projekt Maglite 3D 2500lm+

greg · Post autor: **greg** » czwartek 03 gru 2009, 20:56

Od dłuższego czasu chodzi za mną chęć posiadania własnej latarki dużej mocy. Nie zdecydowałem się jednak na budowę lampy na bazie body popularnych szperaczy typu Mactronic i podobnych (plastikowy klocek z rączką, wielkości skrzynki na narzędzia).
Gotowe produkty HID tego typu rónież mnie odstraszają. Nie są ani ładne, ani funkcjonalne, zwłaszcza biorąc pod uwagę masę i gabaryty. Na przykład taki osobnik, jak na środkowej fotografii, masa własna ponad 6kg

Są też oczywiście kompaktowe, "taktyczne"

rozwiązania, lecz prócz ceny mają swoiste wady właściwe palnikom ksenonowym.

Celem mojego skromnego projektu jest budowa latarki o strumieniu świetlnym porównywalnym z HID 35W, a jednocześnie pozbawionej wad typowych dla palnika ksenonowego.

Założenia:
- strumień świetlny mierzony na wyjściu latarki: 2500+
- regulowana moc w zakresie 0-100%
- maksymalna moc dostępna natychmiast po przciśnięciu włącznika
- kompaktowa budowa i stosunkowo niska masa, pozwalająca na zabranie "zabawki" na wycieczkę w niewielkim plecaku wraz z drugim śniadaniem i butelką wody mineralnej, bądź mocowaną przy pasku spodni
- regulowana szerokość wiązki światła
- możliwość zamiennego zastosowania reflektora i soczewki asferycznej

Na początek body.
Wybór padł na popularne, wytrzymałe i sprawdzone w wielu zastosowaniach body - Maglite D cell. Z całego typoszeregu Maglitów przypasował mi model 3D. Po drobnej ingerencji mechanicznej będę w stanie upchnąć w środku pakiet 3x2 Li-Ion 18650.

Źródło światła.
Wybór padł na LED. Zalety w porównaniu z palnikiem HID są spore. 100% jasności dostępne natychmiast, pełna regulacja jasności 0-100%, praktycznie nieograniczona żywotność (prędzej wymienię LED ze względu na nowszy, lepszy model, niż ulegnie zużyciu), nieograniczona liczba włączeń/wyłączeń.
Bezkonkurencyjny okazał się Luminus. Wybór padł na SST-90W57SGN200, 2250-2700lm @9A, barwa 5700K. Zasilanie z przetwornicy Artesyn LDO10C @10A w aplikacji źródła prądowego, z pełną regulacją prądu w zakresie 0-10A.

Kolej na radiator pod LEDa.
Jako, że do odprowadzenia będzie prawie 40W (Vf katalogowo 3,9V @9A, być może mniej, LED jest z selekcji, Vf 3,31V @ 5A), radiator jest wyzwaniem. Początkowo planowałem wytoczenie całości z miedzi, jednak stanęło na aluminiowym korpusie z miedzianym rdzeniem 20mm.

Pozostało znaleźć wykonawcę. Złotą rączką okazał się kolega Darek z naszego forum. Jego niewątpliwym atutem jest fakt posiadania kilku zmodowanych przez siebie Magów, a i osadzenie miedzianego rdzenia w korpusie nie jest dla niego nowiną. Projekt heatsinku wysłałem koledze w zeszły weekend, krótkie uzgodnienia na PW i dziś listonosz przyniósł gotowy radiator. Ekspresowe tempo realizacji oraz jakość wykonania bez zarzutu, za co niniejszym Darkowi dziękuję.

jezjacek · Post autor: **jezjacek** » czwartek 03 gru 2009, 23:45

Jakiej przeróbki trzeba dokonać aby weszły obok siebie dwa 18650? Przetoczyć?

greg · Post autor: **greg** » piątek 04 gru 2009, 00:53

Przetoczyć, bądz wyfrezować dwa wgłębienia w rurze. Niewiele brakuje. Od biedy, pilnikiem da się stosowne rowki pod 18650 wykonać, tylko estetyką to rozwiązanie grzeszyć nie będzie.

kisi · Post autor: **kisi** » piątek 04 gru 2009, 07:19

greg, kibicuje twojemu projektowi. Fajnie by było aby dla przyszłych pokoleń (naśladowców) gdybyś zrobił fotki z określoną ekspozycją (najlepiej taką która najczęściej na forum jest stosowana przez innych) latarki w stanie oryginalnym. Dla osób które mają mniejsze doświadczenie ze światłem latarkwym pozwoli to lepiej poczuć temat oraz co można się spodziewać po przerobionej latarce w zgledem oryginalnej.

Miodosław · Post autor: **Miodosław** » piątek 04 gru 2009, 07:25

Jestem pod wrażeniem projektu!!!

Wyfrezowanie zagłębień pod 18650 to ciekawy pomysł, ale warto chyba też rozważyć lijonki w rozmiarze "D". Wiem, że są mało popularne (co za tym idzie nie tak dopracowane, jak 18650) i nietanie, ale uprościłoby to konstrukcję.

Darek · Post autor: **Darek** » piątek 04 gru 2009, 07:56

No bardzo ciekawy jestem jak to wszystko wyjdzie?.Szczególnie moc świetlna mnie interesuje.

toms_ · Post autor: **toms_** » piątek 04 gru 2009, 10:16

No ciekawy projekt

Też jestem za li-ionami "D".

A co będzie z odprowadzaniem ciepła z miedziano-aluminiowego modułu? Bo obudowa Maglita przecież sobie z tym nie poradzi, przynajmniej zakładając ciągłą pracę. Czy może planujesz jeszcze dotoczyć "większą" głowicę?

jezjacek · Post autor: **jezjacek** » piątek 04 gru 2009, 11:44

Tu także może chodzić o wysokie napięcie, Po pierwsze im wyższe napięcie tym mniej amperów ciągnie przetwornica. Po drugie przy takich mocach ona także potrzebuje jakiegoś spadku.

greg · Post autor: **greg** » piątek 04 gru 2009, 12:02

Li-Iony D są na KAI, ludzie z CPF piszą, że realnie mają ~4500mAh, to nieźle. Wygląda na rozsądną opcję zasilania.
Czy obudowa Maga poradzi sobie z odprowadzeniem 35-40W? Myślę, że bez problemu.

Power2Nite · Post autor: **Power2Nite** » piątek 04 gru 2009, 12:07

Świetnie się zapowiada, jestem pod wrażeniem!

Co do samego projektu, imponująco wygląda miedź osadzona w korpusie Maga - wspaniała robota. Co do piłowania rowków pod ogniwa 18650 w Magu... Aluminium zastosowane w tej latarce jest cholernie twarde, a przy tym wewnątrz jest twarda anoda - podejść do tego z pilnikiem będzie właściwie niemożliwe - szkoda Twoich sił, efekt będzie słaby. Rowki będą głębsze przy wejściu do tubusa, będą się spłycać ku końcom, nie upchniesz w tym ogniw na całej długości. Rozwiercanie całej tuby to problem ze zbyt cienkimi ściankami, ale zwłaszcza z gwintem od zakrętki latarki - będzie niemożliwe aby go ponownie wykonać. Frezowanie rowków na obrabiarce to jedyna opcja, też niełatwa, ale estetyczna przynajmniej i oryginalny gwint zostaje sprawny... Możesz zastosować ogniwa w rozmiarze "D", jeżeli potraktujesz obudowę latarki jako masę. Jak będziesz monitorował napięcia poszczególnych sekcji?

toms_ · Post autor: **toms_** » piątek 04 gru 2009, 14:06

greg pisze: Czy obudowa Maga poradzi sobie z odprowadzeniem 35-40W? Myślę, że bez problemu.

No według mnie może być ciężko. Mam latarkę EagleTac M2XC4, która generuje ponad 11W ciepła. Głowica (która rozprasza ok. 90% tej energii) jest trochę masywniejsza niż głowica Maglite'a. I ma na dodatek moletowanie. Podczas normalnego użytkowania w trybie turbo, głowica nagrzewa się około 20-25C powyżej temperatury otoczenia. Łatwo sobie policzyć, że przy 40W, w przybliżeniu byłoby odpowiednio 80-100C powyżej otoczenia. I pomijam tu fakt, że głowica Maglite jest nieco skromniejsza.
Ale powodzenia

Darek · Post autor: **Darek** » piątek 04 gru 2009, 14:09

A może by tak jeszcze naciąć głowice , troche materiału tam jest.

greg · Post autor: **greg** » piątek 04 gru 2009, 14:42

Oczywiście, temat chłodzenia wyjdzie "w praniu", może przetoczy się listki radiatora na głowicy, zobaczymy. Ja mam V-65C z MC-E i ładuję tam około 10W. Problemu z odprowadzaniem ciepła nie ma żadnego.

czarny_kruk · Post autor: **czarny_kruk** » piątek 04 gru 2009, 16:29

Problemu nie powinno byc zadnego. Luminus ma niska rezystancje termiczna, dodatkowo greg umiesci diode bezposrednio na miedzianym rdzeniu. Lepiej sie nie da (no wylaczajac uzycie diamentu czy srebra jako insertu;).

Power2Nite · Post autor: **Power2Nite** » piątek 04 gru 2009, 16:53

Ale 30-40W to naprawdę dużo... Głowica mojego HID-a 35W (rozprasza on około 25W ciepła, nie liczę strat w przetwornicy) staje się gorąca po kilku, kilkunastu minutach pracy, ma pewnie z 60 stopni, jak nie więcej. A jest to solidny kawałek aluminium o średnicy 57mm i długości 100mm. Szczerze powiedziawszy musiałbym zmierzyć ile ma w istocie przy ciągłej pracy... Wracając do tematu, latarka będzie gorrrąca

EDIT: Siadłem nad tym zagadnieniem do pracy, bo te 30W zdawało mi się aż za dużo. Policzę też inne ciekawe parametry.

Dane:

Jasność diody przy 9A: 2250-2700lm
Napięcie przewodzenia diody przy 5A: 3,3V

Szacujemy jasność i napięcie przewodzenia diody dla prądu 10A:

Minimalną jasność przy 10A określić można wzorem:
2250lm+(10/9-1)*0,8*2250lm=2450lm, gdzie 0,8 jest współczynnikiem spadku efektywności świetlnej wraz ze wzrostem prądu przewodzenia (jasność nie rośnie liniowo wraz ze wzrostem prądu).

Napięcie przewodzenia diody przy 10A, z dużym przybliżeniem można określić na 3,6V.

Dioda posiadać będzie moc 36W i jasność 2450lm, więc efektywność wynosi 68lm/W.

Maksymalną teoretyczną efektywność przyjmijmy na 260lm/W. Odpowiada to całkowitej konwersji energii elektrycznej na świetlną. Wzór na moc strat:
36W-(68/260*36W)=26,6W.

Tyle ciepła wydzieli się na samej diodzie, z czego jakieś 2,7W dioda wyświeci pod postacią energii promienistej, więc zostaje nam 23,9W ciepła na radiatorze. Do tego dodajmy moc strat na przetwornicy, które przy efektywności przetwornicy 80% wyniosą:
36W/0,8-36W=9W

Tak więc faktycznie musisz uporać się z 32,9W ciepła...
Sprawność przetwornicy jest więc ważna, jej efektywność i wynik może być dużo lepszy.

Do tego policzmy, z ciekawości pobór mocy, efektywność całkowitą i czas działania latarki:
36W+9W=45W
2450lm/45W=54,4lm/W

Pobór prądu i czas działania na akumulatorze Li-Ion o napięciu 11,1V i pojemności 4400mAh:

pobór prądu przy napięciu 9V:
45W/9V=5A, czyli 1,14C

pobór prądu przy 10,5V:
45W/10,5V=4,29A (dokładne oszacowanie spodziewanego średniego napięcia rozładowania pozwala później precyzyjnie obliczyć czas działania)

rezystancja szeregowa pakietu 3S2P, przy założeniu rezystancji 1 ogniwa wraz z wyprowadzeniami 120mOhm:
120mOhm*3/2=180mOhm

Spadek średniego napięcia rozładowania względem średniej dla prądu rozładowania 0,5C (2,2A) wynoszącej 11,1V:
0,18Ohm*(4,29A-2,2A)=0,376V

Więc średnie napięcie rozładowania przy tej mocy można wyliczyć z dużym przybliżeniem:
11,1V-0,376V=10,72V

A teraz liczymy watogodziny, zakładając, że duży pobór prądu zmniejszy pojemność nominalną pakietu z 4400mAh do 4300mAh (4,3Ah):
4,3Ah*10,72V=46Wh

Te zabiegi pozwalają na bardzo precyzyjne wyliczenie spodziewanego czasu działania:
46Wh/45W=1,02h.