Ramping driver фонарь что

Обновлено: 05.01.2025

Хочу поделиться решением для питания светодиода типа XM-L, XM-L2, XP-L, XP-G, XP-G2, Nichia 219 от одной литиевой батареи. Такие драйверы я давно применяю в фонарях с питанием от одного элемента 18650 и управлением силовой кнопкой. При разработке ставились задачи: простота, малые габариты, богатая функциональность.

Драйвер имеет 4 режима – слабый, средний, мощный и мунлайт. Три основных режима вынесены в основную линию и переключаются коротким отключением питания, мунлайт скрыт. Переключение от слабого к мощному.

Драйвер без памяти в основной линейке, т.е. всегда стартует со слабого режима. Время сброса состояния перебора режимов

1 секунда. Из включенного состояния при коротком прерывании питания фонарь переходит на следующий режим.

Скрытый мунлайт активируется при 3 коротких (менее 0.25 сек) кликах из включенного состояния (или четырех из выключенного). Мунлайт запоминается, после выключения при следующем включении фонарь стартует именно в этом режиме. Для выход из режима осуществляется коротким кликом (точно так, как для переключения режима). Выходит всегда в слабый режим.

Существует возможность настройки яркости мунлайта, рампинг осуществляется при 11 коротких кликах. Фонарь начнет перебирать возможные варианты яркости, в нужный момент для сохранения текущей яркости следует сделать короткий клик (как при переключении режимов), длинный клик — отключение, будет загрузена настройка по умолчанию. Индикация фиксации новых настроек – 1 вспышка, загрузки настройки по умолчанию – 3 вспышки.

Система индивидуальных порогов обеспечивает ступенчатый переход на слабые режимы при разряде батареи. Полностью драйвер выключается при 2,75V.

Система индикации заряда батареи включается при 5 коротких кликах (шести из выключенного положения). Индикация осуществляется вспышками СИД от 1 до 6. Чем больше вспышек – тем больше заряд АКБ.

Присутствует двухуровневый термоконтроль (ТК). Режим калибровки ТК включается 13 прерываниями из включенного состояния. После этого фонарь после серии вспышек для индикации включения режима ТК перейдет с режим нагрева. Как только температура корпуса фонаря достигнет нужного значения, следует сделать короткий клик. Успешная запись нового значения осуществляется 1 вспышкой. Длинное отключение в режиме ТК сбрасывает настройку на значение по умолчанию, индикация – 3 вспышки.

Максимальный возможный ток при указанных на схеме номиналах 2.0А. Уменьшив сопротивление шунта можно поднять максимальный ток до 3-х ампер.

В драйвере имеются хорошо спрятанные стробы. 7 короткий прерываний и включенного состояния или 8 из выключенного включат быстрый строб, коротким прерыванием можно переключать быстрый-медленный-быстрый-медленный. Выход из этого режима — длительное нажатие кнопки.

Драйвер обеспечивает плавное включение и переключение всех основных режимов, что позволяет уменьшить нагрузку на контакты кнопки, т.к. ток достигает своего максимального значения после установления надежного соединения контактов кнопки.

Напряжение питания драйвера от 2.75В до 4.35В. В архиве прошивки для ATTiny45 и ATTiny85 (прошивка для 45-ой не тестировалась) и батник для прошивки. В батнике указаны фусы.

За стабилизацию тока отвечает программный ПИД регулятор. Для контроля температуры и напряжения питания используются встроенные в МК датчики. Частота работы понижающего преобразователя 250 килогерц. Транзистор CSD13202Q2 обладает довольно легким затвором, что позволяет управлять им напрямую с лапы МК. Заменить его с некоторым ухудшением параметров драйвера можно только на IRLHS6242. R3 — токовый датчик, при максимальном токе падение напряжения на нем 50mV. Все конденсаторы только керамика не ниже X5R.

На фото собранный драйвер:

Все детали драйвера установлены с одной стороны. Диаметр драйвера 17мм, кроме того драйвер можно обточить до 15мм диаметра. Толщина текстолита 1,5мм, полная толщина драйвера – 3,5мм.

Выбор фонарей на рынке в наши дни огромен, но все же я считаю, что самый лучший и надежный фонарь — тот, который собран или доработан своими руками. Сборка фонаря — это увлекательно и вовсе не так сложно, как кажется на первый взгляд. Я хочу поделиться исчерпывающей инструкцией по изготовлению отличного не убиваемого фонаря, который верой и правдой прослужит десятки лет и может быть сколько угодно раз модернизирован в будущем. Помимо сборки, я научу, как «разгонять» мощность этого творения и заливать сторонние прошивки, а так же поделюсь рядом лайфхаков.

Что есть фонарь

Хоть современные фонари и стали чуть сложнее лампочки с батарейками, далеко от нее они все равно не ушли. Типичные составляющие типичного карманного фонаря на сегодняшний день такие:

Источник питания — аккумуляторы, батарейки и все в этом роде
Кнопка — отвечает за включение/отключение фонаря и смену режимов работы, если они есть. Кнопок может быть несколько, они могут быть силовыми — это зависит от конкретной реализации фонаря
Драйвер — электронная схема, обеспечивающая передачу энергии от источника питания к источнику света. Может в зависимости от крутизны фонаря иметь дополнительные навороты типа контроля за температурой, встроенной зарядки для аккумулятора и т.п.
Источник света — раньше были лампы накаливания, ксеноновые лампы, в наше время это в основном светодиоды
Оптическая система — защитное стекло + рефлектор, TIR линза, обычная линза или целый объектив из них — служат для сбора света от источника света в луч
Корпус — вместилище для всего вышеперечисленного

В хвосте фонаря находится силовая кнопка:

Извлечь ее достаточно просто, нужно раскрутить прижимную шайбу. Обратите внимание, что резьба здесь левосторонняя, так что крутить нужно против часовой стрелки. Хвост в разобранном виде:

Слева направо: силиконовый толкатель кнопки, шайба, сама кнопка (OMTEN 1288), латунная прижимная шайба.

Центральная часть корпуса представляет собой просто трубку под аккумулятор 18650 и не особо интересна. В головной части находится отсек для драйвера. Драйвер по аналогии с кнопкой фиксируется с помощью латунного кольца, но здесь резьба правосторонняя:

Диаметр необходимого драйвера — 17мм. С противоположной стороны головной части находится площадка для установки светодиода:

В ней 4 отверстия — пара меньших имеет резьбу и, как вы догадываетесь, в них после установки светодиода вкручиваются комплектные винты, которые обеспечивают прижим подложки («звезды») светодиода к корпусу. Вторая пара отверстий имеет больший диаметр и предназначена для проводов питания светодиода. В данный фонарь требуется устанавливать светодиод на подложке диаметром 20мм.

Выбор драйвера и светодиода

Наиболее ответственная часть. От выбора этих двоих будет зависеть практически все: и время работы, и яркость, и дальность, и будет ли вообще фонарь в принципе работать. Для правильного выбора необходимо строго придерживаться определенных правил:

Драйвер должен подходить по размерам к установочному месту в фонаре — как я уже упоминал ранее, в нашем случае это 17мм
Подложка светодиода так же должна подходить по размерам — напоминаю, что у нас оно 20мм
Сам светодиод должен подходить к рефлектору — в C8+ имеет диаметр отверстия 7мм, значит сюда влезут светодиоды не более 5050, а всякие XHP70.2 — мимо (но всегда можно применить напильник и расточить отверстие до нужных размеров). При этом еще следует помнить, что меньший по размерам светодиод с меньшей светоизлучающей поверхностью даст более узкий луч и наоборот, таким образом можно заменой светодиодов менять дальность одного и того же фонаря в широких пределах
Светодиод так же должен подходить к типу рефлектора. На старых диодах типа XHP50, XHP70 есть видимые невооруженным глазом расстояния между кристаллами, при установке в гладкий (SMO) рефлектор эти светодиоды формируют некрасивый луч в виде бублика, поэтому их лучше ставить в мятый рефлектор (OP, «апельсиновая корка»). С более новыми XHP50.2 и 70.2 такой проблемы нет
Напряжение аккумуляторов должно быть в диапазоне допустимых напряжений драйвера — в нашем случае 1 аккумулятор, так что драйвер должен уметь работать от 3.7В
Выходное напряжение драйвера должно совпадать с напряжением работы светодиода. Нельзя ставить повышающий (boost) драйвер с выходом 12В в фонарь с 3В светодиодом, и наоборот
Максимальный выходной ток драйвера не должен превышать максимальный допустимый ток светодиода. Найти последние можно в даташитах, но здесь есть хитрость: многие светодиоды выдерживают значительно более высокие токи, чем заявляют их производители, и их можно «разгонять», получая большую мощность. Именно этим мы и займемся чуть позже
Корпус фонаря должен справляться с выделяемой мощностью, иначе светодиод сгорит или быстро деградирует. В фонари типа C8 не стоит ставить светодиоды мощнее 20Вт

Заливаем свою прошивку

О процессе прошивки микроконтроллера tiny13 я писал много раз, кому интересны подробности — можете почитать в моем предыдущем посте. Под драйверы фонарей на этом МК написано много открытых прошивок, среди них я не нашел ни одну удобную для себя, поэтому решил написать свою. Исходные коды и скомпилированные бинарники доступны у меня на гитхабе: версия для Nanjg 105D, версия для A17DD-L. Моя прошивка практически полностью копирует поведение стандартной прошивки драйвера и несет в себе пару полезных плюшек:

Прошивка так же имеет 2 группы режимов, переключение которых осуществляется через минимальный режим — все как в стандартной
В основной группе 4 режима яркости: минимальный, средний, максимальный и турбо. В исходниках прошивки предусмотрена возможность ограничивать время работы турбо-режима с помощью константы TURBO_TIMEOUT, задающей время работы в секундах. В готовых бинарниках для Nanjg данный таймер отключен, а для A17DD-L — наоборот включен
Частота ШИМ — 9кГц, никаких мерцаний
Во второй группе так же добавляются мигающие режимы, причем стробоскоп более «злой» (выше частота вспышек), так же помимо SOS имеется прерывистая «велосипедная» мигалка
Каждый может при желании модифицировать режимы и группы в исходниках под свои нужды и собрать версию для себя. Всего в прошивку можно добавить до 16 групп по 16 режимов в каждой
В прошивке предусмотрена возможность узнать текущий уровень заряда аккумулятора: при включенном фонаре нужно выполнить 16 (или больше) быстрых полунажатий на кнопку питания, тогда фонарь сделает серию от 4 до 1 вспышек (соответственно 100-75%, 75-50%, 50-25%, 25-0%). Считать нажатия не обязательно, фонарь сам погаснет и перестанет реагировать, когда наберется нужное их количество.
При разряде аккумулятора до 2.9В прошивка начинает ступенчато сбрасывать яркость, но в отличие от родной прошивки в мигающий режим не переходит
Память последнего режима, защита от случайного переключения — все в наличии

Прошиваем следующей командой:

В моем случае в качестве программатора неизменно используется прошитая под него Arduino Nano. После прошивки потребуется подпаять драйвер к светодиоду, подать на него питание и проверить корректность работы, если все работает, как и должно — можно переходить к следующему этапу. Последние версии драйверов чаще всего идут с замкнутыми между собой 5 и 6 портами микроконтроллера. Если прошивка упорно не хочет заливаться — стоит взглянуть на плату драйвера и перерезать дорожку, если она имеется:

Разгоняем драйвер

Светодиод XP-L HI можно разгонять по току питания более, чем на 100% (6-7A), получая существенный прирост яркости. Но вместе с током очень сильно растет и тепловыделение. Корпус C8 слишком мал и имеет недостаточно хороший теплоотвод для такого экстрима, поэтому я ограничусь током в 4.2А. Для сборки разогнанного фонаря нам потребуется расширенный набор принадлежностей:

Помимо драйвера и диода нам понадобятся:

Термопаста — чем выше теплопроводность — тем лучше, желательно не менее 8Вт/мК
Паяльная паста
Две пары отрезков проводов: 16-18 AWG и 20-22 AWG, первые будем использовать для подключения драйвера к светодиоду, вторые — для шунтирования пружин драйвера и кнопки — каждый добавляет по 350мА к выходному току. В результате, добавив к драйверу на 2800мА (8 стабилизаторов) еще 4, мы получим на выходе 4200мА

Собираем фонарь

На площадку для светодиода в голове фонаря наносим каплю терпомасты и аккуратно размазываем тонким слоем:

На контактные площадки на подложке светодиода наносим по капле припоя (удобнее использовать все ту же пасту):

Откручиваем фиксирующее кольцо для драйвера, вставляем его провода в отверстия:

Припаиваем провода к подложке, соблюдая полярность. Для этого может понадобиться довольно мощный паяльник с плоским жалом. На сам светодиод накидываем комплектную центровочную шайбу:

Вырезы на подложке светодиода не совпадают с отверстиями для его фиксации с помощью комплектных винтов, поэтому они остаются не у дел. Это не страшно, потому что при сборке рефлектор все равно прижмет подложку к корпусу фонаря с достаточной силой. Устанавливаем рефлектор и собираем голову:

Центровочная шайба оказалась немного шире светодиода, и его центровка несколько нарушена. Достичь идеальной центровки сложно, но можно. Еще проще напечатать идеально подходящую по размерам шайбу на 3D принтере, но этим мы займемся в другой раз. Так же заметно, что при сборке отломился уголок у покрытия светодиода — это не страшно.
Несколько советов по поводу обращения с оптикой:

Избавиться от пыли можно с помощью продувки воздухом. Подойдет любая груша для фототехники
Если некоторые частички пыли не сдуваются — их можно попробовать смыть струей дистиллированной воды, она не оставляет разводов
Если отражающую поверхность рефлектора задели пальцем и испачкали — ни в коем случае не нужно пытаться оттереть отпечаток сухой тряпкой, это оставит царапины. Для очистки надеваем резиновую перчатку, наносим на нее моющее средство для посуды и аккуратно чистим загрязнение и промываем дистиллированной водой

Теперь настало время собрать фонарь и проверить его работоспособность. Берем амперметр и измеряем потребляемый ток в максимальном режиме:

Я намерил около 3.9А, что с учетом потерь на проводах вписывается в ожидаемые 4.2А. Режимы переключаются, кнопка светится — все работает, как надо

Последний штрих — наношу теплопроводный клей на видимую сторону драйвера, это даст более равномерное распределение тепла и дополнительную защиту от влаги в случае ее попадания в фонарь:

Опционально еще можно поменять силиконовую смазку на резьбах, например, на такую.

Вот так можно собрать своими руками хороший мощный фонарь, который будет работать долгие годы. По мере появления новых светодиодов этот фонарь можно апгрейдить бесконечное число раз, поддерживая его в актуальном состоянии.

P.S.
Сравнение старой версии C8 с драйвером на 2800мА и только что собранного C8+ на 4200мА:

Приветствую, %username%!
Это небольшой ликбез на тему сегодняшнего состояния отрасли портативного освещения.
Disclaimer
К показанным фонарям и остальному железу я отношения не имею. Их рекламой данный пост не является.

Поехали, начнем с современных светодиодов

Светодиоды

На сегодняшний день самой большой популярностью пользуются светодиоды фирмы Cree.
У них на сегодняшний день самое лучшее соотношение Лм/вт и при этом есть отличные нейтральные и теплые варианты, в том числе с высоким Cri. Правда, что касается именно «теплого лампового света» и высоких Cri, тут не так давно на рынке появились диоды от японской фирмы Nichia, которые, по отзывам видевших как они светят людей, выдают просто чудесный свет(нейтральный/теплый, Cri >90), пригодный даже для постоянного использования дома.
Конечно, пока что чем «теплее», тем ниже эффективность диода. Поэтому в основном в фонарях используются более холодные или нейтральные версии.
При этом даже холодный Cree в дешевом фонаре будет гораздо приятней на вид и гораздо, гораздо ярче чем ваша старая светодиодная лейка.

И так. Из всего многообразия в современных фонарях в 99% случаях стоят диоды Cree либо XP-G/XP-G2

либо XM-L/XM-l2.

Те, что с приставкой 2 построены на новой технологии SC³ и выдают в среднем на 10-20% больше света, чем те, что без нее.
В частности, один XP-G2 может выдавать

5 ваттах. Это эквивалент 50ваттной лампы накаливания
А один XM-L2 примерно тысячу при десяти. Это уже 75-80ваттная лампочка.

При этом размер XP-G2/Nichia всего 3.45x3.45 мм. а XM-L2 5x5мм. Честно, я когда первый раз увидел XP-G, жарящий на всю катушку, не поверил своим глазам.

Драйверы

Всю эту мощь надо как то питать. Этим занимаются специальные LED драйверы, которые бывают линейные, импульсные, программируемые и еще куча других слов. Другими словами — DC-DC преобразователи с управлением по МК.
Например, на картинке выше — штучный экземпляр ручной работы, импульсный драйвер диаметром всего 17 мм, обеспечивающий постоянную яркость во время работы и с КПД около 95-97%. Разработка и сборка, кстати, Российско-Украинская )

В большинстве китайских, да и российских фонарей стоят обычные линейники, которые плавно гасят диод в зависимости от остаточного напряжения на батарейке. В фонарях посерьёзней драйвер «высасывает» из аккумулятора столько мощности сколько возможно для обеспечения постоянной яркости. Особо хитрые потом еще переходят в пониженные режимы, чтобы выключение не было сюрпризом.

Стробоскоп\SOS (один из признаков «китайчатины»)
Контроль разряда батареи
Контроль температуры
moonlight (режим очень слабого свечения, которого хватает на несколько месяцев)
Программирование режимов

и многое, многое другое.

На этом кадре из фильма Oblivion на винтовке видна оптика модуля с тремя светодиодами, в народе «трипла». Разработка конкретно этого светомодуля, между прочим, дело рук московской конторы Lux-RC (+ их партнеров из Oveready(отвечают за корпуса фонарей)).
Фонарик в начале темы тоже спроектирован Lux-RC. Выдает 6000 люмен с 4х аккумуляторов, имеет активное охлаждение.

Оптика

Тут всё и сложнее и проще. Типичный угол свечения для светодиодов — 120 градусов. К тому же, источник свечения — квадрат со стороной 3.45 или 5 мм.
Собрать их в узкий пучок можно, например линзой. Но, линзованные фонари негерметичны, не дают практически никакой засветки и в линзах теряется очень большая часть света. Флешаголики не одобряют )
Поэтому, если хочется качества и дальнобойности, то вам прямая дорога к фонарям с глубоким рефлектором, например тот же Thrunite catapult V3, с которым Тёма поедет в свою следующую экспедицию.

Если надо что то для повседневных нужд, то это уже больше дело вкуса. Есть и мятые рефлекторы и TIR оптика, можно получить практически любой угол хотспота/засветки.

Питание

Все серьезные фонари питаются литиевыми аккумуляторами формата 18650 (18мм диаметр, 65 мм длина). Они на сегодняшний день являются самыми технологически передовыми из всех. А так же не слишком сильно оттягивают карман
Например, Panasonic NCR18650B имеет на борту 3400mAh, Sanyo ZTA около 3000. Так же, начали появляться (те же Sanyo, Samsung, LG) аккумуляторы с максимальным напряжением заряда 4.35V вместо 4.2. Им нужны, соответственно, другие зарядники.

От одного 18650 хороший фонарь может выдавать 1000 нейтральных стабилизированных люмен в течение часа.

Add:
Забыл сказать, что есть 18650 как с встроенной защитой от переразряда (маленькая платка на плюсовом контакте) так и без нее. Если в фонаре такая защита встроена, то нет необходимости переплачивать за protected версии. Ну и иногда защищенные 18650 не влезают в фонарь, так что лучше заранее этот момент прояснить.

bonus

Аккумуляторы формата 18650 используются в повербанках, от которых можно питать телефон\планшет по USB. Например, вот такой на 4 аккумулятора

Умеет выдавать 2A и в случае использования 4х панасоников на 3400 его общая емкость будет около 13500 mAh

Если вам роднее формат AA/AAA, то из Ni-MH аккумуляторов лучшими считаются Sanyo Eneloop. У них очень низкий саморазряд и приличная ёмкость. Не такая, конечно, как у литиевых, но для EDC/домашнего дежурного использования вполне подойдет.
С одного не литиевого AA лучшие фонари снимают порядка 280 люмен. Такой, например как SC52w от Zebralight

Существуют и литиевые аккумуляторы формата AA(14500) но они распространены меньше и пойдут только в те фонари, где это отдельно оговорено.

Охлаждение

Самый, пожалуй, сложный момент. Далеко не все производители задумываются о качественном теплоотводе для фонарей.
(фонарь FL33 на картинке выше — приятное, но довольно дорогое и эксклюзивное исключение)
Сильный нагрев светодиода ведет к уменьшению светового потока и его постепенной деградации. Так же, это не самым приятным образом сказывается на электронной начинке. Это не сильно критично, если вы «жарите» диод не на полную и не очень долго. Но вообще не будет лишним почитать обзоры и отзывы на профильных форумах.

Модификации

Замена светодиодов на более «теплые»/нейтральные, либо на диоды нового поколения
Модификация охлаждения. От запихивания фольги внутрь «головы» до ручного изготовления медных (и иногда посеребренных!) теплоотводов специально под фонарь
Замена\модификация электронной начинки

Ну, то есть, под замену может пойти всё, кроме корпуса. Есть даже спец магазины, которые торгуют чисто корпусами\головами и т. п.
Так что, если дружите с паяльником, можете сами себе собрать фонарь под свои хотелки.

Советы

Если просто хочется понять и увидеть как светят современные фонарики, вам подойдет любой на XP-G(2)/XM-L(2) с DX и прочих китайских магазинов. Их марки обычно заканчиваются на «Fire», поэтому их так и называют — «разнофаеры» (только чур не путать с дорогущими американскими SureFire). Там же можно купить недорогие(но и качества от них не ждите) 18650. На первое время хватит, но чтоб не портить впечатление от пользования, на питании и зарядке лучше не экономить.
Если хочется чего то большего, то велкам на профильные форумы вроде фонаревки. Там тусуются как флешаголики, так и разработчики. Можно почитать обзоры, посмотреть бимшоты, поучаствовать в холиварах и сделать свой выбор. Ну или заказать себе кастомный фонарь, как это в итоге сделал я.

1 секунда. Из включенного состояния при коротком прерывании питания фонарь переходит на следующий режим.

На фото собранный драйвер:

Читайте также: