Светодиодное освещение - альтернатива ксенону!

В связи с появлением готовых светодиодных фар, считаю что данная тема утратила актуальность.
Рекламировать магазины не буду, приведу только некоторые названия моделей типа SPOT (фокусированные) для самостоятельного поиска:
WL-1042 spot
WL-1212 spot
WL-1310 spot
ALO-2-P4Bs
LED 2310с-10 W
DB-2001 9W
DB-2003 21W


А вот с этого все начиналось:
Общая информация.

Ксеноновые лампы, как и галогеновые и обычные, весь свет отдают равномерно в радиусе 360 градусов (если смотреть в продольном разрезе). Отражатель, который используется для создания направленного луча, использует меньше половины от всего светового потока который дает лампа. В противоположность - светодиод с коллиматорной линзой собирает в луч световой поток, практически без потерь. То есть, ксеноновая лампа с потоком в 3000 люмен равняется или даже уступает двум светодиодам типа P7 по 900 люмен. При этом, уже сегодня, стоимость комплекта с двумя такими светодиодами сопоставима со стоимостью нормального ксенона.

Пример свечения фонаря со светодиодом P7:



Преимущества светодиодов перед ксеноном.

1. Высокий КПД (соотношение потребляемой мощности к светоотдаче)
2. Длительный срок службы (до 50.000 часов против 3.000 часов у ксенона)
3. Отсутствие высоковольтных и радиоактивных элементов.
4. Широкий выбор коллиматорных линз для обеспечения необходимой фокусировки луча.
5. Возможность регулировки мощности количеством одновременно включенных светодиодов или силой тока каждого светодиода. Это особенно актуально для тех типов мототехники, где для зарядки аккумулятора используется однополупериодный выпрямитель, который не способен компенсировать мощность потребляемую ксеноном.  
6. Необязательно переделывать электрическую схему мопеда/скутера полностью на постоянное напряжение. Можно подключать вместо основной фары питающейся переменкой. При использовании диодного моста и емкости на 4700 мкФ стабильная работа драйвера с одним светодиодом начинается с 7вольт (примерно с 2000 оборотов).
7. Постоянное снижение цен на светодиоды как и на любую высокотехнологичную продукцию.


Важные моменты при выборе и использовании светодиодов в освещении.

1. Охлаждение
Сверхмощные светодиоды, в зависимости от мощности, выделяют определенное количество тепла поэтому их необходимо устанавливать на радиаторы. Максимальная температура нагрева для большинства светодиодов составляет 80 градусов. Примерный размер ребристого или игольчатого радиатора для светодиода мощностью 3Вт 50х30х20 мм, для 10Вт 70х50х20 мм. Если место в фаре не позволяет разместить светодиод установленный непосредственно на радиатор - светодиод можно установить на пластину из алюминия толщиной не менее чем 2мм, а с краю (по краям) пластины прикрепить радиатор(радиаторы). Все места соединений при этом необходимо смазывать тепловодящей пастой.

2. Питание
Светодиод, с электрической точки зрения, отличается от лампочки и питать его надо СТАБИЛИЗИРОВАННЫМ ТОКОМ а не напряжением. Например, для большинства светодиодов, рабочий ток обеспечивается при напряжении 3,0-3,5В и превышение напряжения всего на пол-вольта приведет к его выходу из строя. Ключевые слова для поиска схемы или готового стабилизатора "стабилизатор тока" и "драйвер светодиода".

3. Выбор мощности светодиода
Мощность светодиода измеряется в Ваттах(Вт) но этот параметр говорит не о количестве света отдаваемом светодиодом, а о его ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ. Светодиоды выполненные по более новым технологиям при одинаковой мощности имеют более высокую светоотдачу, которая обозначается термином "люмен" (лм) - световой поток. Поэтому, при покупке светодиодов, в первую очередь надо обращать внимание на яркость выраженную в количестве люмен.

4. Цветовая температура
По простому цвет свечения. Чистый белый цвет свечения соответствует температуре 6000К (градусов кельвина), чем ниже это число тем более желтоватым (теплым) будет оттенок свечения. Так же, как и при использовании ксенона, оптимальной является 5000K. Более холодный свет хоть и смотрится красиво но не эффективен на мокром асфальте.

5. Оптика
Для фокусирования луча удобнее всего использовать коллиматорные линзы, но у всех типов коллиматорных линз есть боковая засветка.

Поэтому применять их желательно только для дальнего света. Оптимальный угол линзы до 10 градусов.
Как показала практика, CREE XM-L наиболее популярный на сегодня светодиод, имеет привлекательные характеристики по КПД и светоотдаче, но его использование затруднено отсутствием в продаже "родных" для него коллиматорных линз с углом 10 градусов и меньше. Попытка применять для него линзы от других светодиодов показали как ухудшение КПД самих линз так и значительное увеличение угла основного светового потока и боковой засветки. В итоге CREE XM-L c "неродными" линзами показал результаты субъективно хуже чем светодиод P7 (W724co) с оптикой Sekonix. Наилучшие же результаты как для ближнего так и для дальнего, со светодиодами CREE XM-L, дали линзы Ledil OSS-RS FA10299 с полным углом в 6 градусов.
И еще пара моментов по использованию коллиматорных линз:
  При установке линзы на плату светодиода надо чтобы между линзой и платой не было зазора и перекоса. Если места пайки проводов к плате находятся под линзой - в нижней части корпуса линзы острым инструментом делаются небольшие выборки под места пайки и провода.
  Для крепления линзы, по ее периметру, к основному радиатору удобно применять силиконовые авто герметики, которые должны быть только на нейтральной основе (не кислотные, разъедающие испарениями светодиод и места пайки).

Для формирования четкой светотеневой границы при ближнем свете можно применять обычные стеклянные линзы. Для уменьшения фокусного расстояния и соответственно для того чтобы не терять часть светового потока излучаемого светодиодом идеально подходит система из двух линз - обычной и сильно выпуклой. Диаметр линз не меньше 50 мм. Но как показала практика свет от таких фар утомляет зрение из за высокого контраста между освещенной и неосвещенной частью дороги.
Пример светодиода без отражателя с одной линзой (внешние световые кольца из за того, что линза без обода):


6. Светодиоды с большой площадью излучающей поверхности
Такие типы светодиодов хоть и имеют достаточно высокие показатели по яркости и КПД, но не подходят для применения в фарах из за сложности фокусировки.

Пример луча от такого светодиода (слева) и от CREE XM-L (справа) с одинаковыми системами из двух линз.


Сравнение светодиодов по мощности и яркости


На эксперименты со светодиодами меня толкнул ну очень неприятный факт - в Дефианте Pluton отражатель плавится даже от штатных 18-ваттных ламп!
Поэтому, для начала,  эксперимент №1.
В качестве жертвы был выбран недорогой светодиод EDEW-KLC8-B5 с мощностью в 4W и световым потоком всего 190 люмен,  Первый блин оказался немного комом из-за линзы в 25 градусов, но учитывая что хотелось собрать быстро и в магазине в наличии других не было, а также оптимальную скорость для этого скутера в 30 км/ч в качестве "очень ближнего" света получилось весьма неплохо.
Цены: Светодид - 50 гривен. Коллиматорная линза -15 гривен. Плата (специальная теплопроводящая) под светодиод - 5 гривен. Радиатор - ??? (был в наличии). Драйвер светодиода (схема стабилизатор тока) - 60 гривен.
* Ток светодиода, в целях безопасности, был понижен с нормы в 1000 мА до 700 мА (соответственно яркость снижена примерно до 150 люмен).
** На ночной фотографии световое пятно от фары в реальности намного больше, но нет технической возможности сделать корректное фото.

По такому принципу можно, но мое сугубое ИМХО:
1. Теплоотдача намного хуже.
2. Светодиоды включать только на пониженной мощности, 50-60%
3. Большие потери светового потока, надо чтобы светодиоды смотрели немного внутрь.

протестировал еще разок диоды в отражателе фары, результат превзошел ожидания
описание тут http://www.moto.com.ua/forum.php?id=1363436#1363436
Диоды в собранной фаре (с рефлектором)

Штатная галогенка

http://ledf.ru/viewtopic.php?f=11&t=55&start=10

И еще много готовых вариантов, в том числе для мототехники:
http://gv-auto.com.ua/g1917634-dopolnitelnaya-svetodiodnaya-optika

печально что всё это не дёшево стоит

не проще ли купить готовый фонарик за 140 грн и запитать его через кренку 12в -> 3,5в?
http://1fonarik.com.ua/index1.html
Сам пользуюсь фонарем на старом светодиоде Р7 - света с него больше, чем от родной мото фары

А где ты видел кренку как ты выразился на 3.5В и почему именно на 3.5В? Можно марку или тип?
А вот на счет фонарика соглашусь, сам планирую так доп.оптику сделать.

Фонарик проще, но светодиодный модуль  http://www.aliexpress.com/item/New-Arrival-26-5mm-1-mode-CREE-XM-L2-U3-1600LM-OP-LED-Module-Drop-in/1133501770.html  светит лучше фонарика.

26.5mm Cree XM-L2 U3 1600 Lumen
Voltage: 3V~18V
US $10.95
С товарищем взяли 2 таких модуля (на 2000 люмен), я в своем в первый же день спалил драйвер (нечаянно неправильно подключил), он выточил для него радиатор (работаю на заводе, по этому токаря найти не проблема), поставил стекло и установил на велосипед подключив к АКБ от UPS (12V), сейчас он купил фонарик типо такого
Но фонарик светит гораздо хуже.
В описании к модулю написано что он жрет 3А, замеры показали что драйвер настроен на 2А, т.о. при желании с него можно выжать еще больше
к своему модулю уже сделал драйвер и выточил радиатор со стеклом, осталось приделать это добро с скутеру, настроить, подключить драйвер и загерметизировать герметиком.

Фонарик фонарику рознь. У меня фонарь с 42 мм головой - и пучка хватает и боковой засветки. Яркости Р7 даже на среднем режиме хватает. До этого был фонарь с маленькой головой на диоде Q5 - у него лучик яркий и бил далеко, но боковой засветки никакой и ездить с таким нереально(
На счет кренок хз - знакомый радиолюбитель говорил, что есть такие, за что купил, за то и продаю.

lm 317(3-20в)

Ну за регулируемые мы знаем

На кренке при понижении с 12 до 3 вольт больше 70% энергии будет рассеиваться в тепло!
LM317 для 10 ватных светодиодов не подойдет еще и потому, что максимальный ток у нее 1.5А

Вот вам та же регулируемая кренка, только импульсная, c очень высоким КПД и работает без радиатора (надежность испытана в электронном кальяне). Переделка цепи включения показана для управлением микрокнопкой с малым током, в мототехнике эту цепь можно оставить как есть.

Я так понял имелось ввиду не прямое подключение светодиода к линейному стабилизатору, а именно подключить лин.стаб. ко входу импульсного стабилизатора тока установленного в фонарике. А как мы знаем имп.стаб.тока в фонариках обычно на напряжение 3-6В, поэтому его нельзя включать в цепь 12-14В

Даже если взять напругу на входе импульсного стабилизатора фонарика 6V, то падение на кренке будет 6-8V, при силе тока в 3 ампера 18-24W надо рассеивать в виде тепла.  Добавить к этому потери на самом импульсном стабилизаторе и получим такой КПД что проще поставть обычную лампочку.

Ты такой ток берешь перед входом импульсника или это ток самого светодиода? Если это ток светодиода, то твои расчеты не верны

Без всяких рассчетов понятно, что при падении напряжения на линейном стабилизаторе в два раза, мощность рассеяная на стабилизаторе будет такой же как и мощность в полезной нагрузке. А учитывая что большинство фонариков идут на один литиевый аккумулятор, то на кренке придется рассеивать в тепло 2/3 от общей мощности.

p.s. Еще как то оправдано использование кренки если драйвер фонарика рассчитан на питание от двух литиевых аккумуляторов, т.е. понижать с 12 до 8 вольт. Но как правило эти фонарики стоят намного дороже.

Да я же не спорю, я знаю что лин.стаб. для этих целей не годятся.
Но посчитаем ради интереса, я возьму условно- светодиод 5Вт, ток 1.5А, напряжение 3.3В. Подключаем его к импульснику на 6В, получаем входной ток импульсника Iи=(3.3В*1.5А)/6В=0.825А, КПД не буду учитывать. Значит, если берем линейный стабилизатор, например L7812, то паденеие напряжения на нем 6В, значит мощность Р=6В*0.825А=4.95Вт. Как видим, не сильно уж и много, но не 18-24Вт как ты писал  

Так выше шла речь за 10 ваттные типа P7 и CREE XM-L, да и сам только их и применяю, поэтому на прикидку и взял ток 3А.

"Значит, если берем линейный стабилизатор, например L7812, то паденеие напряжения на нем 6В," если на входе 14В (реально бывает и больше) на выходе для стандартного фонарика оптимальное 4В то уже падение 10В.

"КПД не буду учитывать." - а зря, я один раз нарвался на импульсные стабилизаторы (на LM2596) с КПД в районе 50-60%. В реальности при низких напряжениях питания КПД не бывает таким чтобы им пренебрегать.

Та я же для примера написал этот расчет.
Кстати если использовать 10Вт светодиод в том случае, то L7812 не подойдет по току.
Ну да ладно, главное разобрались.

Я же писал условный расчет, если желаешь дальше тему развить, то пожалуйста. Можем вообще детально рассчитать все