目前市售LED手電筒大多是采用多只直徑為5mm的 LED組合成一個燈頭,用3節AAA電池供電,有的手電筒采用3只、6只或9只0.5W的草帽LED組合,用充電電池供電。實際上這樣的手電筒的實際使用效果并不理想:由于沒有反光碗,利用LED自身透鏡散射角大,發出的光線散射不能照遠;再者采用的LED發光效率不高,為增加亮度只有增加LED數量,從而加大了電能的消耗;電路又采用串聯電阻的驅動方式造成一部分電能浪費在電阻上,電池電壓降低后,LED亮度衰減也很明顯。鑒于傳統LED手電筒的這些缺點,采用單顆大功率LED制作的手電筒則可以揚長避短單顆LED大功率手電筒是以單顆發光二極管(LED)作為光源的一種新型照明工具,它具有省電、耐用、亮度強等優點,可用于夜行、登山、野營、醫用、維修等。但目前這種手電筒價格在幾百元到幾千元不等,而且平時市面上難以見到。本人自己制作了一款單顆 LED大功率手電筒,成本只有幾十元,且使用效果很不錯,制作完成的手電筒如圖1 所示.。
一、 LED的選擇
現時的大功率LED的功率有1W、3W、5W、10W等,綜合亮度、續航時間及散熱等因素,3W是最合適的選擇。由于電池電能有限,所以發光效率是首先考慮的因素,目前這方面比較前沿的有美國lumileds、CREE及韓國首爾半導體(Seoul Semiconductor)的產品,綜合考慮后筆者決定選擇CREE公司的XLmap 7090 XR-E系列的白光LED,
該系列LED根據發光效率又分幾個級別,如表1所示。表中列出了不同級別LED在350mA電流驅動下的亮度范圍,該系列LED驅動電流在350mA~1A,在350mA時發光效率最高可以達到100lm/W,隨著電流的增大發光效率逐漸降低,其最高級Q5在1A電流時亮度可以達到220~240lm,當然級別越高價格越高,性價比較好的P4價格在十幾元,級別最高的Q5要40元,可以根據具體情況來挑選合適的LED。大功率LED實物如圖2所示。
二、電池及電路
大功率白光LED的工作電壓一般為3.3~3.9V,使用一節鋰電池驅動是非常合適的,并且鋰電池體積小,容量大,可以獲得更長的續航時間。筆者考慮后決定使用CR18650工業鋰電芯(18代表電池直徑為18mm,650代表長度為650mm),容量可達 2600mAh,在電子市場很容易買到,如圖3所示。鋰電池充電器可以用市面上的手機萬能充電器加一電池盒改制。
電路使用AMC7135(性能特征見附表),在本制作中使用了2顆AMC7135并聯驅動LED,電流700mA(也可以選用3顆AMC7135,電流1A,但這樣LED發熱會很明顯,而且多出的亮度人眼很難看出差別,并造成電能的浪費),電路中1N4148是為防止電池反接燒毀IC。整個電路只有3個元件,電路如圖4所示,元件實物如圖5所示,非常簡潔。電路板可使用雙層板自己制作,也可以選用成品電路板。本人選擇成品電路板,將AMC7135、1N4148按圖6所示直接焊接在電路板上即可。
三、組裝及調試
手電筒外殼選用成品手電筒外殼,這樣的外殼多由鋁合金制作,可以很好的為大功率LED散熱,也很耐用。大功率LED屬于點發光,所以要搭配合適的反光碗。發光碗有兩種:一種反光面是橘皮的,一種是光面的。橘皮碗照出的光斑柔和,散光適合照近;光面碗光束比較集中,適合照遠,可以根據需要自己選擇。
手電筒組裝順序如圖7所示,電路在焊接組裝過程中要快,特別是LED的焊接要少使用助焊劑,以防助焊劑的煙顆粒污染了LED的透鏡。LED與金屬座之間要使用導熱膠粘牢,以保證LED的散熱。手電組裝完成后,檢查有無短路,不用做任何調節,通電就可以使用了。
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