Κατασκευή φορητού 130° ευρυγώνιου φωτιστικού Led 16.000 Lumen 150W

 Ωραίοι δεν λέω οι φορητοί φακοί που παίζουμε αλλά ακόμα και τα τέρατα μεγέθους και Lumen δεν μπορούν ποτέ να κρατήσουν συνεχόμενα μία μεγάλη φωτεινότητας πάνω από 10.000 Lumen χωρίς να λειτουργήσουν οι θερμικοί κόφτες , να αδειάσουν οι μπαταρίες και το κυριώτερο στην πραγματικότητα δεν υπάρχει πραγματικά ευρυγώνιος φακός άνω των 90° γωνίας φωτισμού αφού πάντα υπάρχουν κάτοπτρα εστίασης , ώστε να φωτίσουν πχ μία ολόκληρη περιοχή εργασίας/έργου σε πλήρη ισχύ συνεχόμενα.

Ακόμα και οι πανάκριβες μπάρες προβολέων τζίπ , και ασθενείς είναι και κατευθυντικοί που δεν μπορούν να φωτίσουν γυροσκοπικά και ομοιόμορφα ότι βλέπει όλο το πεδίο όρασης των ματιών του ανθρώπου δηλ. 130°.
Θα πεί κάποιος υπάρχουν έτοιμοι προβολείς 220V 10.000 Lumen με τα γνωστά Κινέζικα Cob Led αλλά πέραν των 220V δεν είναι ούτε 5000 πραγματικά Lumen , έχουν εστίαση 60°, έχουν χείριστη απόδοση 50% κάτω από το χειρότερο Cree/Luminus Led και καίγονται σε λιγότερες από 1000 ώρες λειτουργίας.
Τελευταία κυκλοφορούν 150W V-Tac SMD Led προβολείς που ισχυρίζονται ότι παρέχουν 16.000 Lumen αλλά δεν ξεπερνούν ούτε τα 8000 Lm και για να αποδώσουν πραγματικά 15.000 Lm απαιτούν κατανάλωση άνω των 200 W και τεράστια επιφάνεια αλουμινίου παθητικής ψύξης.

Γενικά τα ευρέως κινούμενα φωτιστικά Led SMD 0.5-3W arrays αλλαγής συμβατών λαμπτήρων πυράκτωσης , έχουν 60% μικρότερη απόδοση από τα νέας γενιάς Cree/Luminus /Samsung chip die , καίγονται σε λιγότερο από 5000 ώρες λειτουργίας και δεν είναι στην πραγματικότητα τόσο οικονομικά που όλοι νομίζουν αφού είναι σχεδόν ίδια σε απόδοση με τα ηλεκτρονικά φωτιστικά διέγερσης αερίου (φθορισμού).

Ανέλαβα λοιπόν παραγγελία ιδιωτικού συνεργείου έργων οδοποιϊας που θέλουν να φωτίσουν όλο το εργοτάξιο/εσκαφής έργου όταν δουλεύει το συνεργείο σε μήκος το πολύ 30 μέτρων ακτίνα αλλά με πολύ ισχυρό φωτισμό που τον υπολόγισα γύρω στα 16.000 Lumen και παρουσιάζω το project σε περίπτωση που κάποιος θέλει να κατασκευάσει κάτι παρόμοιο για φορητό φωτισμό κτηρίου ή υπαίθρου.

Επιλογή LED

Τι Led λοιπόν θα διάλεγε ένας ειδικός φωτισμού ? σίγουρα όχι Κινέζικα Cob Led αλλά επώνυμα όπως το USA Cree® XLamp® CXB3590 LED , με 2 παράλληλα στα 36V λειτουργίας αλλά 1ον θέλουν ειδικές βάσεις στερέωσης που θα ρίξει την δέσμη κάτω από 100° και 2ον έχουν πολύ χαμηλή απόδοση Lm/Watt σε σχέση με τα μοντέρνα chip die των Cree και ενεργειακά για μπαταρίες είναι ασύμφορα.
Δεύτερη λύση ήταν τα σειριακά 10 ή 20 Led arrays αλλά copper PCB 5050 & 7070 δεν υπάρχουν έτοιμες και των 3535 που υπάρχουν δεν είναι ικανοποιητική η απόδοση 3535 Led με dome όπως XP-E / XP-L3 HD / SST-20 , οπότε αρκέστηκα σε συναρμολόγηση 8 X 20mm Led PCB 5050 πάνω σε επιφάνεια αλουμινίου με ενεργητική ψύξη 12V fan και έμεινε μόνο η επιλογή των 5050 dome Led.
Τελικά επειδή το ζητούμενο ήταν τα 5000Κ σε χρώμα φωτισμού επιλέχθηκαν τα τελευταίου flux bin Luminus SST-40 VH που στα 7,5W λειτουργίας αποδίδουν τουλάχιστον 1000 Lumen το καθένα (159 Lm/Watt) δηλ. 8.000 Lumen στα μόνο 60W κατανάλωσης του driver που μόνο με 3 * XHP70.3 HD μπορούσα να το πετύχω σε ίδιο efficiency αλλά δυστυχώς δεν βγήκαν ακόμα σε 5000Κ.

 

Επιλογή μπαταριών

Γιά τέτοιο σύστημα ισχύος η 12-βολτη μολύβδου βαθειάς εκφόρτισης είναι μονόδρομος για να διατηρηθεί η πλήρης φωτεινότητα για πολλές ώρες αλλά και με 9 Χ 21700 Li-Ion Samsung 50E (ανά 3 παράλληλες) & 15Ah καλύπτεται 1 ώρα στα 16000-13000 Lumen ή 3 ώρες στα 8000 Lumen.

Μελέτη-Σχεδίαση Driver

Εφόσων έχουμε πηγή 12V για να τροφοδοτήσουμε τα 8 Led στη σειρά με περίπου 3,5V το καθένα χρειαζόμαστε έναν Step-Up converter 10-14 βολτ σε σταθεροποιημένα 28 βόλτ αλλά και με σταθερό max ρεύμα που υπολογίστηκε στα 15Α.
Επιπλέον η κατασκευή εξοπλίστηκε με PWM dimmer που ρυθμίζει με PWM duty cycle από 18 έως 96% την ισχύ φωτεινότητας των Led από 1300 έως 16.000 Lumen στο κύκλωμα που θα περιγράψω.

 

Καρδιά του κυκλώματος είναι ο PWM controller MIC2196 που έχει έλεγχο τάσης σταθεροποίησης , περιοριστή ρεύματος αλλά και είσοδο PWM (5KHz max) γιά dimming και έλεγχο βηματικής φωτεινότητας που ελέγχω και τις στροφές του ανεμιστήρα παράλληλα.
Η συχνότητα λειτουργίας των step-up παλμών είναι αρκετά υψηλή 400KHz ώστε να απαιτείται μικρό πηνίο και λίγες σπείρες για τον τριπλασιασμό τάσης , η συχνότητα περιοριστή ρεύματος είναι περίπου 100KHz και συνολικά έχει πραγματική απόδοση >96% πράγμα που δεν επιτυγχάνεται ποτέ σε ένα μικρού μεγέθους driver φακού.

Παρακάτω οι κυματομορφές του Driver

Υπαρχει μεγάλη ευεληξία στη μετατροπή του κυκλώματος για να προσαρμόσετε οποιοδήποτε άλλο Led array ή Led αφού πχ με αλλαγή τάσης εξόδου στα 36V από το trimmer Ρ6 και με αλλαγή της αντίστασης Source R4 στα 10mR τροφοδοτείτε το CXB3590 γιά 12.000 Lumen.

Το πηνίο είναι 2 Χ 14 σπείρες (biffilar) 1mm , σε torroidal κίτρινο ή λαχανί 16mm και το pin 3 του chip (enable) είναι σε max λειτουργία ισχύος άν δεν συνδέσετε έλεγχο φωτεινότητας PWM.
To fan είναι απλό 12-βολτο PC τύπου που δεν αφήνει την θερμοκρασία του αλουμινίου να ανέβει πάνω από 40° Κελσίου.

 

 

Το project λειτουργεί από 9 - 14V και με μπαταρία μολύβδου από τα 12,6V έως τα 11,5V της τάσης της δούλεψε αδιάλειπτα σε πλήρη ισχύ 16.000 lumen μέχρι το 20% της χωρητικότητας της μπαταρίας που είναι και το max επιτρεπτό.
Επίσης σε cold start η μέγιστη φωτενότητα των Led ξεκινάει από 17.000 Lumen και δούλεψε συνεχόμενα σε τροφοδοτικό 12V/13,5A στα 16000 Lumen για 6 συνεχόμενες ώρες άρτια στους 38° Κελσίου.

MOD φακών αξιώσεων δημοσιεύω κατά καιρούς στο https://www.car.gr/classifieds/my/?category=50&myclassifieds=1

Νέες Κυκλοφορίες Led από την USA Cree

 Μετά την εδιαφέρουσα κυκλοφορία από την Luminus του SFT-40 Hi του τρίβολτου αντικαταστάτη του 12-βολτου XHP35 Hi , ήρθε και η σειρά της Cree να βγάλει τα αντίστοιχα εργοστασιακά De-dome δηλ Hi Density των αντίστοιχων XHP70.2 & XHP50.2 ,  να γλυτώσουμε και εμείς οι Mod-άκηδες το δύσκολο χειρουργικό de-dome των παραπάνω Led , αλλά η φωτοεκπέμπουσα επιφάνεια των 7070 XHP70 δέν παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον σε πυκνότητα φωτός γιατί και de-dome είναι ήδη αρκετά μεγάλη.

Ανακοινώθηκαν λοιπόν τα XHP70.3 και XHP50.3 και το δεύτερο ήδη παρουσιάζει ήδη ενδιαφέρον γιατί στο Ηi version και μεγάλη ισχύ έχει και μικρή επιφάνεια εκπομπής , άρα μεγάλη πυκνότητα !
Από την φύση τους άν συγκρίνουμε ένα 7070 & 5050 , όπως έχω περιγράψει η διαφορά τους με dome είναι 49mm² VS 25mm² άρα άν το XHP50 σε κάτοπτρο παράγει 100KCd με 4000 Lumen , τότε το XHP70 πρέπει να παράξει 8000 Lumen για να φτάσει την ίδια πυκνότητα φωτός στην ίδια απόσταση.

Παρέλαβα λοιπόν αρχικά το US Cree XHP50.3 Hi P3 C1 6500K 6/12V configuration , για να μετρηθεί και να βγάλω αποτελέσματα συγκριτικά με τις προηγούμενες σειρές που χρησιμοποιούμε.
Αρχικά η επιφάνεια εκπομπής του είναι (2,78mm ανά πλευρά τετραγώνου)² = 7,73mm² πράγμα που σημαίνει ότι είναι κάτι λιγότερο από την διπλή επιφάνεια του XHP35 Hi , άρα άν το δεύτερο βγάζει max 2800 Lumen τότε το XHP50.3 Hi το ξεπερνάει σε πυκνότητα άν μπορεί να βγάλει τα διπλά δηλ 5600 Lumen ... και με εκπληξή μου τα βγάζει και μάλιστα τα ξεπερνάει !

Συγκεκριμένα στα 8,4Α και 6,82V δίνει τα 5600 Lumen και μάλιστα με διπλάσια επιφάνεια κάλυψης στον στόχο από το XHP35 Hi , αλλά μπορεί και να φτάσει οριακά στα 10Α και τα 6200 Lumen και να ανεβάσει και την πυκνότητα και την spill εκπομπή φωτός σε τεράστιο βαθμό πλησιάζοντας τα υπερβολικά 90W λειτουργίας , πράγμα που πρώτη φορά γίνεται με 5050 προϊόν της Cree.Αυτή η νέα 3 generation έχει εκπληκτική απόδοση και χαμηλότερο συντελεστή θερμοκρασίας °C/W  πού δηλώνεται κοντά στο 0.4 , γι' αυτό αντέχει στα πολύ υψηλά ρεύματα χωρίς να υπερθερμαίνεται άν τηρούνται οι προδιαγραφές χάλκινης PCB & επιφάνειας ψύξης.

Δείτε τον παρακάτω πίνακα μετρήσεων του Led στην Πανεπιστημιακή σφαίρα διαμέτρου 1m με ειδική κατασκευή ψύξης του σε δευτερεύουσα λευκή σφαίρα ώστε να μην χαθεί καθόλου η εκπεμπόμενη ακτινοβολία από δευτερογενή απορρόφηση που συμβαίνει σε όσους μετράνε χωρίς γνώσεις ! 

Υπάρχουν στην τελευταία στήλη και τα μεγέθη που μετρήθηκαν παλαιότερα από το XHP50.2 P2 C1 με ακριβές χειρουργικό de-dome , και φαίνεται η υπεροχή του όπου ειδικά στα 7Α παράγει 1000 lumen παραπάνω.
Αργότερα στο εργαστήριο κλείδωσα την λειτουργία 9,3Α / 6,91V στα 65 Watt και δούλεψε το XHP50.3 Hi με σωστή επιφάνεια ψύξης συνεχόμενα 2 ώρες χωρίς το παραμικρό πρόβλημα !

Τελειώνοντας με αυτό να επισημάνω ότι κάνετε ευθεία αντικατάσταση σε 8-βολτο φακό σας με XHP50.2 , όπου εκτός από την διπλάσια πυκνότητα (εμβέλεια) θα κερδίσετε και αρκετές εκατοντάδες Lumen.


Την πρώτη κυκλοφορία διεθνώς την έκανα με Mod υποβρύχιου φακού ΕΔΩ

ΝΕΟ 2022 3V USA Cree XHP50.3 HD

Σειρά έχει και το USA Cree XHP50.3 HD C1 3V configuration να μετρηθεί και να βγάλω αποτελέσματα συγκριτικά με τις προηγούμενες σειρές που χρησιμοποιούμε.
Πρόκειται για σοβαρή αναβάθμιση του 3V XHP50.2 με υψηλότερη ισχύ και απόδοση Lm/Watt , χαμηλότερο Vf και χαμηλότερο συντελεστή θερμοκρασίας °C/W  πού δηλώνεται κοντά στο 0.4.

Συγκεκριμένα στα 15,5Α και 3,45V δίνει τα 6000 Lumen αλλά μπορεί και να φτάσει οριακά στα 20Α πλησιάζοντας τα υπερβολικά 70W λειτουργίας αλλά δεν συνίσταται για το μικρό 5050 chip ώστε να απορροφάται σωστά η θερμοκρασία. Τώρα σε σχέση με το αντίστοιχο XHP50.3 Hi Density , Έχει σαφώς μεγαλύτερη απόδοση σε Lumen (+10%) λόγω του ευρυρώνιου dome και αντέχει θερμικά περισσότερα 2Α λειτουργίας από αυτό.
Γιά παράδειγμα το XHP50.3 Hi στα 10Α δίνει 4050 Lumen ενώ το XHP50.3 HD δίνει 4420.

Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται και οι τιμές του τελευταίου flux Cree XHP50.2 για συγκρίσεις.

Συνιστάται η απ' ευθείας αντικατάσταση του παλιότερου XHP50.3 σε φακούς όπου χρησιμοποιούνται direct mosfet drivers αφού λόγω του χαμηλότερου Vf και της μεγαλύτερης ισχύος και απόδοσης θα λάβετe 50% αύξηση της φωτεινότητας Lumen.
Παράδειγμα στον Astrolux MOD μου ΕΔΩ που είναι και ο πρώτος φακός διεθνώς με XHP50.3 HD , με τον ίδιο MOD direct mosfet driver το XHP50.2 στα 12Α έδινε 4300 Lumen και με την αλλαγή σε XHP50.3 HD τό ρεύμα έφτασε τα 16Α και η φωτεινότητα στα 6120 Lumen ...

Νέο 2022 USA Cree XHP70.3 Hi 6500K

Επιτέλους το πολυαναμενόμενο Hi Density 7070  Led που μας γλυτώνει από το συνήθες "ξύρισμα" του XHP70.2 γιά να διπλασιάσουμε την πυκνότητα φωτός σε έναν πολύ ισχυρό ευρυγώνιο φακό !
Ο λόγος για το νέο πανίσχυρο 45W USA Cree XHP70.3 Hi που μόλις κυκλοφόρησε και μάλλον είμαι ο πρώτος που θα κάνει επίσημο Benchmark.

Είναι το μόνο 7070 Led που μπορεί να φτάσει μεν τα 9000 Lumen πρωτοφανές για Hi (dedome) version αλλά να ξεπεράσει και τα 300KCd πυκνότητας φωτός αφού η πραγματική επιφάνεια εκπομπής του Hi version είναι μόνο 4mm Χ 4mm δηλ 16mm².

Σε σύγκριση τώρα με το προηγούμενο XHP70.2 τελευταίο Flux dedome στα 6Α/6V είναι
- XHP70.2 dedome = 4450 Lumen
- XHP70.3 Hi = 5080 Lumen

Στα 12Α/6V και στον ίδιο φακό διαμετρήματος κατόπτρου 80mm , η πυκνότητα φωτός μετρήθηκε :
- XHP70.2 dedome = 250KCd   (στα όρια ισχύος του σαν dedome)
- XHP70.3 Hi = 315KCd   (άνετη λειτουργία με χαμηλότερη θερμοκρασία)



Δείτε αναλυτικά τις μετρήσεις που έγιναν στη "σφαίρα" με ειδικό εξοπλισμό ψύξης και χαμηλής απορρόφησης φωτός  ...

Σοβαρή μ' άλλα λόγια αναβάθμιση από το κλασσικό Dome XHP70.2 ενός πολύ ισχυρού φακού όπως Convoy L6 / Astrolux MF02 XHP70 / BLF GT XHP70 , γιατί πέρα από πάνω από 2000 Lm κέρδος φωτεινότητας θα υπερδιπλασιαστεί και η πυκνότητα φωτός άρα και η απόσταση που θα ταξιδεύει ... 

Η πρώτη διεθνής κυκλοφορία φακού με το νέο XHP70.3 Hi Density θα βρίσκεται για λίγο καιρό ΕΔΩ

Νέο USA Cree XM-L3 U4 C1

Παρέλαβα και δοκίμασα τελικά το νέο Cree XM-L3 στο πιό πρόσφατο Flux Bin U4 (2022) και έγινε το τελικό benchmark που θα δείτε παρακάτω  !
Σε σχέση με το αντίστοιχο XM-L2 U4 της προηγούμενης σειράς οι διαφορές είναι αξιοσημείωτες :
- Στα 5Α οριακά για το L2 δίνει 2050 Lumen και το L3 δίνει 2190 Lumen.
- Το L3 όμως δεν μένει στα 5A αφού μπορεί να ξεπεράσει και τα 9Α αφού είναι σχεδόν διπλάσιας ισχύος και ξεπερνάει τα 3000 Lumen στα 8,5Α που είναι και η προτεινόμενη max ισχύς.
- Το L3 έχει μικρότερο συντελεστή θερμότητας °C/W άρα απαιτεί μικρότερη επιφάνεια ψύξης και συνεπώς σε ένα φακό EDC αντικαθιστώντας το L2 με το L3 αυξάνετε την ισχύ χωρίς να αυξηθεί η θερμοκρασία περαιτέρω στο σκάφος αλουμινίου.
Παρατηρήστε στον παρακάτω πίνακα την απόδοση του 2022 USA Cree XM-L3 U4 P1.




Tο κλείδωσα σε συνεχόμενη λειτουργία στα 8,1Α / 32W και 3000 Lm με C8 τύπου ψύξη και δούλευε άψογα συνεχόμενα χωρίς να υπερθερμαίνεται το chip-die , που δεν μπορεί κανένα από τα προηγούμενα να αντέξει πάνω 30W συνεχόμενη λειτουργία !

Έχουν βγεί παράλληλα όμως από το 2018 κάποια πιό εξελιγμένα XM-L2 όπως το U3 5700K που διαθέτω που είναι και 7Α λειτουργίας αλλά είναι 6% μικρότερης φωτεινότητας από το L3.
Βέβαια γιά πάνω από 2500Lm είναι προτιμότερη η επιλογή 3V XHP50.2 ή αργότερα 3V XHP50.3 HD αφού σε αυτά τα ρεύματα έχουν καλύτερο efficiency και λιγότερες απώλειες.

Την πρώτη κυκλοφορία διεθνώς την έκανα με Mod φακού ποδηλάτου ΕΔΩ

Νέο Cree XLamp XP-P Hi 1,1mm²

Πρόκειται για πρώτη φορά απάντηση της Cree στη σειρα Osram Hi density της 1mm² φωτοεκπέμπουσας επιφάνειας.
Το νέο Cree XLamp XP-P διαθέτει 1,1mm² επιφάνεια εκπομπής αλλά σε chip die 3535 από 3030 των αντίστοιχων Osram , που εξασφαλίζει καλύτερο θερμικό συντελεστή και απορρόφηση θερμοκρασίας από το κλασσικό KW CULNM1.TG της Osram , καθώς επίσης και καλύτερο συντελεστή Lum/Watt έναντι του δεύτερου.

 

Η ισχύς του είναι λίγο χαμηλότερη από τα αντίστοιχα 1mm² της Osram αλλά το ίδιο αποτελεσματικό μέχρι τα 4Α αλλά στα 2Α γιά έναν μικρό EDC φακό που έχει μικρό reflector < 21mm διάμετρο , έχει την καλύτερη απόδοση σε πυκνότητα φωτός και απόδοση από τα Osram αφού παρέχει 40 lumen παραπάνω.

Είναι ιδανική επιλογή για έναν φακό κεφαλής , τσέπης μέχρι 700 Lumen, όπου σε ένα μικρό κάτοπτρο < 21mm εξασφαλίζει και καλή δέσμη αλλά και απόδοση με πχ μονή μπαταρία 18650 που θα ξεπεράσει και 2 ώρες συνεχόμενης λειτουργίας σε αυτή την φωτεινότητα.