Проектирование фонаря: вход 4-7.5В, выход 2СИД по 3Вт.

Тема в разделе "Свет", создана пользователем madm, 25 июл 2006.

  1. Ну вот вроде так.

    1. климатич. условия
    1.1 -40 +40
    1.2 95%
    1.3 прочие требования - должен выдерживать падение с высоты 2м на камень или падение камня 6кг на него с высоты 1.5м
    2. размер чуть больше тикки, вес до 230г без батарей
    3. налобный
    4. описатели электрики
    4.1 36ч
    4.2 4АА LR6 или 5 NiMH 2300 мАч
    4.3 необходимость подзаряда на ходу - нет
    4.4 необходимость работы от внешн. источн. - нет
    4.5 полевая ремонтопригодность - не нужна
    5. описатели оптики
    5.1 спектр - белый
    5.2 свет - желательно иметь один рассеяный и один средний
    5.3 дальность распознавания тестовых предметов - 8-10м
    6. прочие описатели
    6.1 предпочтение - собрать самому
    6.2 использование - подземные сооружения и образования, туризм
    6.3 оценка собственных технич. навыков - знаю закон Ома и с какой стороны взять паяльник :)
    6.4 требования к поведению фонаря в аварийн. условиях - должен тлеть но работать
    6.5 <пустой>
    6.Х прочие требования - должен легко мыться без разборки в т.ч. в рабочем состоянии; светить должен ярко, желательно как 3W люксеон.
     
  2. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Завершил.
    Комментировал только пункты, нуждающиеся в уточнении или пояснении.
    1.1 и 1.2 - мягкие условия, трудностей не составят.
    1.3 (6кг с 1.5м) обязывает к металлическому корпусу, заказному или http://www.rct.ru/
    2 - корпус, похоже, будет заказной - tikka очень маленькая, со спичечный коробок размером.
    4.1 - при 4-х эл-тах питания средний ток СИД составит 75 мА - 10% максимального непрерывного д/трёхваттн. диодов. Это указывает на необходимость наличия регулировки мощности. Сколько градаций вы хотите? (кол-во >3 обяжет к появлению миниатюрного ротационного переключателя с жёлт. контактами - дорогой военной игрушки)
    4.4 - сильно упрощает схему.
    5.2 необходимо 2 отдельных СИД с коллиматорами - рассеян./дальний, при этом СИД рассеян. света может не снабжаться коллиматором - размеры будут меньше.
    6.Х - если светить должен как 3W LED, то логично его туда и поставить.

    Батарейный отсек должен быть в основном корпусе или снаружи? (наружный провод прокладывается параллельно с тросиком из нерж. стали)
    При использовании полимерных ячеек, даже самых дешёвых, по 100р, от сот. тел, вы уменьшите массу батарей в 2 раза. (сам я никогда не использовал батареи от сот. телефонов - только спец. тяговые, но они весьма дороги).

    SUM:
    Исхожу из 4AA, 2.3 А/ч, СИД EMITTER-3, любой.
    Входное напр. 4-5.5В, выходной ток <0.75A, регулировка вых. мощности.
    Напряжение на СИД ~3V4, значит, линейный стабилизатор будет иметь КПД ~75% (61% на батарее с полным зарядом и 85% в конце работы), импульсный - до 85% (я получил бы 95-98%, но не знаю, что получится у вас), линейный много проще, но время работы с ним будет меньше на 4 часа. Линейный или импульсный?

    Остальные участники, попрошу включиться в конкурс!
     
  3. 1.3 и 2 Да корпус будет металлический. Скорее всего мне его сделают нахаляву или почти :)
    4.1 выключено, полная мощность, эконом. Пожалуй даже усторит если на полной время работы будет 24ч а не 36ч.
    6.Х - логично :) только ток не маленький для него?

    Батарейный отсек должен быть в основном корпусе или снаружи?
    снаружи. планирую таскать два блока - один с аккумами и резервный с батарейками.

    Конечно хочется импульсный но учитывая: линейный много проще соответственно линейный :) А про импульсный я потом спрошу :) когда это переварю и осмыслю...
     
  4. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    (Выбрано 24 ч в экономичном режиме.
    Значит:
       режимы: экономичный I=100mA, полный I=.75A, выключено.)

    Диоду безразлично, его эффективность на малом токе не падает, тип диода определяется максимальным током, вы выбрали свечение, соответствующее EMITTER-3.

    Выбран линейн. стабилизатор. Схемы готовы, публикую после перевода в файл.
    Ошибка: несовместимые условия.
    Ваша батарея, 4АА, 2.3 А/ч, сможет обеспечивать СИД или набор СИД с суммарным потреблением тока в 100мА в теч. 24ч при эффективности 75%. Это соответствует 5-и обычным 5мм СИД. Неразумно использовать 3W LED, не имея режима большой мощности. Но на полной мощности 3W LED проработает <4 часов.
    Варианты:
    1. 5 5-и мм диодов - при полной яркости батарея обеспечит им >24 часов работы.
    2. компромисс - 1W LED - в экономичном речиме - ск. хотите, в полном - <9 часов.
    3. 3W LED - в эконом. - неопред. долго, в полном - <4 часов.
     
  5. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Сообщение ориентировано на участника madm.

    Подборка по линейным стабилизаторам готова.
    Выбраны стабилизаторы напряжения из-за доступности ИМС.

    1. ИМС
    Предлагаю две основные серии производителей Maxim-Dallas и International Rectifier.
    1-й производитель предлагает изделия более сложные внутренне, но и обеспечивающие, при неск. большей стоимости, лучшие характеристики с хорошей надёжностью.
    2-й производитель ориентирован на силовую электронику и является одним из военных поставщиков - один из немногих на российском рынке.

    Их ИМС функционально сходны, д/вас значение будет иметь максимальный выходной ток, по которому я их и сортирую.
    MD:
    http://para.maxim-ic.com/cache/en/results/5094.html
    MAX8512 (0A12), 667(0A2), 8880 (0A2), 882 (0A2), 883 (0A2), 884 (0A2), 8860 (0A3), 1658 (0A35), 1659 (0A35), 603 (0A5), 604 (0A5), (8564 (8A) and 8563 (12A) are too difficult for begginers).

    IR:
    http://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=eneNavigation&N=0+4294841603
    IRU1205CL (0A3), 1208CS (1A0), 1209CS (1A0).

    Базовые схемы тех и других очень просты и включают в себя собственно ИМС, 2-3 сопротивления и конденсатора. Я предлагаю вам выбрать, не покупая, ИМС вначале, затем мы начнём обсуждение самой схемы.

    2. Общие вопросы, продолжение.
    2.1 Если батарейный отсек внешний, это открывает возможности размещения стабилизатора в нём, дополнения стабилизатора зарядным устройством, размещения на нём (корпусе бат. отсека) органов управления фонарём и разъёма согласования с внешним питателем, напр., сульфатной батареей. Это незначительно увеличит сложность и сильно увеличит функциональность.
    2.2 Если выбраны 2 режима охвата - средний свет и рассеян. свет, то необходим ли экономичный режим среднему свету? Или только максимальный?
    2.3 Стабилизатор любого типа не даст понять состояние батареи. Нужен ли индикатор состояния? Как он должен сигнализировать - отдельный СИД на фонаре или батарейном отсеке, звуковая сигнализация или же изменение режима основного СИД фонаря?
    2.4 Количество режимов связано с количеством выключателей и может создать ситуацию, когда устройство станет похоже на морского ежа или плавучую мину. Фонарь включен-выключен - выключатель, свет средний-ближний - переключатель, свет экономичный-полный - переключатель. При этом следует учитывать, что выключатели со средним положением имеют тенденцию при случае переходить в одно из крайних положений.
    <Это вопросы указывают на незначительность выбора схемы перед основной задчей согласования узлов устройства и выбора оптимальных режимов.>

    3. Особое мнение.
    Может возникнуть вопрос о том, как бы я сам решил задачу выбора линейной схемы.
    Это ответ.
    [​IMG]
    Это отработанный вариант следящего стабилизатора. В данном применении он стабилизирует ток СИД. Желательно, чтобы верхний транзистор был германиевый и можно попробовать использовать БСИТ. Схема, однако, нуждается в более сложной настройке, чем готовый покупной стабилизатор.
     
  6. Проектирование фонаря: вход 4-7.5В, выход 2СИД &#108

    Да тут я дал маху конечно. Так что новый выбор за компромиссом: 1W LED.

    ИМС - MAX1658.

    2.1 Я хотел бы менять батарейные отсеки. Т.е. для 4АА это свой отсек а для 5 Nimh свой. Возможность заряжать не нужна.
    2.2 В экономичном должен работать только рассеяный.
    2.3 Индикатор состояния нужен - отдельный СИД на фонаре. при переходе некоего порога (например время работы в экономичном режиме на оставшейся емкости составляет менее 10ч) желательно чтобы фонарь сам переходил в экономичный режим, но не обязательно если это сильно усложнит схему.
    2.4 Три переключателя это уже много. Видимо мне стоит подумать как избавится от одного из них.
     
  7. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    1. СХЕМА (изменение размеров by SMF 1.1 испортило внешний вид, но не повлияло на сохранение)

    [​IMG]
    Это черновой вариант, в дальнейшем он может претерпеть радикальные изменения.
    (антидепрессант: компоненты D1, D2, D3, VS1, R2, R5, R6, R7, IC2 можно исключить)

    Описание.
    3 режима свечения - аварийное тление (500 мкА ч/СИД), экономичный, полный. Каждый режим доступен на каждом диоде. Переключатели не оптимизировались.
    D2 образует защиту от переполюсовки, VS1 - от перенапряжения, он срабатывает, замыкая вход ч/многоразовый предохранитель, когда входное напряжение превысит 13В.
    IC1 - стабилизатор напряжения СИД, R1, R3, R4 образуют делитель обратной связи, создавая на выв. 1 напряжение 1В21, при подключении к сопротивлению нижнего плеча R1 параллельного сопротивления R3 напряжение на выв. 1 уменьшается и ИМС компенсирует это увеличением выходного напряжения, являющегося питанием СИД. При увеличении напряжения питания на СИД их ток возрастает.
    R2 - согласующее сопротивление, компенсирует технологический разброс параметров выходных светодиодов.
    IC2 - монитор напряжения питания, при снижении входного напряжения ниже порогового его выход переходит из лог. 1 в лог. 0, запрещая работу стабилизатора переводом его в дежурный режим, выход стабилизатора при этом отключается.
    R5, R6, D1 образуют цепочку аварийного питания СИД малым током, R5 и D1 образуют защиту аварийной цепочки от перенапряжения посредством ограничения напряжения на стабилитроне.
    Дла правильного функционирования схема нуждается в настройке.

    Компоненты.
    Предохранитель - любой многоразовый на 0А5.
    С1 - 5-47 мкФ Х 16В
    С2 - 5-47 мкФ Х 6В3
    VS1 - SA12 (1N6273)
    D1 - любой стабилитрон на 5В6 - 8В
    D2 - любой на ток 3-5А
    D3 - Д9Б или другой германиевый с малым падением, можно заменить на ДШ, напр., 1N5817
    R4 - 680К, 1%
    R1 - 300K-430K, 1%
    R3 - 900К - 2М, 1%
    R2 - 0R1-0R15
    R5, R6 - 1K5
    R7 - 100K - 1M
    IC1 - MAX1658ESA
    IC2 - КР1171СП42

    Настройка.

    В настройке нуждаются монитор и стабилизатор.

    Стабилизатор: необходимо вычислить выходное напряжение, при котором ток СИД в наихудших условиях не превысит 0А32.
    Утрированный пример с абстрактным СИД:
    Чем выше температура, тем ниже напряжение СИД при том же токе: если темп. = 25С, предельный ток достигается при, допустим, 3В6, а если темп. = 80С, предельный ток будет достигнут при 3В2 и если стабилизируется напряжение СИД, то он попытается потребить ток, соответствующий этому (3В6) напряжению, такой ток превысит номинальный на значительную величину.
    Включаете СИД, устанавливаете ток <0A32 и прогреваете СИД парикмахерским феном на предельной температуре - варьируя напряжение, добиваетесь тока ~0А32 и замеряете напряжение СИД.
    (при настройке питать СИД ч/резистор и плавкий предохранитель на 0А25 - 0А315). Полученное напряжение СИД и есть необходимое выходное напряжение стабилизатора в предельном режиме.
    Теперь, зная R4, получаете значение параллельно соединённых R3 and R1 по уравнениям на стр. 7 документации, назовём его R(lowh).
    Далее, устанавливаете нужную светимость СИД в экономичном режиме, замеряете напряжение на переходе; теперь из уравнений следует, что выходное напряжение стабилизатора должно быть ниже, чем д/максимального режима, т.е. сопротивление нижнего плеча делителя - выше, назовём его R(lowl)=R1. Тогда,
    1/(1/R1+1/R3)=R(lowh), обращается в ур-е с одним неизв. Решаете его относит. R3.

    Монитор:
    При настройке исходят из желаемого напряжения питания, при котором будет признан разряд аккумуляторов и того, что порог предлагаемого монитора = 4В2, что соответствует 1В05 на акк. при батарее из 4-х элементов. Если напряжение порога, U(trh) должно быть выше 4В2, выбирают диод, падение на котором =U(trh)-4В2.

    2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
    У разных наборов батарей различен порог разряда - у набора из 5-и элементов он будет выше на 1В1, схема слежения за разрядом батареи будет неверно определять остаточный заряд. Решение - переключатель типа батареи (малопригодно) или свой монитор в каждой батарее - отдельно д/4-х и 5-и элементной.
    Как считывать с него показания? Снимать фонарь? СИД индикатора потребит ток за счёт остаточного заряда батареи, а простое изменение режима стабилизатора экономичнее. Можно применить звуковую сигнализацию, но она демаскирует пользователя. Можно применить сигнализацию с СИД, меняющим цвет (2 транзистора) - она гораздо более информативна, и доверить пользователю отключение фонаря при разряде. Кроме того, 8880 и 8860 обладают подобием монитора, а 882, 883, 884 - полноценным монитором входного напряжения.

    Текущей задачей считаю оптимизацию переключателей.
     
    Последнее редактирование модератором: 16 авг 2016
  8. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    madm!
    Вдогонку:
    Стабилизатор, индикатор и органы управления можно разместить в терминальном коробе размером полтора спичечных коробка: (фонарь с СИД) - (провод с тросом) - (терминальный короб) - (провод с тросом) - (батарея).
     
  9. 2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
    Решил убрать один светодиод чтобы уменьшить количество переключателей. Оставляем только средний.

    На счет 5NiMh ясно. Можно ли использовать блоки из 4LR6 и 4NiMh? Или фигня получится?

    Я как раз и хотел чтобы СИД индикатора на фонаре менял цвет. Да фонарь придется снимать чтобы посмотреть. Звуковой индикатор не катит совершенно - и демаскирует и не всегда его можно услышать. А что имеется ввиду под "изменение режима стабилизатора"?

    Почему такой разброс в значениях компонентов схемы? Это неважно или это будет уточнено в процессе настройки?

    Для настройки схемы мне для начала надо купить собственно СИД :) У какого нужная мне оптика? Я знаю маркировку СИД только с узким лучом.

    Хм.. Я его не знаю как вычислить...

    По настройке монитора видимо рано еще говорить т.к. еще не определен точно способ индикации...

    З.Ы. Вообще я бы воспользовался антидипрессантом, хотя бы частично :)
     
  10. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Часть I.
    Есть несколько решений, может быть подойдут, опубликую позже.

    Не понял пункт. Можно соединять последовательно любые одинаковые элементы. Рабочие напряжения у NiCd and NiMH одинаковы, желательно только, чтобы у всех батарейных блоков, которые вы хотите использовать с фонарём, было равное кол-во элементов, будет ли их 3 или 10, неважно.

    А если увлечётесь и забудете посмотреть? Возлагаете на себя обязанность, коя обернётся головной болью.

    При достижении критического порога яркость СИД падает до заранее определённой величины, регулируемость при этом утрачивается. В предложенной мною схеме, например, стабилизатор отключается полностью и СИД работают ч/аварийную цепь.

    C1, C2, D1, D2, R2, R5, R6, R7- неважно.
    R1, R3 - подстраиваются под конкретный СИД.

    Насколько я знаю, изделия в сборе, т.н. "STAR/O" комплектуются 10-градусной оптикой, дающей узкий луч. Следовательно, вам нужно купить отдельно СИД и отдельно оптику: производитель диода - любой на ваш вкус, но: серия STAR (LXHL-NWE8) не слишком удобна д/монтажа оптики - контактные площадки образуют подушки и с ними нужно бороться, д/серии EMITTER (LXHL-BW02) потребуется озаботиться теплоотводом, с серии STAR/C (LXHL-MW1B) - снять разьём.
    Оптика, видимо, EDOL-AA25-M12, or -M14, or -M15, 25-градусная. (об оптике - http://www.planar.spb.ru/products/lens/index.php, покупка диода - туда же).

    Это грустно. Но его вычислил я, написав значение:
    А я опасаюсь, что антидепрессант превратится в нормотимик. Подождите выкидывать компоненты из ещё несуществующей схемы, отнеситесь к затеянному, как к упражнению, не напирайте на результат.

    Часть II
    Обрабатываю.
     
  11. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Часть II
    1. Выключатели и схема в целом.
    Изменил выходную часть с целью облегчения настройки, теперь Uout на выв. 4 и 5 ~4В, стабилизация теряется при V(batt)~4В5 и яркость начинает падать, как если бы СИД были включены ч/сопротивление.
    Подбор R1 and R4 не требуется, параметры схемы не зависят от СИД.
    Есть неск. различных по функциям и кол-ву переключателей вариантов:
    1.1 средн. свет - экономичн. или ярко, дальний - только ярко, (средний свет остаётся в реж. экономичн., когда включен дальний, требуются 2 переключателя: S1.1 - на 1 направление со средней точкой и S1.2 - любой, их штоки не связаны.) - добавлено.
    [​IMG]

    1.2 средн. - экономичн. или ярко, дальн. - экономичн. или ярко; требуются 2 переключателя: S1 - на 2 направления со средней точкой и S2 - любой.
    [​IMG]
    Компоненты:
    R1 - 290K, 1%
    R2 - 0R75 - 1R1
    R4 - 680K, 1%
    R8 - 7R5 - 12R
    R2 подбирается из условия, что ток ч/горячий СИД не должен превысить 0А32.
    R8 подбирается из представлений пользователя о комфортном свете в экономичном режиме.

    Необходимо учесть, что чем меньше подводимая к СИД мощность, тем большая сфокусированность необходима д/достижения удовлетворительной яркости пятна. Из этого следует, что аварийный СИД должен быть остронаправленным, в данной схеме его роль может выполнять диод дальнего света.
    Если осветитель питается от внешней батареи, следует принять меры предосторожности на случай обрыва кабеля: я предлагаю включить в точку соединения R5, R6, D1 ионистор на 0Ф33-1Ф0, 5В5, что обеспечит возможность ориентации в течении 30-60-ти минут.

    2. Индикация.
    [​IMG]
    Транзисторный триггер: при малом напряжени питания ток течёт ч/правый, красный переход двухпереходного СИД, с увеличением входного напряжения начинает открываться левый транзистор и закрываться правый, дальнейшее увеличение напряжения на входе может привести к полному выключению Т2 и течению тока только ч/зелёный переход СИД.
    Индикация основана на прохождении плавного цветового ряда от красного к зелёному ч/жёлтый, оранжевый и жёлто-зелёный.
    Компоненты:
    T1, T2 - KT361
    D1 - KC133
    Приведённая схема настроена на NiCd батарею из 5-и эл-тов, однако может потребоваться настройка. В этом случае заменяют резисторы на (сопротивления + переменные сопротивления), включенные последовательно:
    R2 - на 1к + 4к7
    R3 - на 1к + 4к7
    R4 - на к47 + 3к3
    Необходимо, учитывая, что изменение любого параметра влияет на все остальные, установить напряжения, когда горит только красный переход и когда горит только зелёный. После настройки замеряют полученные значения последовательных цепочек и заменяют их в окончательном варианте схемы на постоянные сопротивления. (и это займёт вас на весь день)
     
  12. есть блок с 4LR6 - т.е. алкалайновые батарейки дающие по 1В5. И есть блок из 4 NIMh аккумов которые дают по 1В2. Мой вопрос был в том что насколько страшна разница в начальном напряжении 6В и 4В8 для схемы? Блок с аккумами быстрее разрядится до 4В5 а хотелось бы его пользовать как основной. Батареечный блок хочу таскать с собой как запаску. Т.е. желательно чтобы фонарь был оптимизирован под аккумуляторы но при этом можно было бы (с небольшой потерей КПД) использовать блок из такого же количества батареек.

    Вот так и хотелось бы :) А СИД на фонаре чтобы показывал насколько разряжена батарея (я так понимаю такая схема как раз и предложена ниже).

    стараюсь :)

    этот вариант мне больше подходит.

    согласен.
     
  13. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Схеме это безразлично, но если напряж. батареи превысит 7В2, а СИД будет включен в режим максимальной яркости, ИМС начнёт периодич. отключаться на 1-2 мин., СИД в это время будет питаться ч/авар. цепь.
    При экономичн. режиме СИД напряж. батареи могло бы достигать 16В (но защита от перенапряжения сработает раньше)
    Да. Монитор обслуживает стабилизатор, а триггерный индикатор - пользователя.
    Потеря КПД составит ~16%. Производитель обещает напряжение СИД 3В5 при 25С и 0А35, значит, возможно установить выходное напряжение ~3В6, д/этого потребуется входное >4В2, при значениях ниже стабилизация утратится и яркость начнёт падать. 4В2/4=1В05, т.е. аккумуляторы всё равно уже будут разряжены. Текущее значение выхода - примерное, позже будет подстроено под СИД.
    Индикатор разряда и монитор при питании от гальв. эл-тов будут также работать правильно.
    Выбираем переключатель: фонарь должен быть герметичен, значит, речь идёт про тумблер, длинный шток можно будет спилить, критерий длины - удобство д/руки в тяж. защитн. перчатке. Русских со средней точкой не знаю, значит - зарубежный, значит - дрянь, лучше - обслуживаемый, т.е. такой, у которого ярмо штока одето не с запрессовкой и загибанием лапок - http://www.chipdip.ru/product0/photo424420911.aspx, а представляет собой стальную раму с окошками - http://www.chipdip.ru/product0/photo12959668.aspx - это примеры конструкции, а не переключателей; и считаю, что "Платан" - последнее место, где можно искать нужн. переключатель.
     
  14. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Bug fixed in msg#912: 2 переключателя вместо одного. При необходимости использовать строго 1 орган управления, возможна установка ротационного микропереключателя на 2 направления, но его усилие слишком велико для налобных фонарей.
     
  15. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    for madm:
    [​IMG]
    линиями короткого пунктира выделены отдельные модули:
    MOD_eme - аварийное питание СИД (исключаемый модуль), Ci1 - ионистор на 5В0-6В3 любой, тогда D1 - любой стабилитрон на 5В0-5В6.
    MOD_mon - монитор батареи (исключаемый модуль)
    MOD_out - соответствует 1.2 из сообщ. #912 (LDO_SW_3.jpg), может быть заменён на 1.1 из #912 c поправкой #916.
    компоненты описаны в соответствующ. сообщениях.
     

Поделиться этой страницей