Электронные схемы светодиодных фар для динамо-машин
Фары на светодиодах только надёжны, светят намного бросче в сравнении со стандартными велосипедными фарами. В данной статье поэтапно обрисованы все методы подключения фар на светодиодах к динамо-автомобилям, даны разные варианты схем драйверов светодиодных фар, каковые смогут быть собраны собственными руками дома.
- Введение.
- Увеличиваем безопасность — схема заднего фонаря.
- Увеличивает эффективность — схема «усилителя».
- Увеличиваем мощность — добавляем светодиоды.
- Улучшаем производительность на низких скоростях — схема с удвоителем напряжения.
- Повышаем комфорт — схема с автоматическим выбором режима.
Введение. Пара слов о люменах и мощных светодиодах.
В приведённых схемах употребляются лишь замечательные светодиоды, каковые выпускаются такими производителями как Philips-Lumileds, Cree, Seoul Semiconductor. Замечательные светодиоды скоро усовершенствуются. Новые модели замечательных светодиодов, каковые ещё шесть месяцев назад были самые совершенными светодиодами, сейчасвыглядят тусклыми. Не так долго осталось ждать на рынке может покажется со своей стороны ещё более броское поколение светодиодов.
Поэтомунельзя порекомендоватьконкретную модель светодиодов. Электронные схемы не зависят от типа применяемых светодиодов при условии, что у них обычное прямое напряжение белого светодиода.
Дабы вычислить светоотдачу схем, представленных на данной странице, нужно лишь знать мощность светодиодов. В спецификации светодиода указано какое количество люменов на ватт он даёт.
Дабы собрать максимально броскую фару нужно обратить внимание на:
- электронную схему — чем больше она выдаёт мощность, тем лучше;
- светодиоды — чем больше люменов на ватт, тем лучше;
- оптику, отражатели, линзы — их эффективность обязана пытается к 100%.
Схема 1 — самая несложная схема питания светодиодной фары. 
| D1 | 1N4007 | 1N5818 |
| D2 | 1N4007 | 1N5818 |
| D3 | 1N4007 | 1N5818 |
| D4 | 1N4007 | 1N5818 |
| LED1 | Белый замечательный светодиод (Luxeon, Cree ) | |
Динамо, мостовой выпрямитель и один замечательный светодиод — это всё что необходимо для светодиодной фары с едой от динамо-машины!
Как она трудится.Переменный ток из динамо-генератора проходит двухполупериодный выпрямитель и питает один замечательный светодиод фары. Ток светодиода жестко ограничен динамо-генератором до 500..600 мА. Имеете возможность убедится сами, что светодиод будет светить. Диоды Шоттки (1N5818) сводят к минимуму утраты в цепи. Эта схема трудится как для бутылочных динамо-машин так и для динамо-втулок.
Она выдаёт чуть более 1.5 Вт мощности.
Вышеприведённая схема имеет одну проблему — мерцание света на низких скоростях, в особенности в случае если питание поступает от динамо-втулки. С этим недочётом возможно легко справится:
Схема 2 — уменьшаем мерцание на низкой скорости.
| D1 | 1N4007 | 1N5818 |
| D2 | 1N4007 | 1N5818 |
| D3 | 1N4007 | 1N5818 |
| D4 | 1N4007 | 1N5818 |
| C1 | 1,000 .. 10,000uF @ min.4V | |
| LED1 | Белый замечательный светодиод (Luxeon, Cree) | |
Сглаживающий конденсатор снижает мерцание на низкой скорости и даёт маленькую прибавку яркости. Чем больше ёмкость конденсатора C1, тем меньше мерцание. C1 требует не меньше 4 В, а ёмкость не ограничена. Исходя из этого единственныминебольшими ограничительными факторами остаются лишь размер и стоимость конденсатора.
Схемы трудятся как с динамо-втулками так и с бутылочными динамо-автомобилями. Для более действенного понижения мерцания динамо-втулкам требуется более большой конденсатор.
Пара советов:
Конденсатор C1 возможно установлен в корпуса фары, где обязан верно присоединён к светодиоду. При отсоединения светодиода от схемы, конденсатор заряжается до высокого напряжения (до 100 В при стремительной езде). Это не только страшно для жизни, но и переподключение светодиода приводит к запредельному току, что может кроме того сломать светодиод.
Это справедливо для большинства схем на данной странице.
Схема с задним фонарём.
В случае если выиспользуете задний фонарь на аккумуляторная батареях, то имеете возможность пропустить данный раздел.
Схема 3 — добавляем задний фонарь.
| D1 | 1N4007 | 1N5818 |
| D2 | 1N4007 | 1N5818 |
| D3 | 1N4007 | 1N5818 |
| C1 | 1,000 .. 10,000uF @ min.4V | |
| LED1 | Белый замечательный светодиод (Luxeon, Cree) | |
| LED2 | Красный замечательный LED либо не меньше 15 SMD-светодиодов | |
Светодиод заднего фонаря устанавливается на место одного из выпрямительных диодов и исходя из этого он трудится в половину тока по сравнению со светодиодной фарой. Напряжение на красных светодиодахсоставляет половину напряжения белых светодиодов. Мощность заднего фонаря образовывает 25% мощности фары. В качестве альтернативы замечательному светодиоду возможно испльзовать пара маломощных светодиодов подключенных параллельно (к примеру 15 Osram LS T676).
Светодиод заднего фонаря обязан выдерживать 5 В обратного напряжения. Задний фонарь выключается посредством шунтирования его выпрямительным диодом.
Схема 4 — другой вариант подключения заднего фонаря.
| D1 | 1N4007 |
| D2 | 1N4007 |
| D3 | 1N4007 |
| D4 | 1N4007 |
| C1 | 1,000 .. 10,000uF @ min.4V |
| R1 | 47R 0.25W |
| LED1 | Белый замечательный светодиод (Luxeon, Cree) |
| LED2..5 | Красные SMD-светодиоды (Osram LS T676) |
В отличии от схемы 3, где мощность заднего фонаря образовывает 25% от мощности фары, при данном методе подключения он регулируется резистором R1. Задний фонарь возможно отрегулироватьпод низкий ток, дабы достаточно было всего пара SMD-светодиодов.
В данной схеме имеется увлекательная изюминка: задний фонарь подключён конкретно к клеммам динамо-машины, так что кабель велосипедной фары может оставаться присоединённым к динамо-машине.
Недочёт данной схемы заключатся в необходимости определения значение резистора, понижении яркости возможности и заднего фонаря его повреждения при отключения фары.
Для вышеприведённой схемы значение R1 равняется приблизительно 47 Ом. Настоящее значение зависит от применяемых светодиодов. Схему легко собрать: нужно измерять ток заднего фонаря, корректируя значение R1 в зависимости от тока светодиодов.
Обратное напряжение светодиодов некритично в данной схеме. Для выключения заднего фонаря нужно его.
Повышаем «напряжение». Схема 5 и 6 — увеличиваем мощность на средней скорости посредством регулирующего конденсатора.
Схема 2 для сравнения.
Схема 5.
Cхемы 2 и 5 отличаются конденсатором C2, что находится между динамо-выпрямителем и машиной. Как это оказало влияние на мощность светодиодов в зависимости от скорости при разных значениях C2 возможно заметить на данном графике:
Не обращая внимания на отсутствие ощутимой отличия на низкой и высокой скорости, на средней скорости мы однако приобретаем дополнительную мощность. К сожалению эта прибавка достигается дорогой ценой: C2 должен быть не поляризированным и его значение очень критично. С простой бутылочной динамо-машиной конденсатор C2 на 220uF справляется превосходно, а вот для работы с динамо-втулкой его ёмкость обязана достигать ужасных 1500uF.
Требуемый неполяризованный конденсатор тяжёло отыскать, он большой и дорогой. Схема 6 разрешает обойти эти трудности, применяя два стандартных поляризованных конденсатора. Они дают двойную ёмкость и подходятконденсаторы со сверхнизким эквивалентным последовательным сопротивлением, каковые употребляются в многорежимных блоках питания.
Резистор R1 некритичен, зависит лишь от C2 и C3.
Схема 6.
| D1 | 1N5818 | 1N5818 |
| D2 | 1N5818 | 1N5818 |
| D3 | 1N5818 | 1N5818 |
| D4 | 1N5818 | 1N5818 |
| C1 | 2,200uF @ min.4V | 10,000uF @ min.4V |
| C2 | 470uF 63V low-ESR | 3300uF 35V low-ESR |
| C3 | 470uF 63V low-ESR | 3300uF 35V low-ESR |
| R1 | 47K 0.25W | 47K 0.25W |
| LED1 | Белый замечательный светодиод (Luxeon, Cree ) | |
Повышаем мощность за счёт повышение количества светодиодов. Схема 7 — установка нескольких светодиодов.
Динамо-машина есть более менее стабильным источником постоянного тока, исходя из этого при подключении последовательно двух светодиодов неспециализированная выходная мощность совокупности примерно удваивается. Из-за чего б не соединить три, четыре либо ещё больше светодиодов последовательно? Для получения дополнительной мощности необходимо установить регулирующие конденсаторы из схемы 6.
В зависимости от типа и количества светодиодов динамо-машины весьма различаются и применяемые компоненты:
| D1..D4 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 |
| C1 | 2200uF 4V | 2200uF 10V | 2200uF 16V | 2200uF 16V |
| C2, C3 | 470uF 50V | 220uF 63V | 100uF 100V | 47uF 100V |
| R1 | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W |
| LED1 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED2 | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED3 | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED4 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
| D1..D4 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 |
| C1 | 10,000uF 4V | 4700uF 10V | 4700uF 16V | 4700uF 16V | 2200uF 25V |
| C2, C3 | 3300uF 35V | 1500uF 35V | 1000uF 63V | 470uF 100V | 220uF 100V |
| R1 | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W |
| LED1 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED2 | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED3 | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED4 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED5 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
| LED6 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
При получении данных значений использованы бутылочная динамо-машина BuschMuller Dymotec6 (8 магнитных полюсов) и динамо-втулка Shimano DH-3D71 (28 магнитных полюсов). Возможно разные динамо-машины одного типабудут трудиться подобно. Удостоверьтесь в надежности содержит ли ВАША динамо-машина опорный диод, предназначенный для ограничения выходного напряжения при применении с электрическими лампочками.
Его необходимо удалить.
Сейчас взглянуть на кривые мощности. Поражает, что 3-ваттная динамо-втулка снабжает более 10 Вт мощности в цепи светодиодов! Само собой разумеется это не даётся просто так — приобретая больше мощности, прилагается и больше упрочнений на педалирование.
Обратите внимание: на кривых с громадной отдаваемой мощностью требуется прилагать больше упрочнений, а на маленькой скорости фара практически не светит. К примеру, совокупность из шести светодиодов по большому счету не даёт света на скорости 8 км/ч. Исходя из этого такая схема для многихне приемлема.
Из-за чего б не решить эту проблему, перейдя к второй кривой на маленькой скорости? Просматривайте потом.
Схемы с хорошей производительностью и большой мощностью на низкой скорости. Схема 8 — добавляем удвоитель напряжения.
Схема 7, применяющая большое количество светодиодов, на низкой скорости выдаёт мелкую мощность, что видно на кривых мощности выше. Существует пара способов ответа данной неприятности:
- Шунтировать пара светодиодов, подключить конденсаторы и так поменять схему с включением меньшего количества светодиодов, что улучшит её на низкой скорости.
- Параллельная сборка скажем 6-ти светодиодной и 3-х светодиодной предположений. Тумблером подбираем более подходящую. 6-ти светодиодная версия может давать узкий пучок дальнего света, 3-светодиодная — широкий пучок на низкой скорости.
- Подключение мостового выпрямителя к удвоителю напряжения. Такая схема будет трудиться так, если бы она имела лишь половину светодиодов.
Первое ответ испытывает недостаток в сложном переключении и неработоспособно при отключении хоть одного светодиода. Второе ответ лучше первого, несложно в построении, но требует дополнительных светодиодов и оптики. Третье ответ недорогое и простое, независимо от режима трудятся все светодиоды.
Его и будем разглядывать потом.
Мало поменянная схема 7. Справа удвоитель напряжения Гриначера. Ниже представлена схема 8, включающая обе схемы. Два режима меняем простым тумблером.
Эта схема (без R1, C2, C3) пользуется популярностью в компьютерных блоках питания. Главное её назначение — выбор режима 115/230 В.
Режимы не перекрывают друг друга и следовательно гарантируют хорошую производительность на низкой скорости. Схема 7 обоснована! Потом приведён перечень компонентов для разных конфигураций схемы 8.
| D1..D4 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 |
| C1 | 2200uF 16V | 2200uF 16V | 4700uF 16V | 4700uF 16V | 2200uF 25V |
| C2, C3 | 100uF 100V | 47uF 100V | 1000uF 63V | 470uF 100V | 220uF 100V |
| C4, C5 | 100uF 63V | 47uF 63V | 470uF 35V | 470uF 35V | 220uF 63V |
| R1 | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W |
| SW1 | 120VAC 2A | 120VAC 2A | 120VAC 2A | 120VAC 2A | 120VAC 2A |
| LED1 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED2 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED3 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED4 | Не нужен | Замечательный LED | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED5 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
| LED6 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
Разглядим кривые производительности. Нижняя кривая каждого цвета показывает мощность светодиодов в режиме удвоителя напряжения. Обратите внимание, что данный режим трудится лучше лишь на низкой скорости, а выше определённой скорости побеждает режим мостового выпрямителя.
Второй график показывает момент, в то время, когда нужно переключаться на другой режим.
Давайте разглядим ещё один увлекательный вариант схемы 8:
Схема 9 — вариант схемы 8.
Схема выше имеет фактически такую же мощность и практически те же самые компоненты что и схема 8. Основное отличие в тумблер: он не только выбирает режим низкой скорости (удвоитель) и режим высокой скорости (мостовой выпрямитель), но имеет положение Отключено, которое употребляется при подаче питания от динамо-втулки. SW1 — это тумблер 1P2T с изолированным центральным положением. Эти тумблеры обширно дешёвы.
Вторая особенность схемы 9 — задний фонарь. В отличие от схемы 8 светодиод 1 красный.
Схема 10 — ещё один вариант схемы 8.
| D1..D4 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 | 1N5818 |
| C1 | 2200uF 16V | 2200uF 16V | 4700uF 16V | 4700uF 16V | 2200uF 25V |
| C2, C3 | 100uF 100V | 47uF 100V | 1000uF 63V | 470uF 100V | 220uF 100V |
| R1 | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W | 47K 0.25W |
| SW1 | 120VAC 2A | 120VAC 2A | 120VAC 2A | 120VAC 2A | 120VAC 2A |
| LED1 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED2 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED3 | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED4 | Не нужен | Замечательный LED | Не нужен | Замечательный LED | Замечательный LED |
| LED5 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
| LED6 | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Не нужен | Замечательный LED |
В схеме 10 исключены два из четырёх конденсаторов, но вместо них добавлены сложные тумблеры. Сейчас не необходимы громадные конденсаторы в компактной схеме. Как и в схеме 9 для выключения света может употребляться тумблер с изолированной центральной позицией.
Схема 11 — учетверитель напряжения.
Если вы желаете серьёзно взяться за концепцию умножения напряжения, посмотрите мой черновик комбинированного удвоителя/учетверителя/мостового выпрямителя.
Непроизвольный выбор режима.
В схемах 8-10 можновысокая мощность достигается , пока поддерживается допустимая яркость на низкой скорости путём переключением с мостового выпрямителя на удвоитель напряжения. Требуется яркое постоянное участие велосипедиста. Некоторым это кроме того нравится, поскольку на высокой скорости возможно переключать фару на мелкую яркость. Не обращая внимания на это большая часть велосипедистов желают как возможно больше света, не заморачиваясья с режимами на протяжении езды.
Исходя из этого требуется непроизвольный тумблер. Имеется два метода его реализации:
- Механическое соединение кабеля в тумблер передач. В зависимости от выбранной передачи, фара трудится либо в режиме удвоения на низкой передачи либо в режиме мостового выпрямителя на высокой передаче.
- Тумблер считывает частоту динамо-машины и выбирает режим удвоения на низкой скорости, что и реализовано в схеме 12.
Схема 12 — непроизвольный выбор режима.
Схема 12 снабжает автоматическое переключение между двумя режимами. Она складывается из трёх главных частей:
- Силовой каскад: динамо-машина, выпрямитель/удвоитель, регулирующие конденсаторы, светодиоды, канальный полевой униполярный МОП-транзистор переключающий Q1Q2 с их подмодуляторами Q3Q4.
- Схема автоматического шунтирования выхода источника питания при превышении максимально допустимого уровня напряжения — T1, D5, R17.
- Тумблер IC1 (LM2907) с индикатором режима LD11 и гистерезисный тумблер Q5.
Силовой каскад переключается между мостовым удвоителем напряжения и выпрямителем кроме этого как и в схеме 8. Из-за своеобразных требований тумблеров на канальных полевых униполярных МОП-транзисторах это не в точности такая же схема, но она трудится кроме этого и с тем же результатом. Цепь светодиодов увеличивает устойчивость напряжения для тумблера IC1 и при превышении максимально допустимого уровня напряжения схема автоматического шунтирования выхода источника питания замыкается, так защищая схему от случайного отключения светодиодов.
Тумблер IC1 содержит преобразователь частота-напряжение (f2V) и компаратор. На вход блока f2V подаётся переменный сигнал из динамо-машины. Переключение частоты устанавливается резистором R15. Выходной транзистор IC1 осуществляет контроль ток базы канальных полевых униполярных МОП-транзисторов Q3 и Q4 кроме этого как индикатор LD11. Q5 незначительно изменяет опорное напряжение компаратора для индуцирования гистерезиса.
Это необходимо дабы избежать нестабильности около точки коммутации.
Схема 12 снабжает такие же кривые мощности как схема 8. Она может питать от 3 до 8 замечательных светодиодов в цепи, совместима с бутылочными динамо-автомобилями и динамо-втулками.
Учитывая сложность схемы, я сделал несложную печатную плату для неё. Она оптимизирована под ручную сборку, не требуется применять устройство монтажа. Механически помещается в 1.125 рулевую трубу с вынесенными за пределы платы регулирующими конденсаторами C1-C4 (сперва помещаются вовнутрь трубы).
Сглаживающий конденсатор C5 рекомендован для установки в блок фары.
Для получения дополнительной информациискачайте CAD файлы (в формате CadSoft Eagle) иполную техдокументацию.
Имеется ещё два варианта схемы 12, кроме этого считывающие частоту динамо-втулки для переключения режимов удвоителя напряжения и мостового. Они созданы с целью избежать скачка тока, происходящего в схеме 12 при переключении из одного режима на другой. Схемы существуют лишь на бумаге, они ещё не собраны, не в каждом компоненте я уверен либо ещё неясно какие конкретно применять.
Я могу предложить две хороших идеи управления канальным полевым униполярным МОП-транзистором, в то время, когда его истоковый потенциал всегда чередуется с подмодулирующим потенциалом (переключение переменной нагрузки).
Другой вариант №1 автоматического выбора режимов удвоителя напряжения/мостовой выпрямитель. Не тестировался. Компоненты не выяснены.
Запланирован на специалистов.
Другой вариант №2 автоматического выбора режимов удвоителя напряжения/мостовой выпрямитель. Не тестировался, компоненты не выяснены. Запланирован на специалистов.
Давайте разглядим раннюю конструкцию с другой реализацией автоматического выбора режима (лишь для бутылочных динамо-машин).
Схема 13 — другой подход к автоматическому выбору режима.
В отличие от схемы 12, эта схема измеряет не частоту (скорость), а ток идущий через светодиоды:
Обычный двойной операционный усилитель употребляется для измерения тока светодиодов. Вторая часть двойного операционного усилителя делает роль стабилизатора с малым падением напряжения заднего фонаря (опционально).
Переменным резистором 470R устанавливается оптимальный проходящий ток, что совершенно верно ниже порога, в то время, когда ток двойного операционного усилителя остаётся постоянным несмотря повышение скорости. Теоретически это выравнивание происходит на протяжении нахождения динамо-машины на рабочей температуре (она даёт меньше тока если сравнивать с более низкой температурой). В точке перехода схема иногда меняет оба режима.
При её верном выборе в данной точке оба режима дают однообразное их смена и количество энергии проходит медлено.
Силовой каскад 13-ой схемы в отличие от схемы 12 применяет удвоитель напряжения Вилларда, а не Гриначера. Наряду c упрощением числа схемы и уменьшением компонентов возрастает мерцание на низкой скорости. С бутылочными динамо-автомобилями (схема 13 именно и создана для них) мерцание не образовывает неприятности, но для динамо-втулок она всё-таки неприемлема.
на данный момент в основном распространены динамо-втулки и эта схема мало кому понадобится.
Но если вы заинтересовались схемой — имеете возможность её собрать.
Фото конструкции:
Принципиальная схема в хорошем качестве:
Схема размещения компонентов:
Печатная плата — скачать.
Она оптимизирована под ручную сборку, нет необходимости применять устройство монтажа. В данной версии C07 припаян прямо к штырьку IC1. Компоненты выбраны для трёх красных светодиодов светодиодов и 4 белых фары заднего фонаря, каковые питаются от генератора Dymotec6.
Механическая сторона вопроса: фара с одним светодиодом, фара с тремя светодиодамии задний фонарь. Все они собраны из распространённых подробностей.
