LED 大燈改造-總成應用編 (文多慎入)-VS HID照射光型

本次主角YAMAHA RAY 大燈

LED 改造工程解析

前言序述：

本人並不反對LED大燈之開發及研究，目地是為LED大燈能有效開發提升及光污染降低，以及對用路人傷害降低為目地不管是合法或是非法改造，本人都予以支持及改進，目地是提升大家對於LED產品技術
面的提升，目前對於LED汽機車的使用普及率並不高，並不像LED家用照明以有相當程度的普及和價格
化，本人不是改造汽機車大燈的愛好者，也不是他們的專業製造廠商，個人是以LED照明開發者角度去
執行這項改造土炮工程，所應用之技術基礎為LED商用照明及工業照明技術而來，所以為何改造機車，
因為.................興趣。(當然腳踏車燈也是)


備註：至於要交流很多的問題，有空才會回，或是補在文中說明。

還有不要問我有沒有賣LED....當然是有阿

"但只有商用照明及工業用照明及家用照明LED燈，謝謝關照"


改造說明：

改造LED大燈系統，主要是光電熱的搭配，才能成為一個完整的大燈，希望大家在改裝LED前能有所認知
通常需要長久測試包含：

1. 電源溫度 (MOSFOT/電容/控制IC)等溫度相關知識計算，方可推算使用壽命.
2.  LED溫度 評估：
    LED溫度測試-利用熱電偶及熱像儀測試經驗)
    熱像儀使用有其熱幅射/放射率/金屬材質設定不同，故其測試結果會有很大之差異。
   選用之散熱器大小，對於LED是最直接的影響，故散熱器經LED組合後測試之溫度符會安全值內才可成立，
   以及最終  1. 現場環境溫度 2. 熱上升原理 (正/反/側放都都影響LED之散熱條件) 3. 熱對流牽引上升
   (同一環境下比LED晶片之熱源更高之發熱產品會對LED溫度增加熱度提升)--通常很少但最可能是電源.
3. 及光學元件所能承受的溫度：
    (PC/PMMA/矽膠) 等光學透鏡 (矽膠透鏡為現今高科技下的商品，有相當技術的廠商才能生產出來)
4. 使用的相關耗材也會造成LED的燒燬或污染。
    ex. 快乾/橡皮相關製品都會造成LED發黑(硫化物侵蝕)
5. 組裝銲接功力(熟練度)
    不同材質使用之銲接度有所不同，ex. CREE CXA系列-陶瓷基板和 XML2 -鋁基板或銅基板
    因比熱不同導熱能力不同，故銲槍溫度設定也有所差異及使用之銲鍚是否為無鉛鍚膏/鍚絲
   燃點溫度皆有所不同。

7. 運用科技與知識的結合。 ex. 3D列印/線材使用(電流/耐熱溫度等) 電表使用調較等...


LED三大系統應用說明：




(一)  第一章 -選用所適合之LED：首先在於設定定大燈規格目標瓦數(流明) ，通常一般LED照明取代傳統
                                                           照明約需要原使燈具功耗一半即可取代，但假如設計者想以HID流明值為取代
                                                           目標，那樣目標流明瓦數至少提升為3/4功耗才能超越HID之亮度。




         本章所使用目標為18W取代HID30W為目標 ，故採用 CREE XML2 *3PCS 一模組(遠近燈)共二組 6PCS ，
         對於LED之流明值及功耗瓦數跟LED溫度是有很大關聯的，可以確定的是：

         XML2 T5 5000K 使用 3棵之流明數不會是 1052*3=3156 LM (這是錯誤的觀念)
         因為他所指的是LED晶粒溫度處於TC25是時候亮度，並且操作電流為 3A (3000mA).
         以及 1. 光學效率 2. 電源效率 這二項要再加成為總功耗，可能會多出1-5W左右的功耗
         取決於1.2項之光損及電子損耗 (太多細節，有空再補上光學篇說明)         
        因為現實環境下使用不會有TC25這種溫度出現，所以那是實驗室的數值參考。

         


         附件 ： http://www.cree.com/~/media/File ... nning/XLampXML2.pdf






(二)  第二章 光學選用 ：光學是取決使用使所要照明之範圍大小及目標，故機車最好使用角度較小之特性                                                                              
                                          或是投射出的光形為4角光形，本篇所使用為 雷迪克 15x50度之光學，及15/25度
                                         共三種小角度之光學應用，(1) 15光學  (2) 25度光學  (3) LL01CR-BR1550L (15*50度)
                                         使用三種光學搭配。
                                         本文章使用上部為 25度光學及下部15度光學，設計目標為採集中光設計，假如使用
                                        者想使得投射角度較廣較大則可採用15*50度光學，投射之光形如圖片所示。
                                             

               






(三) 第三章- 電源使用：由於LED需使用定電流輸入，避免溫度影響造成電流準確度及LED損壞，採用具                                          
                                          可調式DC TO DC 電源。(由網拍所購買)


                                   PS: 請勿購買太小功率之電源模組(因為受不了大電流輸出及輸入容易燒掉)












RAY實作改造 :

步驟一、

首先使用 XML2 T5 5000K LED *6 PCS，再來是使用所取得之散熱器
一體散式熱器  (Ø70mm×H35mm，底板4mm厚) *1





在散熱器上鑽孔 : 1. 正負極出線孔(4~5直徑孔)  2. LED定位孔 (2或3MM) 3. 銲接LED串連


PS : 鑽孔之前需先評估好光學大小間距及LED PCB的間距







本篇設計採用 :

(1) 遠燈 3 LED (25度)山形排列
(2) 近燈 3LED  (15度)平行排列 (如採用 15*50度透鏡也可以)--本設計著重於中心光強所以採用15度
(3) 記得使用連接器。 (遠燈一組/近燈一組 )

PS :如圖 2P或4P皆可，但需考量大小及線材可承受之溫度及電流評固。






注意 : LED正負極串連是否正確。
       如果有錢可以開個PCB板模，一次就有6棵LED了，不用在那裡鎖來鎖去。

EX . LEDLINK PRODUCT






步驟二、


(1) 列印一空心圓柱(符合散熱器外徑大小)-建議使用CNC鋁材加工品


72MM*22MM 高度必須高於使用透鏡之高度及再增加約4MM高度(鎖螺絲定位用)




如果有錢，應該去CNC一個回來

(2) 使用透鏡定位 (可使用矽膠黏合於鋁基板，但不可黏著到LED封裝透鏡)





PS:千萬不要使用快乾這東西




備註 ：黃色貼紙是琥珀耐熱膠帶隔熱用/圓空心柱己噴黑
             如果有錢可以開個透鏡模組，一次就有6棵LED了，不用在那裡固定來固定去。

EX. LEDLINK PRODUCT





(3) 切割壓克力鏡片




(4) 使用卡典西德貼紙 ( 鏡片遮蓋用)

PS：需先定位LED透鏡大小及對應位置 (不過...不用超準啦，不影響到光形太多)

EX. 一開始畫的



之後才是定型的 (靠右)  



再來是組合空心柱



壓克力鏡片(手刀割的)



模組完成後



側面照 (忘了拍上色後)





3D 設計篇

草圖


視覺化



散熱器後部


透鏡結合



玻璃噴黑-完成



散熱器背部





步驟三、

(1) RAY 原廠大燈挖孔 (需略大於散熱器直徑大小)方便安裝




組裝模組






鑽孔 (左右定位螺絲用) 固定散熱器








(2) 使用遮光片 (目地是截止線及眩光遮蓋)



使用模型板：
先利用紙板量測出不規則燈具深度及形狀再修改切割至完成，
之後再繪製於模型板後裁剪成形。





補充：圓形空心柱己有切割二個缺角，以利遮光板卡上於壓克力鏡片前方







最後封膠上蓋



3D 模擬-總成模組













罩光板可以採用雷射切割鋁板取代.

步驟四、電源搭配

(1) 首先從網拍購得 DC TO DC (CC.CV) 可調式電源模組 * 2 (記得功耗輸出瓦數可越大，穩定度通常較高)


所以如下：車載notebook電源模組，可恆壓/恆流(定電流)


補充知識：LED是會受溫度上升呈現電壓下降，電流改變的二極體，所以要能恆流工作才會穩定不燒燬。

本文章所使用橋式整流器於前端，避免交流電通過導致電源/LED擊穿



橋式+電源模組照

備註 : 如果不放心，前端可+凸波吸收器+過載歸復保險絲 (會不會太小心了吧)



以下是解銲了原本的輸入連接器，直接銲線上去 ( 覺得不太可靠 )



(2) 連接機車電源或是12V電池

本程序需使用電萬用電錶 (量測電壓/電流)



首先將電錶轉至直流電檢測檔位 ，將紅色電錶針連接輸出+(正極 ) 黑色電錶針連接 -(負極)

再來將輸入端接入機車大燈或12v電池正負極 (記得輸入不可接反，會燒掉電源) ，怕燒就在輸入端接上橋式整流器

如有不懂附上 fluke 的交/直流電壓量測說明




大約懂以上流程後，此時電錶會出現直流電壓，利用截止電壓可調整電阻用一字調整至 9.9V電壓(正負差一點點是可以的)

電壓說明 ：為何要調整至9.9V，因為本篇採用3串連為一模組(近燈/遠燈) ，故串連後至少要9.9V (TC25度時為 3000mA電流)


PS: 也可調成2.8*3為起始電壓做調整 (700ma工作電流/TC=25)



備註：如果電壓過高會燒燬LED (因為此電源為可升壓電源 )
          如果太低會不亮而己或是比較暗，一切還是取決於I/V曲線原則


相同溫度 TJ=85度C (指的是晶磊溫度)非外部量測溫度 (Tsp)



所以電壓調整至9V左右即可

(3) 電流調整 (最重要設定) 定電流


說明 ：LED模組部份 (1) 首先將LED 負極接上電源輸出負極
                              (2) 使用電錶切換至電流檔位(並設定為直流)，並將紅色探針更換至(A)電流孔位
                              (3) 紅色端接至電源輸出正極，黑色端接至LED正極
                              (4) 在來是送電：將電源輸入端接上大燈電源(近燈/遠燈擇一即可)或使用12V電池輸入
                              (5) LED點亮後電錶會顯示輸出電流，本文採用2A電流故調整恆流電流調節旋鈕
                                   調整至目標電流，最後利用恆流電流調節旋鈕以及截止電壓調整旋鈕互相調整至
                                   恆流指示燈亮起 就構成定電流輸出之模式。
                              (6) 電源盒內有再使用散熱矽膠灌注。(功用：防潮/絕緣/散熱)
        備註：近燈/遠燈共二模組電源及LED，所以記得要設定二組出來，並無共用電源喔!






補充教學：電流量測 (有空不懂量測可以多看看)




(4) 電源盒： 將調整好之電源，使用電盒安裝固定於盒內以利安裝於機車下護板下 (無說明)

     PS：請至電子材料行購得




步驟五、 裝上車吧~   

(至於光形有空再拍，但可以說的是不會有LED近距離眩光及遠距離打鳥光)

我知道~口說無憑









總結：最後請大家朝偉大的改造航道前進吧~寶藏就是前方不遠處了。

最近會補上跟HID36W 對照圖PK及照射圖


測試六、 GTR HID 40W VS RAY LED 20W
GTR 使用為天使眼HID (也保留原始鹵素燈)

圖像為網拍取得- (版權為賣家所有)





本測試為同條件下拍攝

HID 近燈

LED 近燈


HID遠燈



LED 遠燈 - 此路前方約100公尺 ( 能見度可達100-300尺)



HID VS LED 近燈



HID VS LED 前方眩光



LED 近燈拍攝









HID 近燈拍攝







山路影片：
手機拍攝 (因中心光很強，故測光不太佳)

所以....各位網友們心中有結果了嗎?
設計解析：

由於市場上對於LED光源機車大燈普遍較少，故設計此一方法應用，

LED的光學並不適用於傳統燈具上，因其發光角度及配光取線有所差異，況且使用H4 LED系列模仿原始光形

一定會造成光損效益，之後再投射於傳統光學，可說至少使用到了二至三次光學變化，更多次的光學折射會有更多

次的光效率損失，往往導致 LED投射出的光形及流明值普遍低於HID效率，為了破除此一略劣勢，採用專用光學

及搭配足夠瓦數之散熱器，才能力所發揮LED的高性能性，當然市場上己有數款LED車款，但普遍用料及燈數並

無法PK HID之亮度，但採用此系統下將有所不同，也讓更多人了解LED的技術性關鍵。

市場LED機車大燈缺點 :


1. 散熱器太小，無專用之散熱技術 .


2. 以第一條件為基礎，LED的瓦數故不能有所提升 (要有相對性之大小散熱器)


3. 尚未有台灣機車廠商搭配專用光學. (此項目在高級汽車應用己相當普及)



4. 搭配截光線板，就能應用於款車型，也能讓眩光消除.



題外篇 : 老車一台









問題補充：

1. 壓克力耐溫(PMMA)：PMMA的熔點約130–140 °C（265–285 °F）
                                 承受LED熱幅射溫度，照明LED使用於室內環境並不超過耐熱溫度下並不會變形
                                 但散熱設計不良，使得溫度過高之下一定會變形，因為市場上的透鏡7-80%都是
                                 使用壓克力成形，包含路燈/軌道燈/投射燈 LED。

                                 PS: 散熱不良使得LED大於110度C以上大都會變形，以及所有物質受到UV紫外線照射                     
                                       一定會變黃(時間長短)，只能說太光太陽大了.
2. 光學問題：確實XY軸透鏡並無法消除眩光傷害，利用水平截光切線是目前最有效的方式，以及在傳統/LED
                    照明燈具上也是最普及使用的方式，可以發現的使有些廠商也是利用上下分離LED遠近燈，來
                    使得眩光刺眼的部份做消除。
                    XY軸也有一個缺點，會有色偏問題，導致色溫上升至偏藍，這是光學效率不好所產生。

3. H4 LED 散熱問題：(1) 基本上使用儀器測試，除了使用環境記錄，再來是點亮後半小時測試才是LED到達恆溫皆段
                                    所以環境溫度至少在27度以上測試並持續半小時以上後測試，才有其準確性，並多次記錄及
                                    測試最得最高溫度點，準確性才會高。

                                (2) 市場上H4 LED 轉貼網友熱像比較圖：

如圖下圈選出各H4 LED熱像分佈圖 ：



再列出區塊紫色顯示 ：




可看出德安H4看來紫色區域較大，也就是導熱較均勻較快，因為導熱面積大了，溫度一定是最低的。
可能原因 : 1. 使用銅導熱片於前端，但並無使用於全本體，使得後端溫度較低.
                2. 也有可能全銅製程，LED熱源較接近導熱端口，故前後有熱阻差異(但此機會較低)
                   因為銅熱導率較高於鋁很多.

不過以H4結構來說，德安算是目前結構較佳的產品。

另外一提：G直上前風扇，底部發熱的紅色，看來DC電源供應器安裝於內部。

補充 ：維基百科 (數值越高越好)



但德安H4 LED 也顯示出了一個缺點，就是熱過於集中在前端，並無法有效利用導熱到後端燈具後做熱對流交換。

有效的熱對流交換是使得整個散熱器各個位置點，都是差異不多的溫度，故此散熱器才是良好的散熱設計。

如圖  : 底下為 E27 40W LED 燈泡，各個位置點溫度，且熱像儀圖像顯示大都為紅色固多，只有前端發光面溫度較低

大大DIY 的精神厲害喔  只是大大市面上有1種 有貓瞳的火拳  其實你也可以參考

隔板的點子不錯
看起來也不會很突兀
有實際光型圖更好

佩服!但要我挖、修改，破壞原本的燈座；外觀，我是沒那耐心和精神。
簡單說，我就是買現成的直上，只要能省電；亮度不比原來的差就好。

厲害! 如果是我早就拿鈔票直接去換成品了....

月牙sky 發表於 2016-4-27 21:56
大大DIY 的精神厲害喔  只是大大市面上有1種 有貓瞳的火拳  其實你也可以參考 ...

我有取得比貓童設計更好的商品，哈雷專用的，貓硐的看電源規格應該在12W左右21W?可能長時間有待考量，如果PK HID 應該較差，以及他的散熱器並沒有冷鍛佳，且無法輸出大功率，因為散熱結構及電源大小限制住了，不過他的XY透鏡設計跟哈雷的很像，不過他的也很不錯.

我的話....  應該會移植在下方定位燈的位置吧....  整個就是不一樣~~~

厲害! 厲害! 這個我做不來。

好看，也好炫~

我以為會有燈型照的說...可惡，期待!!

好厲害的改造 期待照射光型 如果可以 希望能夠接單量產拉哈哈