К ВОПРОСУ О РАСЧЕТЕ СИЛЫ СВЕТА ФОНАРЕЙ С ШИМ-РЕГУЛЯТОРАМИ МОЩНОСТИ

По ходу расчетов параметров фонаря на светодиоде MT-G2 "всплыл" один любопытный, на мой взгляд, момент. Он касается расчета силы света фонарей, импульсные драйверы которых имеют регулирование яркости при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Иначе говоря, в них изменяется от 0% (мин яркость) до 100% (макс.яркость) скважность импульсов тока, питающих драйвер. При максимальной скважности мы имеем фактически постоянный ток через диод. Подсчитать (с определенной погрешностью, конечно) предполагаемую силу света в этом случае, как уже указывалось, очень просто. Нужно по даташиту посмотреть в графу "Luminous Flux (lm)" и для диода своей группы Base Order Codes и рабочей температуры (если указана) выбрать значение светового потока (Flux). Это будет, условный световой поток при заданном базовом токе (при котором, кстати, зачастую эффективность диода, соотношение люмен/ватт близко к максимальному). Например, для диода MT-G2 с цветовой температурой 5000 кельвин и группой P0 для температуры кристалла 85 град. и тока 1100 мА значение светового потока будет равно 800 люмен (http://www.cree.com/led-components-and-modules/products/xlamp/arrays-directional/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/Data%20and%20Binning/XLampMTG2.pdf). Эффективность диода в этом случае равна около 130 люмен на ватт (при максимальном же токе, 3 А, она существенно меньше, около 100 люмен на ватт)..
Далее, чтобы узнать, скажем, значение светового потока при максимальном постоянном токе для этого диода, нужно в том же даташите найти график Relative Luminous Flux vs. Current (TJ = 85 °C). Току 3 ампера на этом графике будет соответствовать значение коэффициента умножения, равного 230%. То есть, сила света будет равна 800 * 2,3 = 1840 люмен...

Но все так просто для режима максимальной яркости. А вот как расчитать силу света для режимов яркости, отличных от максимальной? В чем тут проблема? А в том, что диод питается в это время не постоянным, фактически, током, а импульсным. То есть вступают в действие различные факторы, связанные с импульсным характером питания, например, инерционность "разогрева" кристаллов, нелинейный характер влияния температуры на светимость кристаллов и проч. Да что там говорить, само измерение тока и напряжения на диоде при помощи обычных приборов становится непростой задачей! Помните, я приводил таблицу значений токов и напряжений на диоде, что снял в самом начале испытаний? Приведу ее еще раз:
1 режим (100% яркости) - 3,00 А и 6,19 вольт
2 режим (условно 60% яркости ) - 2,35 А и 5,73 вольт
3 режим (условно 35 % яркости) - 1,18 А и 3,78 вольт
4 режим (условно 5% яркости) -0,6 А и 2,63 вольт
Но ведь согласно ВАХ (вольтамперной характеристике) этого диода (смотрим на даташите график "Electrical Characteristics (TJ = 85 °C)"), видно, значение напряжения, с которого ток через диод становится отличным от нуля, равно минимум 5,12 вольт.. И тут нет никакого противоречия, ибо мой цифровой тестер меряет не пиковое, максимальное значение тока и напряжения (между тем, как амплитудное значение импульсов напряжения на светодиоде можно оценить лишь с помощью осциллографа). Поэтому возникает вопрос, насколько будет правильно определять в немаксимальных режимах световой поток диода исходя из полученных тестером значений тока через диод? Ибо оценивать, скажем, мощность, рассеиваемую светодиодом, в этих режимах, как произведение измеренных тестером тока и напряжения (как я сделал выше) будет в корне неправильно!
... Поразмышляв на эту тему, я хотел бы предложить (возможно, изобретая "велосипед" в этом вопросе) второй, альтернативный вариант расчета силы света светодиодных фонарей, питаемых импульсными драйверами с регулировкой режима яркости с помощью ШИМ..
Принцип расчетов основан на двух допущениях. Первое - КПД драйвера равен отношению входной и выходной мощностей на нем. Второе допущение для подобной методики - это то, что КПД драйвера постоянен во всем диапазоне изменения ШИМ и равен КПД в максимальном режиме яркости. Конечно, строго говоря, это не так, но с некоторой долей погрешности в данном случае, учитывая разброс параметров как диода, так и самого драйвера, думаю, вполне можно согласиться..
Тогда расчет силы света можно будет провести следующим образом. По значению отношения мощности на "входе" (б.... мощность от источников питания) и "на выходе" (электрическая мощность, б.... светодиодом) находим КПД драйвера. Выше я приводил расчет для диода MT-G2. У меня получилась неплохая, в принципе, величина КПД, 87 процентов.
Допустим, нужно рассчитать световой поток на втором режиме яркости, при котором напряжение и ток, б.... от батареи питания равны 15,45 в и 1,1 А. Получается 17 ватт. Умножаем на значение КПД, 0,87, получим условное значение мощности, б.... светодиодом, равное 14,8 ватт.
А вот теперь - главное: на ВАХ из даташита ищем на кривой значение тока, при котором мощность будет равна этим 14,8 ватт. В нашем случае этой мощности будут соответствовать значения напряжения 6,05 вольт и тока 2300 мА. Вот для этого тока и будем искать на графике Relative Luminous Flux vs. Current значение светового потока. В нашем случае коэффициент будет равным 185 порц (1,85). Умножив 800 люмен на 1,85 и получим искомое значение светового потока - 1480 люмен.
Для третьего режима яркости получается сила света около 960 люмен, а для четвертого - 560 люмен.
Сравнивая полученные значения силы света на этих трех режимах, 1480, 960 и 560 люмен, с значениями, полученными ранее (1450, 800, 480 люмен), видим, что при данной методике значения силы потока получаются несколько выше. Поэтому я, в силу природного скептицизма, более склонен верить результатам прежнего измерения...
Впрочем, расставить все по своим местам может, думаю, только замер и освещенности в различных режимах при помощи люксометра и анализ результатов. Но это, наверное - тема следующего, факультативного этапа испытаний фонаря.. А пока более важным видится этап "втуливания" его электронных потрохов в более-менее достойный корпус..

...

Оч интересная тема , но вот вопрос при таком теплообмене как для себя рисуете схему самого фонаря, т.е. какой корпус, как отвести тепловыделение или планируете в основном использовать на минимальной мощности или радиатор будет наружным с герметичным переходом от внутрянки и возможно его будет использовать на суше без гидро охлаждения ? (хотелось бы в дальнейшем пойти по стопам но вот вопросы пока терзают).

Можно долго и нудно писать, а можно, прицепив оверквотинга воз, туманно намекнуть на нечто недоступное пониманию дилетанта от фонарестроения..
Давайте лучше по существу отметим, в чем именно я не прав?

Линар дык в воде он через корпус охлаждаться будет!

... возможно его будет использовать на суше без гидро охлаждения ?

..читаю ваши посты, еще с времен фонаря из сантехтруб

..принято оперировать приведеным напряжением которое равно мах напряжению на коэффициэнт заполнения шим. ну и из этих значений и смотреть вахи в даташите...

..контора, на которую была ссылка для закупа сабжа - хохляцкий перекуп ? почему не найти оригиналов? или я не правильно понял ? и они производят ?...

Dmitry и Бодрый Линь а вам не проще созвониться или встретится Пока один разжуёт,а другой поймёт, уже новый сезон начнётся! 21век отнака