Альтернативные варианты освещения: самодельная светодиодная фара

Андрей Григорьев

Сейчас в велосипедных фарах применяется три вида источников света: лампы накаливания (обычные, криптоновые или галогенные), светодиоды (LED) и газоразрядные (HID, они же ксеноновые или металл-галогенные) лампы. Лампы накаливания – традиционные источники света, светодиоды и газоразрядные лампы – новое для велосипедов направление (см. статью об освещении).

Обычные и криптоновые лампы накаливания устанавливаются в самые дешевые фары мощностью 1-2.5 Вт и световым потоком 10-25 люмен (световая отдача около 10 лм/Вт). Галогенные лампы – от недорогих (Sigma Sport Ellipsoid) до умеренно дорогих фар высокой мощности (Sigma Sport Mirage Evo + Evo X): 2.4-20 Вт, ~15 лм/Вт. Светодиоды – от средних (Cat Eye HL-EL300/500/530, Sigma Sport Supraled) до очень дорогих: ~0.5-10 Вт, ~30-50 лм/Вт. Ксеноновые – очень дорогие: от 12000 руб., но с отменными параметрами: от 10 Вт, 70-80 лм/Вт.

Я долгое время ездил с фарой Sigma Sport Ellipsoid, считая ее идеалом дешевой фары с внутренним питанием. Хорошее световое пятно приемлемой яркости и разумное сочетание мощности и продолжительности работы (3-4 часа от одного комплекта батарей). На снегу видимость достаточна для нормального движения со скоростью до 25 км/ч. На светлом грунте видимость достаточна, чтобы успевать объезжать отдельные ямки. На черном мокром асфальте света от фары вообще не видно.

Вариант мощных фар с 10-15-20 Вт лампами хорош по световым характеристикам, но никуда не годится по весу при умеренном времени работы. С такими фарами хорошо гонять ночью в парке в течение часа-двух. Но таскать ежедневно на работу или брать в поход – увольте.

Светодиодные фары с мощностью 0.5-1 Вт по световым характеристикам Эллипсоиду однозначно уступают: у Супраледа пятно большое, но не яркое, у 300-го КатАя тоже, а у 530-го оно яркое, но уж очень маленькое – годится только для езды по прямому шоссе. Из плюсов – явно большее время работы, чем у Эллипсоида.

Варианты промышленных ксеноновых и мощных светодиодных стоят неразумных денег, которые я не готов тратить на свет, учитывая эпизодическое им пользование: 200-500 евро – обычная цена. Соответственно, интересовали варианты фары порядка 2000 руб., но с явно более мощным светом, чем у Эллипсоида и умеренного веса аккумулятором. Лампы накаливания все-таки имеют слишком низкую эффективность, газоразрядные безумно дороги, а вот самодельные светодиодные фонари стоят умеренных денег и в сети уже встречал несколько статей по их изготовлению.

Первый опыт (январь 2007)

В силу своих физических параметров светодиоды должны питаться стабилизированным током. Для аккумуляторов и батарей напряжение существенно меняется по мере отдачи энергии, и яркость светодиодов будет сильно меняться по мере просадки напряжения. Таким образом, светодиод очень желательно питать через преобразователь (драйвер), а не ограничивающее сопротивление, как это делается на недорогих светодиодных фарах. Так как паять схему с нуля из отдельных комплектующих и подбирать отражатель или линзу и корпус слишком хлопотно, по совету Валентина Никотина было решено использовать в качестве основы обычный светодиодный фонарь с преобразователем напряжения плюс внешний аккумулятор приемлемой емкости.

Варианты светодиодов менее одного ватта не рассматривались, т. к. света заведомо мало. Среди более мощных наиболее доступными оказались диоды Luxeon компании Lumileds и ряд подобных. 1 Вт Luxeon незначительно превосходит по световому потоку мой Эллипсоид (ориентировочно 35 лм) – смысла возиться просто нет, разве что набирать фару из 3-4 фонарей, что дорого и громоздко. 5 Вт диоды относительно неэффективны (световой поток всего в 3 три раза выше, чем у одноваттных и необходимо качественное охлаждение светодиода во избежании его деградации). А 3 Вт – золотая середина. Заявленный световой поток для светодиодов Luxeon III – 80-100 лм при мощности около 3.5-3.8 Вт, что в два с лишним раза больше, чем у Эллипсоида при 2.4 Вт. Т. о. светоотдача выше раза в полтора.

В качестве донора использовался фонарь из Планара с 3 Вт диодом, простеньким встроенным драйвером и коллиматорной линзой с углом раскрытия около 10 градусов. Плюс 4 штуки 1.2 В 2650 мАч никель-металлгидридных аккумуляторов формата AA (фонарь рассчитан на питание от 6 В и менее при просадке). «Голова» фонаря с линзой, диодом и драйвером откручивается от батарейного отсека, т. о. оставшаяся часть, которая и крепится на руль – около 33 мм диаметром и 50 мм в длину.

Аккумуляторы в отдельном контейнере. Внешние аккумуляторы хороши и тем, что их можно иметь несколько штук разной емкости, например 4 AA для регулярного использования в городе и для однодневных покатушек (3 часа для одного дня достаточно) и что-то более емкое для дальних поездок. Чем еще привлекает использование «стандартных» размеров элементов – возможность их замены простыми батарейками, которые можно купить почти везде, для походов это актуально.

Разъем я взял весьма распространенный – «стандартный разъем питания» 5.5 x 2.1 мм – такие нередко попадаются для питания модемов, колонок и прочего. В частности, такой же используется и на фарах Sigma Sport Mirage Evo / Evo X / Vario, так что перекрестная совместимость присутствует.

Световое пятно оказалось раза в полтора уже и длиннее, чем у Эллипсоида, а его яркость существенно выше – на снегу свет был виден даже под желтыми натриевыми уличными фонарями. Цвет света голубоватый, но в сравнении с фонарем Petzl Tikka гораздо белее. С аккумуляторов снимается ток в 0.7 А, что позволяет фаре работать около 3 ч на полной мощности (емкость батареи - ~13 Втч) + еще некоторое время на мощности около 1 Вт, когда драйвер уже не может отбирать у аккумулятором достаточно большой ток.

Но не смотря на много больший световой поток, чем у Элипсоида, эффект не столь велик, т. к. круговое плавно спадающее распределение света менее оптимально, чем четко очерченное трапецеидальное, а голубоватый свет несколько хуже воспринимается глазом, чем желтоватый.

По расходам: 900 руб. фонарь + 560 акумуляторы + 700 зарядное + 40 мелочь типа контейнера для аккумуляторов и разъема. Итого – 2200 руб. притом, что аккумуляторы и зарядное устройство могут использоваться для любых других целей.

PS. Думаю, не сделать ли фару из двух таких фонарей.

PPS. Уже появились данные о светодиодах той же мощности с почти вдвое лучшей световой отдачей и такими же электрическими характеристиками – со временем нужно будет просто аккуратно перепаять диод в фонаре.

Дополнения от сентября 2007

Вновь на улице стало рано темнеть, и я вернулся к раздумьям о светодиодной фаре.

Светодиод Luxeon III (LW3C-Txxx) со световым потоком 80 лм (не самый удачный экземпляр) при 1000 мА был заменен на Edison Edixeon KLC8 (KLC8-B3-Wxxxx) со световым потоком 160 лм (хороший бин) при 700 мА. Т. к. драйвер остался прежним, то питается он ~1000 мА, что, допустимо по температурному режиму, отрицательно сказывается на экономичности и почти не дает положительного эффекта, так как заявленное увеличение светового потока для 1000 мА весьма невелико. Цвет свечения оказался еще немного белее.

В силу большей площади кристалла на KLC8, при использовании с той же самой линзой, световое пятно получилось менее сфокусированным: увеличилось в диаметре раза в полтора, немного увеличилась боковая засветка, а яркость, благодаря большей отдаче, осталась приблизительно такой же. Для езды по парку увеличение ширины пятна сказалось положительно: повороты проходить много легче, а вертикальное увеличение пятна – отрицательно: или основное пятно слишком близко, или часть света уходит выше горизонтали и просто пропадает... В идеале нужна линза, которая при подобной ширине светового пучка давала бы вдвое меньшую высоту, т. е. что-то типа 7/14 градусов. К сожалению, все найденные мной эллиптические линзы дают широкий пучок света типа 15/45-50 градусов.

Второй возможный вариант – установка двух фонарей с узконаправленными линзами в одной плоскости, так, чтобы угол между ними обеспечивал большую ширину светового пятна. Для этого был приобретен еще один такой же фонарь. Но, к огромному сожалению, конструктив фонаря с прошлого года существенно поменялся и теперь нельзя ни отвинтить от фонаря батарейный отсек (только отпилить), ни перепаять диод на другой: все приклеено намертво. Утешает то, что четырех аккумуляторов AA на парный варант все равно навряд ли бы хватило: слишком большой ток.

Таким образом, хорошо бы найти эллиптическую линзу с нужными углами и на этом с апгрейдом данной фары успокоиться. А новую фару сделать на паре еще более экономичных светодиодах Seoul Semiconductor: по 100 лм при 350 мА на каждый. Сами светодиоды, линзы и очень качественные драйвера доступны. Но корпус, очевидно, придется делать с нуля...

PS. Вчера очередной раз прокатился по парку с фарой и нераздраконенным фонарем в дополнение. Пожалуй, света от одной фары со 160 лм вполне достаточно, но добавление узконаправленного фонаря с 80 лм вдаль дает положительный эффект.

Обсуждение этой темы на форуме.

Последнее обновление 15 сентября 2007.