Самодельная велосипедная фара

Март 8, 2013 в Нубская технозона, Электроника

Я уже рассказывал о самодельном бортовом велосипедном аккумуляторе. Дошли руки сфотографировать и описать то, для чего, собственно, этот аккумулятор предназначался. В интернете стопицот конструкций самодельных светодиодных велофар, так что я, боже упаси, не претендую на оригинальность; вместе с тем, думаю, ищущий несложное решение человек почерпнёт из этой заметки немного пользы.

bikelight-1

Я хотел сделать велофонарь, отвечающий следующим условиям:

1. Маленький

2. Лёгкий

3. Простой и дешёвый в изготовлении

4. Защищённый от влаги/грязи

5. Ремонтопригодный

Начнём с того, что светодиод у меня был :) Это 1 Вт светодиод OSRAM Golden Dragon Plus.

Лирическое отступление. К слову, светодиоды OSRAM — лучшие в мире :) Даже лучше Cree. Честно, смотрите даташиты на osram-os.com и сравнивайте. Одно время у фирмы Fenix был чудесный фонарик MC-11, и в нём, в отличие от все остальных, был именно этот светодиод. Теперь там ставят кри :( пичалька. Осрам же можно найти в Киеве в фонарях производства (вы не поверите!) OSRAM, они продаются в Эицентре, к примеру. На славном ebay и DX эти светодиоды тоже есть. Ещё раз размахиваю немецким флагом и рекомендую брать осрам, а из осрамов — именно голден драгон плюс, он проще всех остальных в пайке, и к нему худо-бедно лепятся даже неродные линзы.

Так вот, хороший яркий светодиод у меня был, и больше не было ничего. Аккумулятор я купил на dx.com (как покупать на dealextreme, думаю, вы из гугла узнаете), производства Trustfire, 2400 mAh, Li-ion, с защитой и зарядкой прямо внутри. Из него я нехитрым способом сделал пылевлагозащищённый велосипедный аккумулятор, и придумал разъёмы, которыми можно соединять электрическую сеть на велосипеде. Теперь можно было делать собственно фару.

Линза у меня нашлась подходящая, с углом половинной яркости 50 градусов. Вообще их можно купить во всяких китаях, а ещё на радиорынке Караваевы Дачи в павильоне 9-В или у Соханя, или в Радиомаге там же рядом, благо этого добра в Киеве навалом. Хорошие светодиоды Cree (а осрам — лучше!) можно купить у официального дилера — Rainbow Technologies Киев (гугл), там же и хорошая оптика. Оригинальный, не поддельный осрам (который лучше кри! (я заебал, да?)) можно купить напаянным на теплоотводящую платку в фирме «Электронный Свет» — это фактически единственная контора в нашей стране, которая покупает этот самый осрам у этого самого осрама, да-да, прямо в Германии. Цены, соответственно, выше, чем ебеевские, но гарантия и сервис не в пример. ЭС продаёт и светильники на этих светодиодах, дорогие, но охуенные. А вот фонари и велофары они не делают :( Так что продолжим разговор о самодельной фаре.

Светодиод — это такая нежная штука, которую нужно хорошо охлаждать, иначе излучающий кристалл быстро деградирует, теряет яркость. Китай — за пару месяцев, осрам — дольше, но всё равно: при использовании светодиода читайте про его допустимые режимы по току в даташите и охлаждайте изо всех сил. Я решил эту проблему так: оторвал от материнской платы радиатор чипсета. Это такая алюминиевая штуковина 8х20х20 мм с рёбрами. Размер мне уж больно понравился :) под этот размер — 20х20 — я вырезал из фольгированого текстолита (где взять, где взять… кардачи же) квадратик, на котором бормашинкой пропилил нужные изоляционные промежутки:

flashlight-2

Плюс аккумулятора подключается к левому нижнему участку, минус — к правому нижнему. У GD+ анод является теплоотводом, поэтому «плюсовая» площадка для пайки светодиода больше.

Пайка светодиода не совсем тривальная задача. Я, за неимением пасты и фена с контролем температуры, паял мощным паяльником при температуре (о ужас) 400 градусов. Вначале паяется центральный теплоотвод и плюсовая нога. Добрая капля, я бы даже сказал, лужица припоя укладывается на предполагаемое место запайки  и прогревается несколько секунд, паяльник отодвигаем немного в сторону — но не убираем! После чего твёрдой рукой с помощью пинцета ставим предварительно обмакнутый в водосмываемый флюс (FV-500 с радиорынка. Не лучший флюс в мире, но у меня он… просто есть). Пшшшш фффф и прижали плавающий в припое светодиод на место, убираем паяльник — готово. Минусовую ногу паяем без хитростей.

Из одинаковых резисторов размера 1206 номиналом 1 Ом я набрал балластный резистор сопротивлением 0,9 Ом на рассеиваемую мощность чуть больше 1 Вт. Включаем голову. Прямое падение напряжения на светодиоде при токе 350 мА (читайте даташит! Оно немного отличается для разных светодиодов) составляет 3,6 В, при увеличении тока оно незначительно растёт. Номинальный рабочий ток светодиода OSRAM GD+ составляет 350 мА, допустимый — 700 мА, а максимальный (при идеальном охлаждении) — аж 1000 мА! (помните про кри? У них такого нет, номинальный практически равен максимальному). Напряжение на полностью заряженном Li-ion аккумуляторе равно 4,2 В.

Значит, спасибо Георгу Симеоновичу, можем посчитать:

I = U / R; I = (4,2-3,6) / 0,9 = 0,666 (А) = 666 мА.

Сотона, да и только! На самом деле, из-за роста прямого падения напряжения на диоде при увеличении прямого тока, максимальный ток в этой схеме ограничен на уровне около 620 мА при свежем аккумуляторе.

При этом рассеиваемая мощность составляет:

P = U * I; а для двух последовательных нагрузок P1+P2 = (U1+U2) * I,
следовательно: P = 4,2 * 0,666 = 2,8 (Вт),

Р(светодиода) = 3,6 * 0,666 = 2,4 (Вт)
Р(резистора) = (4,2 - 3,6) * 0,666 = 0,4 (Вт)

Вот такой осрам. Рассчитан на 1 Вт, а нормально работает с более чем двухкратной нагрузкой. Не будем учитывать КПД светодиода, чтобы не нагромождать лишних расчётов :) Да, часть энергии уходит не в тепло, а в излучение (этого, собственно, нам от светильника-то и надо!), но радиатор всегда лучше прикинуть с запасом. Выключаем голову, да, теперь уже можно :) Радиатор от чипсета таких размеров, как был у меня, способен рассеивать до 5 Вт без принудительного обдува (пожалуйста, не спрашивайте, как я это посчитал).

Но у нас-то обдув есть, да ещё какой! Едем ведь, на велосипеде :)

Оставался вопрос — как это самое тепло от светодиода передать радиатору с наименьшими потерями. Я вспомнил, что эпоксидный клей имеет отличную адгезию к текстолиту — из-за родственности материалов, и, к тому же, хорошую теплопроводность. Вообще говоря, любой клей проводит тепло лучше, чем воздух :) но эподксидка по теплопередаче и среди клеев неплохо выглядит. Так что я пошоркал крупной наждачкой плоскую поверхность радиатора, чтобы обеспечить максимальную площадь склеивания, а потом капнул эпоксидкой, прижал до равномерного растекания, зафиксировал, и через сутки у меня был отличный светодиод с ограничителем тока и на радиаторе:

flashlight-1

Выключатель я взял маленький на 220В (на радиорынке, где ж ещё…). Просто какой мне понравился. Особых требований к нему нет — ток и напряжения мизерные. Конечно, лучше взять влагозащищённый выключатель, но для меня в этой конструкции более важным был размер, так что поставил обычный. Затем для питания схемы я припаял небольшой отрезок провода для акустических колонок (почему именно он? потому что не боится мороза из-за силиконовой, а не из ПВХ, изоляции; силикон вообще более удобен и долговечен в гибких шнурах, чем ПВХ, поэтому же, например, эта изоляция используется в проводах для хороших наушников), а на конце провода — разъём из двух железок от разъёмов питания ATX.

А ещё я нашёл в хламе металлический уголок, который почему-то отлично вдавился в рёбра радиатора :) и так получилась крепёжная нога для установки велофары на перекладину руля.

Для защиты электроники от влаги я залил всё, что можно, термоклеем-»соплями». Эти сопли в случае необходимости ремонта несложно отодрать назад, они прекрасно защищают от влаги и достаточно надёжно склеивают все компоненты светильника вместе. В итоге получилась вот такая самодельная светодиодная велофара:

bikelight-2

Это крупный план. А вот так смотрится на руле, сзади и спереди:

bikelight-3     bikelight-4

Эта велофара находилась в состоянии неполной готовности, когда мне срочно захотелось покататься на Лысой горе, поэтому она вместо надёжного крепления просто прихвачена к рулю стяжками, а аккумулятор — ёбаный стыд! — вообще приклеен к раме скочтем:

bikelight-5

Тем не менее, лёкость фары позволяет крепит её стяжками, она не разболталась и никуда не улетела. А скотч… Скотч это самое надёжное крепление в мире, так получается. Гыгы.

Первое впечатление от сделанной своими руками велофары — среднее. Угол рассеивания в 50 градусов позволяет не слишком тонко подгонять положение светильника на руле и хорошо засветивает не только вперёд, но и по бокам, так что при небольших поворотах руля впереди всё равно дорога освещена, но, конечно, далеко вперёд эта фара не светит. Изначально я и задумывал её как половину фары — будет ещё одна такая же секция, только с узким пучком света, а пока мне эту секцию отлично заменил любимый налобный фонарик Fenix HL-21 — вот кому узости луча не занимать :) Зато под колесом всё видно, и не надо мотать головой туда-сюда, как раньше.

Кроме светодиода и аккумулятора, всё остальное собрано из говна и палок, валяющихся в окрестностях. Дёшево, быстро, не слишком ужасно. Расход аккумулятора, как я уже говорил, вначале составляет 620 мА, что при ёмкости в 2400 мАч должно обеспечить работу фары на протяжении 3-3,5 часов. Прожорливая, ага. Но я использую фару в основном только чтобы добраться домой из очередной поездки, а это редко занимает больше 2 часов, так что меня такая прожорливость устраивает, тем более, что я обязательно страхуюсь налобником, который в нужном режиме держит часов 5-6.

Конечно же, кроме фары и фонаря, я использую белую мигалку спереди, красную сзади, а также светоотражающие повязки на штанах, и одеваю шлем. Берегите себя, особенно ночью :) И удачного вам катания.

 

P.S. А после катания куда убирать велосипед? В квартиру, конечно, так же безопаснее! Но ведь велик после хорошей каталки бывает очень грязным… И тут на помощь приходит велочехол. На фотках в этой заметке светло-синяя тряпочка и есть чехол, только весь не виден. Думаю, его стоит удостоить отдельной статьи.

P.P.S. На велофоруме меня ткнули мордочкой в фару «Микробластер«, посмотрел, понравилась :) Всё продумано — режим светодиодов, аккумулятора, нормальное крепление, те самые неубиваемые разъёмы Amphenol, если внутри изготовление такое же качественное, как выглядит снаружи — это будет отличное приобретение, правда, цена тоже вызывает уважение, можно 2 ардиса купить…