Ru�n� sv�tilna s 1W LED

P�i vys�l�n� s na�� kolektivkou z portejblov�ho stanovi�t� nar��me v noci na probl�m n�zk�ho osv�tlen�. P�edev��m p�i mont�i ant�n, kdy je dosti pravd�podobn� ztr�ta jednotliv�ch men��ch d�l� je jejich n�sledn� nalezen� problematick�. Dal��m podstatn�m probl�mem je samotn� bezpe�nost. Nejsou dosti z�eteln� p�ek�ky, jako kotevn� lana, ter�nn� nerovnosti apod. Je tedy t�eba siln�ho osv�tlen�. Po�adavky jsou jednoduch� p�enosnost, vysok� sv�tivost, mo�nost provozu celou noc p�i pln�m v�konu. Vyzkou�el jsem mnoh� komer�n� ru�n� sv�tilny, ��dn� v�ak nespl�ovala v�echny po�adavky z�rove�.

Pokud je po�adov�na dostate�n� dlouh� doba provozu a z�rove� vysok� sv�tivost p�i zachov�n� p�enosnosti, tj. mal� rozm�ry a v�ha, je nutn� dodr�et co nejvy��� celkovou ��innost ve�ker�ch proces�, tak aby vznikaj�c� ztr�ty byly omezeny jen na nejnutn�j�� minimum. Jedin� vhodn� �e�en� pro tento ��el je pou�it� vysoce sv�tiv� LED od firmy Luxeon, dostupn� na trhu posledn� dobou. Je k dost�n� p�ev�n� pouze b�l� barva, co� je pln� vyhovuj�c�.

Katalog hovo�� o hodnot�ch 180cd/350mA, vyza�ovac� �hel 10�. Pr�m�rn� �ivotnost je 100000 hodin. Jako zvl�t� vhodn� uv�d� pou�it� do ru�n�ch sv�tilen. K nap�jen� jak�koliv b�l� diody je t�eba nap�t� cca 3,4V. Proto�e VA charakteristika diody je ve sv� pracovn� oblasti strm�, je nutn� volit k nap�jen� zdroj proudu, ne nap�t�. Dal�� ot�zka vyvst�v� p�i volb� vhodn�ho chemick�ho zdroje. V ka�d�m p��pad� pro n�zk� celkov� ztr�ty a �asovou invarianci nelze za uspokojiv� �e�en� pova�ovat t�i niklov� �l�nky, ka�d� se svorkov�m nap�t�m 1,2V, nebo jeden litiov� �l�nek s nap�t�m 3,7V, p�ipojen� k diod� p�es omezovac� rezistor, �i v�t�� po�et �l�nk� s pou�it�m line�rn�ho stabiliz�toru, na kter�m jsou velmi vysok� ztr�ty. Zde lze pou��t pouze dv� mo�n� �e�en�. Nap�jen� nap�t�m vy���m s vlo�en�m sp�nan�m step-down DC/DC konvertorem, �i ni���m se step-up konvertorem.

Konstrukce diody:

Z�kladn� PN p�echod je zapouzd�en a um�st�n na hlin�kov� podlo�ce �tvercov�ho tvaru, tak aby mohl b�t chlazen. Doch�z� tu ke ztr�t�m, na co� nejsme zvykl� u oby�ejn�ch n�zko-p��konov�ch diod, jedn� se o ��dov� des�tky mW. Pro doporu�enou pracovn� teplotu 25�C a� 30�C �i ni��� sta�� p�ipevnit chlad�c� plochu 12cm2. Nejvhodn�j�� je um�stit celou sv�tilnu do kovov�ho obalu a ten pak pou��t z�rove� pro chlazen�. Na v��e uvedenou hlin�kovou z�kladnu jsou p�es izola�n� vrstvu um�st�ny i samotn� v�vody. Pro sn��en� vyza�ovac�ho �hlu na po�adovanou hodnotu 10� je pou�ita zaost�ovac� optika, kter� je nasazena co nejt�sn�ji na PN p�echod.



M�ni�:

Rozhodl jsem se, �e zvol�m Step-Up DC-DC konvertor s induktorem. Snad asi jedin� vhodn�, d�ky jeho vysok�mu v�stupn�mu proudu je MAX757. Jeho hlavn� p�ednosti jsou:

Zvl�t� vhodn� je tedy pro nap�jen� 2 – 3 mi �l�nky. MAX756 vych�z� ze podobn� koncepce, av�ak m� pevn� v�stupn� nap�t� a to p�ep�nateln� 3,3 nebo 5V, v�t�inou se pou��v� k nap�jen� kapesn�ch po��ta��, kde jsou tyto nap�t� pot�ebn� pro logick� obvody. Je mo�n� vyu��t nap�t� 3,3V. To se ale v praxi p��li� neosv�d�ilo, vzhledem k velik�mu rozptylu hodnot jednotliv�ch diod.


Blokov� diagram IO MAX 757

Z blokov�ho diagramu je patrn�, jak cel� obvod funguje. Zdroj referen�n�ho nap�t� 1,25V je porovn�v�n se vstupem LBI, na kter� je p�es d�li� p�ivedeno vstupn� nap�t� a slou�� k signalizaci stavu baterie uveden�m do stavu vodivosti tranzistoru N-FET, kter� je p�iveden� na v�stupn� pin LBO, a se vstupem FB, na kter� je p�evedeno tak� p�es d�li� v�stupn� nap�t�. V�sledek t�to komparace ��d� �asov�n� sp�n�n�. V�stupn� tranzistor typu N-FET je p�ipojen k LX a GND. Je u n�j hl�d�n maxim�ln� sp�nac� proud 1,2A. Cel� obvod je v pouzd�e DIP 8.


Zapojen�:

Nap�t� z baterie jde na konektor K1, kter� zaji��uje odpojen� obvodu p�i nab�jen�, kter� je zde p�ivedeno, d�le pak k prvn� sekci p�ep�na�e S, kter� m� dva p�ly a t�i polohy. Prost�edn� je vyu�ita pro klidov� stav. V krajn�ch je v�dy p�ipojen m�ni�, ale jen v jedn� k jeho v�stupu LED. Druh� poloha, kdy nen� p�ipojena je tzv. standby re�im, kdy je aktivn� pouze pomocn� dvoubarevn� 3mm dioda, indikuj�c� stav baterie. Umo��uje to snadn�j�� vyhled�v�n� sv�tilny ve tm�, p�i�em� celkov� odb�r je jen velmi mal�. Proto provoz v tomto re�imu je mo�n� po dobu n�kolika m�s�c�.

D�le pak n�sleduje typick� zapojen� obvodu MAX757. Rezistory R3, R4 je nastavena hranice indikace stavu baterie na 2 x 0,9V pro pou�it� Ni-Cd, nebo Ni-MH. Tato hranice je volena tak, �e odpov�d� stavu vybit�. Po indikaci t�to hranice u� nelze d�le pokra�ovat v ï¿½innosti. Doch�zelo by k po�kozov�n� akumul�tor�. Pokud je ��douc� signalizovat mez �pln�ho vybit� akumul�tor� v dostate�n�m p�edstihu tak, aby se u�ivatel mohl na tento stav dostate�n� p�ipravit plynul�m dokon�en�m sv� �innosti je nutn� rezistor R4 nahradit hodnotou 150k, �i v�t��. To z�le�� na pot�ebn� dob�. V�stup t�to indikace je veden na tranzistory T1 a T2, kter� jsou p�ipojeny k indika�n� LED. �pln�mu vy�erp�n� kapacity akumul�tor� a jejich destrukci podb�jen�m br�n� samotn� obvod. P�i n�zk�m nap�t� na vstupu v tomto zapojen� sni�uje proud do z�t�e postupn� a� na minim�ln� �rove�.

Pomoc� trimru R5 lze regulovat velikost v�stupn�ho nap�t� v dostate�n� velk�m rozsahu. Vstup obvodu not SHDN je p�ipojen na logick� stav 1. Tak je obvod trvale v pracovn�m re�imu. Je v�ak mo�no ho vyu��t i pro dopl�ovac� funkce. Uzemn�n�m v�vodu not SHDN m�ni� p�estane sp�nat a na v�stupu se objev� vstupn� nap�t� pon��en� o �bytek na diod� D1. V�stup m�ni�e je ji�t�n pojistkou 0,5A. I kdy� samotn� obvod nen� schopen dodat proud v�t�� ne� 300mA, p�i zkratu v�stupu nebo p�i teplotn�m p�et��en� LED se m��e na v�stupu objevit proud �pi�kov� daleko v�t��, omezen� pouze dynamick�m odporem diody D1.

Na sou��stky obvodu jsou kladeny n�sleduj�c� po�adavky: filtra�n� kondenz�tory C1 a C2 mus� b�t bezpodm�ne�n� tantalov�, pro n�zk� �bytek na diod� D1 mus� b�t tato Schottkyho. Nejv�t�� n�roky jsou kladeny na c�vku, konkr�tn� na hodnotu jej�ho s�riov�ho odporu. Ten by m�l m�t m�n� ne� 30mΩ, pro dostate�nou ��innost cel�ho obvodu. Doporu�en� jsou tyto: Sumida CD54-220, CoilCraft DT3316-223, Coiltronics CTX20-1. J� osobn� jsem pou�il tlumivku od GM elektronic SFT52501, kter� m� je�t� pou�iteln� parametry.


Seznam sou��stek:

R1 – 82k SMD
R2 – 47k SMD
R3 - 33k SMD
R4* - 120k SMD
R5 – SMD trimr 10k velikost 4312
R6,R7 - 1M SMD
C1 – 220µF tantal
C2 – 100µF tantal
C3 - 100nF
L1 – 22µH, max. 30mΩ
D1 – 1N5818 SMD
D2 – 3mm dvoubarevn� LED
v�konov� LED – LXHL NW 98 - GES elektronic

T1 – BC850C SMD
T2 – BC860C SMD
IO – MAX757ESA - ECOM s.r.o
S1 – p�ep�na� miniaturn� 3 polohov�, 2p�lov�, 24V/1A
K1 – panel male 3,5mm jack

F1 – pojistka 0,5A SMD
*- vlastn� volba hranice indikace vybit� akumul�toru


Cel� m�ni� je um�st�n na jednostrann� pl�tovan� desce 27 x 28 mm, mimo L1, D1 a D2 v�e v proveden� SMD. V�konov� cesty jsou voleny siln�j��.


P�i osazovan� je t�eba db�t zv��en� opatrnosti, je zde volena pon�kud v�t�� hustota sou��stek, ne� je zvykem. M��e se tak jednodu�e st�t, �e n�kter� cesty nebo v�vody se spoj�, ani� by to bylo opticky dob�e rozpoznateln�. Pokud je vylou�ena takov�to hrub� chyba, zapojen� by m�lo fungovat na prvn� zapojen�. Na v�konov� LED je anoda ozna�ena drobnou te�kou u v�vodu.



P�i volb� vhodn�ho nap�jec�ho �l�nku jsem vych�zel z p�edpokladu, �e samotn� m�ni� je schopen pracovat s velmi n�zk�m nap�t�m, ji� od 0,7V. Minim�ln� startovac� nap�t� je ale vy���, 1,1V. Teoreticky je tedy mo�n� p�ipojen� �l�nku 1,2V, to je ale na hranici pou�itelnosti. Z v�choz�ho po�adavku na provozn� dobu del�� ne� 10hod. p�ich�z� v ï¿½vahu pou�it� dvou �l�nk� Ni-XX velikosti R20. V�sledn� nap�t� 2,4V je pln� dosta�uj�c�. K dost�n� jsou b�n� mono�l�nky s kapacitou nad 6Ah za p�ijatelnou cenu.

Pro nab�jen� je mo�no pou��t automatick� nab�jec� obvod U2402. V AR12/1997 lze nal�zt p��klad jeho zapojen�. Jinak je mo�n� pou��t jak�koliv standardn� nab�je� niklov�ch �l�nk�. V nejbli��� dob� by se na t�chto str�nk�ch m�l objevit n�vod na vhodn� nab�je� jako modifikace zapojen� U2402 v SMD proveden�.


Sch�ma a deska plo�n�ho spoje:

Vytvo�en� v programu EAGLE 4.12 ke st�hnut� :


Mechanick� proveden�:

Jeliko� samotn� m�ni� je sp�nan� na induk�n� b�zi, byl jsem nucen pro dodr�en� alespo� minim�ln�ch po�adavk� na elektromagnetickou kompatibilitu po��t obal z feromagnetick�ho materi�lu tak, aby do�lo k ï¿½ï¿½ste�n�mu odst�n�n� ne��douc�ch kmit�. Z konstruk�n�ho hlediska se mi zd�lo nejvhodn�j�� pou�it� tenk�ho poc�novan�ho plechu. Vnit�ek tvo�� ocel, kter� je dostate�n� feromagnetick�. Plech je sice velmi tenk�, ale za p�edpokladu dvouvrstv�ho pl�t� dostane skelet ��danou tuhost. Zvolil jsem v�lcov� pouzdro, kter� se skl�d� ze dvou ��st� o r�zn�m pr�m�ru, kter� lze do sebe zasunout. Pr�ce s poc�novan�m plechem je velmi jednoduch�. Snadno ho lze oh�bat, d�lit, p�jet. K obalu je p��mo p�ipevn�na v�konov� LED, kter� je j�m dostate�n� chlazen�. Po �ty�ech hodin�ch provozu p�i pokojov� teplot� vzroste teplota obalu na maxim�ln� 42�C. Pokud nen� nutn� dodr�et elektromagnetick� odst�n�n� m�ni�e posta�� um�st�n� do b�n� PVC trubky. Po dobr�m ut�sn�n� m��e b�t toto pouzdro i vodot�sn�. Tato mo�nost je zvl�t� vhodn� pro pot�p�n�. Na trhu se toti� nevyskytuje ��dn� levn� v�konn� vodot�sn� sv�tilna.







Z�v�r:


Po necel�m p�l roce pou��v�n� mohu v�em tuto konstrukci v�ele doporu�it. Je to nepostradateln� pomocn�k p�i mnoha �innostech, �emu� nasv�d�uj� velmi kladn� ohlasy okol�. Pou�it� v�konov� LED m� velmi intenzivn� svit, kter� je m�rn� posunut do vy���ch vlnov�ch d�lek. To zp�sobuje siln� osv�tlen� i na velk� vzd�lenosti. V dne�n� dob� se objevuje velk� mno�stv� vysoce sv�tiv�ch diod v 5mm pouzd�e. Jsou velmi obl�ben�, ale v porovn�n� jejich sv�tivosti, kter� se u nejsiln�j��ch rovn� 20cd a sv�tivosti zde pou�it� 1W LED, kter� m� 180cd je patrn�, �e sv�teln� tok je skoro desetin�sobn�. U mnoh�ch levn�ch sv�tilen se ud�v� maxim�ln� dosvit v metrech. To je v�ak �daj dosti zav�d�j�c� a nic nevypov�daj�c�. U v��e uveden� sv�tilny m��u uv�st, �e poskytuje velmi dobr� osv�tlen� a� na vzd�lenost 20m.

Desku plo�n�ho spoje jsem musel volit men��ch rozm�r�. Za��te�n�ci mohou m�t pot��e se zap�jen�m sou��stek, kter� jsou bl�zko sebe. Je t�eba d�vat tak� pozor na elektrostatick� pole p�i p�jen� IO. Proto jsme se v na�em radioklubu rozhodli poskytnout z�jemc�m samotnou desku plo�n�ho spoje, nebo ji� osazenou a o�ivenou, kontakt na : [email protected].

Pokud by m�l n�kdo n�jak� p�ipom�nky, n�zory, n�m�ty, tak mi napi�te [email protected].
Pi�te nesm�le, nikomu p�ece neutrhnu hlavu :)
















Optimalizov�no pro internetov� prohl��e� Opera 8.0, rozli�en� 1024 x 764
6.6.2005
©2005    OK2CMX