设为首页收藏本站

科技论坛

 找回密码
 注册
查看: 11129|回复: 57

[技术] 手电DIY(转)

[复制链接]
发表于 2013-11-11 18:24:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
手电DIY(转)

为骑行的朋友转弄虚作假DIY,手电的制作:

自制手电

自制手电

(1)手电概述 其实手电在很早以前就是个夜间照明器具,我小时候夜里在河里抓鱼,在墙壁上抓蝎子(我家乡产的一种中药材,捉来卖给药材商人,价格还挺贵的类似于南方的蜈蚣吧)。那时候手电都是白炽灯珠的,其实就是电流把钨丝加热到白热发光状态。用1号电池,现在都很少见了,都慢慢淡出生活了。没想到时代进步快啊,爱迪生也落后了,美国已经宣布禁止白炽灯泡的生产,转而引入照明厂商进入更为节能的气体放电和半导体照明技术领域。放眼当今,在半导体照明也就是LED(发光二极管)领域,领导全球LED照明技术的也是美国CREE 德国欧司朗 等欧日企业。美国人发明了白炽灯泡,又首先放弃了白炽灯泡。一个灯泡上,看到了什么是创新。想到这里我对前几年江主席提出的“创新是一个民族进步的灵魂”的论断无比佩服啊。不妄自菲薄了,“科学技术是第一生产力”也是我国的基本国策滴。。。

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

(2)近年来手电的演变 2005年左右,我所见到的手电筒都还是白炽灯泡的。当时当当网卓越 京东等电商还在卖一个美国的镁光的牌子的手电。当时我咬了咬牙,一狠心,一跺脚,把积攒了几个月的一点生活费还是攥在手里了。当时镁光的手电要200多一个。后来就见到了一些什么GP超霸 次时代 派利德 德赛 博客 等电池驱动的LED手电。再后来,铅电池为电源的手提灯也全面进入了LED时代,现在想买一个这种手提卤素白炽灯已经不容易了。2006年前后,我进入了一个手电论坛,那个论坛上我知道除了前面说的GP超霸次时代 派利德 德赛 博客那些草帽LED外,国外早就退出了大功率LED.论功率级别,一个CREE P3 都是3瓦级的 ,而那种草帽LED一个才0.1瓦。后来就慢慢接触大功率LED,已经好几年过去了。当初的P3也早已经落伍,而大厂们LED技术还在突飞中。。。创新是阿美里加进步的灵魂,啥时候国产也能造出这样的LED,就好了。。。镁光灯泡的和次时代的多头LED.


 楼主| 发表于 2013-11-11 18:24:28 | 显示全部楼层

自制手电

自制手电

典型多头。。。

自制手电

自制手电

(3)LED的优点和缺点
作为一种新型的发光源,和传统光源比。LED有很多优势。第一,发光效率非常之高。目前最高光效的LED 电能—光能转化效率已经达到13%,而白炽灯的电能-光能转化效率还不到1%。转化效率的计算是很复杂的,但是无论是理论还是实测,LED的光效率高都是不可否认的事实。第二,LED发光原理是半导体材料发生微观物理化学反应过程中释放出光子,其发光原理已经涉及原子物理学,就像核聚变与内燃机相比,能量转换原理都是不同的。LED在这样的理化作用下,发光时效率高寿命长,而不像白炽灯那样因为钨丝在高温下升华而变细最后断掉。CREE公司的LED产品在标称工况下已经能到到100000小时。这个数字显然不是白炽灯泡所能达到的。第三,LED是属非真空元件,光源内外无压力差,它具有很高的防暴性能。它是全封闭一体化工艺,有良好的防潮性能。第四,LED工作在低电压直流状态,使用安全可靠。第五,LED发光特点是定向性很强的发光元件,通过LED发光器上的镜头角度改变,可以实现各种发光角度的发光体。LED发光体可以做成规范的几何形状,其核心光斑非常均匀,可以实现定向照射,这是其他发光体无可实现的优点。
事物是一分为二的,LED有很多优点,它有很多缺点。围绕手电来说,第一,LED的耐高温性较差,LED发光体一般都要求在低于100度以下的温度下工作。100度说的是发光体的核心温度。而白炽灯的光源却无需考虑高温问题。灯丝温度都在几千度,封装在玻璃中无需担心。但是LED发光体则必须做好良好的散热,所以LED都封装在导热良好的金属基板上,主要为铝质。有些大功率的LED还需要风扇强制冷却。第二,LED的发光机理导致LED发的光光谱不完整。我们知道,光是由不同频率的电磁波组成的。太阳光是由7种光组成的。LED发出的光光谱可能是不完整的,缺少某种颜色的光。所以和白炽灯为代表的自然光比,LED的光看起来有些不舒服,或太刺眼,或无层次感,等等。所以目前汽车用照明灯仍然以卤素白炽灯和气体放电的氙气灯为主。随着LED技术的进步,这些问题很可能也会迎刃而解。据报道,CREE已经退出了接近白炽灯色温的超低色温替代白痴灯泡作为汽车和路灯照明的LED.其色温达到3500K的最低值,和白炽灯光色无异。第三,LED对电流敏感,需要工作在比较严格的电流 电压环境下。因此LED不能直接接入电源,需要对电流进行调制,因而其电路结构相对复杂。还有一些其他,但是无关手电,就不一一细表了。
尽管相对传统光源,LED有很多缺点,但是瑕不掩瑜,丝毫不能阻止LED成为移动照明产品首选光源。其节能,高效的优点特别适合移动照明,它的一些缺点经过工艺和技术的弥补,可以被解决或部分解决。现在LED手电筒随着户外运动的兴起,竟然也成了很多驴友 车友 的必备装备了。在CREE 欧司朗等大厂的技术引导下,户外LED手电也是更新换代迅速,以CREE公司产品为例,单体发光核心从P3 P4 Q2 Q3 Q4 Q5,一直发展到R2 R3 R4 R5 T6 U2 U3.其功率从3瓦 5瓦也发展到10瓦。
(4)手电(车灯)的组成
明白手电或车灯的基本组成,有助于了解作为系统的他们的质量,方便你仔细挑选。这个系统由下列部分组成:
电源:就是电池。电池主要是锂电池了。其他电池能量密度不够。
LED核心:光源,就是灯珠。
电流调制电路:也就是所说的驱动电路,恒流电路。最劣质的手电会省掉此部件
外壳:外壳相当于电脑主板,散热,密封,都靠他。外壳是大系统,又分为开关,灯座 灯头 聚光 五金件(电池端子弹簧)等子系统。
我后面会一一对上面的几个部分一一介绍。
(5)CREE公司的主流LED简介,让你远离忽悠
目前,在手电和车灯上应用比较多的都是CREE 欧司朗 流明汉城半导体等几家公司的产品,其中又以CREE的为主。CREE占有量最大。CREE公司的LED的命名,也成了某些手电的命名,堪称经典,比如C8 Q5这种手电,就是用CREE的Q5LED核心命名的。虽然说我们国家制造业强大,可以立即紧随APPLE发布安卓版I5,但是在手电LED这个领域,还没有任何一家组织或个人可以仿造出来。不讲究的商家现在顶多是拿低级CREE冒充高级CREE。无论任何品牌手电或车灯,如果标称自己是CREE灯珠,那亲就放心吧,大多数情况下都是CREE的。没有山寨CREE.
CREE公司的近近年来的LED核心按照级别主要分为P Q R T U系列,其中LED核心的封装形式又有XRE XPE XPG XML之分。目前最常见的有XRE Q5 R2,XPE R2 R3 R4,XPG R5, XML T6 U2, U3.原则上,字母顺序越靠后,其等级就越高。具体见下面图。其中,有些品质单纯从外观是无法分辨的,比如XRE Q4 和Q5,XPE R2 和R3,XML T6和U2等等,无对比参照物的话,是很难分出的。所以就主要靠卖LED的人品和信誉说话。


 楼主| 发表于 2013-11-11 18:24:48 | 显示全部楼层

讲下几个主流LED的光通量最大值,知道了它,你就不用担心被JS忽悠了。超过这个最大值的,都是假的。下面的光通量的流明值都是白光LED的数值,黄光会略低些。
Q5,最大工作电流,1000毫安,248流明(最大电流下光通量,下同)
R2,最大工作电流,1000毫安,260流明
R3,最大工作电流,1000毫安,300流明
R5,最大工作电流,1500毫安,470流明
T6,最大工作电流,3000毫安,900流明
U2,最大工作电流,3000毫安,1000流明
U3,最大工作电流,3000毫安,1100流明。
所以,如果某商家说,他的Q5手电能发400流明,那必是骗子。
此外 ,消除一个误区,并不是光通量大的LED的手电或车灯就一定比光通量低的LED的灯照射的远,照射的范围大。因为除了光源外,一个高效率而无浪费的聚光系统对出光效果更起决定性作用。一个质量不好的反光杯装一个U2,可能也不如一个高品质的光杯装一个R5亮。后面会讲到的时候详述 。

自制手电

自制手电



 楼主| 发表于 2013-11-11 18:25:08 | 显示全部楼层

此外,还有些LED光源是数个核心封装在一起的,这样的光源实际上是数个LED的简单相加。比如CREE公司有个叫MCE的LED,是四只Q5 封装在一个胶体内,其性能为四个Q5之和。

自制手电

自制手电



(6)详解LED灯珠结构
典型的LED灯珠是一个封装在胶体中的核心。核心还要焊接在铝或铜的板上。一般CREE公司销售的LED都是不带基板的,封装在载带中,一卷都是几K。都是代理商会根据客户要求焊接不同大小尺寸的基板。大功率LED在工作时,仍然会有80%几的电能会传化为热能,功率虽然只有几瓦,但是长时间的温度累积在狭小空间内,温度也会非常高。我曾做过测试,不采取任何散热措施,点亮5分钟后LED基板上的温度能化掉焊锡。化掉焊锡的温度约为200摄氏度。高温对LED的影响主要是会发生不可逆转的光衰,光衰就是经过一段时间后,亮度有所下降,直至报废。局部温度过高的另一个害处是过早地损坏其他周边元件,造成电路不稳定工作,甚至报废。根据CREE的数据表,其LED核心应工作在85-120度的范围内。其实不要以为120度很高,点亮后LED最核心的位置都有这么高。有人测试Q5的温度上升为每瓦8摄氏度。在理想的散热条件下,满功率的Q5将会带来核心周围带来24度的温度上升。因此必须保证LED灯具的散热。

自制手电

自制手电

(7)热电分类。
LED核心到基板的散热可以说是最基本最重要的一个散热环节。这时,热量从发光核心出来,传递到基板。因此,LED不同于其他光源,需要金属作为基板。而基板是导电的,这就靠热电分离技术来解决导热和绝缘的难题。铝板或铜板的上面先加一层耐高温的绝缘层,在绝缘层上铺设好导线、焊点。然后再用回流焊等设备焊接好LED核心。一般而言,这个环节的散热工作都是没问题的,代理LED灯珠的商家都有回流焊,波峰焊等设备,能保证热电分离,散热到基板完全OK.

自制手电

自制手电



 楼主| 发表于 2013-11-11 18:25:28 | 显示全部楼层

(8)电源,就是电池或电池组概述。
本着由浅入深的规则,现在谈下电池。电池是储存电力的容器,电池的主要指标是容量。电池还有一个指标,叫放电速率。简单说,容量说的是 这个水库能装多少水的问题,放电速率说的是能以多大的流量来放水。在不同的用电设备上,这2个指标的重要性可能有所不同。比如有些用电设备要求能够大速率放电,以提供足够大的输出功率,比如电动车 电动汽车等,这些机器需要大电流工作。有些用电设备则无需多大放电速率,只需电动车电流的百万分之一即可,比如遥控器、石英钟、收音机等。综合各种手电来看,咱们讲的大功率LED手电属于电池大速率放电才可以工作的设备。手机也属于需要大的放电速率电池的设备,尤其是通话过程中,电流也是很大的。因此,日常生活中对电池的选择一定要根据用电设备的特性,选择合适的电池。后面再列举电池种类时,会具体提到,供大家参考。下面根据电池的制造材料和工艺,对常见电池进行汇总,简单评价供参考。我说的这些分类,都是可以在电池包装上找得到相应的标签。
碳性电池:这是一种相对古老的电池。单个电压 1.5V.不可充电。碳性电池制造过程中含有少量的水银。即Hg.所以你看这种电池上面都会以含水银数量低作为卖点。一般都会说,“含低量Hg,”“无汞”等。碳性电池的外皮是锌,锌在电解液作用下,容易烂掉。所以这种电池容易漏液,电解液腐蚀性很强。这种电池放电速率低,适合小电流用电设备。比如遥控器,计算器,收音机等。这种电池的优点是便宜,但是这么多缺点,慢慢被其他电池替代掉。此外,电池比较安全,不会裂解。碳性电池多为圆柱形,型号主要有1 号 2号 5号 7号 9号。最常见的是1 5 7.其中 5号电池就是美规AA,7号就是AAA. 此型号也为碱性的电池沿用。针对手电来说,此电池根本就不适合大功率LED手电。
碱性电池:较为新兴的电池。它的大量进入生活的时间不超过15年。单个电压1.5V,不可充电.不含汞。寿命和性能比碳性提高很大,放电电流也大些。电池外壳为钢,不会漏液,作为替代碳性电池的新生产品,逐步占据了很多市场。价格稍贵,另外的缺点是碱性电池的放电电流也比较有限,典型例子是有一段时间数码相机还以AA型号的电池为电源的时候,数码相机都在使用放电速率更大的镍氢充电电池,而没有使用碱性电池。数码相机也是大电流设备,其实并非碱性电池放电容量低,而是相比镍氢,它无法大速率放电。碱性电池多为圆柱形,型号主要有1号 2号 5号 7号 9号。最常见的同碳性,也是1 5 7.其中 5号电池就是美规AA,7号就是AAA. 针对手电来说,此电池能适合大功率LED手电。
镍氢电池:是较为新型的充电电池。标示为 Ni-MH。标称电压1.20V. 单体容量已经做到接近3000毫安时。镍氢电池是优秀的充电电池,环保无毒,放电速率大,容量高。据说在日本,镍氢电池已经普及。所以镍氢电池的市场,也是日系企业的天下。电池大佬 三洋SANYO几乎牢牢地控制着镍氢行业的发展。国产品牌中也很多做镍氢的,但国产似乎只有以性价比为主要竞争手段了。我用过超霸 德赛 品胜 BPI的镍氢充电电池。在此不做任何评价,我只能说我目前在用的大部分都是三洋。买的都是那种库存的三洋电池。镍氢常见的也是5号 7号,也就是AA ,AAA. 前些年常见的口香糖电池也是镍氢充电电池。针对手电来说,镍氢电池适合大功率LED手电。

自制手电

自制手电

锂电池:锂电池是以锂为材料的电池的统称。锂是目前最为主流的电池材料,锂为原料制造的电池已经在计算机 通讯 移动电源等领域大显身手。锂电池也分为很多种,比如有锂离子电池,锂聚合物电池。锂聚合物电池主要是条状块状的电池,锂离子电池则有很多种形状。有条状,有圆柱形,有方形。目前最常用的还是三元锂离子电池。标称电压3.7V.此外锂电池还有一次性和可充电之分.锂电池的缺点是容易过冲和过放,需要十分准确的充电电压和截止电压.否则就存在一定风险.轻了电池损坏,重则起火爆炸.就手电来说,我们谈谈几种常用锂离子电池: 18650锂电池.此外还有14500 26650 18500 等.这些数字是对圆柱形锂离子电池的尺寸描述,前2位是直径,单位是毫米,接着2位数是长度,单位也是毫米.比如18650电池就是直径为18毫米,长度为65毫米的圆柱体.如果你知道了这个规则 ,你可以大概猜出各种规格电池的大小.下面以18650为例,谈谈圆柱形锂电池.

18650锂电池:锂离子可充电电池.外壳为钢.考虑到锂电池内部可能积累巨大压力,主流电池厂商在正极处都设有泄压阀,就是可乐易拉罐那种结构.压力一大,就会突破.并有孔,必要时卸掉压力.现在一般主流18650锂电要求充电电压绝对控制在4.20V以下,过压会造成电池内部隔膜的损坏,增大内阻,降低容量,损害不可修复.截止放电电压绝对要求不可低于2.75V.低于2.75V将造成电池容量永久性下降.18650电池可以大电流放电,容量高,最为适合手电筒,已经成为主流配置.常见的18650厂商有日本的有三洋 松下 索尼,韩国的有LG 三星,加拿大的有MOLI,美国的似乎还没有. 国内有比亚迪 比克 力神等.还有一些就不说了.你懂的.目前,最大容量的18650电池是松下3400毫安时的,所以自称3800,4000的那种18650卖家都………. 手电用户口碑最好的18650当属三洋公司的系列产品.三洋18650为IBM 等知名笔记本厂家作为高端机型电池组内芯,俗称大红袍. 三洋的18650不仅仅是容量大,放电速率也十分理想.这就是前面提到的电池的性能指标的放电速率. 作为大功率LED,能偶长时间持久高亮照明,需要大电流供电.那么,就要电池具备优良的放电平台.就像数码相机不能单独看像素,18650也不能单看容量.至于虚标容量的那些货,咱提都不要提,浪费大家时间! 其实就锂电领域来说,就是日韩的天下.这不是妄自菲薄,国产电池放电性能可能能接近日韩,但是安全性担心啊…这不是要钱的问题,而是要命的问题啊.
这是LG 2200mAH 18650

自制手电

自制手电

至于铅酸蓄电池,就手电来说,咱就不讨论了.理由就一个,沉啊…….不适合移动照明.
还有一些9V电池,那都是用在麦克风万用表上的,此处不讨论了.


 楼主| 发表于 2013-11-11 18:25:41 | 显示全部楼层

(9)18650等锂电池的安全性及相关
谈到电池,你会发现电池体上显著的提示,往往是中文或英文的提示:不要扔入火中,不要拆解,否则可能引起爆炸.其实,这都是厂家在努力降低自己的风险.碳性电池和碱性电池这2种最传统的电池厂家都如此小心翼翼,就别说更为危险的锂电池了.南孚电池爆炸的新闻是有的.手机电池爆炸的新闻也是有的. 可能是处于这种考虑,18650电池根本就没有进入消费者直接可以购买的流通领域.厂商把18650作为一种工业电池卖给生产电子产品的厂家,我们使用的其实都是工业电池,无包装,无商标.假如发生爆炸,三洋等这些厂商根本无需承担直接的法律责任(偷偷地显摆显摆,我有律师资格证书).因为三洋不是销售方,三洋的18650都是卖给工业用户,而没有进入消费者视野.就是进入消费者的手里,那也是经过其他厂商的组装作为产品一部分进入消费者手里,比如联想把他的THINK笔记本卖给消费者,

里面装有SANYO 18650,就是发生爆炸,那也是联想的责任.因为这是作为整机卖给消费者的.就如同一个国产汽车出了事故,鉴定结论说悬挂的钢材不合格.而钢材是宝钢的产品,消费者能直接起诉宝钢么?不能,你只能去起诉汽车的厂家.这里,宝钢就是把钢材卖给了工业用户,是工业用户最后作为完整产品---汽车卖给了消费者.
那么,是不是工业电池就质量很差,因为无需承担法律责任.所以工业电池都可以粗制滥造呢?当然不是.虽然工业18650不是卖给消费者的,是卖给工业用户如联想这样的公司,但是联想采取比普通消费者更为严格和复杂的程序对电池进行检测.这样导致工业18650电池厂家努力提高技术才能在市场上占有地位.而且,工业18650不向消费者承担直接法律责任不等于不向工业用户承担法律责任.因此实际上工业用电池的质量水平不但不低于消费者直接购买的民用电池,反而要高于.

那么为什么三洋不担心工业用户这边的法律责任呢? 因为工业用户是技术性用户.他们懂得产品,会在产品设计的范围内使用,比如,他们会为笔记本的电池组装保护板,会为电池组配备专业的充电器,从而确保了安全.而危险往往出自对产品的无知,所以普通用户被工业18650厂商拒绝了.这也许就是 艺高人胆大的理论依据.
(10)锂电池的充电器
就18650电池而言,风险主要是2个:第一,电池爆炸起火等造成人身和财产安全损坏.第二,电池不当使用造成电池本身损坏,这是购买人的财产损失.第二个风险倒是次要,主要是第一个. 如何做到防范第一个风险呢? 就手电或车灯而言,个人认为应从以下几方面着手: 1,使用符合锂电池特性的充电器.18650要求充电电压绝对控制在4.20V以下,那么要求充电器电压控制十分精准,电池充电到4.20


 楼主| 发表于 2013-11-11 18:26:01 | 显示全部楼层
后准确断电,并有指示灯等人机界面提示.而且,充电的过程不是一个简单的加电过程,具体的有恒流充电和恒压充电.如果简单的加电,那就是一个5块钱的万能充.万能充对电池损害十分大.目前主要用于锂电池充电管理的芯片有LM 358, TP4057等.可以简单判断一个充电器的好坏: 反放电池,看他是否亮灯,亮灯的,则是十分劣质充电器,赶快扔!放反还给电池充电,实则是在放电。还有,不连接交流电,电池放入后看指示灯是不是亮,是亮的也可以扔了。指示灯说明仅仅是个电压提示的。无需太专业的用户,仅此2点就可初步判断一个充电器的好坏。下面是一些简单的图。看充电器外表,是看不出来的。淘宝上那些都一模一样的!

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电



 楼主| 发表于 2013-11-11 18:26:22 | 显示全部楼层

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电



 楼主| 发表于 2013-11-11 18:26:40 | 显示全部楼层

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电

自制手电



 楼主| 发表于 2013-11-11 18:27:08 | 显示全部楼层
(11)LED驱动电路。
继续谈谈驱动电路。前面说个LED对电流敏感,超范围1%的电流都可能造成不可逆转的损坏,因此需要恒流电路。恒流电路就如汽车发动机,电池如同邮箱,LED则是车轮。只有一个高效率的发动机,才能充分发挥燃油的效率。驱动电路的最主要功能应该有:防止反接保护,防止过放电保护,恒流。目前我所知道的可靠性比较高的锂电LED驱动有 AMC 7135降压恒流电路。其他还有线性恒流电路,还有些是升压电路。电路有几个指标比较重要,1是电路自身的输出效率,电路自身要消耗一部分电力。2是相关的电路做工是否发热。个人认为,AMC 7135电路比较理想,适应性强。而且电路价格不贵。比电阻降压电路性能好,比线性恒流电路适应性强,稳定。适合普通手电使用,效率也不错,综合全程放电能达到90%以上。
电阻降压电路,廉价,批发价1元以内。

自制手电

自制手电

7135 降压恒流电路 镀金覆铜板

自制手电

自制手电

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

辽公网安备 21100402204006号|科技论坛 ( 辽ICP备07501385号-1   

GMT+8, 2018-12-15 15:14

Powered by tech-domain X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表