Lampada frontale con led bianco 3W 

Headlamp 3W white colour led

"Fai da te"  di R.Chirio

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Luglio 2005.

Questa ultima è una particolare lampada  con caratteristiche di estrema leggerezza, affidabilità, durata e forte flusso luminoso.

La recente commercializzazione dei led ultraluminosi da 3W star white Luxeon (luce bianca) della Lumileds (Philips), ha permesso di creare questa headlamp (lampada frontale) che non trova riscontro in nessuno dei prodotti commerciali attualmente disponibili. (Se non a costi molto alti)

Questa particolare lampada led, posizionato sulla testa, presenta un'autonomia che può arrivare a oltre 8 ore, con luce bianca molto forte. 

Il peso totale compreso le batterie è di 240gr.

Il sistema è ideale per le lunghe escursioni in montagna dove il peso trasportato nello zaino deve essere condiviso dalle vivande, abbigliamento per il freddo e l'attrezzatura foto/video.

Il pacco batteria separato è ideale per un impiego invernale dove le batterie possono essere  custodite al caldo sotto la giacca per garantire una lunga autonomia. Il LED non soffre riduzioni di prestazione con il freddo.

Questa lampada ideale per esplorare bunker, è anche indicata per impiego professionale quale gare notturne a piedi, in mountain bike e gare notturne di sleddog.

Roberto Chirio è a disposizione per progettare e realizzare prototipi di sistemi illuminazione con led Luxeon o tradizionali led 5mm.   Contattare:

3W star white Luxeon della Lumiled

        

 Materiale

 Dove

 

1 portabatterie  4 stilo AA

negozio elettronica

 

4 batterie stilo ricaricabili Ni-Mh  2900mA  (+ eventuale caricabatteria veloce)

negozio elettronica

 

1 cavo microfonico monofonico con jack 3.5mm  lung. 1,20 mt

negozio elettronica

 

1 jack femmina 3.5 monofonico

negozio elettronica

 

1 resistenza a filo  3.9 ohm  2-3 W (vedi tabellina sotto)

negozio elettronica

 

1 led Luxeon Star 3W  della Lumileds

internet

 

1 riflettore Fraen per led 3W  20x30°

internet

 

colla acrilica bicomponente tipo Bostik Plastica Mixer (molto valida!)

BricoCenter

 

piastra alluminio 32x70mm spessore 2.5/3.0 mm

BricoCenter

   

1 cinghia testa con supporto headlamp (lampada frontale usata o modello economico)

Vari

  

   

 Realizzazione

La realizzazione della Headlamp comporta avere delle conoscenze di elettronica, è necessaria un'attrezzatura minima, quale un saldatore a stagno, dello stagno, cavi elettrici, attrezzi vari per elettronica, trapano con punte, ecc.

         

Non si risponde per danni a cose e persone e per un uso improprio della realizzazione.

          

Prima di iniziare l'assemblaggio è necessario reperire tutti i componenti, quelli del negozio di elettronica non presentano problemi.

Led e riflettore si possono comperare su internet.

  

LED LUXEON 3W 

Riflettore Fraen ellittico

Riflettore Carclo ellittico o spot (alternativa) :

 

 

 

Per quanto concerne il riflettore Fraen, ho scelto quello ellittico perché dà una proiezione di luce a forma ellittica, che consiglierei di usare non con campo orizzontale, ma bensì verticale in quanto da prove pratiche si ottiene la migliore illuminazione sia per camminare che esplorare la zona, muovendo la testa in senso orizzontale.

Sono a disposizione 4 tipologie di riflettori con diverso angolo di uscita, chi fosse pertanto alla ricerca di forte luce lontana, consiglio il 10°, mentre quello a 45° è utile per illuminare un campo largo in piccoli locali o per fare lavori in aree non illuminate.

 

Disponibilità riflettori Fraen per LED LUXEON 1/3/5W LAMBERTIAN

  ● narrow beam     10°

  ● medium beam   30°

  ● wide beam        45°

  ● elliptical beam   15° x 30°

   

  

E' possibile montare in serie una resistenza di valore diverso, questo per variare il flusso del LED e la durata relativa alle batterie usate. (In questo caso 4 stilo AA Ni-Mh  2700mA corrispondono a 4.80 Volt nom.)

Si può anche usare un commutatore a più posizioni per avere a disposizione potenze e durate a scelta.

  

  resistenza

corrente media

P/led

Durata 

Flux

10 ohm 1 W

120 mA

0.45W

circa 20 ore

medio/basso

3.9 ohm 2 W

300 mA

1.0W

circa 8 ore medio/alto
2.0 ohm 2W

600 mA

2.15W

circa 4 ore alto (*)
1.5 ohm 3 W

700 mA

3.0W

circa 2/3 ore massimo (*)

  

(*)  750 mA è la massima corrente che può sopportare il LED Luxeon 3W, tuttavia il radiatore proposto in questo caso non è sufficiente a dissipare tutto il calore, se si vuole adottare la soluzione del massimo flusso, innanzi tutto bisogna montare un radiatore di dimensione maggiore, almeno di una superficie doppia meglio tripla di quella consigliata, meglio se un profilato di alluminio alettato, inoltre misurare la corrente con multimetro digitale, non superare assolutamente il valore di 0.75A, misurati con batterie cariche (5.0Volt).

Consiglierei di non superare i 50° C alla base del led, misurati dopo almeno 30 minuti di accensione. Usare termocoppia o termometro digitale per misure termiche in laboratorio elettronico.

(**) E' possibile usare un regolatore elettronico swichtmode tipo step-down ma la tensione minima di batteria per avere un funzionamento garantito e rendimenti migliori della resistenza, deve essere almeno 6.0V ideale 12V.

   

Il led 3W Luxeon non può funzionare in aria, rischia di bruciare dopo pochi secondi, pertanto la sua superficie piatta posteriore và fissata su un radiatore, la piastra di alluminio pertanto va prima forata con due fori da 2.5mm per il fissaggio del led e altri 4 fori da 4.0 mm con interasse quadro 18mm per il fissaggio del riflettore. 

Quindi piegata bene a 90° per adattarsi al fissaggio della cinghia, eventualmente se non si usa colla, due viti da 3mm garantiscono un buon bloccaggio alla plastica.

Prima di fissare il LED metteremo un po' di grasso al litio o pasta conduttiva (quella usata per le CPU) tra il led e la piastra di alluminio per migliorare il contatto termico.

Per fissare il led usare 2 viti autofilettanti con testa taglio croce 2.5 x 5.5.

(Se si decide per 700mA aumentare la superficie a 35x120mm in questo caso si piega due volte per avere una U, è comunque meglio usare un radiatore a profilato o meglio realizzare un cilindro in alluminio tornito che faccia da contenitore stagno per tutto il gruppo.)

         

Da questo diagramma si può vedere che il flusso dei LED White (luce bianca) si riduce con l'aumentare della temperatura. 

E' questa la ragione per la quale bisogna tenere bassa la temperatura della giunzione Luxeon, aumentando il più possibile la superficie del radiatore.

       

Nota:

 

Per il fissaggio del riflettore è importante fare combaciare la scanalatura del riflettore sul terminale del LED. Questo per garantire una perfetta planarità tra diodo led e riflettore.     

 

 Per fissare il riflettore useremo la colla acrilica, una goccia abbondante per ogni gamba. (Se il fissaggio non è definitivo è meglio usare colle meno forti che permettano lo smontaggio)

 

      

       

La resistenza da 3W è necessaria a regolare la corrente nel LED, và saldata in serie al positivo del Led (+) eventualmente và incollata in zona protetta dell'alluminio dove fa angolo. Il valore della resistenza è calcolato per accoppiare il led alla tensione nom. di 4.8V per altri valori di tensione alimentazione è necessario ricalcolare il valore.  

R= (Vb -Vled)/Iled    Vled=3.60Volt

Sul negativo del Led salderemo il cavo microfonico in particolare la calza esterna che rappresenta il negativo. Il cavo interno sarà saldato in serie alla resistenza. Una fascetta di nylon ci permetterà di bloccare il cavo sull'alluminio.

Il cavo và lasciato lungo un 1,00 - 1,20 m il necessario per tenere le batterie nello zaino o in tasca. 

   

 

    

Per il pacco batteria da 4 stilo AA è bene scegliere il modello con coperchio di chiusura che meglio protegge le batterie.

Per accendere il LED possiamo introdurre la spina oppure se presente usare l'interruttore a slitta presente sul portapacchi.

Per i pacco batteria senza interruttore è necessario applicare un interruttore a slitta o a levetta, eventualmente da incollare, o se piccolo si può fissare direttamente vicino al Led.

La parte posteriore del contatto jack rappresenta il negativo (-) mentre la parte anteriore è il positivo.

Il jack femmina viene fissato sul pacco batterie mediante la colla acrilica.

   

 

    

Se gli accumulatori sono nuovi caricare a fondo le prime volte.

Gli accumulatori da 2900 Ni-Mh non sono facili da reperire sul mercato, però rappresentano al momento la maggiore capacità disponibile in questa dimensione eventualmente usare il tipo da 2300/2500 con maggiore reperibilità. 

  

Da questo sistema di illuminazione ci aspettiamo delle prestazioni al massimo della durata pertanto è bene avere i prodotti tecnici migliori presenti sul mercato.

Per quanto possibile gli accumulatori vanno caricati appena prima dell'utilizzo. Presentano un'alta auto-scarica e quindi c'è rischio che dopo qualche giorno non rimane più carica.

Per aumentare l'autonomia portarsi altri 4 accumulatori di scorta, o meglio  preparare un secondo pacco porta batterie già con jack.

   

 

 La cinghia da testa è difficile da trovare, io ho usato quella di una lampada vecchia che non usavo più. Altrimenti si acquista una headlamp economica e si usa solo la cinghia, eliminando la parte ottica con lampadina tradizionale.

Si può anche usare una cinghia con fissaggio in velcro da adattare per questo uso.

  

Non ci resta che collaudare il nostro sistema, fissare il jack nella presa e accendere l'interruttore. Se tutto è a posto il led si accende con un forte flusso.

   

Attenzione la piastra di alluminio scalda e può raggiungere i 50°C dissipando il calore del led, prestare attenzione.

Controllare bene tutti i fissaggi e le saldature che possano sopportare un impiego sul campo della vostra nuova lampada frontale a led.

 

Buona esplorazione!

 

Agosto 2006    ( aggiornamento )

  

Sono state ridotte le dimensioni usando un riflettore più piccolo (Carclo). Chiaramente le prestazioni in resa ottica diminuiscono leggermente, si può compensare aumentando la potenza applicata al led.

In questo caso ho usato due resistenze da 1,0 ohm 1W in serie pari a 2,0 ohm.

La potenza nominale a 4,80 Volt diventa 2,16W.

 

Alcuni dati di autonomia rilevati in pratica:

          

4 x stilo Ni-Mh AA 2700mA = circa 2,16 ore (*)

  

E' stato aggiunto un dissipatore di alluminio 25 x 25 mm, dietro al fissaggio led, in questo caso con 25°C t.amb la massima  temperatura è stata di 60°C alla base del Led.

(*) il dato di fine autonomia corrisponde a quando il voltaggio delle batterie è pari a  1,0 volt per elemento tale per cui gli accumulatori vengono considerati scarichi, in effetti il led continua a fare luce con flusso sempre più basso, ancora per alcune ore. Vedi diagramma sotto.

 

Curva di flusso in funzione della scarica batterie relativa al Luxeon 3W alimentato a 2.16W   4x2700mA

Si nota che con tensione di 4.0V il flusso luminoso sia ancora del 50%.

Le batterie erano appena ricaricate ancora calde questo spiega la tensione iniziale di 5.8V e il picco di luce iniziale.

Con batterie fredde si parte con 5.0V e la maggior parte della curva rimane a tensione nominale di 4.80V.

         

Non si risponde per danni a cose e persone e per un uso improprio della realizzazione.

    


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