Появление данной статьи связано с разгоревшимися в форуме «Крути педали» дебатами по поводу оснащения велосипеда осветительными приборами. Данные, использованные в статье, получены автором путем проведения прямых измерений с выполнением всех необходимых метрологических норм. Предметом рассмотрения статьи служит фара фирмы Cat Eye HL-EL300 с применением светодиодных сверх ярких излучателей белого свечения. Свойства, технические параметры самих светодиодов и других источников света, их сравнение, останутся темой следующей статьи, уступив место только «внешней» схемотехнике и конструктивным особенностям фары HL-EL300.
И так, внешний осмотр фары позволяет нам увидеть ноу-хау разработчиков, заключающееся в применении индивидуальной фокусирующей системы для каждого светодиода. Смещение под определенным углом оптической оси каждой из этих систем позволяет получить узкий световой пучок, что обеспечивает малый размер светового пятна с максимально возможной его яркостью. Отсутствие какого-либо отражателя оправдано ввиду его неэффективности при применении светодиодов имеющих узкую диаграмму направленности светового пучка (обычно около 30 градусов).
Заглянув во внутрь фары, мы обнаруживаем там простейшую схему, состоящую из пяти соединенных параллельно светодиодов и включенного последовательно с ними сопротивления 10 Ом.
Автором были проведены электрические измерения и расчеты, данные которых представлены в Таблице 1.
Таблица 1
| Uпит [V] | Iпотр [A] | Ur [V] | Uсвд [V] | Pпотр [W] | Pсвд [W] | Pr [W] | КПД (%) |
| 6,0 | 0,247 | 2,47 | 3,5 | 1,482 | 0,87 | 0,61 | 59% |
| 5,5 | 0,202 | 2,02 | 3,5 | 1,11 | 0,70 | 0,41 | 63% |
| 5,0 | 0,162 | 1,62 | 3,4 | 0,81 | 0,55 | 0,26 | 68% |
| 4,5 | 0,117 | 1,17 | 3,3 | 0,53 | 0,39 | 0,14 | 74% |
| 4,0 | 0,076 | 0,76 | 3,2 | 0,30 | 0,25 | 0,06 | 81% |
| 3,5 | 0,043 | 0,43 | 3,1 | 0,15 | 0,13 | 0,02 | 88% |
| 3,0 | 0,011 | 0,11 | 2,9 | 0,03 | 0,03 | 0,00 | 96% |
| 2,5 | 0 | 0 | 2,5 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | ~ |
где:
Uпит — напряжение на клеммах питания фары (В);
Iпотр — ток потребляемый фарой (А);
Ur — напряжение выделяемое на сопротивлении 10 Ом (В);
Uсвд — напряжение непосредственно на светодиодах (В);
Pсвд — мощность потребляемая светодиодами (Вт);
Pr — мощность выделяемая на сопротивлении 10 Ом (Вт);
КПД — общий Коэффициент Полезного Действия фары без учета КПД светодиодов.
Особого внимания заслуживает колонка значений КПД, из которой следует, что при питании фары номинальным напряжением (6В) 41% мощности источника энергии затрачивается на нагрев сопротивления 10 Ом! Дискуссия о том, что выше КПД светодиодов или КПД ламп накаливания, развернувшаяся на форуме, неуместна, когда половина энергии источника уходит на бесполезный разогрев сопротивления!
Что это?! Ошибка конструкторов?
Все объясняет колонка Uсвд [V] (напряжение на светодиодах). Значения в ней существенно не меняются даже при изменении напряжения питания (Uпит) в два раза (с 6В до 3В). То есть сопротивление играет роль простейшего «стабилизатора напряжения».
Для чего?
Из приведенной ниже вольт-амперной характеристики блока светодиодов использованного в фаре видно (Диаграмма 1), что диапазон рабочих напряжений светодиодов весьма ограничен. При напряжении ниже 3,3В ток через светодиоды мал и они почти не светят, при напряжении свыше 3,9В ток достигает 0,5А и близок к предельным значениям, за которыми наступает тепловой пробой светодиодов, что ведет к выходу их из строя.
Диаграмма 1
Включив в схему сопротивление, конструкторы добились приемлемого диапазона питающих напряжений и возможности питать фару как от батареек (1,5В Х 4 = 6В), так и от аккумуляторов (1,2В Х 4 = 4,8В). Не слишком ли дорогая цена за такую возможность!
Заслуживает внимание и значение верхней строки колонки Iпотр — 0,247А! Это не так мало, как следовало из заявлений производителей о сотнях часов работы фары от одного комплекта батарей! Расчеты, подтвержденные в дальнейшем практическими испытаниями, показали, что аккумулятор емкость 4,5 Ач, которого хватает для питания в течении 5,5 часов фары с криптоновой лампой 6В на 0,75А (с куда более лучшими световыми характеристиками, чем HL-EL300), смог протянуть на HL-EL300 всего 15,5 часов
И напоследок, попробуйте субъективно оценить свечение в полной темноте HL-EL300 и фары с лампой накаливания 6В на 0,25А (1,5 Вт) и хорошей оптикой (сравнение параметров различных излучателей тема следующей статьи).
Выводы сделать не трудно. Все попытки «разогнать» светодиодные излучатели белого света до возможностей традиционных ламп пока не состоятельны. Мы узнаем о их успешности со страниц глянцевых автомобильных журналов… «Серьезный» свет все еще прерогатива традиционных излучателей. Светодиодные излучатели могут занять пока только нишу габаритных огней и очень удобных, не имеющих себе равных по практичности, налобных фонарей, нишу, где они являются бесспорными лидерами уже сейчас не рискуя лопнуть от натуги!
26.11.03
Вейн И.