Уже давно не новость, что на серийные автомобили производители устанавливают фары головного света на основе сверхмощных светодиодов. Пример, такие модели как Lexus LS600h, Toyota Prius, Cadillac Escalade Platinum и т. д. Но можно ли переделать штатные галогенные заводские фары на светодиодные? Попробуем выяснить....

Одна из основных проблем замены штатных ламп в фаре на светодиоды состоит в том, что светодиод имеет направленный свет, в отличии от галогенной лампы или ксеноновой, которые рассеивают свет. В связи с этим появляются проблемы с фокусировкой света в фаре и настройкой правильного светового пятна. Но эту проблему можно попробовать решить с помощью линзового модуля.

Для опыта мы используем линзовый модуль от фары автомобиля Acura TSX. Так как модуль рассчитан под установку ксенона, то и «шторка» внутри линзы соответствующая и на выходе будет Z-образная линия среза светового пятна.

Так же понадобятся два сверхярких светодиода мощностью по 3 Вт каждый от компании Cree.

Конечно светоотдачи от двух светодиодов будет недостаточно, чтобы полноценно заменить даже обычную галогенную лампочку, но на первой стадии нужно просто понять имеет ли право на жизнь такой «концепт» и получится ли правильно сфокусировать свет в линзе. В случае успешного тестирования всегда можно заменить 3-х ваттные светодиоды на более мощные, например, 10 или 15 Вт.

Первый этап.

Установим два светодиода на алюминиевой пластине (она же будет являться радиатором охлаждения для диодов). По одному светодиоду на каждую сторону, как показано на картинке.


Пробуем найти правильное положение пластины со светодиодами внутри линзы для оптимального фокуса и распределения света.

На фотографии ниже видно, что линза взятая для опыта может выдавать достойный пучок света, несмотря на, что светодиоды расположены по бокам пластины и внутри свет от отражателя распространяется только в определенных частях линзы.
Оставшуюся свободную площадь внутри линзы можно будет использовать для более мощного радиатора охлаждения диодов.




В данном тестировании на каждый светодиод подается 650 мА и общая суммарная предполагаемая светоотдача от двух светодиодов должна быть около 260-280 Лм. Так же нужно учитывать, что минимум 10% света «теряется» из-за защитной перегородки («шторки»), и получается, что максимально на выходе может получиться около 250 Лм.

Светоотдача ксеноновой лампы порядка 3000 Лм, но при установке в линзовый модуль часто происходит бОльшая «потеря» света, если сравнивать со светодиодами и на выходе получается около 2200 Лм.

Выходит, чтобы достичь светоотдачи обычной галогенной лампы нужно увеличить количество светодиодов приблизительно в 4 раза. Но проще и выгодней увеличивать не количество, а мощность светодиодов.

Для начала попробуем использовать светодиоды мощностью 5 Вт. Но для этого нам потребуется увеличить эффективность пассивной охлаждающей системы. В этом нам может помочь сам линзовый модуль, который можно использовать в качестве достаточно массивного и большого радиатора.

Второй этап.

Попробуем разместить 3 SMD светодиода так чтобы найти лучшее положение в линзовом модуле для максимального и лучшего освещения. Для этого используем диоды - Luxeon Rebel, температура свечения 4300К, ток 450мА на каждый.
Для тестирования возьмем цоколь D2S от старой лампочки. В середину установим алюминиевую болванку со спиленными под углом 90 градусов сторонами. Так же она будет выполняет роль хорошего радиатора для охлаждения диодов. Три SMD светодиода закрепим по одному с каждой стороны.

Вот что получилось.


Устанавливаем в линзовый модуль. Включаем. Справа диод светит чуть хуже, чем все остальные из-за производственного брака.


Просто, для примера, отключаем диоды слева и справа с нашей «лампочки», чтобы посмотреть как светит только один центральный SMD светодиод направленный вверх отражателя.


Тестирование включенных всех трех диодов с близкого расстояния.


Светотеневая граница получилась хорошая и общая засветка тоже сбалансирована. Остается только одна проблема — нужно намного большее количество света.

Технические характеристики наших светодиодов Luxeon такие: 100-120 Лм при токе 450 мА. Получается, что в лучшем случае все три диода в общей сложности смогут выдавать 360 Лм. Около 10% света теряется при преодолении линзы в линзовом модуле, еще около 10% из-за шторки внутри модуля. Выходит, что в самом лучшем случае общая светоотдача будет 290 Лм. Это мало.

Если увеличить ток до 700мА (максимально допустимого) на светодиод, то получим светоотдачу в 160 Лм одним светодиодом, а в общей сложности 480 Лм, что будет равняться половине светоотдачи 55 ваттной галогенной лампочки.
Кстати, на данном этапе до тех пор пока суммарная мощность светодиодов не больше 5 Вт можно не задумываться о серьезной системе охлаждения для них.

Третий этап.

Проведем новый тест с использованием одного сверхяркого светодиода для того, чтобы найти наилучшую его позицию внутри линзового модуля и еще раз увидеть, как распределяется свет в каждой отдельной части и какое получается световое пятно. Для этого изготовим новую алюминиевую площадку для светодиода. Сам диод установим под небольшим углом по отношению к горизонту, так чтобы луч света от него направлялся немного на заднюю часть отражателя линзового модуля.






Светодиод будем использовать 3-х ваттный компании Cree. Подаваемый ток – 900 мА.

Конструкция «лампочки» позволяет крутить алюминиевый стержень внутри цоколя. Таким образом поворачивая стержень со светодиодом можно увидеть как свет распределяется от светодиода в зависимости от его положения внутри линзового модуля и выявить наилучшую позиции по отношению к отражателю.

В ходе тестирования были найдены наилучшие направления светодиода внутри линзового модуля для каждой из трех частей светового пятна (правая часть, центр, левая часть).



Один светодиод Cree, такой как используется в тесте, выдает около 200 Лм при токе равном 900 мА. Используя три таких светодиода, по одному для каждой их частей светового пятна, получаем в сумме светоотдачу порядка 600 Лм. А это уже приблизительно 70% светоотдачи от галогенной лампочкой 55 ватт. Очень неплохой результат.

Продолжение следует...

как успехи?

На недели выложу еще один этап экспериментов....

Четвертый этап.

Теперь поэкспериментируем с двумя мощными 10-ваттными светодиодами Seoul Semiconductor P7.
Характеристики одного такого светодиода следующие:
Мощность – 10 Вт.
Светоотдача – 900 Лм при токе 2800 мА.

Делаем алюминиевую болванку таким образом, чтобы можно было расположить два светодиода обратными (монтажными) сторонами друг к другу. Расстояние от цоколя до источника и точки света (светодиодов) отличалось от спецификаций обычной ксеноновой лампы D2S.

Предполагалось, что созданная конструкция должна подходить к любым линзовыми модулями, которые рассчитаны на ксеноновую лампу D2S, но проведя опыт с другим штатным линзовым модулем от серийного автомобиля, оказалось, что это не так. Приходится искать индивидуальные «настройки» и положение «светодиодной лампы» в каждом другом линзовом модуле. Причина – светодиод имеет направленный точечный характер света, в отличии от ксеноновой лампочки с рассеивающим светом. Но это все решаемо, просто нужно учитывать особенности каждого линзового модуля.

И так, что получилось.




Из алюминия была сделана копия цоколя лампы D2S. Так как вся конструкция «светодиодной лампочки» едина (болванка + цоколь) и цоколь будет соприкасаться с задней стенкой (чашой) линзового модуля, то благодаря такой конструкции получается огромный радиатор для отвода тепла от светодиодов.




Так же на болванку лапочки была одета медная трубка с резьбой, для того чтобы можно было с задней стороны накрутить дополнительный радиатор охлаждения. Получилась такая конструкция.










Светодиодная лампочка установлена в линзовом модуле.




Тестирование. Получилось вполне сбалансированное по освещению световое пятно при использовании только двух сверхярких светодиодов.




В испытании светодиоды управлялись током по 700 мА на каждый. Тогда получается исходя из технических характеристик – один светодиод должен был выдавать 200 Лм. Соответственно светоотдача от двух светодиодов около 400Лм.
Максимальное и критическое значение тока подаваемое на один светодиода может быть 2800 мА. Но для стабильной работы будет достаточно 1800-2000 мА, что в итоге даст около 500-600 Лм с одного светодиода. А в сумме с двух светодиодов можно получить около 1000 Лм, что конечно далеко от технических характеристик ксенона, но вполне сопоставимо с уровнем галогенной лампочки!
Более двух часов «светодиодная лампочка» установленная в линзовый модуль работала без перерыва с подаваемым током 700 мА на каждый светодиод и температура всей конструкции была около 33 градусов.

Продолжение следует...

Эксперименты - это конечно хорошо, вот немного теории:
Для того, чтобы прожектор светил также хорошо, как с родной лампой, форма и направленность источника света должна полностью совпадать с оригиналом. Во
С диодом такое невозможно, хотя... вот мысли для затравки.

В вертикальной плоскости отражатель имеет форму эллипса. В одном фокусе находится дуга (вытянутая вдоль оптической оси), во втором формируется изображение этой дуги. Шторка требуется для того, чтобы отсечь часть лучей снизу, таким образом дуга получается "половинчатая с галкой/ступенькой".
Далее стоит линза таким образом, что ее фокус находится в одной плоскостью со шторкой и задней частью дуги.
В итоге в центре изображения после линзы получаем прямой луч 100% света, и по мере продвижения вдоль изображения дуги ближе к линзе, последняя отклоняет и рассеивает луч всё сильнее, поэтому мы получаем снижение интенсивности от центра пятна к краям.