Самодельная велофара на мощных светодиодах

Думаю, что у каждого, кто катает на большую, возникала ситуация, когда за светлой поры суток не успеваешь вернуться из поездки. Эта ситуация еще больше усложняется, когда отсутствуют осветительные приборы на велосипеде.

В принципе, сейчас не проблема купить фару и задний маячок на велосипед. Существует большое разнообразие видов фар как галогеновых, светодиодных, так и комбинированных, которые отличаются качеством и ценой. Я тоже почти сразу после покупки вела прикупил себе свет, мотивом была собственная безопасность, ну и требования правил дорожного движения. Подумав, что мне дорогого освещения не очень нужно, а станет и простого, прикупил светодиодную фару и светодиодный задний маячок по бюджетной цене. К маячка претензий не возникло (до теперь с ним езжу), а вот о фару стоит поговорить.

В первой же поездке я понял, что фара светит очень слабо, хотя вспомнив, как светила фара от динамки на моей старой «Украины», то эта была в разы лучше, даже тем, что не лозунги при остановке вела. Фара отлично подходила для обозначения себя на дороге и для очень неспешной поездки по несколько освещенных улицах города, но совершенно не подходила для полностью темных участков дорог, в частности, в лесу, где свет исчезало неведомо куда. Поэтому я занялся поиском лучшего варианта фары. Сразу подумал: куплю я какую-то фирменную фару и она будет действительно качественной и, соответственно, обеспечит хорошее освещение. Но, перечитав на просторах Интернета информацию о фары различных известных производителей, таких как Sigma, Cat Eye, сделал вывод, что стоимость таких фар достаточно высока, а светят они не так как бы хотелось, если только выбирать «топовые» варианты, но и цена у них тоже «топовая». Подробнее изучив информацию выяснил, что многие велосипедистов делают фары самостоятельно. Имея некоторые знания в области электроники, решил делать фару сам.

Теперь следовало выбрать источник света. Обычные лампочки, галогенки, обычные 5 мм светодиоды (20 mA) отпали сразу, потому избрал в качестве источника света мощные 3W диоды.

Приобретение таких диодов у нас в городе оказалось проблемой, найти было невозможно, даже под заказ. Можно было самому заказать их из Китая, но что-то не было ни желания, ни возможности это сделать. Но на форумах о самодельные фары наткнулся на Интернет магазин в Луганске где можно было заказать почти все необходимое для сбора фары, может цены несколько выше, чем из Китая, но мне это подходило.

Поскольку с деталями я уже определился, следовало решить труднейшую задачу любого, кто конструирует что-то сам - это разработка конструкции. Фара будет на двух 3W диодах, будет иметь три блока: непосредственно фара, блок управления, и отсек с батареями питания.

Прикинул электрическую схему фары. Питание должно быть - 4 Ni-MH аккумуляторы размера АА. Но, как у меня часто бывает - не все хватает времени на поделки. Поэтому разработка фары немного затянулась, и когда я снова вернулся к изготовлению фары то изменил взгляды на питание фары, остановился на Li-ion аккумуляторов размера 18650. Они во-первых гораздо емкиши, во-вторых имеют очень малый саморазряд (зарядив их и оставив на пару недель, можно не переживать, что они разрядятся), в-третьих их можно заряжать в любое время, не дожидаясь полного разряда как Ni-Cd и Ni-MH, также они значительно легче никелевые или кадмиевые.

Так, питание от двух последовательно соединенных элементов 18650, общее напряжение получим 7,4 В.

В самой фаре размещены два светодиода EDSX-KLC8-C3 Star 3 Вт; тепло-белые (один диод на ближний освещения из 150 линзой, второй дальний из 100 линзой) на алюминиевом радиаторе.

Корпус фары виклеений из стеклоткани на оправке, а передняя панелька вырезана из стеклотекстолита. Точнее стеклоткани мне найти не удалось, вместо нее я взял стеклообои (купил в «Эпицентре»), надо выбирать с найпереплетенишою структурой. До этого я пробовал разные обычные ткани, но стеклообои самый лучший вариант, если негде достать стеклоткань :).

Кое-что о виклейку. Изготавливается форма из пенопласта, намазывается воском, силиконовым маслом или др.. На форме закрепляется передняя панелька, нарезается на полосы ткань шириной не больше ширины формы, замешивается эпоксидная смола. Затем обмазываем форму эпоксидки и начинаем обматывать форму стеклотканью (или в данном случае стеклообоями) следя чтобы слои наматывались как можно плотнее и домазуючы при необходимости смолы, между слоями не должно остаться воздуха. Достигнув необходимой толщины (я рекомендую где-то 4-5 мм, потому что когда все высохнет мы зшлифуемо часть, выравнивая корпус, и получим 2-3 мм) наматываем сверху полиэтиленовую пленку в один слой, густо поколоть шилом (для выхода лишнего смолы), поверх нее наматываем обычную ткань, которая будет впитуваты лишний смолу и сверху все заматываем нитью и оставляем на сутки-двое для полимеризации смолы.

Из затвердевшей формы вынимаем пенопласт, целым мне не удалось его вынуть, для этого нужно было предварительно достаточно точно изготовить форму. Если возникают трудности с извлечения пенопласта, можно капнуть немного растворителя, он разъест пенопласт и его будет легче вынуть. Получаем корпус фары, который после шлифовки и покраски будет неплохо, и достаточную прочность. Краску я использовал черную акриловую автомобильную. В корпус вклеил на силиконовый герметик оргстекло толщиной 2 мм для защиты оптики и диодов фары от пыли и воды. Я думаю процесс изготовления корпуса фары легко можно понять из фото.

Использование мощных светодиодов имеет некоторые особенности. Чтобы светодиоды «жили» долго, необходимо контролировать ток через диод и температуру кристалла. Ведь даже в самых эффективных светодиодов значительная часть подведенной энергии превращается в тепло. Чем больше ток и выше температура тем меньше срок службы светодиода. Большинство производителей указывают свои параметры для каждого типа диода и для обеспечения его надежной и длительной работы следует придерживаться этих параметров. Так для диодов, которые я использовал, номинальный ток составляет 0,7 А, а допустимая температура нагрева 800C. При превышении этих параметров ресурс светодиода может резко сократиться вследствие деградации кристалла.

Радиатор для диодов использовал от компьютерного процессора. Он вырезан ножовкой и обточенный до необходимого размера на наждаке и круге, закрепленном на дрели (на круг прикрепляются на липучках наждачные шкурки). Просверлены необходимые отверстия и нарезное резьба. Крепление на винты я выбрал из соображений надежности при постоянных вибрациях и обеспечения лучшего теплового контакта диода с радиатором, на предпочтение креплению на клею.

Для крепления фары на велосипед использовал крепления заднего светоотражатели велосипеда.

В блоке управления, корпус которого сделан из коробочки средства ухода за обувью Salamander, размещены два драйвера, два переключателя режимов и плата индикации разряда аккумуляторов. Драйвер управления решил собирать сам, заказав недостающие детали. Каждый драйвер работает на свой диод и включается своим переключателем. Это дало возможность включать или каждый диод отдельно, или вместе все. Схема драйверов - стандартная понижательная на специализированной микросхеме ZXSC400, только транзисторы использовал другие - FZT1049A. Благодаря SMD-монтажа платки драйверов получились довольно маленькими (хотя хотелось бы еще меньше :)).

Поскольку следовало бы следить за зарядом акума, чтобы не остаться неожиданно без света собрал схему для индикации на диоде, который загорается при остаточном заряде менее 40%. Схема индикации потребляет 1,5 мА в режиме ожидания и 5 мА при загорании индикаторной светодиода.

Крепления коробочки управления к рулю взято тоже от какого-то светоотражатели.

Отсек для аккумуляторов изготовлен из деталей барабана картриджа лазерного принтера. Большая часть деталей отсека - детали от барабанов. Трубка отрезана до нужной длины и изготовлены контакты на аккумуляторы и крепления крышки. Поскольку внутренний диаметр трубки барабана несколько больше диаметра аккумулятора я поставил в трубку втулки, вырезанные из шестерен барабана, которые по диаметру идеально подошли для этих целей. Всего ушло 4 втулки, 2 по концам и 2 ближе к середине, будто каждый аккум держится на двух втулках. Сам барабан покрыт светочувствительным слоем определенного цвета который надо смыть ацетоном или другим растворителем и получим почти идеальную полированную алюминиевую поверхность трубки

Аккумуляторный блок соединяется с блоком управления с помощью кабеля с разъемом RCA («тюльпан»). Кабель желательно брать толстого сечения, поскольку ток, по нему проходит достигает 1,8 А.

Фара и блок управления закрепляются на руле по разные стороны. Аккумуляторный отсек крепится на раму с помощью крепления от вело насоса, которое пришлось немного подогнуть, предварительно нагрев (трубка аккумуляторного отсека в диаметре несколько меньше насоса). Благодаря такому креплению отсек можно легко снять для зарядки или замены аккумуляторов.

По эксплуатации. С такой фарой очень комфортно ехать, света достаточно, включение моего предыдущего базарного фонарика на пяти 5 мм светодиодах даже не заметно на фоне света этой фары. В режиме движения радиатор фары на максимальном режиме почти не нагревается, а вот при стоянке фару желательно выключать (потому что после 10-15 мин на макс. Режиме радиатор диодов достаточно горячий).

Фра достаточно мощно, но ничто не мешает изготовить и мощную фару на большем количестве 3 W светодиодов, или на мощных 5W, 10 W диодах, но и аккумулятор для нее надо емкиший, а значит и больше. А если использовать эти же аккумуляторы то значительно сократится время работы фары. Туб надо выбирать что-то оптимальное, в зависимости от потребности.

Теоретический работе на полностью заряженных аккумуляторах составляет 3 часа в максимальном режиме.

Фарой я доволен, поскольку давно хотел иметь хороший свет и фара вышла почти такой как я ожидал.