ОДА Светодиодам!

Питание светодиодов

Начну с ТЗ

Для ночных полетов по камере мне нужен мощный направленный бортовой источник света. Угол его светового пучка должнен быть менее 90 градусов, чтобы не светить за полем зрения камеры. До этого я использовал 12V 20W галогенку с отражателем, она светила метров на 15 и потребляла 20W/12V=1.7A.

Закупка светодиодов
Далее, для пробы на Deal Extreme были куплены два мощных светодиода Cree XR-E Emitter on Premium Star и набор отражателей и рассеевателей к ним. При падении напряжения на одном светодиоде 3.2…3.7V они способны держать ток до 1A, выдавая до 228лм.

Чтобы запитать их от ходовой 12V 3S батареи, их проще всего соединить последовательно и обеспечить стабильный ток. При этом мощность, выделяемая на светодиодах в виде тепла и света, будет 3.5V*1A*2 = 7W. Я не случайно сказал “тепла”, потому что их массивные алюминивые радиаторы многовенно разогреваются до нетерпимой температуры.

Стабилизация тока балластным резистором
Для стабилизации тока можно поставить балластный резистор, который будет гасить избыточное напряжение 12.6V-3.5V*2=5.6V. Сопротивление резистора должно быть 5.6V/1A=5.6 Ом. При этом на резисторе будет выделяться тепло мощностью 5.6V*1A = 5.6W. КПД=(7W/(7W+5.6W))*100%=55%.

Недостатком варианта с резистором является уменьшение тока и яркости свечения с падением напряжения батареи. Например, в крайнем варинте при разряде батареии до 3.2V*3 = 9.6V, напряжение на резисторе будет
9.6V-3.5V*2=2.6V, и ток через светодиод составит 2.6V/5.6 Ом=0.46A. Мощность свечения уменьшиться в 2 раза.

Альтернативных решения для стабильной яркости два: источник постоянного тока и источник постоянного напряжения.

Стабилизация тока источником постоянного напряжения и балластным резистором
Идея состоит в том, чтобы из непостоянного напряжения ходовой батареи 9…12.6V сделать постоянное > 2*3.5V > 7V, например, 8V. А затем с помощью балластного резистора задать требуемый ток. Постоянное пониженное напряжение можно сделать линейным понижающим преобразователем типа 7808 (8V) или импульсным понижающим преобразователем.

Импульсные преобразователи позволяют достичь КПД порядка 80%, но обычно дороги и/или создают помехи в радиодиапазоне, что опасно для модели. Поэтому я пока рассмотрю только линейные преобразователи.

Применив 7808 и получив 8V, надо погасить еще 1V при токе 1A, поставив резистор 1V/1A=1 Ом. На резисторе выделиться мощность 1V*1A=1W, а на 7808 - (12.6V-8V)*1A=4.6W, в сумме те же 5.6W, что не вызывало сомнений.

Стабилизация тока источником постоянного тока
Именно эти я и сделал в конце концов - применил LM317, включенную по схеме источника постоянного тока. Дополнительно нужен еще один резистор в качестве датчика тока, сопротивление которого 1.25V/(ток).
Для тока 1A нужен 1.25 Ом - куда уж проще! На резисторе будет падать напряжение 1.25V и выделяться мощность 1.25W. Остальные 5.6W-1.25W=4.35W будут согревать LM317. Очевидно, что LM317 и светодиодам нужен теплоотвод - радиатор или обдув.

Сравнение с галогенкой
Галогенка 15W потребляет 20W/12V=1.67A. Световой поток галогенных ламп ~16лм/W, что дает около 320лм, рассеянных по далеко не узкому лучу (примерно 70 градусов).

Два светодиода при в полтора раза меньшем токе дают 228лм*2=456лм, большая часть которых собрана в узком луче благодаря рефлекторам и линзам. По весу светодиоды с оптикой и LM317 c небольшим радиатором и 2W резистором примерно равны одной галогенке.

Выводы
Светодиоды оказались почти в два раза экономичнее галогенки. Но важнее то, что существующая в продаже дешевая оптика для них позволяет делать узкие лучи, повышая дальность обнаружения препятствий при ночных полетах по камере.