Светодиодная фара на электровелосипед

[DIVAS]

MCPCB (Metal-core PCB), или металлические платы для мощных светодиодов, бывают как минимум трёх типов:

1. Алюминиевые (алюминий, изолятор, фольга) - из фольги дорожки и полигон под теплоотвод, всё это наклеено на изолятор, а изолятор наклеен на алюминиевую основу. Теплоотвод от центральной площадки светодиода осуществляется через припой на полигон из фольги, полигон распределяет тепло по некоторой площади, и по этой площали тепло просачивается через толщу изолятора к алюминиевой основе.

2. Медные (медь, изолятор, фольга) - всё тоже самое, только в качестве основы медь вместо алюминия.

3. Медные платы со сквозным теплоотвододом - полигон под теплоотводной площадкой светодиода отсутствует, изолятор под теплоотводной площадкой имеет сквозное отверстие до медного основания, в котором медь гальваническим способом наращивается сплошным слоем от медного основания до одного уровня с дорожками. Т.е. тепло от теплоотводной площадки светодиода серез тонкий слой припоя сразу отводится на медное основание, минуя изолятор-теплоизолятор.

Я в своё время проводил сравнительные испытания большого количества этих светодиодных плат, и все платы первых двух типов вне зависимости от размера теплоотводного полигона, размера платы, толщины основы (1-1.5-2мм) и изолятора показали одинаково хреновые результаты. Я точно не помню цифру, но выходило, что при подаче на светодиод мощности 12 Вт критическая температура основания платы была менее 50 °С.
Вывод - в реальных условиях при слабом охлаждении с этими платами нельзя жарить в светодиод более 6-8Вт.

А нам было позарез нужно выжать из светодиода (Cree XML2) 12Вт и поднять рабочую температуру устройства (ambient) хотя бы до 50 градусов.
Поэтому были найдены платы третьего типа - они показали выдающиеся результаты теплопроводности в несколько раз лучше чем первые два типа и с ними не было никаких проблем разогнать светодиод до 12Вт даже при 80-90 градусах на радиаторе - их тепловое сопротивление получилось что-то порядка 1-2°С/W.
Но, к сожалению, такие платы в широкой продаже не встречаются - мы обошли два или три десятка производителей в Китае, чтобы заказать такие платы. И стоили они в два раза дороже чем обычные медные и в 4 раза дороже алюминиевых.

После этого я также находил на китайских выставках нечто, именуемое "керамические платы", но живьём в продаже они мне пока не попадались.

[BaBax]

[user]DIVAS[/user], спасибо, познавательно.
А вот интересно, выдержит ли XML T6 на простом алюминии 6,2А (это очень серьезная мощность для такого маленького источника 3,3х6,2=20,5W!) в течении 20 секунд без деградации и выдаст ли он при этом 1800 люмен?
Может быть у кого-то все-таки есть ссылка на диоды на медном сквозном теплооотводе с основанием 20мм?

[Pavel__]

... кто нибудь пробовал питать народные фары не от 8.4в, а от 12в.

Пробовал несколько раз с фарами разных производителей - сгорают драйвера (иногда сразу, иногда перед этим немного поработают).
Для питания народной фары от 12в использовал такой преобразователь.

[DIVAS]

А вот интересно, выдержит ли XML T6 на простом алюминии 6,2А (это очень серьезная мощность для такого маленького источника 3,3х6,2=20,5W!) в течении 20 секунд без деградации и выдаст ли он при этом 1800 люмен?
Может быть у кого-то все-таки есть ссылка на диоды на медном сквозном теплооотводе с основанием 20мм?

У мощных светодиодов яркость существенно возрастает до 60-80% максимального тока. А дальше яркость возрастает незначительно, а тепловые потери - значительно. Поэтому если делать "для себя", то превышать 80% от макс. тока светодиодов бессмысленно - жрать будет больше, а разницы в яркости почти не видно. Зато при 80% тока тепловая нагрузка на светодиод меньше и он гораздо дольше проживёт, чем при 100% токе.

При токе 6.2А светодиод Cree XML тупо сгорит за пару секунд. Зачем? Проще же рядом второй воткнуть - будет ярче, экономичнее и надёжнее.

В случае любый сомнений - читайте даташит на светодиод, который собираетесь мучать.

Ссылка на медные платы со сквозным теплоотводом если у кого и найдётся, то это будет невероятное везение, потому что такие платы - это не ширпотребный товар и на всяких диалэкстримах их вряд ли найдёшь, ибо стоят в разы дороже обычных, а разницу между ними едва ли кто из продавцов поймёт.

[BaBax]

При токе 6.2А светодиод Cree XML тупо сгорит за пару секунд. Зачем? Проще же рядом второй воткнуть - будет ярче, экономичнее и надёжнее.

В случае любый сомнений - читайте даташит на светодиод, который собираетесь мучать.

От двух диодов ярче будет на столе, а в рефлектор 2 не воткнешь. Я хочу форсировать обычную налобную фару

Спойлер

http://www.buyincoins.com/item/22790.html

или зуммированный фонарик

Спойлер

http://www.banggood.com/Wholesale-CREE-XM-L-T6-1600Lm-Zoomable-LED-Mini-Zoomable-Flashlight-Torch-p-61278.html?utm_design=13&utm_source=emarsys&utm_medium=Mail_men58_email&utm_campaign=newsletter-emarsys&utm_content=vera&emst=1UMXdRJd0t_81974_717709_63

для охоты.
Все диоды в них трехамперные, но реально столько драйвера этих девайсов им не дают. Реальный световой поток 300-400 люменов.
Для охоты проще тем, что очень короткое время включения (до 15 секунд), драйвер без всякой светомузыки, но сложнее тем, что нужен минимальный вес и габариты. Т.е. сейчас мне нужно выяснить на сколько ампер паять драйвер на замену штатного, чтобы диод выдерживал без последствий это время. Пара секунд - это мало, 15 секунд - более чем достаточно. Т.е. на сколько хватит собственной теплоемкости.
По вышеприведенному графику получается, что диоды могут выдерживать 6,2А (хотя по даташитам у всех макс.3А), но при хорошем теплоотводе. И, опять же при хорошем теплоотводе, зависимость светоотдачи от силы тока почти линейная.
А без хорошего теплоотвода, но короткое время? В общем запутался я 

Этот же опыт можно будет потом использовать и на веле для фар в режиме светового сигнала. Представляете строб при 4-х кратном форсировании источника? - Пара форсированных народных выдаст 500W галогенных 

Спойлер

Я и без форсажа, имея на вооружении пару мигающих фар и высокочастотный звуковой сигнал, прорезаю стадо коров на перегоне как нож масло.

[mr.Dream]

Читая тему, у меня родилась интересная мысль:
в большинстве случаев кристалл светодиода гальванически связан с подложкой кристалла - лучшая теплопроводность металла, чем керамики. Подложка диода крепится к радиатору через термопасту (термоклей), далее слой фольги (алю ил медь) далее изолятор, далее подложка радиатора, и радиатор.
А если подложку кристалла припаять к медной подложке радиатора низкотемпературным припоем (сплав Розе, напр.), а уже саму подложку радиатора изолировать от радиатора? Таким образом можно чуть понизить темрературу кристалла в меру более эффективного теплоотвода (полимерный диэлектрик под подложкой кристалла меняем на керамику под подложкой радиатора), тем самым увеличивая ток и уменьшая тепловую деградацию кристалла.
---
Экспериментируя когда то с китайскими (но хорошими, на 210Лм) диодами 3Вт (0,7А, макс 1А)  я подключил два диода к зарядке (считай - стабилизатору тока) на 1,4А. Один диод повесил на массивный дюралевый профиль, а другой на кусок алю пластины и оставил на на пару суток. Профиль был в принципе холодным на следующий день в то время, когда пластина разогрелась градусов до 60. На ней диод светил более "синим" светом - наверное, из за деградации люминофора, и более тусклым процентов на 20. Но тот, что был на массивном "радиаторе" не потерял в свойствах. Отсюда вывод - что не ток портит диоды, а перегрев (термическая деградация) кристалла и/или люминофора. А температура кристалла всегда выше температуры подложки (или "бутерброда подложек") - в спецификациях обычно указывают "дельту".

[zap]

SMD светодиоды (Cree XML и более старые) всегда припаиваются к медной дорожке под корпусом, а не просто намазываются термопастой. Причëм обычным припоем, а не Розе. Так что препятствий тут особых нету, кроме вопроса как подвести питание к диоду. Можно, например, как писали выше делать дырку в тонюсеньком текстолите и наращивать гальванически медь заподлицо с платой.

[av404]

[user]BaBax[/user], мне кажется, что идея форсировать диод ошибочна. Влить то в него можно и 10а, но яркость от тока в 0.8 номинала до тока в 2 номинала вырастет всего на 10%. Какой же это форсаж... Берите многодиодную фару

[DIVAS]

Читая тему, у меня родилась интересная мысль:
в большинстве случаев кристалл светодиода гальванически связан с подложкой кристалла - лучшая теплопроводность металла, чем керамики.

Не совсем верное утверждение.

Во-первых, у светодиодов Cree теплоотводная площадка светодиода изолирована. Это описано в даташите и проверено на практике.

Во-вторых, сейчас медь уже давно не является эталоном теплопроводности, уже давно существуют керамические теплопроводные электроизоляционные материалы, которые проводят тепло лучше меди. Именно благодаря им и делаются мощные светодиоды с изолированным теплоотводом.

Идея форсирования светодиодов сама по себе абсурдна - зачем вдувать в светодиод двойную мощность, чтобы получить 110% яркости? Так делают только серийные производители, чтобы хоть на 1% переплюнуть конкурента по параметрам. На деле же существенной разницы нет. Производители светодиодов и так завышают их способности и мощность, а Вы хотите превысить то что и так уже завышено.

Если Вам нужен узкий яркий луч для охоты - купите охотничий фонарь типа Thrunite Catapult V5 c подствольным креплением и тактическую кнопку к нему - и не надо будет ничего форсировать, у Вас за счёт оптики будет яркий луч (гораздо ярче, чем при двухкратном форсировании светодиода в китайской фаре).

Если хочется сэкономить и поковыряться - думайте в сторону эффективной оптики, а не сжигания светодиода сверхтоками. Либо берите две оптики с двумя светодиодами, либо берите одну глубокую узкую оптику диаметром 50-60мм и глубиной 60-80мм.

И забудьте нафиг про китайские линзовые фонари с зумом - это фигня полная. Одна хорошая оптика с одним хорошим светодиодом будет светить лучше десятка этих китайских зумов. А "зумы" вообще китайцы делают для чайников, которые не знают что такое нормальный свет, но хорошо разводятся на слово "зум".

[BaBax]

Идея форсирования светодиодов сама по себе абсурдна - зачем вдувать в светодиод двойную мощность, чтобы получить 110% яркости? Так делают только серийные производители, чтобы хоть на 1% переплюнуть конкурента по параметрам. На деле же существенной разницы нет. Производители светодиодов и так завышают их способности и мощность, а Вы хотите превысить то что и так уже завышено.

Ну а как же тогда быть с графиком сравнения подложек, который я дал в ответе 3431?
По нему получается, что при хорошем теплоотводе в диод можно вкачивать 6,2А и иметь при этом почти линейное возрастание светоотдачи до реальных 1800 люменов. Причем на долгосрочном тесте, а следовательно краткосрочно (в пределах теплоемкости диода) можно делать тоже самое.

Или график "засланый" или я чего-то не понимаю?

[DIVAS]

Ну а как же тогда быть с графиком сравнения подложек, который я дал в ответе 3431?
По нему получается, что при хорошем теплоотводе в диод можно вкачивать 6,2А и иметь при этом почти линейное возрастание светоотдачи до реальных 1800 люменов. Причем на долгосрочном тесте, а следовательно краткосрочно (в пределах теплоемкости диода) можно делать тоже самое.

Или график "засланый" или я чего-то не понимаю?

Когда я в своё время год назад занимался портативными светодиодными осветительными системами, я не находил такого графика в даташитах на светодиоды. А на практике была выявлена неэффективность применения светодиодов на завышенных токах.

Если Вы найдёте источник этого графика с описанием, то, возможно, удастся понять, что автор хотел этим сказать и оценить баланс между реальностью и фантазиями автора.

А пока он смахивает на рекламу медных плат, причём весьма неполноценную - без термальных привязок этот график неинтересен.

[BaBax]

График представил andreym в этой теме на странице
https://electrotransport.ru/index.php?topic=448.3078
в ответе #3094
Вот его мнение:

При должном охлаждении и правильном драйвере на 6 ампер можно снять почти 1800 люмен с холодного бина, с теплого конечно поменьше, но никак не в 4 раза.

[DIVAS]

График представил andreym в этой теме на странице
https://electrotransport.ru/index.php?topic=448.3078
в ответе #3094
Вот его мнение:

При должном охлаждении и правильном драйвере на 6 ампер можно снять почти 1800 люмен с холодного бина, с теплого конечно поменьше, но никак не в 4 раза.

Тем не менее, это не первоисточник. И что хотели сказать этим графиком его первичные авторы, так и осталось за кадром.

Не, ну Вы конечно можете следовать этому графику и вдувать в Cree XML2 ток 6.2А, но лично я так делать не буду. Я в своих фарах ограничусь тем током, который рекомендует производитель светодиодов в даташите (ИМХО, даже там ток уже завышен). Я лучше две фары по 3А поставлю, чем одну на 6.2А.

Кстати, я могу сейчас взять этот график, открыть его в фотошопе и дорисовать его подальше, Ампер до двадцати. Интересно, сколько найдётся желающих включить светодиод на 20А? 
А ещё я могу в процессе дорисовывания его взять и изогнуть нелинейно вверх. Интересно, долго ли потом будут ходить слухи о том что у XML2 после 10А светоотдача вдвое повышается? 

Короче, пока не найден первоисточник этого графика с исчерпывающими подробностями о проведённых замерах и обстоятельствах опыта, этот график не имеет никакой ценности.

[PeaceHaver]

График представил andreym в этой теме на странице
https://electrotransport.ru/index.php?topic=448.3078
в ответе #3094
Вот его мнение:

При должном охлаждении и правильном драйвере на 6 ампер можно снять почти 1800 люмен с холодного бина, с теплого конечно поменьше, но никак не в 4 раза.

Тем не менее, это не первоисточник. И что хотели сказать этим графиком его первичные авторы, так и осталось за кадром.

Не, ну Вы конечно можете следовать этому графику и вдувать в Cree XML2 ток 6.2А, но лично я так делать не буду. Я в своих фарах ограничусь тем током, который рекомендует производитель светодиодов в даташите (ИМХО, даже там ток уже завышен). Я лучше две фары по 3А поставлю, чем одну на 6.2А.

Кстати, я могу сейчас взять этот график, открыть его в фотошопе и дорисовать его подальше, Ампер до двадцати. Интересно, сколько найдётся желающих включить светодиод на 20А? 
А ещё я могу в процессе дорисовывания его взять и изогнуть нелинейно вверх. Интересно, долго ли потом будут ходить слухи о том что у XML2 после 10А светоотдача вдвое повышается? 

Короче, пока не найден первоисточник этого графика с исчерпывающими подробностями о проведённых замерах и обстоятельствах опыта, этот график не имеет никакой ценности.

Ну, если мои навыки гугелинга меня не подводят, то источник вот: http://budgetlightforum.com/node/19331

The following is a test of the Cree XML2 on a standard aluminum 20mm star, along with another xml2 mounted on a copper sinkpad. (member vestureofblood was kind enough to send me out these for testing).

[DIVAS]

Ну, если мои навыки гугелинга меня не подводят, то источник вот: http://budgetlightforum.com/node/19331

Спасибо!

Однако, я не нашёл по ссылке никаких данных о важнейшей стороне экспериментов - о температуре. О ней не сказано вообще ничего. Совсем ничего.
Из этого я могу сделать лишь два возможных вывода: либо автор абсолютно некомпетентен в вопросах проектирования светодиодных систем, либо умышленно с какой-то целью скрыл важнейшие данные. Полагаю, верны оба предположения, а графики выложены с целью рекламы каких-то "супер-пупер плат". Не исключено, что график наполовину вымышленный, либо снят при коротких импульсных включениях при непосредственном охлаждении платы "сухим льдом". Не исключено также, что испытуемый светодиод не выжил.
Ещё интересно, чем он люмены мерил. Люксметром тут не обойдёшься, а люменометр в обычном магазине не купишь.

К слову, любая сколько-нибудь заметная разница между простыми медными и простыми алюминиевыми платами отсутствует, т.к. тепловое сопротивление диэлектрика гораздо больше меди и алюминия вместе взятых. Большая разница видна только при сравнении простых плат с платами со сквозным теплоотводом.

При форсаже светодиода в два раза его тепловыделение возрастает более чем в два раза, а требования к охлаждению теплоотводной площадки светодиода - возрастут, поскольку необходимо предотвратить перегрев кристалла до критической температуры, а между кристаллом и внешней металлической платой ещё существует внутреннее тепловое сопротивление светодиода, нормируемое по даташиту величиной 2.5°С/W.
Если при номинальном токе 3А критическая температура теплоотводной площадки светодиода составляет порядка 135°С, то при токе 6А это уже лишь 100°С. А ведь ещё есть целая куча тепловых переходов: припой-дорожки платы, дорожки платы-основание платы, основание платы-радиатор, радиатор-воздух. На них потеряется ещё порядка 10-15°С/W. Ну, будем считать что 10°С/W, а тепловая мощность = 13Вт.
Итого, предельная рабочая температура такого устройства = примерно -(минус)30°С.
Это в лучшем раскладе. А в худшем - примерно -(минус)100°С.
С таким форсажом Вам даже элементы Пельтье не шибко помогут.
Кроме того, 150°С - это предельная температура кристалла, при которой он вообще может какое-то заметное время работать. Но скорость деградации кристалла при такой температуре на несколько порядков больше, чем при температуре 110°С. Срок службы современных светодиодов до потери 50% яркости обычно заявлен порядка 100 000 часов. Это верно для температуры кристалла не более 110°С. При 130°С это уже 10 000 часов. А при 150°С кристалл может потерять 50% яркости уже за 100-1000 часов. Превышение этой температуры может либо спалить светодиод совсем, либо в течение нескольких минут выжечь весь его ресурс. К сожалению, в даташите на XML полностью отсутствует описание взаимосвязи ресурса и температуры. Но тем не менее, она там также актуальна, как и везде.

Рекомендую внимательно ознакомиться с даташитом на используемый светодиод. В случае Cree XML2 рекомендую обратить особое внимание на график внизу страницы 7 и подумать над ним.

[BaBax]

DIVAS, в Ваших ответах речь идет о долгосрочной работе и многочасовой деградации диода. Конечно, если долгосрочно вкачивать 6А, то нужен "супер-мупер" теплоотвод.

У меня задача проще - 15секунд и затем пауза до полного остывания (до температуры окружающей среды 20 градусов). Для защиты даже могу встроить в драйвер 15-секундный выключатель. Деградация тоже не критична, достаточно если без деградации он выдержит 1000 таких включений, т.е суммарно всего 4 часа.

В графике мне наиболее интересно почти линейная зависимость света от тока до 6А. Надеюсь, что график не дорисованный коллаж.
Критично еще два вопроса:
- хватит ли теплоемкости диода на 15 секунд при таком режиме,
- сниму ли 20W c одного элемента 18650.

А здесь я не понял о чем идет речь:

Рекомендую внимательно ознакомиться с даташитом на используемый светодиод. В случае Cree XML2 рекомендую обратить особое внимание на график внизу страницы 7 и подумать над ним.

[andreym]

Не исключено, что график наполовину вымышленный, либо снят при коротких импульсных включениях при непосредственном охлаждении платы "сухим льдом". Не исключено также, что испытуемый светодиод не выжил.

Зачем придумывать? Спросите у человека интересуиюие вас данные думаю он поделитсчя.
У него кстати есть собственная сфера дли замена люменов. Так что графики если и не претендуют на абсолютную точность, то уж точно не являются вымышленными.
К тому же он производил тесты светиков на максимальные токи. Поищите на youtube его видео. Увидите что фатальный перегрев со снижением светового потока у хмл начинается в районе 8-9ампер. Причем это на обычном хоть и большом радиаторе при использовании синкпада в виде подложки.

На них потеряется ещё порядка 10-15°С/W. Ну, будем считать что 10°С/W, а тепловая мощность = 13Вт.
Итого, предельная рабочая температура такого устройства = примерно -(минус)30°С.
Это в лучшем раскладе. А в худшем - примерно -(минус)100°С.
С таким форсажом Вам даже элементы Пельтье не шибко помогут

Это всего лишь ваши измышлизмы. Вы не производили вообще никаких замеров, так что ваши сллоа здесь не более чем ваше личное мнение не подкрепленное ничем.

Рекомендую внимательно ознакомиться с даташитом на используемый светодиод. В случае Cree XML2 рекомендую обратить особое внимание на график внизу страницы 7 и подумать над ним.

Приозводители процессоров тоже пишут номинальную рабочую частоту и не указывают что будет если эта частота будет превышена. Тем не менее известны случаи разгона в 2 раза по частоте, а в 1.5 раза я лично оверклочил процессоры без дополнитедьного охлаждения и танцев с бубном. Причем работала такая конфигурация годами!

Тоже самое со светиками. При правильном подходе 6 ампер в хмл или 3 ампера в xpg вообще не проблема.
Да люменов будет не в 2 раза больше, но процентов 50-60 прироста получить не так уж и сложно. Тем более в кратковременном режиме.
У меня сейчас в фаре стоят 3 штуки теплых xpg на синкпадах и отлично работают на токе 3а. Никакой деградации пока не замечено. Светят существенно ярче по сравнению с оригинальными xml, поскольку световой поток промерно тот же или чуть ниже стал, однако площадь пятна уменьшилась значительно ввиду меньшего размера кристалла.

[DIVAS]

Зачем придумывать? Спросите у человека интересуиюие вас данные думаю он поделитсчя.

Недостаток информации в первоисточнике порождает домыслы и сомнения. Если бы автор потрудился написать полные данные, домыслов бы не было. А раз автор не потрудился выложить важнейние данные опытов - значит он либо дилетант (и тупо забыл провести замеры температуры), либо что-то скрывает (очевидно, что в этом случае правдивых данных тоже не выдаст). И я остаюсь при своём мнении, что графики выложены для рекламы плат.

Это всего лишь ваши измышлизмы. Вы не производили вообще никаких замеров, так что ваши сллоа здесь не более чем ваше личное мнение не подкрепленное ничем.

На основании чего Вы заявляете, что это измышлизмы? У Вас есть противоречивые данные? Поделитесь.
Это усреднённые результаты тестирования теплоотвода разных фонарей. К примеру, "народная фара" Magicshine MJ808E имеет наихудшее охлаждение из всего что я тестировал, около 12-15°С/W между теплоотводной площадкой светодиода и воздухом без обдува. Многодиодные конструкции ещё хуже.
Вы сами тестировали теплоотвод каких-нибудь фонарей? Какие фонари посоветуете автору для форсирования?

- сниму ли 20W c одного элемента 18650.

Только с хорошего элемента.
А также только если от будет подключен не китайскими пружинными контактами. Они при токах 5-6А имеют свойство раскаляться докрасна, отпускаться и переставать быть пружинами.

А здесь я не понял о чем идет речь:

Рекомендую внимательно ознакомиться с даташитом на используемый светодиод. В случае Cree XML2 рекомендую обратить особое внимание на график внизу страницы 7 и подумать над ним.

О даташите на Cree XML2 конечно. Страница 7. Внизу.
http://cree.com/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/Data%20and%20Binning/XLampXML2.pdf
Вообще, мне уже надоело уговаривать Вас не жечь Ваши светодиоды. Тем более у Вас тут единомышленник появился.
Может быть, пару штук спалите, да сами успокоитесь. Хотя, может сразу и не спалите, а через месяц просто будете вдувать в фонарь те же 6А, а на выходе получать 600Лм.

PS: Мне вот интересно... А аккумуляторы, транзисторы в контроллерах, прочие электронные компоненты Вы тоже предпочитаете выгонять за пределы номинальных рабочих режимов?