-светодиод над печатной платой, видна пайка в металлизованные отверстия.

Деление на типы – по диаметру корпуса и линзе на верхнем торце. Диаметры от 2-3 до 20 мм и более. Цвет свечения – любой, белых оттенков несколько.

Один из типов – мигающий 2-мя цветами, имеет 3 вывода.

Диоды Straw Hat

Дословный перевод – соломенная шляпа или брыль. Применяя к светодиодам – корпус похож на шляпу с округлым верхом.

Вариант ДИП-светодиода под названием Straw Hat или «соломенная шляпа».

Видны выводы разной длины, короткий – катод. Видны и ограничители высоты установки. Под линзой – кристалл с желтым люминофором.

Super Flux “Piranha”

Прямой перевод – сверхпоток. Piranha – перевод на русский язык – пиранья. Название светодиод получил из-за особенностей металлических выводов в виде узких полосок. Для упрощения установки в отверстия печатной платы у концов выводов при штамповке срезали углы. Так получились острые «зубы» хищной рыбы.

На выводе отштампованы «плечики» – ограничители, задающие высоту корпуса над платой. Так открыли корпус для охлаждения воздухом снизу. Кристаллы для пассивного охлаждения разместили на верхних торцах выводов.

Разместив в корпусе 2 или 3 чипа, увеличили поток света. А диод попал в группу сверхъярких.

Светодиод вида «пиранья» в прозрачном корпусе.

Виден кристалл, «накрытый» линзой и зауженные выводы-формирователи высоты установки.

SMD-светодиоды

Аббревиатура от Surface Mounted Device, перевод с английского – устройство, установленное на поверхность. Имеют вид прямоугольных корпусов из пластика или керамики. Выводы – снизу и на боковой части корпуса в виде контактных площадок.

Чаще всего – осветительные, но при малой мощности могут быть и индикаторными. Мощности от мВт (милливатт) до Вт. Свечение – любой цвет или оттенок белого света.

Диоды иностранных производителей

Характеристики диодов Шоттки in5822

Похожий принцип с некоторыми отличиями используется в системе маркировки диодов импортного образца. Отличают три стандарта:

Цветовая маркировка по зарубежным системам

Запомнить все сочетания практически невозможно. Если усвоить хотя бы основные соответствия, разобраться в назначении диода удастся гораздо быстрее.

Характеристики светодиодов

Светодиоды описываются множеством характеристик и параметров. Важнейшие из них:

Есть и другие характеристики, но они используются реже. Например, вольт-амперная характеристика, ВАХ светодиода – кривая зависимости тока через переход от приложенного к нему рабочего напряжения. Применяется при электрических расчетах режима работы светодиода.

Размеры светодиодов

Размеры светодиода определяются габаритами его корпуса. Для корпусов SMD – длина, ширина, толщина. Первые две величины заложены в обозначении, например, SMD2835, где две пары цифр – это 2,8 мм – ширина и 3,5 мм – длина. Толщину корпуса нужно брать из описания или паспорта на диод.

Для цилиндрических DIP-диодов важные характеристики – диаметр корпуса и его высота с линзой. При этом нужно учесть длину проволочных выводов и рекомендации производителя по их изгибу перед монтажом.

Длина волны светодиода

Такая характеристика светодиодов, как длина волны используется очень редко. Чаще называют цвет свечения.

Длина волны свечения диода измеряется в нанометрах – нм. В паспортных данных изделия она указывается не всегда.

Виды фонариков со светодиодами

Выделяют несколько разновидностей фонариков, в которых используются светодиоды, а именно:

Рис.1 – виды фонариков.

Говоря о светодиодах, в зависимости от разновидности фонаря в них устанавливают чипы типа SMD, LED или сверхъяркие пятимиллиметровые диоды для фонарей сигнального типа. Именно последними чипами раньше оснащались практически все светодиодные фонари.

Рис.2 – сверхъяркий диод 5 мм.

Их главное преимущество – это низкая энергопотребляемость и компактность. Первые мощные фонарики оснащались несколькими сигнальными диодами, установленными на одну плоскость. У каждого из них был свой отражатель, который направлял световой поток в одну точку с остальными. Данная конструкция применяется до сих пор для поисковых приборов.

Цветовая маркировка

У каждого производителя собственная маркировка светодиодов. Например, в обозначении светодиода – LED-WW-SMD5050 его буквенные и цифровые элементы имеют расшифровку:

Варианты аббревиатур оттенков белого света:

Есть и другие обозначения светодиодов и цветов, система пока окончательно не стандартизована, поэтому производители используют разные числовые значения и названия оттенков белого света.

Маркировка светодиодов

В идентификации светодиодов сложностей меньше. Каждый тип обладает характерными внешними отличительными признаками. Различают две категории:

Число перед типом светодиода означает количество на 1 метр ленты. Для устройств с длинными выводами, заключенными в пластмассовый или стеклянный корпус, применяют систему цветовых элементов, ознакомиться с которой можно в таблице.

Пример цветовой маркировки светодиодов

Таблица напряжения светодиодов

Чтобы светодиод обеспечивал при работе все характеристики, заданные его конструкцией и технологией изготовления, ему нужно обеспечить расчетное электропитание. Например, подать на его анод и катод напряжение, которое будет немного больше прямого напряжения p-n перехода. Избыток напряжения следует «погасить» на последовательно включенном резисторе. Резистор называется токоограничивающим. Он служит для того, чтобы не допустить превышения тока через p-n переход.

Таблица. Прямое напряжение p-n перехода светодиода цветного свечения.

Мощные светодиоды, их характеристики

Мощные светодиоды на основе COB-матриц. У крупных моделей в углах корпуса имеются отверстия для крепления. Модели небольших размеров крепятся пайкой на печатную плату.

В дополнение к обычным характеристикам светодиодов у мощных моделей добавляются несколько дополнительных характеристик:

Маломощные светодиоды

По величине потребляемой мощности – это светодиоды от 0,05 до 0,5 Вт, рабочий ток – 20-60 мА (средней мощности – 0,5-3 Вт, ток 0,1-0,7 А, большой – более 3 Вт, ток 1 А и более).

Конструктивно к маломощным светодиодам относятся несколько групп LED-излучателей света:

Маломощные светодиоды в разных корпусах.

На картинке светодиоды сверху вниз:

Типы светодиодов

На сегодняшний день на рынке доступно множество фонарей с улучшенными свойствами. Самыми востребованными считаются светодиоды от фирмы Cree Inc.: XR-E, XP-E, XP-G, XM-L. Сегодня популярны также новейшие XP-E2, XP-G2, XM-L2 — их в основном применяют в некрупных фонарях. А вот, к примеру, светодиоды Cree MT-G2 и MK-R от фирмы Luminus получили широкое применение в огромных моделях поисковых фонарей, которые могут работать одновременно от пары аккумуляторов.

К тому же светодиоды принято различать по яркости — существует специальный код, благодаря которому можно сортировать светодиоды по этому параметру.

Типы светодиодов для фонариков

При сравнении одних диодов с другими стоит обратить внимание на их габариты, а вернее, на участок светоизлучающих кристаллов. Если участок такого кристалла небольшой, значит, легче сосредоточить его свет в узенький луч. Если же хотите от светодиодов XM-L получать неширокий луч, то необходимо будет применять очень большой отражатель, что отрицательно влияет на массу и габариты корпуса. А вот с небольшими отражателями на подобном светодиоде выйдет довольно эффективный карманный фонарик.

Источник