Luxeon koplamp, verstraler en aansturing.

Gecreëerd op 21 januari 2012 14:25

Categorieën: Verlichting, |Overig|

KOPLAMP/ HEADLIGHT

Idee: 3x 3W luxeon voor op de fiets om veel te kunnen zien in het donker.

Inspiratie kwam van: http://www.pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm

Het basis idee is heel eenvouding. Zet 3 led van 3W in serie. Neem een naafdynamo (Shimano DH-3N71) en een los kastje er tussen in om de led aan te sturen.

De eerste versie van de aansturing is heel eenvoudig (gelijk richten en beetje afvlakken).

Ik hoop dat de fotos voor zichzelf spreken. Mail gerust voor vragen; antwoorden zal ik later er bij zetten.

Behuizing (rvs) , alu koelplaatje, led nog in het zakje en de lensjes

Behuizing (rvs) , alu koelplaatje, leds, lenshoudertje, en een perspex afdekplaatje.

koelpasta tussen de leds en het alublok. Dit om de levensduur van de leds te vergroten. (nee ik ben niet in het bezit van 3 handen)

het binnenwerk gemonteerd. Perspex, lensjes, leds en koelplaat.

De lamp brand aangesloten op een voeding prima op 12 V bij ongeveer 0,5 A (de voeding kon niet meer leveren)

Het kastje zit dus tussen de lamp en het voorwiel dat voor het gemak even in de bankschroef staat. GEwoon een schroegen draaier inklemmen en het wiel daaroverheen schuiven.

Onderdelen en kostenoverzicht:
3x 3 W led: 31.47
2x 25 bij 6graden lensje: 7.38
1x 6 graden lensje 3.69
1x houdertje voor lensjes: 1.59
verzendkosten: 6.95
2x banaanstekkers: 0.60
2x banaanchassis: 2.00
din plug man: 0.30
din chassis vrouw: 0.50
kastje: 1.50
tuimelschakelaars: 2.00
Behuizing (dop van iets bij de Xenos): 2.99
6 diodes & 5 elcotjes: ?? (rest bak op het werk)
Diversen: 5.00
------------------------ +/+
Totaal: 65.97

De dynamo levert bijna 500 mA stroom. Dit blijkt zolang hij fatsoenlijk draait zo te zijn (vanaf ca 10 km/u).

De leds mogen 1 A stroom hebben; dan geven ze 67% meer licht dan bij 0.5 A. Het ligt dus voor de hand om een trafo van 1:2 te gebruiken om de stroom te verdubbelen en zo nog meer licht uit de leds te persen.

Voor een 3W luxeon geld (datasheet):

Stroom [mA] Lichtopbrengst [lm]
50052.1
70067.2
100087.4

Het schema van het kastje met de aansturing.
C1 en C5 vormen met de twee diodes een bipolaire serie condensator. In eerste instantie had ik 25V condensatoren maar die bleken niet goed genoeg. Bij de eerste rit blies ik ze er al uit. Daarna vervangen voor 40V exemplaren maar 63V zou beter zijn. Dit bleek toen ik de 40V ook liet klappen. 63V er ingezet en nu hopen dat het goed gaat :)

Na het verwijderen van de seriecondensator nam de lichtopbrengst ineens enorm toe. Wel zakte bij hogebe snelheden de spanning weer in (zie grafiek).

L1,L2 en L3 zijn 3W luxeon leds.
S1 schakelt de hele schakeling aan en uit
S2 en S3 schakenen leds 2 en 3 uit
S4 schakelt tussen een spannings verdubbelaar en bruggelijkrichter. De eerste is gunstiger bij lage snelheden (klimmen) en de 2de bij hoge.

Daaronder staat een grafiek die de spanning die van de dynamo afkomt weergeeft. Dit is dus gemeten over de klemmen van dynamo. Er van uit gaande dat de stroom constant blijft zou de dynamo dus de V/2 [W] aan vermogen leveren. Nu lijkt hij maximaal 4.5 W te leveren aan de lamp; die toch wel meer zou moeten kunnen hebben :)
Let op: in de huidige simpele aansturing is de serie condensator verwijderd.

Spanning over de uitgang van de dynamo.

Metingen gedaan over de uitgang van het regelkastje. Dit is dus gedaan over de leds en de standlicht condensatoren.

Er is goed te zien dat bij lage snelheden de spannings verdubbelaar aanmerkelijk meer vermogen levert; bij hogere snelheden heeft de simpele brug gelijkrichter iets meer spanning over de condensatoren. Het omslagpunt ligt bij ongeveer 22 km/h.

Het verschil in spanning bij 30 km/h (0.2V) lijkt erg klein maar resulteerd in een vergroting van de stroom door de led van omgeveer 90 mA. Dit resulteerd weer in een toename van de lichtopbrengst van 12%. Dit is een grove schatting uit de datasheets.

Bij 10.7V over de leds staat er per led 3.57V. Dat hoort volgens de datasheets bij iets minder dan 500 mA. Dat is ook wat de eerde metingen aan de dynamo opleverden.

Experimenten met een 7812 (12 V spannings stabilisatie IC) en een LM317 (als stroom stabilisatie gebruikt) stranden ook steeds op 10.7 V. het lijkt er dus op de op deze manier de stroom niet op te krikken is tot de 1 A en stabiliseerd op ~0.5 A. Eigenlijk wist ik dit wel maar experimenteren is zo leuk :) Ook eventuele winst bij lage snelheden is niet gehaald. Wel is het zo dat het flikkeren van het licht bij lagere snelheden zich niet meer voordoet. bij deze schakelingen.

Bij lage snelheden is de spannings verdubbelaar het efficientst en bij hoge de bruggelijkrichter.

Nog wat fotos van de uiteindelijke montage op de fiets. Het kastje kan heel gemakkelijk losgehaald worden en aangepast. Ik heb 2 behuizingen zodat ik op mijn dooie akkertje in de 2de een betere aansturing kan gaan bouwen.

ACHTERLICHT

Het achterlicht is gemaakt uit verschillende onderdelen. De basis is een oud knipperledlampje met 3 leds (smart). Ik heb het printje inclusief de orginele regelaar gebruikt. Belangrijk is dat je er eentje hebt die automatisch aangaat wanneer hij spanning krijgt anders komt hij in de uitstand wanneer je het licht aanzet.

Deze stuurt 3 leds erg efficient aan; efficienter dan wanneer ik het zelf zou doen met een weerstand. Omdat ik niet wil dat de spanning over het lampje + serie weerstand de spanning over de luxeon omlaag trekt heb ik er stroomregelaar mee in serie gezet. Deze tapt 18.4 mA af (R1 is 68 Ohm) van L1 en dat komt weer terug dus door L2 en L3 gaat wel de volle mep stroom (0.5A).
Dit houd echter in dat er een nieuwe achterlamp bij op komt. Ik wil het liever in de bestaande achterlamp inbouwen.

Plan b: de bestaande achterlamp via zijn eigen 2 weg schakelaar aansluiten op de dynamo. De batterijen laat ik zitten als backup of andere omstandigheden. Zie schema. HEt is een fijne zekerheid dat zodra ik voor licht heb ik achter gegarandeerd licht heb branden; of uit de batteren of omdat de dynamo vermogen naar achteren levert.

De gelijkrichter in het schema is perongeluk niet helemaal goed getekend. Vanaf de uitgang van de diodes moet het natuurlijk naar boven.
EVALUATIE

Na tijdens de Lowlands 1000 3 nachten met deze lamp te hebben doorgereden van zons ondergang tot zons opgang kan ik de volgende evaluatie maken.

1) Lichtopbrengst. De licht vlek is heerlijk breed en egaal. Vergeleken met de meeste lampen geeft hij zeer veel meer licht; Als er autos aankomen dan blijft het fietspad in vrijwel alle gevallen gewoon zichtbaar; iets dat ik vroeger met de LS600 (Trelock) en zeker met de EL500 en EL300 (Cateye) niet had.

Een tegemoed komende auto kan ik bij het passeren in het donker gewoon de nummerplaat tussen de koplampen lezen.

2) Het aan en uit kunnen zetten; seinen. Dit werkt zelfs boven verwachting goed. Autos die het groot licht aanhouden dimmen bijna altijd zodra ik even de lamp 2 of 3x aan en uit doe. Los van het soort lamp is het dus heel fijn als je kan schakelen met je lamp om te schijnen.

3) De accu raakt niet leeg ;). Ik kan -nu hij nog niet op volle sterkte werkt- aan de trap belasing niet merken of ik de lamp wel of niet aan heb staan. Wel vind ik dat het standlicht erg snel leeg raakt en wil ik die condensatoren nog iets vergroten.

4) Bij snelheiden boven ze 25 blijkt de bruggelijrichter inderdaad een hogere lichtintensiteit te verzorgen dan de spannings verdubbelaar. Onder snelheden van ongeveer 15 km/h (klimmen) is het duidelijk dat de spanning verdubbelaar veel meer licht oplevert. Bij ca. 8 km/h geeft de gelijkrichter bijna geen licht en de verdubbelaar prima licht. De snelheden zij nogal moeilijk te schatten in het donder....

Het handmatig schakelen is niet heel irritant maar het verschil is groot genoeg dat een automatische overgang tussen beide standen gewenst is. Dit is mogelijk goe d te combineren met het opvoeren van de stroom door de led die -waarschijnlijk- wel een minimale snelheid nodig heeft.

Update 24-01-2007

Ik heb voor mijn koplamp een VI karakterestiek gemaakt. (Zie figuur hierboven) Het begreft dus stroom (vertikale as) als funcite van de spanning over de leds (hoorzontale as).

Het gaat hier om 3 Luxeon (Star white, 3W Rank T [LXHLLW3CT10]) in serie. Spanning over 1 led is dus spanning delen door 3 :)

Meetaparatuur is niet ge-eikt maar de metingen lijken wel redelijk constant. Er kan dus een kleine offset in zitten.
Update 31-1-2007

Ik heb een verstraler gemaakt. Ik vond het licht veraf nog een beetje mager, zeker bij afdalen en hard doorrijden in het donker (kruissnelheid 30+).

Daarvoor wilde ik een verstraler er bij maken. Led besteld, lampje gemaakt; analoog aan de koplamp alleen met smallere lensjes.

Er kon gelukkig gelijk gemeten worden. Ik heb 3 serries metingen gedaan. Een met 1 led aan, eentje met 3 leds aan en eentje met alle 6 de leds aan. Alle leds zijn 3W luxeons. Hieronder staan de meetgevegend. In de eerste plot (links boven) staat de totale spanning over de leds. Links boven de spanning per led. Het valt gelijk op dat bij 1 led configuratie snel stabiel is. De 3 led is vanaf ongeveer 22 km stabiel, dit komt wel overeen met eerdere metingen. De 6 led (huidige lamp en de verstraler dus) configuratie is echter zelfs bij 35 km/h nog niet verzadigd.

De onderste twee grafieken geven de stroom door de leds en de geschatte opbrengst aan licht. Vooral deze laaste schatting is erg grof omdat dat gewoon het aantal leds * de stroom is. Grof doch eenvouding. Het is hier ook goed te zien dat het bij lagere snelheden (

Hieronder nog wat fotos van het bouw process van de verstraler.

Van boven naar beneden:

- Behuizing; kruiden potje van de Xenos. 8 euro per 6. 2 zichtbaar :)

- luxeons aan elkaar gesoldeerd met de hittegeleidende tape er al achter.

- foto van boven, de lensjes moeten nog in de houders.

- Het is slaapverwekkend, #ligfiets (IRC) op de achtergrond.

- De verstraler. Blauwe tape is tijdelijk maar makkelijk te verwijderen in het begin.

- Vooraanzicht. Ophanging is ook tijdelijk. Ik wil ze natuurlijk mooier onder elkaar hebben straks.

- schijn van voren. Boven dus de gewone koplamp met lensjes van 25 bij 6 grdaden en eentje van 6 rond. Onder dus de verstraler met 3 keer 4 graden rond.

- Foto van het regelkastje. De draaden worden tzt op maak gemaakt en dan verdwijnen ook de meetdraden. De draad naar achter gaat naar het achterlicht (ander bouw project).

Uiteindelijk kan ik nu met 5 standen van verlichting rijden.

1) Geen verlichting.
2) 1 led, 25x6 graden.
3) 3 leds, 2 25x6 en 1 6x6 graden.
4) 4 leds, 1 25x6 en 3 4x4 graden.
5) 6 leds, alles aan dus 2 25x6 6x6 en 3 4x4.

Bij die laatste verwacht ik trouwens dat ik dan echt harder moet trappen dan zal hij nl wel aardig wat vermogen gaan slurpen.
Update 12-03-2007

Het volle licht (alles aan dus) geeft pas echt vol lciht vanaf ongeveerl 40 km/h. Dit is echter geen probleem omdat je hebt ook dan pas nodig hebt :)

Gesteld kan worden dat onder de 12 km/h ik met 1 led meer licht opbrengst heb dat met meerdere leds. Daarnaast loont het pas vanaf ongeveer 26 km/h om alle 6 de leds aan te zetten. Zet ik de verstraler aan onder die snelheid dan zakt de totale licht hoeveelheid in.

Daarboven blijft de hoeveelheid licht toenemen met de snelheid en treed verzadiging van de dynamo pas op boven de 40 km/h.

Sinds kort heb ik ook de leds in de verstraler vervangen voor Seoul Z-power P4 leds. (Zie http://www.leds.de/product_info.php?info=p266_Seoul-Z-Power-LED-P4-star--white--240-lumen.html ). Deze leds geven ongeveer 2x zo veel licht als de luxeons deden. Ook is de kleur is warmer (geler) en minder blauw. Dat kijkt iets fijner.

Redactie