Hasznos kellékek a terepen 13. - Újabb LED-es off-road munkalámpa házilag (+videó)

8 hónap telt el azóta, hogy bemutattam az általam ismert legolcsóbb házi LED-es munkalámpa építésének folyamatát. Azóta rengetegen találtak rá a blogra emiatt, a jelek szerint tehát sokakat érdekel a házi "fénycsinálás". Engem is folyamatosan foglalkoztat, hogyan lehet hatékonyan és olcsón további fényt teremteni a terepi barangolások alkalmával, hiszen a fényerőből sosem elég. A most ismertetésre kerülő LED egy újabb lehetőség erre. A részletes építési lépések bemutatásától eltekintenék, hiszen szinte minden szempontból ugyanarról van szó, mint amit a LED-es tolatófény építésénél egyszer már leírtam, csupán az alapanyag más. Aki tehát a pontos útmutatót keresi, a fenti linken található szöveggel kezdje az olvasást.

Az eltelt idő alatt olcsóbbak lettek a fényforrások és egyre inkább a COB LED-ek felé tendál a piac. A COB (chip on board) technológia lényege és legnagyobb előnye, hogy több kisebb LED-et integrálnak egy felületre, fényük összeadódik, a korábbi megoldásokkal szemben viszont nagyobb felületen képesek a hőt leadni, így könnyebb a hűtésükről gondoskodni, valamint jobban is bírják a magasabb üzemi hőmérsékletet. A módszer további előnye, hogy bizonyos technikai határok között tetszőleges nagyságig skálázható a fényforrás mérete és fényereje, egyszerűen nagyobb lemezre több LED-et kell ültetni és kész.

Jöjjön tehát a legújabb kedvenc, a specifikáció szerint 10 Wattos, 1000 lumenre képes LED csík (LED strip):

COB LED csík (10W, 1000 lumen)

A hong kongi áruház adatai szerint ez a 7.6$-os (kb. 1700 Ft-os) fényforrás 12-14 Voltos tápfeszültséggel érzi jól magát, ami pont ideális lenne autóba, hiszen akár direktbe (közvetlenül az akkumulátorra) is lehetne kötni, nem kellene hozzá kiegészítő elektronika. Egy jó állapotban lévő generátor ugyanis maximum 14.4 Voltos feszültséget állít elő, elektromos fogyasztókkal ez az érték pedig valahol 13.4-14.0 Volt között mozog. Szóval az elképzelés nem rossz, a valóság azért kevésbé ilyen egyszerű, de ezt mindjárt részletesebben is kifejtem.

A fenti képen látható LED egyik legnagyobb előnye, hogy pici. Nagyon pici. Konkrétan 12 x 1 cm, emiatt könnyen lehet mindenféle kendácshoz használni, akár hűtőrácsba eldugni, beltérbe plusz fénynek, alvázra, motorháztetőre szerelőfénynek stb. A kis méret ellenére viszont nagy hőleadó felülettel rendelkezik. Számoljunk csak! A múltkor bemutatott 10 Wattos LED alapterülete 2 x 2 cm, vagyis 4 cm2. A fenti 10 Wattos LED csík 12 x 1 = 12 cm2-nek köszönhetően háromszor hőleadó felülettel rendelkezik. Ha jól számoltam, 48 darab apró LED alkotja a csíkot, ezek együtt produkálják az 1000 lument.

Kivitelezés:

A korábban már bemutatott módon, 1 méter hosszú, 15x15 mm-es keresztmetszetű alumínium zártszelvényre (1 mm-es falvastagság) dolgoztam fel a LED-eket, ez biztosítja a rögzítést és a hűtőközeget. A két LED csík közé a korábbról már ismerős "kocka" LED-ből került 2 darab. Gondoltam egy merészet, és rögtön popszegeccsel dobtam fel a zártszelvényre, előtte persze hőátadó pasztával megkentem, enélkül nem szabad LED-et rögzíteni. Természetesen lehet hőátadó kétoldalas ragasztócsíkkal vagy hőátadó ragasztópasztával is dolgozni, engem most a kíváncsiság vitt a popszegecs felé, így még nem rögzítettem LED-et, ráadásul a LED csíkon adja magát a két furat.

A hőátadó paszta használata elengedhetetlen a megfelelő hűtés érdekében

A csík mindkét felén van betáplálási pont, bármelyik szabadon használható, és bármelyikről tovább lehet vinni a delejt másik LED-hez (ettől még nem sorba lesznek kötve, hanem párhuzamosan, csak egy csomó drótot és kábeldugdosást lehet vele spórolni). A forrasztásra kevés hely van és a két pólus is közel van egymáshoz, ezért célszerű a forrasztás után valami ragasztóval (pl. ragasztópisztoly használata) vagy sziloplaszttal kinyomni a két végén a betáplálás környékét, ez véd a sérüléstől, rövidzártól.

Betáplálási és rögzítési lehetőség

Áramellátás:

Ez a legfurcsább része a projektnek. A forgalmazó azt írja a termék adatlapján, hogy Rated voltage: 12-14V, Current: 720 mA. Kimérve a karakterisztikáját kijelenthető, hogy az adatlap ebben a formában nem teljesen oké. Különböző feszültségeken vizsgáltam a felvett áramot, és az alábbi görbét kaptam:

Ebből jól látszik, hogy már 12 Volton 700 mA-t zabál, 12.7 Voltnál pedig már átlépi az 1000 mA-t (1 Ampert). 14 Volton az áramerősség 1.65 Amper, vagyis több, mint duplája a megadott értéknek. 14.4 Volton pedig 1.9 Ampert pipál a jószág. Viszont az az érdekes, hogy a fényerő viszonylag egyenletesen nő az áramerősséggel, és nem száll el az U-I görbe, vagyis nem lesz hirtelen meredek, ami arra enged következtetni, hogy megfelelő hűtéssel talán bírni fogja ezt a terhelést. Mindenesetre már egy ideje közvetlenül táplálom az autó elektromos hálózatáról, és eddig túlélte, bírja. Ez persze annak is köszönhető, hogy megfelelő a hűtése.

Hőtermelés, hűtés:
A fenti grafikon alapján egyszerűen kiszámolható, hogy 12.8 Voltnál 13 Watt fölötti a teljesítménye, 14 Volton 23 Watt, 14.4 Volton 27 Watt körüli a fogyasztás. Álló és járó motor között tehát dupla lenne a teljesítménybeli különbség, ennyivel viszont nem ad több fényt 14.4 Volton.
Az biztos, hogy 14 Volt körül rohadt sok hőt termel a LED csík. A zártszelvényre 4 LED-et raktam, 2 kocka LED-et (10 Wattos darabok) és 2 LED csíkot. 11 centire a két szélétől helyeztem el a két csíkot, középre meg a 2 kockát, a LED-ek között pedig kb. 17 centi távolságot hagytam. Így álló helyzetben (menetszél nélkül) az 1 méteres alu zártszelvény éppen elég a kb. 60 Watt hűtésére, az egész idom teljesen átveszi a hőt, mindenhol jó meleg lesz (50-60°C környéke).
Mértem a LED csík hőmérsékletét is, 14.2 Volton járattam a LED-eket közel 5 órán át. Már 10-15 perc után beállt az egyensúly, átlagos szobahőmérsékleten 85-105°C között tartható LED a fent vázolt hűtési rendszerrel. Állítólag a COB technológiájú LED-ek tartósan is bírják a 100 fokot, remélem ez igaz, mert szükség van erre a tulajdonságra. Az is igaz, hogy a menetszél nagyon sokat segít. Már szájjal fújva akár 15-20°C-ot lehet rajta hűteni pár másodperc alatt, valós outdoor körülmények között pedig a menetszél kordában tartja a melegedést. A mostani 0°C körüli hőmérsékleten már kisebb sebesség mellett is csak éppen langyos a LED és a zártszelvény. Álló helyzetben pedig több órán keresztül hajtva sem döglött meg a LED, igaz a túlhajtás minden LED élettartamát jelentősen csökkenti. Mondjuk egy átlagos halogén izzónál valószínűleg így is tartósabb lehet.
Az eddigi tapasztalatok alapján tehát arra tippelek, hogy ez a LED csík hajtható közvetlenül az autó elektromos hálózatáról, nem szükséges IC-vel korlátozni az általa felvett áramot. Ennek viszont alapfeltétele a megfelelő hűtés, célszerű tehát hőmérővel ellenőrizni az álló helyzetben és haladás közben mérhető hőmérsékleteket.

Fényerő, sugárzási szög, tesztfotók:
A legfontosabb kérdés persze az, hogy mekkora fénye van a jószágnak? Elég nagy. Az alábbi tesztképeket a jó állapotú fényszórókban Osram Silverlight izzók voltak, a LED-eket tartalmazó zártszelvényt pedig közvetlenül a fényszórók alá tettem. A 10 Wattos kocka LED-ek a fotózás során nem voltak felkapcsolva (azok fényerejét a múltkori világításról már jól ismerjük), csak a LED csíkok. Viszonyítási alapnak ott a tompított fényszóró 2x55 Wattos H4-es fénye, reflektor üzemmódban pedig 2x55 Watt H1-es és 2x60 Watt H4-es halogén fény vetül az útra. Ehhez képest lehet értelmezni a LED-ek fényerejét, amik a kb. 14 Voltos feszültség miatt 2x23 Wattot fogyasztanak (járó motor mellett készültek a képek). Mindegyik kép manuális üzemmódban, azonos expozíciós beállításokkal készült (ISO 200, 20 sec, F8). A felszerelés egy Pentax K10D fényképezőgépből, egy Sigma EX 17-35mm f2.8-4 objektívből, valamint egy állványból állt. A gépet az autótól balra állítottam fel, íme az eredmény:

LED csík és halogén izzók fényerejének összehasonlítása

Jól látszik, hogy a LED csík terítőfényként üzemel, tehát a tér minden irányába ontja a fényt. Ez nem csoda, hiszen elsősorban beltéri világításokba szánják (konyha, nappali stb). Csak a LED-eket használva (1. kép) is szép fényt kapunk, de azért picit csalóka a fotó: távolra csak a halogén tompított és távolsági fényszóró világít, tehát a LED csík inkább az előttünk/mellettünk lévő út, terep stb. megvilágítására jó, terítőfényként, munkalámpa jelleggel. Arra viszont igen hasznos.

Színhőmérséklet:
Nagyon leegyszerűsítve a színhőmérséklet azt mondja meg, hogy az adott (elvileg fehér) fényt hidegebb vagy melegebb árnyalatúnak érezzük-e. Minél nagyobb a Kelvinben megadott érték, annál hidegebb, kékbe hajló színe van a LED-nek, minél kisebb a színhőmérséklete, annál melegebb, sárgás árnyalatról beszélhetünk. Nehéz volt látatlanban megsaccolni, hogy az adatlapon megadott 3000K-es színhőmérséklet végül mennyire lesz sárgás a gyakorlatban, hiszen a LED-eknél ez gyártónként változik, sajnos nem teljesen korrekt módon adják meg a LED-re jellemző értéket. A fenti fotók alapján már jól látható, hogy meleg, de nem túl sárga a fénye, kb. a halogén izzóval azonos színhőmérsékletű. A viszonyítás kedvéért csináltam egy olyan képet, ahol felkapcsoltam a 6500K-es színhőmérsékletű, 10 Wattos kocka LED-eket is. Itt eléggé kiütközik a különbség, a 6500K hideg fehér, sőt picit kékbe hajlik:

Eltérő színhőmérsékletű fényforrások

Árak, változatok:
A fent bemutatott 3000K-es LED csík 7.6$-ba kerül, mennyiségi kedvezmény pedig már 3 darabtól jár: ekkor 6.6$-ért számolják darabját. Aki inkább a hidegebb fényeket szereti, annak a 6500 Kelvines LED csíkban érdemes gondolkodnia, ennek ára 8.5$, három darabtól pedig 7.4$. Ez azt jelenti, 10000 Ft-ból ki lehet hozni 4-6 darabot a kocsi orrára, a 4000-6000 lumen pedig már korrekt világosságot csinál.

Az elején említettem, hogy egyre olcsóbbak és gyakoribbak az 1000 lumen környéki LED-ek. Míg a korábbi projektnél bemutatott 750 lumenes "kocka" LED 6$ volt, addig ma 1000 lumenes kocka LED-et kapni 4.7-4.9$-ért (attól függően, hogy 6500 vagy 3300K-es változatot akarunk). Ha szúrófényben gondolkodunk, akkor is olcsóbb lett az élet: a sokféle olcsó fókuszáló optika miatt ajánlott Cree XM-L LED 8.9$ helyett már 6.3$-ért elérhető. Mondhatnánk, hogy 1-2$ nem nagy pénz, de ha azt nézzük, a 20-30%-os árcsökkenés miatt feltétlenül olcsóbban építhetők több LED-ből álló projektek, és ez kedvező a házi kendácsolók számára.

Tesztvideó:
Bár régi, olcsó DV kamerával nehéz jó minőségben összehasonlító felvételt készíteni, az alábbi videó talán érzékelteti, mit tud a LED. A tolatófény 1db kocka LED-ből (kb. 10 Watt), a kocsi orrán lévő fénysor pedig 2 db kocka LED és 2 db LED csíkból áll (kb. 60 Watt).

Egy ötletes LED fénysor Suzuki Samuraira

Korábban már beszámoltam róla, hogy a LED-esítésről szóló írás alapján mások is megépítették LED-es lámpáikat. Egy újabb megoldást mutatok be SSJ jóvoltából, aki Suzuki terepjáróját látta el tetőfénnyel (a fotók is tőle származnak, köszönet érte).

Az Ivwi által kipróbált 4 LED-es felállást választotta, Cree XM-L T6-os fényforrások kerültek a fénysorba. Úgy tűnik, hogy szerencsés ez a felállás, mert a melegedés itt sem jelentkezett komoly problémaként, idézem:

"Mérni nem tudtam mert nincs hozzá műszerem, tapintásra nem éreztem, hogy melegedett volna."

A hűtésről egyszerű hűtőborda gondoskodik, SSJ a HEStore.hu-ról is rendelhető típust vágta ketté, majd ezekre lettek felragasztva a LED-ek.

4 db Cree XM-L T6 LED sorba kötve

Egyszerű, olcsó hűtőborda a LED-ek alá

A fénytereléshez a jól bevált hong kongi oldalról rendelt reflektorokat:

Cree XM-L T6 LED és hozzá való reflektor

Reflektor ül a LED-en

Készül a szendvics:

LED ragasztása a hűtőbordára

És most jön a rafinéria: a LED-ek egy 40x80 mm-es zártszelvénybe süllyesztve kaptak helyet, maga a zártszelvény pedig egyben tetősín a kocsi tetején!

40x80-as zártszelvény

A LED és a vezetékezés is a zártszelvényben kapott helyet

A LED zártszelvényen belüli rögzítéséről SSJ így írt: "alulról csavaroztam meg egy darab hármas süllyesztett fejű átmenő csavarral, hogy esetleg oldalirányba lehessen állítani, a tetősínnek van annyi játéka, hogy lehessen buktatni rajta egy keveset, bár nem sok változást tapasztaltam a vízszinteshez képest 2-3mm sem számit."

LED beépítve a zártszelvénybe

 Hogy ne menjen tele dzsuvával a zártszelvény, minden LED elé plexiből kivágott és festett burkolat került. Így kimondottan kellemes látványt nyújt a fénysor, ráadásul tényleg elkerülhető a por, víz, növények bejutása.

Plexi a LED-ek előtt

Diszkréten megbújó lámpák

A fent vázolt megoldásnak köszönhetően szép, mégsem feltűnő lámpasor az eredmény. Elsőre meg sem mondaná az ember, hogy 4 LED figyel a tetőn:

Természetesen meg lett hajtva a LED fénysor az éjszakában, így össze is lehet hasonlítani a különböző fényforrásokat. LED - tompított - távolsági (reflektor) - és all in a sorrend:

A  képek magukért beszélnek, jó fénye van a "háztájinak". Említést érdemel még a színhőmérséklet, SSJ így foglalja össze: "a fénnyel kapcsolatban még annyi a tapasztalat, amit a fotók nem biztos hogy visszaadnak, az a kékes fény." A gyártó által megadott 6300K-es színhőmérséklet tehát reálisnak tűnik, nagyon hideg, enyhén kékes beütésű fehér fényről van szó.

A fent vázolt megoldásból tehát jó ötleteket lehet meríteni, köszönet SSJ-nek, hogy megmutatta az elkészült LED sorát. Egyúttal buzdítok mindenkit arra, hogy bátran küldjön képeket saját LED-es lámpaépítéséről, hiszen hasznos segítség lehet a többi terepjárós kollégának a "fénycsinálás" terén.

Gagyi halogén izzó vs. minőségi halogén izzó

Mielőtt újabb házi LED-es terepi világítás bemutatásába kezdenék, rövid bejegyzés egy apró, de nem mellékes dologról: mi a különbség a gagyi, noname halogén izzók és a márkás izzók között? A reklám szerint nagyobb fény, tartósabb konstrukció stb, de szerintem alapvetően a precíz kivitelezés az, ami miatt érdemes a drágább, neves gyártótól származó izzókat választani. Gimnáziumi fizika ismereteket felidézve mindenkinek rémlik valami a lámpák vetítési képéről, ha más nem, hát a parabolatükörről az, hogy a fókuszpontba helyezett fényforrás fénysugarait párhuzamosítja, ezért használják fényszórók alapjául. Valójában a paraboloidnál bonyolultabb alakúak a mai autólámpák foncsorai, de az elv ugyanaz: a halogén izzók méreteit úgy határozzák meg szabványok által, hogy az izzószál pont az optikai rendszer fókuszpontjába essen, így jön létre a megfelelő tükröződés.

Hagyományos lámpatest vetítési módja

Projektoros lámpatest vetítési módja

A fenti ábrákon jól látszik, hogy az öregebb autók sima tükrös rendszere és a modernebbek projektoros megoldása is arra épül, hogy az izzószál pontosan meghatározott helyen sugározza magából a fényt. Az izzógyártónak tehát egyetlen feladata van: a szabványnak megfelelően pontosan megtervezni és legyártani az izzót. Ezen a ponton tapasztalható nagy különbség a gagyi és a minőségi termék között. Az alábbi képen két H4-es izzó látható, balra egy noname, jobbra pedig egy Hella Light Power +50%:

 

Balra noname, jobbra Hella Light Power +50% izzó - a különbség feltűnő

Bár nem tökéletesen ugyanabból a szögből készült mindkét fotó, mégis méregetés nélkül is jól látszik, hogy a két izzónak még véletlenül sem ugyanott található a két izzószála. Ebből adódóan a lámpatest vetített képe sem lesz ugyanolyan a két termékkel. Elég nagy a különbség, főleg annak fényében, hogy bárki számára hozzáférhető a méretezés, a foglalattól kezdve az izzószálak pontos pozíciójáig:

H4 izzó méretezése

H4 izzószálainak pozícionálása

És ez csak két részlet, akit komolyabban érdekel a téma, az UNECE 188 oldalas dokumentációjában megtalálja a különböző izzótípusokról az összes fontos információt. Ezek után talán nem meglepő, ha azt mondom, hogy a Hella izzója jobban muzsikál az autóban. Egyébként ugyanezen okok miatt vakít a halogén izzóra tervezett fényszórókba utólag belekendácsolt gagyi xenon is, hiszen rossz helyen keletkezik az ív, így fényének egy részét nem jó helyre (pl. az útra) vetít a lámpatest, hanem a másik autós arcába. Célszerű tehát a minőségi gyártóktól származó fényforrásokat választani.

LED-es munkalámpa tapasztalatok (+videó)

Korábban bemutattam, hogyan lehet a legolcsóbban LED-es munkalámpákat építeni házilag. Azóta eltelt 3 hónap, a lámpák pedig használatban vannak, teszik a dolgukat. A LED-es tolatófény például folyamatosan a kocsin van, megjárta Somogybabodot, a poros erdőt-mezőt, gázoltunk vele derékig érő susnyában, és a sárban is megfürdött párszor. Ennek ellenére semmi baja, pedig a LED meztelenül virít a kocsi alvázán, még védőburát sem kapott. A tisztítása is egyszerű: nedves ujjal egyetlen mozdulattal lehúzható a kosz a LED felületéről. A "szélsőséges körülményeket" illusztrálandó, az egyik, már bemelegedett LED-es egységet meztelenül (az érintkezőit is szigeteletlenül hagyva) esővízbe merítettem, hogy lássuk, mi történik vele (mivel sokan azt hiszik, hogy a víz azonnali halál a LED számára):

Konkrétan semmi. Nem csoda, hiszen nem kényes a vízre, sárra, porra és a hirtelen hőmérsékleti ingadozásra sem. Szóval bátran építhető ilyen LED-ekből komolyabb védelem nélkül is terepre munkalámpa, egyedül az erős fizikai behatásoktól kell óvni. Azért azt meg kell említeni, hogy mint minden fém, a LED fém részei (érintkezők) és a vezetékek szabad végei is tartósan vizes/sáros környezetben előbb-utóbb oxidációnak indulnak, ennek elkerülése érdekében pl. festéssel, szigetelő lakkal lehet védekezni.

A márkás LED-ekkel könnyű a helyzet (pl. a lent tárgyalt Cree XM-L típussal), mert a gyártó által megadott adatlap minden fontos információt tartalmaz, így a LED U-I karakterisztikájára vonatkozóan is általában találunk diagramot. Ebből könnyen leolvasható, hogy adott feszültség mellett mekkora áram fog folyni a LED-en, illetve fordítva: adott áramerősséghez mekkora feszültséget kell biztosítani. Ez a LED-et kiszolgáló áramkör méretezésénél hasznos információ.

Cree XM-L LED U-I karakterisztikája (gyári diagram)

Az általam használt, nagy szögben terító 10 Wattos LED-eknek viszont még a gyártója is ismeretlen, így a LED karakterisztikája csak saját méréssel határozható meg. Ehhez egyszerre kell feljegyezni a LED lábain mérhető feszültséget és a rajta áthaladó áram erősségét. A feszültség változtatásához egy ún. állítható step-down konvertert használtam, amin egy potméterrel lehet szabályozni a LED-re jutó feszültség értékét. A következő eredmény született:

A LED-hez megadott legnagyobb áramerősség 1000 mA, a forgalmazó az üzemi feszültség meghatározásakor pedig a nagyon bő 9-11 Voltos intervallumot adta meg. A fenti ábráról jól látszik, hogy az 1000 mA-es határt már 9.8 Volton átlépi, tehát 10 Volt fölött már gyorsan haza lehet vágni a LED-et. 9 Volton viszont már csak 620 mA folyik a LED-en, ami jóval kisebb fényerővel jár, ha az 1000 mA-es üzemmóddal hasonlítjuk össze. Az optimális feszültség tehát valahol 9.3 és 9.7 Volt között van. Érdemes számolni egyet: 9.3 Volton 800 mA folyik a LED-en, tehát az 1 LED-re jutó fogyasztás csak (9.3 x 0.8 =) 7.44 Watt, míg 9.7 Volton már (9.7 x 0.98 =) 9.5 Wattot eszik a LED. A különbség 2 Watt! Ez a hőtermelésben is érezhető differencia, tehát ha nincs lehetőség kellően nagy és hatásos hűtőborda használatára, akkor ilyen módon lehet redukálni a hőkibocsátást. Ráadásul a LED-ek fényereje nem lineárisan változik az áramerősséggel, egy bizonyos szint felett már kicsit nő csak a fényerő, míg az áramerősség (és így a hőtermelés) egyenletesen növekedik.

3x10 Watt Cree XM-L LED lámpa - egy ötletes munka + értékes tapasztalatok

A másik fejlemény, hogy az egyik land roveres kolléga, Ivwi megépítette a leírás alapján a 3x10 Wattos LED-es szúrófényt. Mivel én csak az alkatrészlistát és a beüzemelés alapjait írtam le, ez az első tényleges megvalósítása a lámpának. Emlékeztetőül: a konstans áramerősségről egy LM1084IT-ADJ fesz.stab. IC gondoskodik, a fényt pedig 3 darab 10 Wattos, 1000 lumenes Cree XM-L LED adja sorba kötve. A fény fókuszálását a leírásban ajánlott olcsó, LED-re pattintható optikával oldotta meg. Ivwi kompakt lámpát épített (akár hűtőrács közé is befér), egymás mellé illesztett kis hűtőbordákon kaptak helyet a LED-ek és az IC. Az alábbi képeket mind ő készítette:

Készültek összehasonlító képek is, tompított fényszóró, távolsági fényszóró, csak LED, és távolsági fényszóró+LED sorrendben:

Az első teszt eredményeit így foglalta össze a fórumon:

Most tértem vissza az első LED tesztből. Helyszin még mindig Pécs, Dömörkapu felé vezető út egyenese. Körbe erdő, közvilágítás sehol.
Nos a 3db össz. 30W teljesítményű, optikával irányított fénysugarú LED, esetemben nem világított messzebb mint a távolsági fényszoró fénnyalábja (ami most nem tudom hány watt is, talán 120??), viszont lényegesen jobban bevilágította az elöttem lévő teret. Hideg fehér fénye a szemet elvileg jobban fárasztja, viszont kontrasztosabb, élesebb az elöttünk megvilágított táj.

Mivel a tapasztalatai szerint a 3 LED-es üzemmód mellett nagyon melegedett az IC, így kipróbálta, mennyivel csökken a hőtermelés, ha 4 Cree XM-L LED-et köt sorba az IC után. Az elv egyszerű: a 3 darab Cree LED 2.5 Amperrel hajtva kb. 3 x 3.3 = 9.9 Voltot igényel. Járó motornál a generátor 14.4 Voltos feszültséget tart fenn, tehát kb. 4.5 Volt a különbség. Ezt az IC-nek kell valahogy ledolgozni, konkrétan 4.5V x 2.5A = 11.25 Wattot hővé alakítani. Ami kb. 36%-kal több hő, mint amit a LED-ek termelnek (a LED-eken 3.3V x 2.5A = 8.25 Watt jelenik meg, aminek egy része fényként távozik, a nagyobbik rész pedig hőként).

Ha tehát 4 LED-et kötünk sorba, akkor 4 x 3.3 Volt kell a LED-eknek, ez kapásból 13.2 Volt, vagyis jóval kevesebb marad az IC-nek, ami ennél fogva kevesebb hőt fog termelni. Álló motornál azonban az akkumulátor 12.6-12.8 Voltnál nem tud több feszültséget felmutatni, vagyis a 4 LED-es megoldás álló motor mellett gyengébb fényerőre képes. Járó motornál viszont 4 LED ontja teljes gőzzel a fényt, már ha lehet ilyen képzavarral élni. A tapasztalatok kedvezőek, idézem:

Ma épp kipróbáltam a 4 LED-es variánst. Álló motornál kb 1/4-el kisebb a fényerő, viszont a hőtermelés elhanyagolható mind a LED-nél, mind az IC-nél. (alig lett langyos), Járó motornál (ahogy írtad is) erősebb a fénye, de még így se melegszik annyira, mint a 3-as verzióban.
Előre beépítve, nem is baj a fényerőkülönbség, ott úgy is főleg járó motor melett lenne felkapcsolva, de ha állunk akkor is bőven elegendő fenyt ad. (csörlőzés előkészületeire, ásáshoz, vagy csak rovarcsalogatónak)

Tehát akit nem zavar, hogy álló motornál kevesebb fényt ad a lámpa, az 4 Cree XM-L LED-et is beköthet, így az IC kevesebb hőt fog termelni, járó motornál pedig több fényt kapunk a 3 LED-es változathoz képest (persze csak ha tisztességes szinten tudja tartani a feszültséget a generátor). A beszámoló alapján úgy tűnik, hogy a leírásban szereplőnél is kisebb szögű optikát kell a LED-ekre helyezni, hogy igazán szúrófényként viselkedjenek. Például itt van ez a 6°-os példány. Vagy lencse helyett reflektortestben is lehet gondolkodni, ennél a típusnál nagyon jól koncentrált fénynyalábról számolnak be a felhasználók.

Hasznos kellékek a terepen 12. - LED-es off-road munkalámpa házilag

Ide kattintva a teljes dokumentum letölthető PDF formátumban.

Bevezető

Az off-road munkalámpákról szóló bejegyzésben már említettem, hogy a LED-es megoldás híve vagyok, mivel ilyet házilag is lehet építeni. A cél világos volt: a lehető legolcsóbban előállítani olyan LED alapú munkalámpát, ami kis fogyasztás mellett nagy fényerővel, lehetőleg minél nagyobb területet fed le. Az ilyen jellegű fényforrások az autó körüli munkánál (pl. elakadásnál, csörlőzésnél, hólánc felrakásnál), kempingezés során illetve haladás közben a közvetlen környezetet jobban megvilágítva lehetnek hasznunkra. A házi építés során vagy picit beletanulunk a LED-es világítás elektronikai hátterébe, vagy ha nem akarunk új ismeretanyagot felszedni, akkor pontosan reprodukáljuk egy létező projekt összes paraméterét. Ez az írás remélhetőleg mindkét hozzáállás esetén segítség lehet. Akit nem érdekelnek a „miért?”-ek, a pontos típusmegnevezések és beszerzési források segítségével le tudja másolni az itt bemutatott megoldást.


Miért éppen LED?

A LED-es lámpának elég sok előnye van:   

• halogén izzókhoz képest azonos fényerő mellett alacsonyabb fogyasztás
• kis helyigény
• nem igényel gondosan kialakított és megmunkált foncsort, optikát
• nem kényes az időjárásra, vízre, sárra, gyakorlatilag strapabíró dologról van szó
• olcsó alkatrészekből meglepően hatékony lámpa építhető 

Azonban a hátrányokról is érdemes szót ejteni: 

• a halogén izzóval szemben érzékeny a hőre, biztosítani kell a hűtését
• elektronikával kell biztosítani a stabil áramerősséget, különben könnyen elhalálozik
• igényel némi elektronikai ismeretet a megfelelő LED kiválasztása és a lámpa megépítése
• a házi LED-es munkalámpa elvileg nem használható (vagyis nem lehet fent az autón) közúti forgalomban való részvétel során 

A hátrányok ellenére azonban célszerű belevágni, hiszen olcsó és hatékony. Elég csak abba belegondolni, hogy az itt bemutatott 2x10 Wattos rendszer annyi áramot fogyaszt, mint az autó éppen csak pislákoló helyzetjelzői összesen (4x5 Watt), a fénye viszont akkora, mint a két halogén fényszóróé (2x55 Watt) összesen. A halogén lámpákkal ellentétben ezek viszont pusztán akkumulátorról is eldolgoznak 12-15 órát, az akksi lemerítése nélkül.

Amit a LED-ekről tudni érdemes

Ezt a részt a technikai részletek iránt nem érdeklődők átugorhatják, bár igyekszem rövidre (és érthetőre) fogni. A LED gyakorlatilag egy dióda, amiből speciális tulajdonságok következnek. A legfontosabb az, hogy nagyon érzékeny a feszültségre. Ha 0 Voltról kezdjük növelni a feszültséget, eleinte alig változik a LED-en folyó áram erőssége, majd a küszöbfeszültséget elérve hirtelen kezd nagyot ugrani, már pici feszültségnövekedés is hatalmas növekedést jelent az áramerősség szempontjából (1. ábra). A LED-ek egy bizonyos áramerősség fölött egyszerűen meghalnak, ezért a gyártó mindig definiálja, hogy kb. hány mA az optimális üzemi áramerőssége a fénykibocsátó diódának. Így már érthető, hogy miért jelent gondot az autó villamoshálózatára jellemző feszültségingadozás. Ne feledjük: álló motornál az akkumulátor feszültsége jó esetben 12.6-12.8 Volt. Járó motornál, amikor a generátor is dolgozik, az áramkörben mérhető feszültség 14.4 Volt. A különbség tehát közel 2 Volt. Ha az alacsonyabb feszültségre tervezzük a LED-et, akkor járó motornál el fog szállni, ha pedig járó motorra optimalizáljuk, akkor csak akkumulátorról üzemeltetve gyenge lesz a fénye. A probléma megoldása az, hogy feszültségtől függetlenül fixáljuk az áramerősséget, így védve lesz a LED és mindig ugyanakkora fényerőt kapunk.

1. ábra - Dióda karakterisztika (y tengelyen áramerősség, x tengelyen feszültség)

ábra forrása: wikipedia

Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy kell valamilyen kezdetleges áramkör, ami folyamatosan szabályozza az áramerősséget. Szerencsére létezik erre egy nagyon egyszerű és olcsó trükk: az állítható feszültségstabilizátor IC (2. ábra). Ezeknek a 3 lábú IC-knek van egy jellegzetes vonásuk: az ADJ és OUT láb között folyamatosan állandó feszültséget tartanak fent. Ez 1.25-1.5 Volt, típustól függően. Hogyan lesz ebből állandó áramerősség? Ohm törvénye alapján I = U / R, ahol I az áramerősség, U a feszültség és R az ellenállás jele. Ha pedig U állandó (hiszen állandó feszültségkülönbséget tart az IC a két lába között), és a két láb közé egy állandó ellenállást kötünk, akkor R is állandó lesz, márpedig ha U és R állandó, akkor a hányadosunk (U/R) is állandó, tehát az áramerősség is állandó! A két láb közé tehát egy jól megválasztott ellenállást kell forrasztani, és máris állandó áramerősséghez jutottunk, ami független attól, hogy mekkora feszültség uralkodik a rendszerben. A megfelelő IC és ellenállás kiválasztásáról még szó lesz. 

2. ábra  - Fesz.stab. IC

A LED-eket sok paraméterrel lehet jellemezni, az alábbiak a legfontosabbak, amik általában a webshopok leírásában is megjelennek:

• Üzemi áramerősség [mA vagy A]
• Üzemi feszültség (az üzemi áramerősséghez szükséges feszültség) [Volt]
• Fényáram (a köznyelvben tévesen fényerőnek szokták hívni) [lumen]
• Teljesítmény [Watt]
• Színhőmérséklet (azt mondja meg számszerűen, hogy mennyire „hideg” vagy „meleg” a LED fénye) [Kelvin]
• Méret [mm x mm]
• Sugárzási szög (mekkora térrészt világít meg a LED) [fok]

Az áramerősségről már volt szó, az itt megadott értéket vagy ennél kisebb áramerősséget kell biztosítani a LED-nek. Ha az adatlap szerint tehát I = 1000 mA, akkor maximum 1000 mA-t (tehát 1 Ampert) szabad a LED-nek adni, de az sem baj, ha csak 900 mA-t kap. A kisebb áramerősség kisebb fényerőt jelent, cserébe kisebb a LED hőleadása és várhatóan nagyobb lesz az élettartama.

A feszültséggel elvileg nem kellene foglalkoznunk, hiszen azt elintézi nekünk a stabilizátor IC, de van egy fontos dolog, amit meg kell érteni. A tápforrásunk (akkumulátor vagy generátor) által biztosított feszültség és a LED működési feszültsége között valószínűleg különbség lesz. Például egy 10 Wattos, 10 Volton üzemelő LED esetében az autó akksijához képest 12.8V – 10V = 2.8V különbözet marad. Ezt „tűnteti el” a fesz.stab. IC, de csodák nincsenek, az energia nem vész el, csak átalakul, tehát az IC hővé alakítja. Mekkora hő keletkezik? Ha maradunk a 10 Wattos LED példájánál, amin 1 Amper áram folyik, akkor a teljesítmény képlete megadja a választ: 2.8V x 1A = 2.8 Watt. Tehát közel 3 Watt hőt termel majd együtt az IC és a két lába közé kötött ellenállás.

Ha viszont a LED működéséhez csak 3.5 Volt kell és 3 Amper folyik rajta (ez is egy tipikus 10 Wattos LED), akkor az IC-nek már 12.8V – 3.5V = 9.3V feszültséggel kell dolgoznia, a 3 amperes áramerősség miatt pedig szabályosan ontani fogja magából a hőt: 9.3V x 3A = 27.9 Watt! Hűteni is szinte lehetetlen, ráadásul pazarlás: 10 Wattos LED-hez közel 30 Wattot fűtünk az IC-vel, tehát az összfogyasztás kb. ugyanott van, mint egy halogén izzónál.

Ilyen LED-eknél sokkal okosabb dolog sorba kötni több darabot, hiszen ekkor az áramerősség nem változik, csak a LED-ek feszültsége adódik össze. Ha pl. az iménti LED-ből 3 darabot sorba kapcsolunk, akkor a „feszültségigényük” 3 x 3.5V = 10.5V lesz, az áramerősség pedig marad 3A. Így az IC-re 12.8V – 10.5V = 2.3V jut, a hővé alakuló teljesítmény tehát 2.3V x 3A = 6.9W, miközben 30 Wattnyi LED-et látunk el stabil áramerősséggel.

Tehát levonható a következtetés: a fesz.stab. IC-s megoldásnál törekedni kell arra, hogy az egyetlen LED vagy sorba kapcsolt LED-ek feszültsége megközelítse a tápegység (akksi vagy generátor) feszültségét, mert csak így lesz takarékos a LED-ek üzemeltetése, illetve így kerülhető el az IC extrém hőterhelése.

A LED-en keletkező hővel is fontos foglalkozni, mivel a LED-ek általában 100-120°C fölötti hőmérsékletre hevülve gyorsan amortizálódnak, jelentősen csökken az élettartamuk. Hűtőbordára helyezve viszont kordában tartható a hőmérsékletük. A Wattnyi teljesítményre képes power LED-eket nem is szabad hűtés nélkül üzemeltetni, mert akár percek alatt megsülhetnek.

Fontos, hogy LED választáskor ne a teljesítmény (Watt) legyen az egyetlen szempont a választáskor, hiszen az eltérő fejlettségű LED-ek eltérő fényerőre képesek azonos teljesítmény mellett. A mai csúcs LED-ek 1 Watt esetén kb. 100 lumenre képesek, az egyszerűbb darabok pedig valahol 30-80 lumenre. Így két 10 Wattos LED típustól függően produkálhat 300 és 1000 lument is, a különbség tehát akár háromszoros is lehet! Célszerű tehát a modernebb LED-eket keresni. Ez a projekt például 750 lumenes LED-eket tartalmaz, de az 1000 lumenes cuccokra is kitérek a végén.

A színhőmérséklet azt fejezi ki, hogy mennyire hideg vagy éppen meleg a fénye a LED-nek. Minél hidegebb, annál inkább a kékbe hajlik a fénye, a melegebb fény pedig sárgásabb árnyalatot jelent. A túl hideg fény fárasztja a szemet, ajánlott inkább a természetes fényhez közelebb álló árnyalatot választani. A kimondottan meleg, sárgás fényű LED-ek színhőmérséklete 3000-4000 Kelvin körül van, a természetes fények valahol 5000-6000 Kelvin között találhatók, 7000 Kelvintől felfelé pedig már egyértelműen hideg, kékes fényt kapunk. A projektemhez én 6000-6500 Kelvines LED-et választottam.

A sugárzási szög gyakorlatilag azt mondja meg, mennyire fókuszált a fény. Ha nagy ez a szögérték, akkor kevésbé fókuszált, nagyobb területet fed le, jobban teríti a fényt, ha kicsi a szög, akkor kisebb területet világít meg a LED, de a jobban fókuszált csóva messzebb jut el. A projekthez 170°-os, tehát abszolút terítő karakterisztikával rendelkező LED-et használtam, de kaphatók 120°-os vagy éppen 90°-os típusok is, ezek inkább szúrófényhez ideálisak. Persze igazi szúrófénynél még ez is túl tág sugárzás lenne, de szerencsére a LED-ekhez olcsón kaphatók apró műanyag optikák, amik segítségével mégkisebb nyalábba fókuszálható (akár 8-15°) a LED fénye, így nagyon messzire lehet velük hatásosan világítani.

Említést érdemel az a tény, hogy ennél sokkal kifinomultabb (jobb hatásfokú) áramkörök építhetők vagy kaphatók készen, amelyek szintén stabil áramerősséget garantálnak. Az itt ismertetett módszer azonban a legegyszerűbb, legolcsóbb megoldás a házi barkácsolás esetén.


A projekthez felhasznált alkatrészek: 

• 10 Wattos LED [2 darab]
• Feszültségstabilizáló IC [2 darab]
• Használaton kívüli ködlámpa háza [2 darab]
• Hűtőborda [2 darab]
• Huzalellenállás [2 darab]
• Hőátadó paszta / hőátadó ragasztó / kétoldalas hőátadó ragasztócsík
• Biztosíték tartó [1 darab]
• Biztosíték [1 darab]
• Ködlámpa relé [1 darab]
• Kapcsoló a műszerfalra [1 darab]
• Vezeték, saruk

Az alkatrészek részletesebb bemutatása:

LED:

• Feszültség: 9-11V
• Áramerősség: 1000 mA (1A)
• Teljesítmény: 10 Watt
• Fényáram: 750 lumen
• Színhőmérséklet: 6000-6500K
• Sugárzási szög: kb. 170°
• Méret (alapterület az érintkezők nélkül): 20 x 20 mm
• Beszerzési forrás (link a termékre): Dealextreme vagy eBay
• Ár/darab (postaköltséggel együtt): 4.5-6$ (kb. 1000-1400 Ft) 

Azért erre a LED-re esett a választás, mert üzemi feszültsége elég közel áll az autó 12-14 Voltos rendszeréhez, valamint a 75 lumen/Watt már elég jó fényerőt jelent. Gyakorlatilag az egész teret bevilágítja, így munkalámpába – ahol a minél szélesebb szögben történő fényvetés a cél – ideális, szúrófényhez már nem ajánlanám. Az 5$ körüli ár pedig kimondottan versenyképessé teszi.

Feszültségstabilizáló IC: 

• Típus: LM1084IT-ADJ
• Max. áramerősség: 5 Amper
• Méret (alapterület az érintkezők nélkül): 15 x 10 mm
• Beszerzési forrás (link a termékre): eBay
• Ár/darab (postaköltséggel együtt): 1.2$ (kb. 270 Ft) 

Az LM1084IT-ADJ azért jó választás, mert akár 5A-t is kipréselhetünk belőle. Ez fontos lehet, ha 3 Ampert igénylő power LED-eket akarunk meghajtani, mivel sok fesz.stab. IC csak 1.5 Amperre képes. Ráadásul ez a típus viszonylag keveset fogyaszt (így kevesebb hőt is termel). Arra viszont fontos figyelni, hogy az LM1084 családnak több tagja is van, nekünk pontosan az állítható típusra van szükségünk, erre utal a nevében az ADJ (adjustable) tag.

Használaton kívüli ködlámpa háza

• Típus: Wesem ködlámpa
• Méret: kb. 20x10 cm
• Beszerzési forrás: a garázs mélyéről előtúrva
• Ár/darab: 0 Ft 

Békebeli lengyel darab, ki tudja, mióta pihent a sarokban. Ideális alany volt a beépítésre, hiszen masszív, strapabíró házat biztosít a LED-nek, miközben látszatra csak egy öreg, értéktelen ködlámpának tűnik. Ez két okból is előnyös: kisebb az esély, hogy lelopják a kocsiról, továbbá E jelzéses ködlámpaként nem böki a csőrét a hatóságoknak. Bolhapiacokon, vaterán és hasonló helyeken olcsón hozzá lehet jutni a hasonló lámpákhoz, a foncsor állapota pedig nem szempont, az úgyis el lesz távolítva.

Hűtőborda 

• Típus: Pentium 4 hűtőbordák
• Méret: kb. kb. 8.5 x 7 x 3.5 cm
• Beszerzési forrás: régi számítógépből maradtak
• Ár/darab: 0 Ft 

Mivel volt itthon korábbról többféle hűtő is a Pentium 4-es időkből, így egyértelmű volt, hogy a LED-eket ezekkel fogom hűteni. Persze bármilyen másik, hasonló méretű hűtőborda jó erre a célra. Bolhapiacokon, vaterán és hasonló helyeken bagóért hozzá lehet jutni ilyen bordákhoz (ventilátor nem kell hozzá), de vannak cégek, akiknél méterre vágva lehet kapni alumínium bordákat. A lényeg az, hogy a borda beférjen a kiszemelt lámpatestbe.

Huzalellenállás 

• Típus: 1.5 Ω, 5W, kerámia
• Méret (alapterület az érintkezők nélkül): kb. 20 x 10 mm
• Beszerzési forrás: helyi elektronikai bolt, vatera stb.
• Ár/darab: 40 Ft 

A LED-eket 850 mA árammal akartam meghajtani, tehát az IC ADJ és OUT lába közé R = U / I, vagyis R = 1.25 / 0.85 = 1.5 Ω ellenállásra volt szükségem (a számítási módot később még részletezem). Ezt lehet egy darab 1.5 Ω-os ellenállással elérni, vagy sorba lehet közni 3 db 0.5 Ω-os darabot stb. A lényeg az, hogy az ellenállás kb. 1 Watt hőt fog termelni, tehát olyan típusra van szükség, ami ezt bírja. Kézenfekvő 5 Wattra hitelesített darabokat használni, ezekkel biztosan nem lesz gond, az ára pedig nem tétel.

Hőátadó paszta / hőátadó ragasztó / kétoldalas hőátadó ragasztócsík

A LED (valamint az IC) és a hűtőborda közé muszáj hőátadó közeget felvinni. 3 alternatíva létezik: ha a LED-et és az IC-t csavarozzuk a hűtőbordához, akkor elég olyan hőátadó pasztát használni, amit a számítógépek processzorához szoktunk. Ha nem tudjuk vagy nem akarjuk őket csavarozni, akkor viszont ragasztani kell. Ilyenkor vagy folyékony hőátadó ragasztót használunk, vagy „szilárd”, kétoldalas ragasztócsíkot. A ragasztócsík utólag még bontható, a folyékony ragasztó viszont erősebb kötést jelent. Fontos tudni, hogy a mezei ragasztók nem alkalmasak erre a célra! Nézzük végig a lehetőségeket! A CPU hűtők pasztájára nem térek ki, az bármelyik számítástechnikai és elektronikai boltban kapható (utóbbiakban általában jóval olcsóbban), és bármelyik típus megfelel a célra. A hőátadó ragasztó és a kétoldalas csík már ritkább jelenség. 

• Típus: noname hőátadó ragasztó
• Mennyiség: 5 gramm
• Beszerzési forrás (link a termékre): eBay
• Ár/tubus (postaköltséggel együtt): 2$ (kb. 500 Ft)

Létezik kisebb és nagyobb kiszerelésben is, egy ilyen LED-es projekthez a kisebb adag is bőven elég. Ugyanúgy működik, mint bármilyen ragasztó, azzal a különbséggel, hogy ez jól vezeti a hőt, tehát alkalmas hűtőbordáknál való alkalmazásra.

• Típus: Sekisui 5760 kétoldalas hőátadó ragasztócsík
• Méret: 200 x 25 mm (2 darab ív)
• Beszerzési forrás (link a termékre): eBay
• Ár (postaköltséggel együtt): 4$ (kb. 1000 Ft) 

A Sekisui ragasztócsíkja eléggé elterjedt a számítástechnikában, chipsetek és memóriák hűtőit gyakran rögzítik ezzel a kétoldalas ragasztóval. Használata egyszerű, méretre lehet vágni.

Biztosíték tartó és biztosíték 

• Típus: noname, késes biztosítékhoz való
• Beszerzési forrás: bármelyik autósbolt
• Ár/darab: kb. 300 Ft

Minden utólag bekötött eszköz áramkörébe illik biztosítékot rakni, mert az ördög nem alszik, egy zárlat még alacsony fogyasztású eszközöknél is előfordulhat és tüzet okozhat. A biztosíték praktikus bekötésére szolgál a képen is látható tartó, amibe hagyományos késes biztosíték helyezhető. A hozzávaló biztosíték méretét a LED-ek határozzák meg, de mind az 1, mind a 3 Amperes LED-ek esetében bőven elég egy 5 Amperes biztosíték, ha ennél nagyobb áram folyna az áramkörben, a LED-eknek úgyis lőttek.

Ködlámpa relé és kapcsoló 

• Típus: noname
• Beszerzési forrás: bármelyik autósbolt
• Ár/darab: kb. 500 Ft

A kis áramerősség miatt elvileg nem lenne muszáj relézni a rendszert (1-3 Amper, szemben a halogén lámpaszett 10 Amperével), de régi és fontos alapszabály, hogy a munkaáramot soha nem hozzuk be az utastérbe, függetlenül annak erősségétől! Tehát a biztonság kedvéért használjunk relét, a relé pedig a motorházban kapjon helyet. Tetszőleges ködlámpa relé megfelel a célnak, ahogy a műszerfalra szánt kapcsolót is ízlés szerint megválaszthatjuk. A bekötés ugyanúgy zajlik, mint egy hagyományos ködlámpánál, ezért erre nem térek ki a dokumentumban, sok jó leírás található a neten.

A vezeték szabadon megválasztható, a kis áramerősség miatt nincsen túl nagy elvárás. A reléhez, kapcsolóhoz való saruk szintén filléres tételt képviselnek, a helyi autósboltban vagy barkácsboltban mind beszerezhetők.

Munkafázisok 

1. A lámpaház átalakítása 

Első lépésként a ködlámpát kellett szétszerelni, majd megszabadítani a felesleges részektől. Flex segítségével megváltam a foncsortól, így teremtve elég helyet a hűtőbordának. A belső kialakítás lámpánként változik, itt szerencsére nem volt egyéb teendő. Azt azonban fontos megemlíteni, hogy csak terítőfénnyel dolgozó munkalámpa esetén mindegy, hogy milyen a lámpa üvege és pontosan hol helyezkedik el a lámpán belül a LED. Komolyabb optikával rendelkező lámpánál már lehet, hogy nem a várt eredményt kapjuk. Ezért például az autó fényszóróját ne kezdjük házilag LED-esíteni, nemcsak törvénytelen, de gyengébb fényt is kaphatunk, hiszen a megfelelően vetített kép kialakítása nem gyerekjáték. A szúrófényhez síküveges lámpa praktikus. 

2. A LED beszerelése 

A hűtőbordához nem kell ventilátor, így típustól függően könnyen vagy nehezen meg kell szabadulni a légkeverőtől. Eztán jöhet a LED. A vezetékek forrasztása történhet a rögzítés előtt és után is, kinek hogy kényelmesebb. A hőátadó közeget (paszta, folyékony ragasztó vagy ragasztócsík) viszont nem szabad elfelejteni. A hőátadás csak akkor hatékony, ha erősen a bordához van rögzítve a LED, tehát ha csavarozunk vagy ragasztunk, ügyelni kell az erős kontaktusra. Folyékony ragasztó esetében ez azt jelenti, hogy megkötésig a bordához kell nyomni a LED-et, jó ötlet lehet például valamilyen súlyt rakni a LED-re (azért kárt ne tegyünk benne!), mert 10 percig is eltarthat a folyamat. A forrasztásnál pedig a helyes polaritás mellett arra kell ügyelni, hogy gyorsak legyünk, mert a LED nem szereti, ha sokáig éri nagy hőterhelés, közvetlenül a ki-, és bevezetésén.

LED a hűtőbordán, hűtőborda a lámpaházon belül

Itt kell eldönteni azt is, hogy az IC-t és az ellenállásokat is a lámpatesten belül akarjuk rögzíteni, vagy inkább a motorházban, a relé környékén kapnak helyet. Az utóbbi metódusnak az az előnye, hogy a LED és az IC (+ellenállás) által termelt hő nem egy helyen keletkezik, hanem egymástól távol, így könnyebb hűteni, kevésbé melegedik a rendszer. Hátránya viszont, hogy így nem hordozható a lámpa egyik autóról a másikra, át kell hozzá szerelni a külön elhelyezett elektronikát is. Az integrált megoldást érdemes választani akkor is, ha esetleg szivargyújtós tápellátásban gondolkodunk (ilyenkor a relé és a kapcsoló elhagyható). Ha külön helyet kap az elektronika, akkor az IC hűtéséről is külön kell gondoskodni. Ideális méretezés esetén az a pár Watt nem nagy dolog, a kasztnihoz is lehet rögzíteni az IC-t, de egy számítógépes chipset hűtőbordával meg abszolút bebiztosítjuk magunkat. 

3. A bekötés 

A fesz.stab. IC elvi működéséről már volt szó, lássuk a gyakorlatot! Az IC-nek 3 lába van, ha a feliratos oldala néz velünk szembe, akkor balról jobbra a következő a lábkiosztás: 

1. ADJ
2. OUTPUT
3. INPUT

 A bekötéshez egy sematikus ábrával próbálom érthetővé tenni a dolgot.

A fenti ábrára nem tettem relét és a kapcsolót, ezeket értelemszerűen az akksi és az IC INPUT lába közé kell beiktatni. És persze lehet külön hűtőbordára is helyezni az IC-t meg a LED-et, vagy ha olyan a kialakítása a bordának, mint amilyen a Pentium 4 gyári hűtője volt (mindkét felén van sík felület), akkor az egyik oldalra mehet a LED, a másikra meg az IC. 

Az ADJ és OUTPUT láb közé forrasztandó ellenállás ( a fenti ábrán R) értékének számításához Ohm törvényét kell megfontolnunk: R = U / I. Az LM1084IT-ADJ IC esetében U fixen 1.25 Volt lesz, az áramerősség pedig annyi, amennyivel a LED-ünket hajtani szeretnénk. Én 850 mA-re (tehát 0.85 Amperre) terveztem a rendszert, mert ez már elég fényt ad és hosszú életartamot biztosít a LED-nek. Behelyettesítve a fenti képletbe: R = 1.25 / 0.85 = 1.47 Ω, ami kerekíthető 1.5 Ω-ra, ilyen ellenállás pedig bárhol kapható. Persze ha mondjuk 0.9 Amperen szeretném járatni a LED-et, akkor R= 1.25 / 0.9 = 1.38 Ω, amit kerekítve elő lehet állítani egy 1 Ω-os és egy 0.33 Ω-os ellenállás sorbakötésével (tehát 1.33 Ω-mal), így a tényleges áramerősség I = U / R = 1.25 / 1.33 = 0.94A, ami még mindig a biztonságos határon belül van. Gyakorlatilag a fenti képlettel bármilyen áramerősségre kiszámolható a szükséges ellenállás értéke, a különféle értékű ellenállásokat pedig sorosan és párhuzamosan kapcsolva szinte mindegyik érték jól közelíthető a valóságban is. Arra kell csak figyelni, hogy a LED gyártója által megadott üzemi áramerősséget ne lépjük túl. Az ellenállást ennél a projektnél nem kell hűteni, mert kevés hőt ad le (kb. 1.25V x 0.85A = 1 Wattot). 

4. Tesztelés 

Összerakás után célszerű otthon, nyugodt körülmények között kipróbálni a rendszert. Ha jön a füst, akkor az ne az autóban jöjjön, ugye. A forrasztások, drótok, rögzítés kérdéskörén kívül leginkább a hőmérsékletet és az áramerősséget érdemes ellenőrizni. Ajánlott valamilyen digitális hőmérővel lemérni a LED szélét vagy egy hozzá közel eső felületet a hűtőbordán, valamint az IC-re is praktikus rámérni. Ezek az alkatrészek alapvetően 100°C alatt érzik magukat jól, az LM1084-es IC beépített hővédelme például túlmelegedés esetén szépen fokozatosan leszabályoz. Az áramerősséget már rögtön az elején célszerű lemérni, hiszen ha túl alacsony/magas értéket kapunk, akkor más értékű ellenállást kell az IC ADJ és OUT lába közé forrasztani. Tipp: ha nincs 12 Voltos akkumulátor a nappaliban, nem gond, a számítógép tápegységéről is lehet 12 Voltot vételezni. A merevlemezhez, DVD meghajtóhoz való 4 pólusú csatlakozó sárga (+12V) és fekete (testelés) vezetékére kötve az áramkört elég jól lehet szimulálni egy autó akkumulátort. 

A fenti méréseket mind elvégeztem, a tapasztalat az, hogy a lámpába zárt Pentium 4-es hűtőborda elég egy 10 Wattos LED passzív (tehát ventilátor nélküli) hűtéséhez, hiszen 12 órás folyamatos üzemeltetés során sem melegedett a LED tövében a hűtőborda 50°C fölé, ami kb. 65-70°C-os LED hőmérsékletet jelent, tehát még van benne tartalék. A 12 órás tesztet amúgy 2x10 Wattal végeztem, ráadásul egy 72 Ah-s, elég öreg, frissen töltött akkumulátorral. A kezdeti 12.8 Volt feszültségről a mérési ciklus végére 12.3 Voltra csökkent az akksi feszültsége, tehát kb. félig merült le, ekkor önindítózásra még alkalmas lett volna. Tehát praktikusan egy teljes éjszakát végig lehet világítani generátor nélkül, 20 Wattnyi fénnyel, vagy akár egy teljes napot 10 Wattal! Kemping célokra ez ideális, hiszen már egyetlen 10 Wattos lámpa is nagy fényt csinál. Az áramerősségekkel kapcsolatos számítások pedig stimmeltek, pontosan 0.85 Ampert ad az IC a LED-nek, függetlenül a feszültségtől (12 Volttól 14.4 Voltig minden feszültséget próbáltam). Természetesen a nagyobb feszültség esetén több hőt termel az IC, hűtő nélkül elég gyorsan 70-80°C-ig tud melegedni, egy régi számítógépes chipset hűtőbordára rakva viszont órákon át tartó használat mellett sem haladja meg a 45°C-ot. 

+1 Szúrófényes recept 

Ígértem, hogy a terítőfény mellett a szúrófény kellékeit és kapcsolását is részletezem. Magam még nem építettem meg, de az elv a fentiekkel megegyezik. Az ajánlott Cree XM-L LED paraméterei a következők: 

• Feszültség: 3.0-3.5 V
• Áramerősség: 3000 mA (3A)
• Fényáram: 1000 lumen
• Sugárzási szög: kb. 125°
• Méret (alapterület az érintkezők nélkül): 20 x 20 mm
• Beszerzési forrás (link a termékre): Dealextreme
• Ár/darab (postaköltséggel együtt): 8.3$ (kb. 1900 Ft)

Ennél a LED-nél arra kell figyelni, hogy fesz.stab. IC-s meghajtásunk csak akkor lesz hatékony, ha három darabot sorba kapcsolunk. Így a szükséges feszültség 9-10.5 Volt lesz, az áramerősség 3A, tehát az IC-n 14.4 Voltos táp esetén kb. 14.4 – 10 = 4.4 Volt esik, tehát a főleg hőként megjelenő teljesítmény 4.4 x 3 = 13.2 Watt. Ilyenkor azért már jó hűtés kell az IC-nek is! A konstans áramerősség beállításához sem nehéz kiszámolni a megfelelő ellenállás értékét: R = U / I, tehát R = 1.25V / 3A = 0.42 Ω. Ezt célszerű 0.5 Ω-ra kerekíteni, így a tényleges áramerősség a következő lesz: I = U / R, tehát I = 1.25 / 0.5 = 2.5 Amper, így kb. 90%-os fényerőn hajtjuk a LED-et (lásd gyártói adatlap). A LED fényét keskenyebb, de messzebb vetülő csóvába fókuszálni olcsó optikával lehet (sokféle kapható), 5 darabos szett már 3.85$-ból (kb. 900 Ft-ból) kijön, postával együtt, és csak fel kell pattintani a LED-re.

Összeszerelés képekben 

A kocsi hátuljára szánt, tolatást és munkát (pl. ásás, csörlőzés) segítő LED-es munkalámpa elkészítését néhány fotóval is dokumentáltam. A koncepció az volt, hogy egy feltűnésmentes, de hatékony 10 Wattos egységet szerelek hátulra. Egy 15x15 mm-es, 1 méter hosszú alumínium zártszelvényre esett a választásom, mivel ez kéznél volt (korábban házi készítésű antenna szerepét töltötte be, ezért vannak rajta furatok), és megfelelő hűtés biztosítható vele a LED-nek és az IC-nek. Minden a zártszelvényen kap helyet, amire végül mágnest ragasztottam, így rögzíthető a kasztnihoz vagy az alvázhoz. A LED-et és az IC-t Sekisui 5760 kétoldalas hőátadó ragasztócsíkkal fixáltam.

 A fenti képen a ragasztó egyik fele már a zártszelvényen van, másik feléről le kell még húzni a fóliát. Ez nem is olyan könnyű feladat, néha csak éles kés segítségével választható el a ragasztó és a papírfelület. Ha az alábbi látvány fogad, akkor nyert ügyünk van:

Az alábbi képen az LM1084IT-ADJ IC már fel is cuppant a hőátadó ragasztó segítségével az alumíniumra:

A következő lépés az ellenállások forrasztása volt. Mivel itt a maximális fényerőre törekedtem, így 1.33 Ω ellenállást kötöttem be (a képen is látható módon, 1 és 0.33 Ω-os ellenállás sorbakötésével), amivel nagyjából I = 1.25 / 1.33 = 0.94 Amper áramerősséget kaptam (1 Amper a gyári maximum).

Az ellenállás és az IC OUT lába közé zsugorcsövet is bekészítettem, amit a forrasztási műveletek végén öngyújtóval rámelegítettem (tehát zsugorítottam) az IC lábára. Így elkerülhető mindenféle fizikai behatás, elgörbülő láb okozta zárlat. Egyébként ugyanezt tettem az összes többi lábbal is. Az ellenállássor másik lábát egy sima drót segítségével visszavezettem az IC ADJ lábára. Ez látható a következő fotón.

Ezt követte a LED felragasztása (szintén Sekisui 5760 hőátadó ragasztócsík segítségével), majd forrasztása (az érintkezők felesleges részei lecsíphetők). Egy drót került a LED + bemenete és az ellenállások közé. Az IC-t jó messze raktam a LED-től, hogy ne egymást melegítsék (a LED a zártszelvény közepén foglal helyet).

 

 

Ha a zártszelvényre lyukakat fúrunk, akkor ott is vezethetők a drótok, így letisztultabb lesz a végeredmény, és persze kevésbé sérülékeny. Én a LED – érintkezőjéről így vezettem el a drótot, valamint így jut el a +12 Volt is az IC IN lábához. Ez (valamint az IC lábaira rámelegített zsugorcső) látható a következő két képen.

Érdemes esetleg a LED lábai alá is rakni valamilyen szigetelést, nehogy az alumínium zártszelvényhez érve (pl. valami neki nyomja őket, terepen az ilyesmi ugye előfordul) rövidzárlatot okozzanak. Sima hőálló szigetelőszalag tökéletesen megfelel, de akár sziloplaszttal is kinyomható a LED környéke. 

Ha mindent jól kötöttünk be, akkor „ráadható a kakaó”, és érdemes letesztelni, hogy stimmel-e az áramerősség, valamint mennyire melegedik a rendszer. Az alábbi fotón is egy hőmérő szenzora van rögzítve a LED sarkába (vastag fehér drót) és az IC tetejére. A mérések alapján kijelenthető, hogy az órákon át járatott LED nem melegedett 70°C fölé, tehát megfelel a célra. Az 1 méteres zártszelvényt végigmérve az is látszik, hogy ilyen hosszú darabon akár 2, maximum 3 darab is rögzíthető anélkül, hogy egymás hűtését rontanák. A 12.8 Volttal végzett mérések során az IC mindössze 48°C-ra melegedett, tehát kb. 3 Wattos hőleadását könnyű kezelni. 14.4 Volton (tehát járó motor mellett) már kb. 4.6 Wattot adna le, de így sem jelentene problémát a zártszelvénynek.

Ha akarjuk, az ellenállásokat is rögzíthetjük a zártszelvényhez, bár a kis teljesítmény miatt ezek nem igényelnek hűtést. A vezetékeket (és akár az ellenállásokat is), kábelkötegelővel szoríthatjuk az alumíniumhoz, így biztosan minden a helyén fog maradni. Ugyanerre a célra használható ragasztó vagy sziloplaszt is, kinek melyik kedvesebb.

Hogy ne legyen feltűnő, az egészet lefújtam az alváz színére, vagyis feketére. Előtte persze ragasztószalaggal kimaszkoltam a LED felületét, majd a fújás után eltávolítottam a maszkot.

A festék nem rontott jelentősen a rendszer hűtési képességein, mind az IC, mind a LED hőmérséklete az egészséges tartományon belül maradt:

A következő képen már az alvázhoz van fogatva a zártszelvény, igaz (egy teszt erejéig) itt még egyelőre csak kábelkötegelővel. Ha a friss fényezést az alvázhoz hasonlóan ellepi a por, nem lesz feltűnő, egyedül a kis sárgás-fehéres pont (maga a LED) üt majd el környezetétől:

A zártszelvény két végéből kilógó vezetékeket már csak be kell kötni az autó villamos hálózatába, és mehet a móka:

Végeredmény, vagyis a LED-es munkalámpa a gyakorlatban 

A végére maradt, pedig a legfontosabb kérdés, hogy mit tud a gyakorlatban a házilag épített LED-es munkalámpa. A képességeit illusztrálandó, tesztfotókat készítettem egy erdei út bejáratánál. Mindegyik kép manuális üzemmódban, azonos expozíciós beállításokkal készült (ISO 200, 10 sec, F6.3). A felszerelés egy Pentax K10D fényképezőgépből, egy Sigma EX 17-35mm f2.8-4 objektívből, valamint egy állványból állt. A gépet az autótól balra állítottam fel, a jobb alsó sarokban a lökhárító csücske látható. A LED-es lámpákat ideiglenesen az ablaktörlők tövébe tettem fel.

 

A végeredmény egyértelmű. Jó látszik, hogy a 6000-6500 Kelvin színhőmérsékletű LED mennyivel hidegebb fényt ad a halogén izzónál – akit ez zavar, annak inkább a 3200-4000K körüli LED-ek között érdemes keresgélni. Az is szembetűnő, hogy a LED-es lámpa mennyivel szélesebb területet szór be fényével (horizontálisan és vertikálisan egyaránt), ami nem csoda, hiszen pont ez volt a cél a munkalámpával. Persze a szórt fény kevésbé messzire vetül, mint a reflektor fénye. Bár az autó fényszórói (főleg a foncsorok) már nincsenek a helyzet magaslatán, azért a felvételek azt igazolják, hogy 2x10 Wattnyi LED-del igen jól használható fény állítható elő, csörlőzéshez, ásáshoz, tanakodáshoz stb nincs is szükség halogén fényforrásra. Gyakorlatilag egy 10 Wattos LED majdnem egy 55 Wattos halogén izzó fényét tudja, tehát a klasszikus elven működő munkalámpák kiválthatók LED-es egységekkel.

Nem csak előre lehet LED-es világításban gondolkodni, hanem hátra is, hiszen este a terepen sokszor problémás dolog a tolatás, néha a sötétség miatt nem látni, hogy mi van mögöttünk. A tolatólámpák 21 Wattos izzója nem túl izmos, így akár egyetlen 10 Wattos LED is jelentősen fel tudja javítani a látási viszonyokat hátrafelé.


Összegzés 

A házi LED-esítés legnagyobb előnye, hogy minden egyéb megoldásnál olcsóbban lehet működő, sőt kimondottan hatékony fényforrást építeni. Mivel a LED-eken, az IC-ken és az ellenállásokon kívül minden volt itthon kéznél, így a teljes projekt költsége nem érte el a 4000 Forintot sem, amiből 1 pár, tehát 2x10 Wattnyi LED-es munkalámpát sikerült készíteni. A tolatást segítő, diszkrét LED-es megoldás is fillérekből megépíthető. Persze az eBay-ről komplett, 15 Wattos LED-es munkalámpát (1 darab, nem 1 pár) lehet hozatni postaköltséggel együtt 7000-8000 Ft-ért, de a házi megoldás természetesen a barkácsolás öröméről is szól, ezért ilyen szempontból felesleges összehasonlítani a gyári megoldásokkal.