本文將對中國制造的COB LED HP1807帶移動電源的手提燈/手電筒的內部(包括電池容量)進行簡短的測試和分析。在本主題中,我還將展示其電路板上連接的詳細草圖,這實際上也構成了其原理圖。
我在“30W COB工作燈2模式可調節USB可充電野營燈探照燈移動電源 – 紅色”的標語下找到這款燈,其售價約為100茲羅提(約合人民幣145元)(購買時的價格,當時可從捷克共和國免費送貨)。30W的規格使我產生了興趣。會不會又讓我發起一次投訴?
電池電量如何實現精確測量和管理?電源設計如何減少發熱?預告一下,2022年8月17日,在AspenCore主辦的“IIC Shanghai國際集成電路展覽會暨研討會”同期舉辦的“高效電源管理及寬禁帶半導體技術應用論壇”上,是德科技、羅德與施瓦茨、必易微和Power Integrations等廠商將分別帶來“利用電池模擬技術, 提升BMS設計的可靠性, 延長電池壽命”、“功耗測試與電池仿真”、“必易微多串鋰電池的高精度監控器和保護器”和“InnoSwitch系列IC可實現小巧緊湊、性能先進、效率極高的高集成度反激式電源方案”等熱門主題演講,歡迎點此報名參加!
無論如何,30W會使這個外殼嚴重發熱…
盡管不是一切,但我不想提前判斷。以下是產品的參數:
4400mAh電池容量可以支持30W功率照明4-6小時?
從這個信息中,還可以感覺到有問題。里面可能有一個3.7V的電池,它不會按聲明的容量提供4h*30W。
宣傳圖:
這個燈也許可以點亮6個小時,但肯定不會以那個功率發光。
大約一周后,我親手拿到了包裹。
該包裹是通過德國郵政發送的,寄件信息為“CZGC (SHIPPER ONLY) Rudolf - Die8el - STR. 900, 59-199 Bonen, Germany”。
奇怪的是,這批貨物應該是來自捷克共和國而不是德國,但“CZGC”可能是某種中介。無論如何,海關沒有問題。
包裹內容:
免費的micro USB數據線。
遺憾的是,此數據線僅用于充電,沒有連接D+/D-線。
它通過閃爍電池充電指示燈來告知充電。
一段時間后:
是時候檢查一下這個USB端口是否僅用于展示還是它是否可以用于某些用途。當然,電池的容量也很重要,但現在我正在檢查它的電流效率。
無負載時為5.1V,負載高達1A時約為4.9V:
在剛剛超過1.2A時,端口關閉并重置了我的LD35虛擬負載。
進入內部,要卸下角落的四個螺絲。它們還帶有保護/防滑橡皮筋。
里面有一個模塊,其上帶有一塊電路板、兩個電池和一個非常普通的LED散熱器:
散熱器也可以擰下,可以看到它和COB LED模塊之間沒有硅脂:
LED模塊:
與電路板在一起:
不幸的是,這些鏈路沒有任何標記:
電路板:
里面有五個IC。一個沒有標記,另外四個為TP4333、4056H和兩個9926A。
TP4333是一個帶有附加功能的升壓轉換器(輸入來自電池的電壓,隨著它的放電而變化,例如2.75V至4.2V;輸出穩定為5V)。此外,該系統還確保了不會過度放電:
反過來,TP4056則是一個為鋰離子電池充電的系統。它很受歡迎,可以作為一個模塊購買。
剩下兩個9926A。它們是具有N通道的MOSFET,實際上每個封裝中有兩個:
問題是這一切如何結合在一起。為此,我在電路板的照片中勾畫了連接:
在上面的照片中,路徑用顏色做了標記。
采用SOIC-16封裝的未標記的元器件,原來是手電筒的心臟和主要控制器。它控制各個LED充電,通過兩個9926A(即通過4個MOSFET晶體管)點亮主COB LED模塊,可能使用PWM來調節功率/亮度。MOSFET本身直接連接到電池,這讓我懷疑隨著電池放電,燈光會變暗,盡管主控制器可以以某種方式對此進行補償。但是,我不知道在什么位置可以測量流過LED的電流——這個標有0的大電阻是一個跳線,零電阻。
但是,TP4065和TP4333的連接很有意思。TP4333有兩個引腳LED1和LED2,用于指示電壓狀態。這里沒有LED,而是將它們連接到了主手電筒控制器,進而可以通過數字輸入可靠地讀取它們的狀態。
其余部分可以在圖中看到。標注應做到直觀,VIN是USB輸入的電壓,B+和B-是鏈路,B-也是系統的公共地。
稍后進行了測試后,我可以確認LED會隨著電池的放電而變暗。所以就像我寫的那樣,不帶電流控制。
主要問題是套件中鋰電池的實際容量。他們購買的電池容量存在很多問題,因為許多不誠實的賣家出售的電池實際上容量遠低于聲明的容量。這主要適用于最便宜的報價和不知名的電池。
為了檢查容量,我使用了一個我甚至不知道官方名稱/型號的測試儀:
在測試之前,我將電池充滿電,它仍然在手電筒系統中。
我假設用0.5A/2.7V的電流對其進行放電,因為這些值是我在其他電池目錄說明中找到的典型值。
幾個小時后,從宣稱的4400mAh變為2682mAh,即60%,要少得多,但仍然超過一些賣家(例如,將800mAh電池作為8000mAh出售…)
LED電流消耗并不是一個很可靠的值,因為LED的效率可以或多或少(而且電阻本身會消耗大量電流,并且根本不會點亮),但制造商表示是4W,所以我們也會檢查一下。
全亮度模式(LED電流、每個LED的電壓、每個電池的電壓):
電流=2.61A,每個LED的電壓=2.8V,約7.3W,每節電池=3.7V。
現在第二種模式:
電流=1.3A,每個LED的電壓=2.1V,約2.7W,每個電池的電壓=3.9V。
距離承諾的30W還很遠。
從收集到的信息中,已經可以預先估計照明時間。在全亮度下,2.61A流過,電池容量為2682mAh…
我想檢查一下實際的照明時間。首先,我嘗試讓燈松動,5分鐘后,帶有LED的模塊開始發熱。我不得不停止測試,重新組裝燈并另外添加了硅脂(這是我庫存中唯一的一種):
我想用高溫計測量溫度,但并不完全成功,因為鋁的發射率可能低于0.1,而我的范圍只有0.1,所以離真實結果有一段距離:
不幸的是,大約50分鐘后,照明溫度(感知溫度和高溫計的讀數都)顯著增加,我決定停止實驗。
我只是想用這個燈(不一定是我本人,因為我自己有Nextool手電筒,但我可以把它給我的家人),如果LED過熱把它破壞了就會很可惜。
我繼續實驗,讓LED模塊冷卻下來——我假設工作時間不是連續的,只有用戶有時會打開或關閉手電筒。
點亮約3小時20分鐘后(計算的時間不考慮休息時間),LED的亮度已經明顯下降。我通過測量電流(全亮度和半功率模式)確認了這一點:
而且散熱器并沒有過熱,只是微微發熱。
從那一刻起,我注意到電池狀態的三個LED中只有一個在閃爍,即手電筒告訴我們它已經放掉大部分電了。
點亮約4小時40分鐘后,燈本身熄滅。電池電壓=2.75V。
所以這里賣家是對的,真的是4-6h…
再一次,賣家給出的產品參數與實際沒有太大關系。好在這個環節至少有宣稱容量的60%(2600mAh vs 4400mAh),手電筒本身在某種程度上還是有用的。它可以照亮地下室或車庫,也可以為手機充電。
內部系統大大簡化,充電控制器帶有過放和過充保護,但LED模塊不具有電流控制,它會盡可能多地耗電并隨著電池的放電而降低亮度。
整個電池的過度發熱也是個大問題。然后這個問題就自己解決了,因為LED消耗的電流會變少(沒有恒流控制)。散熱片和LED模塊之間沒有硅脂,但至少可以比較容易地添加。
賣家在一件事上是對的——燈一次充電可以使用近5個小時(亮度和功率會逐漸降低)。
PS:之前預料到另一款手電筒會出現問題,我在購買后對其進行了測量,結果表明,賣家對LED的功率撒了謊,因此我向我購買的店鋪提交了投訴。到目前為止,我正在等待答案。由于從技術角度來看,那個話題與這個燈有關,但我在這里與那個賣家的爭議就不做討論了。
原文刊登于EDN姊妹網站elektroda.pl,參考鏈接:Latarka/Lampka przeno?na powerbank USB COB LED HP1807 ?adowana z USB,由Franklin Zhao編譯。)