Светодиодные (LED) ПТФ своими руками

    Впервые мода на дополнительные светодиодные световые приборы пришла, когда в ПДД внесли изменения, обязав ездить с включенным ближним светом. Основным аргументом в пользу светодиодных световых приборов было продление срока службы ламп основного света, а также мизерная экономия топлива. И вскоре на большинстве авто появились китайские ДХО, дешёвые тогда стоили в пределах 500 руб. Однако довольно быстро дешёвые ходовые огни выходили из строя по причине отсутствия стабилизатора, так как светодиоды очень не любят скачков тока, которые в бортовой сети автомобиля неизбежны. При этом как только народ не изгалялся в схемах подключения, почти ни у кого не было так, как положено - чтобы они загорались при заведённом двигателе и отключались при включении онсовных световых приборов. Со временем народ массово перешёл на использование ПТФ с классическими галогенками внутри, которые стоят рублей 20-30 за штуку. Также следует отметить, что на дорогих иномарках уже давно применяются светодиодные ДХО, и они мало того, что красиво смотрятся, ещё и качественно выполняют свою прямую функцию - авто со штатными светодиодными ДХО очень хорошо заметны днём, что безусловно увеличивает безопасность дорожного движения.

    В моём же случае основными причинами изготовления светодиодных противотуманных фар было внедрение современной технологии в Волгу, вполне конкурентоспособную с промышленными образцами лучших автопроизводителей, а также ощутимая экономия тока в бортовой сети автомобиля - проектная мощность светодиодных ПТФ была в пределах 40 Вт, в то время как обе лампы ближнего света потребляют 110 Вт. Экономия практически трёхкратная. Понятно, что экономия бензина минимальна, особенно с учётом затрат на разработку и изготовление самодельных ПТФ, смысл экономии тока в том, чтобы зимой можно было держать включенными на максимальную мощность большее число потребителей, в том числе и на ХХ, когда токоотдача генератора минимальна.

    Основным результатом светового прибора является пучок света, соответственно начинать разработку ПТФ необходимо именно с определения формы светового пучка, который требуется получить. Поскольку стоит задача сделать ПТФ, то обращаемся к Правилам ЕЭК ООН №48, пункт 6.3 "Передняя противотуманная фара", подпункт 6.3.5 "Геометрическая видимость" - границы пучка в вертикальной плоскости 5 градусов вверх и вниз, в горизонтальной плоскости 45 градусов наружу и 10 градусов внутрь. Получается, что штатная туманка должна выдавать "сосиску" с пропорциями сторон 10 к 55.

    Определившись с требуемой формой светового пучка, следует определиться с источником света. Современная китайская промышленность предлагает огромнейший выбор светодиодов, разной формы, рассчитанные на разный ток. Конечный световой поток измеряется в люменах, КПД светодиода указывается в светоотдаче Люмен/Ватт, средний показатель для дешёвых сверхъярких светодиодов порядка 200 люмен на Ватт. Оптимальными на мой взгляд являются светодиоды на 3 Вт, которые при небольшой величине светоизлучающей поверхности имеют неплохую светоотдачу. Почему не следует применять светодиоды бОльшей мощности - из-за большой площади светоизлучающего кристалла, отчего получить световой пучок требуемой формы будет гораздо сложнее. Мною в Китае были заказаны светодиоды 3 Вт 50 штук. Они при подаче порядка 3,5 Вольт потребляют ток примерно 700 миллиАмпер светятся максимально ярко. При таком токе светодиоды довольно сильно греются. Превышать ток нельзя, причём даже короткого скачка тока достаточно, чтобы спалить светодиод, то есть стабилизатор напряжения (в идеале тока) обязателен. По мере нагрева светодиода потребляемый ток увеличивается, что приводит к ещё большему тепловыделению и выходу светодиода из строя. Вообще часто для светодиодов указывают срок службы в часах 10 тыс, 50 тыс. Смысл данной цифры похож на период полураспада радиоактивных элементов, то есть если сказано, что срок службы светодиода 1000 часов, это значит, что через тысячу часов светодиод будет выдавать вдвое меньше люмен.

    Поскольку яркость свечения одного светодиода значительно уступает галогеновой лампе, и тем более ксеноновой, то для получения светового пучка требуемой яркости применяют параллельное включение нескольких блоков (диод + отражатель). количество мини-блоков.

    Более предпочтительными устройством формирования светового пучка в сравнении с отражателем является линза, но готовых с пучком требуемой формы (10 на 55 градусов) я не нашёл, а самому изготовить линзу довольно сложно. Тем не менее, планирую вскоре купить линз с углом рассеяния в 5 градусов и собрать люстру Ватт на 100, но это уже совсем другая история :) .

    Итак первые попытки создания отражателя были такими:

  Виден довольно сильный засвет в стороны от основного пучка, что помимо уменьшения полезного свечения, также будет слепить и встречного водителя. То есть получится ни себе, ни людям. Очень длинный отражатель также не решал проблемы, так как уже появлялся эффект многократного отражения света от стенок и опять таки узкого пучка не получалось: В результате пришлось написать программу и рассчитать оптимальную форму отражателя притом, чтобы его размеры остались разумными: Главная сложность заключается в большой площади светоизлучающей поверхности светодиода - круг, диаметром порядка 6 мм, как показали рассчёты для получения чёткого пучка нужен большой отражатель. И чем он будет больше, тем точнее будет пучок. Изготовив рассчитанный отражатель получил пучок следующей формы:   В горизонтальной плоскости я практически добился требуемого пучка в 55 градусов, а вот в вертикальной получилось в районе 30 градусов вместо требуемых 10, однако большего отражателем не добиться, нужна линза. В качестве отражающего слоя использовал самоклеящуюся зеркальную плёнку. Видно, что побочные свечения, которые могли бы слепить встречного водителя, отсутствуют:

    Следующим важным компонентом является стабилизатор, питающий светодиоды. Я собирал стабилизатор напряжения, хотя более предпочтительным является стабилизатор тока. Оценив имеющиеся микросхемы решил собирать стабилизатор на микросхеме lm2576-adj её даташит не обещал никаких запредельных характеристик, зато гарантировалась работа в довольно широком диапозоне темпетратур и напряжения питания. Плюс он требует минимальное количество внешних компонентов. Схема из даташита такая:

Тем, кто решит использовать готовые стабилизаторы для повышения надёжности советую вместо подстроечных резисторов впаять постоянные - так оно надёжнее будет. Также следут проследить, чтобы все электролитические конденсаторы были на 105 градусов, так как стабилизатор будет расположен в моторном отсеке, а летом под капотом температура запросто может быть 60-80 градусов. Соответственно и сама микросхема стабилизатор должна быть расположена на массивном радиаторе, как и шунтирующий диод.

    Главным требованием к корпусу светодиодной противотуманной фары является отвод тепла, так как сверхъяркие светодиоды сильно греются. Я применил радиаторы от процессорных кулеров, сами светодиоды садил на теплопроводящую пасту. Защитное стекло изготовил из оргстекла. Лобзиком из него можно выточить деталь любой нужной формы. При этом необходимо учитывать, чтобы на самом стекле не было никаких выступов, на которых могла бы задерживаться грязь. Само собой, обязательным требованием к корпусу противотуманной фары является абсолютная герметичность. Помимо угрозы загрязнения отражателя, негерметичная ПТФ будет "потеть", что также снизит её эфективность. Я собирал корпус на герметик. Так выглядит самодельная ПТФ в разобранном виде:

А вот так выглядит полный комплект:

    Сечение проводов я рассчитываю исходя из плотности тока в 3 ампера на кв. мм., в моих туманках было три параллельно включеных пары светодиодов, они требовали 7 Вольт при 2 Амперах тока. Таким образом, для подключения я использовал провод сечением 1,5 мм, то есть с запасом. Штатно ПТФ подключаются одним проводом, масса идёт по кузову. Я же из соображений надёжности пустил оба провода. Сам стабилизатор в моторном отсеке следует располагать подальше от двигателя для лучшего охлаждения (по аналоги с коммутатором). Сама же ПТФ в соответствии с вышеупомянутым документом ООН должна располгаться по ширине не далее 40 см от краёв транспортного средства, высота должна быть от 25 до 80 см над поверзностью, но не выше основного света. Включаться она должна независимо от прочих световых приборов, обязателен контрольный индикатор включения. Я подключал к штатному разъёму ПТФ, то есть все эти требования были выполнены.

    Вот так выглядит пучок света от светодиодных ПТФ в сравнении с штатными галогеновыми фарами ближнего света:

Видно, что яркость вполне сопоставима с яркостью фар ближнего света. Самое забавное, что размеры пятен отражают пропорцию мощности - ближний 55 Ватт, туманка 14 Ватт. Вот так свет самодельных светодиодных ПТФ выглядит со стороны: Обратите внимание на припаркованную впереди машину - ослепления водителя нет. А вот так выглядит работа туманок из салона. Камера правда стояла на крыше авто на штативе: Из преимуществ получившейся конструкции следует отметить, и это видно на видео, очень хорошее освещение по бокам, то есть если ехать по совсем неосвещённой дороге, видно, куда поворачиваешь. Опять таки пешехода заметить легче. Опять таки за счёт преобразователя яркость их свечения одинакова что при работающем двигателе, что при заглушенном. Опять таки достигается ощутимая экономия тока, то есть можно было держать на максимальной мощности как обогрев заднего стекла, так и вентилятор и даже на холостом ходу, при том ещё и зарядка аккумулятора шла штатно. Также ПТФ неплохо выполняли и свои прямые функции - в сильный снегопад весьма качественно освещали дорогу, не ослепляя меня.

    Однако по весне ПТФ не выдержала встречи вот с такой ямкой:

Подвеска Волги позволяет по таким ямкам проезжать на 30 км\ч, а туманки нет :убиваюсьапстену: :

    Что же получаем в итоге. Больших преимуществ именно что светодиодные ПТФ над штатными галогеновыми не дают. В настоящее время я ежу с включённым ближним. Зимой на ХХ при нехватке тока просто выключаю фары (на светофоре, например), если вижу что на зарядку аккумулятора не хвататет тока. При этом не опасаюсь разбить туманки в очередной ямке. Опять таки моднявые светодиодные световые приборы привлекают лишнее внимание, а при прохождении ТО их желательно снимать, так как дотошный мастер может попросить сертификат. Опять таки заводские ДХО в фарах смотрятся всяко эстетичнее. Ежели сравнивать самодельные с добротными заводскими экземплярами, то никакой экономической целесообразности собирать самому нет, и готовые светодиодные ПТФ за 3-4 тысячи рублей за штуку своих денег стоят. Другое дело, что заказанные с Китая они могут быть в 2-3 раз дешевле, чем если бы покупать в российских интернет магазинах. Таким образом для себя я этот вопрос закрыл, и более делать дополнительные световые приборы на диодах (ПТФ, ДХО) не планирую. Единственное, возможно соберу люстру Ватт на 100.