Если вы ожидаете очередной обзор, каких на интернете как грязи, то проходите мимо. Мы остановимся на моментах, которым почти никто не уделяет внимания. Речь пойдет о тепловом режиме работы LED лампы в фаре, примере неправильной установки и, как следствие, ее преждевременному выходу из строя. Коснемся также того, как без приборов оценить реальный световой поток от LED ламп и не быть обманутыми их продавцами.
Не все выпускаемые современные мотоциклы, а тем более моты прежних лет выпуска, имеют LED в фаре (фарах). Хорошего правильного света (да, правильного — об этом чуть позже) никогда не бывает достаточно. Поэтому многие заменяют свои галогенки на LED. Для мотоциклов это обыкновенно замена стандартной двухнитевой Н4.
Говорить будем на основе реального примера. Копнуть по-глубже обсуждаемую тему меня заставил вот такой случай. Мой племянник, у которого на тот момент была китайская чекушка-эндурик, попросил помочь ему разобраться, почему так часто вылетают LED в фаре — одна-две за сезон. Чет думаю не то. LED имеют срок службы при нормальной эксплуатации десятки тысяч часов. Для примера 10000 часов преимущественно городской езды приблизительно соответствуют 250-300 тыс.км пробега, то есть перекрывает средний срок службы китайца в несколько раз. Ну, говорю, покажи мне какие лампы ты поставил. Достает коробку с 2-мя штуками для автомобиля. Одну уже установил, а вторая, типа про запас — все равно первая скоро вылетит.
Во-первых, расположение светодиодов на подложке никуда не годится. Если посмотреть на стандартную галогенку Н4, то вот как выглядит конфигурация и расположение нити ближнего света, а также небольшого экранчика справа:
Правильное распределение светового потока именно ближнего света очень важно, так как в противном случае вы будете слепить встречный транспорт. Дальный свет в данном случае не имеет значения. Главное, чтобы хорошо освещал дорогу, ведь вокруг все равно никого нет. То есть, светоизлучающий компонент ближнего света, в нашем случае светодиоды на подложке, должен быть точно в том же месте и хотя бы приблизительно тех же габаритов, что и вольфрамовая нить в Н4 лампе, под которую рассчитан рефлектор в фаре мота. Этот момент уже пережеван миллион раз на инете и больше останавливаться на нем не будем.
У LED ламп, как у моего племянника на фотке выше, нет даже и намека на вышесказанное. Неудивительно, что ближний свет у него сиял на всю ивановскую. Однако с учетом того, что он по ночам почти не катался, а в дневное время с таким «ближним» заметность мота заметно повышается, мы решили оставить эти LED лампы.
Теперь переходим ко второй части марлизонского балета.
Ищем, почему LED лампы так быстро вылетали. Меряю напряжение в бортсети при средних оборотах — 14.6 вольт. Немного многовато, но для LED ламп, у которых внутри стоит источник тока это по барабану. А вот для акб — да, многовато, хотя не смертельно. Он будет слегка перезаряжаться. Между прочим, если у кого возникнет желание вернуть напряжение в норму, чтобы избежать разборки РР (а он залит компаундом) и его дополнительной регулировки, можно просто последовательно с выходом РР включить 20-30 амперный диод Шоттки. Падение напряжения на таких диодах составляет около 0.5 вольта, в отличие от кремниевых — 0.7 вольта. Это даст нам требуемые 14.1 вольта на выходе РР. Тут же замечу, что в стандартный РР на мотах, за редким исключением, входит мощный одно или трехфазный диодный мост-выпрямитель.
Едем дальше с поисками проблемы. Забрезжила одна догадка. Прошу племянника подьехать ко мне сразу после очередных покатушек. Меряю ИК термометром температуру радиатора LED лампы. Так и есть, идея оказалась правильной — температура поверхности 91 градус при том, что тот день был довольно прохладным — около 15 тепла. Вот она причина — банальный перегрев. И причина перегрева раскрылась очень просто.
На всех фарах с галогенкой цоколь лампы закрыт пыле-брызгозащитным резиновым колпачком с отверстием маленького диаметра рассчитанным на цоколь галогенки (как сказано выше — Н4). Причем отверстие это обыкновенно находится в углублении, окруженном буртиком того же резинового колпачка. И если резиновый колпачок еще удается натянуть на LED лампу перд установкой, то буртик оказывается почти на уровне края радиатора, показанного красной чертой на фотке LED лампы выше. То есть, фактически все тепло рассеивается лишь через верхнюю плоскую поверхность радиатора. Естественно, этой площади недостаточно.
Конечно, часть тепла рассеивается через физический контакт радиатор-резина и резина-воздух, но это лишь малая толика, так как радиатор касается резины ребром, а не всей плоской поверхностью.
Убрали колпачок и сделали тест-поездку:
Температура радиатора упала до 60 градусов. Отличный результат. Подрезали колпачок по высоте так, чтобы радиатор целиком был поверх резины, все собрали назад. Еще одна тест-поездка. Температура поднялась до 64, но это обьяснимо, так как воздухопоток нижней части радиатора теперь уже наглухо перекрывался верхней частью подрезанного колпачка. И даже эти 64 градуса — прекрасно. С тех пор LED лампы на моте моего племянника не сгорали. Так он его и продал.
Теперь поразмышляем с цифрами в руках. Как говорится, инженер без цифр — это просто посторонний человек со своим мнением.
Ток, потребляемый описанной лампой при 14.6 В составлял 1.6А, что соответствует рассеиваемой мощности 23.4 вт. Прикидочный тепловой расчет, учитывая обьем воздухопотока в районе цоколя лампы где-то в районе 0.1-0.2 л/сек (зависит от скорости мота) показывает, что температура переходов самих светодиодов на подложке при замеренной выше температуре радиатора 91 градус должна находиться в пределах 160-170 градусов. Я не знаю тип примененных светодиодов, но типичная максимальная температура для арсенид-галлиевых или галлий-фосфидных диодов составляет 150 градусов. Вот так, цифры нам все обьяснили.
Как оказалось впоследствии, описываемый случай оказался нетипичным — просто все плохо сошлось. И слишком большой резиновый защитный колпачок, и неудачная конструкция радиатора LED лампы. Потом я для интереса неоднократно мерял температуру LED ламп у тех своих знакомых, кто заменил ею оригинальную накальную лампу. Всегда находил подтверждение вышесказанным выводам. Вследствие того, что на разных байках резиновый защитный колпачок имел разную форму, где больше, где меньше перекрывая ребра радиатора LED лампы, то и результаты замеров сильно варьировались. У двух человек стояли лампы с вентилятором (который на тот момент еще не накрылся) — результаты замера температуры были удовлетворительными.
Теперь, вооружившись детальным разбором описанного выше примера, нетрудно будет проанализировать и сделать правильный выбор LED для фары.
Я выбрал четыре наиболее типичных конструкции. Рассмотрим их с точки зрения теплового режима (это наша тема сегодня, если кто забыл).
Вариант 1.
Пассивное охлаждение. Все, что сказано выше в полной мере относится и к этому варианту. Внимательно смотрите, чтобы резиновый пылезащитный колпачок был ниже радиатора. Если надо — подрежьте. Недостаток данной конструкции в том, что со временем на радиаторе оседает пыль и грязь, самоутрамбовываясь во влажную погоду, ухудшая и без того напряженный теплообмен.
Вариант 2.
Прекрасный пример кошмарного расположения светодиодов. Это будет пытка для встречных машин. Дальше. Насчет защитного колпачка — то же, что и для N1. Здесь мы имеем активное охлаждение (вентилятор). Тепловой режим данного решения хороший. Недостаток тот же, что и в N1, но даже в большей степени. Подобные вентиляторы не имеют пыле-влагозащиты и рассчитаны для работы внутри электронного оборудования. Не мне вам рассказывать сколько пыли скопляется в районе задней части фары на моте. А ведь всю эту пыль вентилятор прокачивает через себя и свои незащищенные подшипники скольжения, а так же загоняет в непродуваемые полости радиатора лампы, частично закрытые резиновым колпачком.
Вариант 3.
С точки зрения термобаланса — лучшее решение. Но размеры… Но вид болтающихся луженых медных «чулков»… Не знаю… Есть такое понятие — «техническая эстетика». Это чисто субьективное понятие, распространенное среди профессионалов. Допустим в электронике печатная плата с компонентами может выглядеть «красиво» или «так себе». Хотя на функциональность это не повлияет (за исключением СВЧ дизайна). Это могут оценить между собой только коллеги инженеры-разработчики. Так и с этой LED лампой. Я бы себе подобного кальмара на мот не поставил. Для закрытых со всех сторон пластмассовых байков может и покатит, хотя на «чулках» тоже со временем начнет откладываться пыль и грязь, которой, из-за своих размеров, они подвержены в еще большей степени, чем в примерах 1 и 2.
Вариант 4.
С первого взгляда — лучший вариант. И тебе пыле-влаго защищен, и никаких торчащих снаружи радиаторов/вентиляторов, и расположение светодиодов на подложке точно соответствует стандартной галогенке Н4. Но это — обманка для лохов. Мы уже миллион раз говорили о том, что LED лампы излучают кроме света много тепла. Аксиома при термодинамических расчетах электронной аппаратуры та, что для данного радиатора конечных геометрических размеров, даже самого оптимизированного, существует некий предел рассеиваемой мощности путем естественной конвекции. Все. Либо дуй на него, либо снижай подводимую мощность. Разработчики данного варианта так и сделали — уменьшили мощность. В результате данный вариант 4 по светоотдаче чуть-чуть превосходит стандартную галогенку Н4. В данном варианте теряется главное преимущество LED ламп — больший световой поток, чем от накальных, при меньшем токе потребления. Казалось бы — ну и что? Ведь корпус заводской фары рассчитан на рассеивание мощности, потребляемой стандартной накальной лампой, а она, как написано выше, составляет 60вт для Н4. Правильно, но та же галогенка прекрасно себя чувствует при температуре баллона в несколько сотен градусов, а светодиоды на подложке? И без частичной естественной циркуляции воздуха вокруг радиатора, как в варианте 1 и 3, размеры радиатора в данном варианте заняли бы значительную часть внутреннего пространства. Представляете, как это будет выглядеть?
Ну вот, скажете вы, и то ему не так, и это плохо, а что же тогда хорошее? Очень просто. В недостатках варианта 4 есть такая фраза «Либо дуй на него ...» и вывод напрашивается сам.
Итак, лучший вариант свободный от всех перечисленных выше недостатков, который я установил на свой Versys-X:
Как видите, это то же, что и вариант 4, но с принудительным охлаждением встроенным вентилятором, который работает в идеальных условиях (а поэтому имеет большой ресурс). Хороший теплоотвод позволил увеличить светоотдачу и данный вариант имеет приблизительно 3000лм. Сравнивая визуально со стоковой Н4 могу подтвердить, что это действительно близко к истине.
Примечание:
3000 лм световой поток определен, как описано ниже в методе2, хотя изготовитель заявляет 8000. Это — полня туфта. Сравнивая на глаз световое пятно от Н4 до замены и от этой LED лампы, даже после паллитры не удастся разглядеть почти 7-кратную разницу.
Вот как выглядит установка выбранного варианта LED в фаре:
Оказалось, что на Versys-e недостаточно места и данная лампа просто не влазила по длине. Пришлось подрезать контакты и спаять переходник, изготовленный из цоколя старой Н4 лампы:
После доработки лампа стала идеально.
Результаты.
После езды на 1-3 передаче по городу в жаркий летний день с температурой под +35 в тени, температура стекла фары не превышала 40-45 градусов.
Свет. Те, кто когда-либо менял родную галогенку Н4 на LED лампу меня поймут. Вопросы о сравнении освещения дороги до и после замены пропадают автоматически в первые же секунды, раз и навсегда.
Сравнение на стенке светового пятна ближнего света до и после замены показало практически полное совпадение со стоковой Н4. Пучок дальнего света оказался чуть уже старого и примерно наполовину выше. Визуально на дороге это выглядело так, что дальний стал «бить» дальше.
Третья часть марлизонского балета — не лохануться бы.
А теперь, как говорил незабвенный Капелян, информация к размышлению. Стандартная, наиболее часто встречающаяся в фарах мотоциклов лампа накаливания, — это галогенка Н4. Ее световой поток составляет 1200/1600 люмен ближний/дальний свет. Потребляет она 60 вт на дальнем свете и 55 вт на ближнем. Для чего я упоминаю об этом? Дело в том, что изготовители LED ламп просто гонят по поводу светового потока своей продукции. Вы можете увидеть совершенно фантастические цифры по 15000 и даже 20000 лм для обыкновенного H4 эквивалента. Поэтому, если нет измерителя светового потока, надо полагаться лишь на свои глаза, сравнивая световое пятно до и после замены. Ведь в конце концов именно ваши глаза и являются той последней оценочной инстанцией, ради которой мы меняем лампу в фаре.
Второй метод.
В описании иногда указывают тип примененных светодиодов. Идем на сайт изготовителя диодов (частенько это Cree) и находим параметр Maximum Efficacy at Binning Conditions, который выражается в lm/W (лм/вт). Этот параметр указывает максимальную эффективность преобразования подведенной к LED мощности в свет. Также в параметрах иногда указывают потребляемый ток LED лампой (или можно попросить продавца померить его, или померить самому).
Зная потребляемую мощность и Maximum Efficacy at Binning Conditions параметр, можно вычислить максимальную светоотдачу. Например, если покупаемая LED лампа имеет потребляемый ток 2А при 12В, то потребляемая ею мощность будет 24вт. Для Cree диода XHP50 (часто применяемый тип) Maximum Efficacy at Binning Conditions параметр = 149lm/W. Таким образом максимальная светоотдача = 24x149 = 3576 лм. Реальная светоотдача, конечно, меньше и зависит от величины тока через светодиоды, выбранной изготовителем. Но, поскольку все изготовители меряются письками, есть большая доля вероятности, что светодиоды используются с максимально возможной эффективностью.
И третий метод.
Имейте в виду, что это очень грубый и приблизительный метод. Пользуемся этим методом, если тип применяемого светодиода не известен. Также, как и во втором методе, вычисляем потребляемую данной LED лампой мощность.
Так вот, учитывая КПД современных светодиодов, реальная световая отдача
такой лампы в пересчете на эквивалент накальной будет приблизительно в 6-8 раз больше потребляемой мощности при напряжении 12В.
Например, если покупаемая LED лампа, как выше, имеет потребляемый ток 2А, то потребляемая ею мощность будет 24вт. Значит эквивалентная светоотдача будет соответствовать накальной лампе мощностью от 144 до 208 вт. Учтите, что световой поток ламп накаливания не пропорционален потребляемой мощности. Это означает, что если знакомая нам Н4 лампа имеет, как сказано выше, 1600 лм при 60 ваттах, то при вычисленных выше 208 ваттах другая лампа не будет иметь 1600х(208/60) = 5546.7лм. Поэтому в данном методе мы не ведем прикидочный расчет в люменах.
Ну, и напоследок об установкие дополнительных DRL (daytime running lights). Дело в том, что использование при езде днем только ближнего света фары недостаточно по причине отсечки светового пучка. При определенных дорожных условиях (например мот едет снизу вверх по склону холмика) его фара будет находится ниже линии зрения встречного водителя, поворачивающего налево. В этом примере свет фары будет почти невидим, особенно при прямом солнечном свете. DRL не имеют такой четкой границы и будут хорошо заметны всем. По своему опыту скажу, что после установки DRL коробочники стали уступать дорогу намного чаще, чем до этого.
Вот вариант установки на моем Versys-X. Ставим на защитную дугу с помощью дополнительных уголков. Используем два двойных LED фонаря по 1500 лм каждый.
Фонари вместе с ближним светом автоматически зажигаются от реле, которое подает напряжение только после того, как двигатель запустился. Подобное реле стоит почти на всех современных мотах.
Регулировка очень простая. Против стенки включаем ближний и устанавливаем пятна от DRL-ов, чтобы они светили чуточку выше линии отбоя ближнего света фары и чуть вбок.
Для тех, кому влом было читать этот пост, вывод будет таков: кто предупрежден — тот вооружен. Все остальное — на Ваше личное усмотрение.