谈谈关于最小18650的设计初衷

yishenger

最近大家伙的最小18650都差不多都到手了，也有热心的朋友发贴讨论，其中关于散热的结构讨论的尤其激烈。关于所谓空心仓和实心仓的讨论感觉一直是论坛讨论的热点。
下面我来说说最新这一版（第三版）最小18650的设计初衷。

我想每一款设计都是有延续的，这里可能不得不提及前面的两版最小18650。有关注或拥有的同志们应该注意到这两版之间主要在外观上有变化，当然结构也有变化的（从第一版的端面导电旋转开关到第二版的螺纹导电旋转开关），但是电路没有变化（同样的LED集成在PCB正面），并且总体外形尺寸基本都在22-24.5mm外径和86-92mm左右的长度内。


总体不满意的地方呢，一个是旋转开关不太顺手，对于旋转开关来说，结构简单，设计合理不存在损坏的问题，但是对于操控性来说，随着电筒直径的增加操控性能会越来越差，通断电所需要的幅度在一般18650的直径时基本达到了单手操控的极限了；另外一个外观上，人的自我审美对于特别关注的事物来说，总是在慢慢变化，经过一两年后回头去看，总觉得不够好看，别致。


于是乎，经过了一年多的踌躇，准备出第三版了，哈。
因为前面两版毕竟感觉还不是自己想要的
操控便捷（旋转开关虽然也便捷，但是肯定没有按钮式的明了，经常有亲朋好友拿到旋转开关的手电首先问的就是这个怎么开呀，哈哈）
可靠（由于设计上的，加工上的总总原因，再加上电路没有反接保护，虽然均有设计物理防反接保护，但是均让人不放心，对于锂电池来说，反接的保护挺重要，毕竟不是民用电池，可以超大功率放电的危险电池呀）
实用耐用好看的电筒。


在这一年多之间，试样过两款侧按的电筒样品：

两款第三版初级及正式品

上方两款都是LED与电路分离的，散热导热基本在2分钟左右达到热平衡状态（论坛的老人们应该都有实践经验的哈，2-3分钟的时间对一般电筒来说是可以达到热平衡了）。最上方的长度98mm多一点；中间款长度93-98mm长度范围。由于本人希望打造的是极致小巧的电筒，因此一直没有定夺。

怎么办？要缩减长度体积，只有往集成LED方向发展。但是LED受得了受不了呢？想到前面两版18650也都是LED集成于PCB的，貌似自己使用过程中没有发现光衰，另外也没有人反馈光衰只有说热的受不了拿不住的，哈。

先确定下一些基本的要求：首先要有至少3个档位，低亮，中亮，高亮。低亮晚上近距离使用，中亮日常一般使用，高亮可以长时间一直开机而不至于热的拿不住，所以太高也没意义，当然还要兼顾要跟中亮拉开距离，要不比中亮感觉没亮多少也没意义了。超高亮属于锦上添花，有总比没有好，并且需要时间控制好，毕竟这么小的体积，对于超高亮来说压力巨大。另外还有的是要每个档位都要横流不频闪，还要增加电池反接低压保护。这些个要求对电路设计来说是个非常费脑细胞的事情，要每个档位横流不止单单程序设计那么简单，需要实打实的增加N多的电子元件来实现的，在有限的PCB空间面积内，实现这些功能并且还要可靠的运行，我想只有我的老弟aimesonic兄才能做到。合作了这么久，只有他肯满足我的近乎变态的要求，而且不光做到，还会做的更好，哈哈。

上面的要求想想是很过瘾，但是CREE的datasheet还是先要拿来研究下。

首先是这张相对流明照度值与LED结温的关系图，XML2的在700mA的输入，85度左右的结温下，是100%的流明输出。跟以前的XML版本比起来，在同样的结温下，效率是有10%以上的提高的。

然后是这张thermal design，关于在一定环境温度下最大允许通过的LED电流的。按照从LED结点到环境之间的热阻不同，允许的使用电流也不一样。总之热阻越高，环境温度越高，允许使用的LED电流就越低。

假设环境温度25度（这个应该是指电筒外表面的大气问题？），按照上图中15oC/W的热阻算（查过相关资料，敷铜PCB电路板的热阻大致在这个范围内的），输入电流假如设定700mA，这个XML2的电压大概3V左右，也就是LED总功率在2W左右，那么大致计算得知此时LED结温在25+15×2=55度（感觉好低啊，不是吗？）。考虑到采用的电路是线性的，虽然此时LED使用的功率是2W左右，但是在电池电压4V左右的时候，还有额外的1W左右的功率需要同时消耗在电路板上，因此也可以把这额外的1W计算进去，那么结温再增加15度，变成了70度了（会不会感觉还是有点低？）。要是把PCB的热阻再往高里算，算它20oC/W，那么计算到的结温85度了。此时再回头去看前面那张相对流明与结温曲线图，得到相对输出在100%的这样的参数，也就是在700mA输入电流的时候，LED结温85度左右，输出亮度大约300流明。

这么说来基本不差？如果把高亮电流设置在800mA左右的样子，高亮可以长时间工作了。另外按照经验呀，这个输出级别的电筒，对于预期的体量来说，在热平衡的时候不会热的很烫手而把持不住的。那就开工呗，人总是需要点冒险的精神嘛。

算是大致这么算的，基本的测试还是需要的，装桶起来。高亮点亮。没有测流明的什么积分球呀，只能土办法用照度计来啦。点亮开始瞬间照度值多少记下来，然后看数值慢慢下降，大概3分钟后下降幅度明显减弱了，5分钟左右基本达到热平衡状态，数值不太变了。此时数值跟初始数值对比，大概下降了10%左右。结合前面的两图，大致可以判断LED结温在85度左右的样子。
南方的冬天天气冷呀，冬天室温大部分时间在10度左右，电筒外壳温度大致在25-30度左右稳定（手握着对散热有帮助，哈哈）了。要是到夏天平均温度35度，那么相应的外壳文图会在45-50度之间了吧，略烫？不过应该也能把持的住，哈哈。至于超高亮档位，就只能短时间用用了，长时间压力会很大的。


于是乎就这么定了，最小巧的18650电筒，主打EDC，便捷的操控，侧按开关：关机的状态下，单击低亮，双击中亮，三击高亮。点亮后，双击低，中，高循环换档，（长按超高亮，1分钟后或者单击恢复原先档位），单击关机。档档横流无频闪；有电池防反接保护，有电池低压保护；无弹簧设计，不怕跳档或熄灭；头部有GITD的效果，还算有点炫的；靠尾盖螺纹伸缩在不增加必要长度的情况下自认为比较协调的方式兼容不同长度的18650电池；外观上自己还算满意，加工上还算凑合，至于外壳氧化工艺，比前面两版要好很多。

遗憾的地方呢，要是有双面铝基板可以代替PCB就好了，不过现在也能妥妥的用，基本满意了，哈哈。

飞去来也UFO

关注中

yishenger

mdhaxyx 发表于 2015-2-25 16:08
希望出极限多头产品。先回贴再慢慢看。

哈哈，极限多头可能要改设计方案了，貌似CREE最近出XHP系列蛮有意思的，感觉挺能符合预期的效果。

樱花落满地

本想过年前买，但还是没下手。
今次出行，下山二代照个小路足够了。
附个小山洞照

深蓝17

那个透镜聚光怎么样呢

yishenger

深蓝·17 发表于 2015-2-25 17:47
那个透镜聚光怎么样呢

聚光还可以，大概10-11度的样子吧。

水逝水飞

总在进步中，而且这真的算是极限了，手电短比细难多了

c2993241

這帖實在是好啊。講明了研發的歷程。實在好 考慮下手  因為入了26650那側按的感覺做工真是奇怪 哈哈

badman

设计不错，档位设置也很合理，可惜外观不是我的菜，支持一下。

andysou

可惜买不起

zxpanda0907

GITD效果到底是个啥样子呢？来图片演示一下呗

rickyoem

好熱鬧

中大哥

希望产品越做越好。

btkma

透镜前+片玻璃可好。。。毕竟透镜不耐刮，有刮痕后很难看的。

yishenger

zxpanda0907 发表于 2015-2-25 23:25
GITD效果到底是个啥样子呢？来图片演示一下呗

GITD意思是Glow In The Dark的缩写，具体什么时候起始的还真不清楚，我只知道自己大概4-5年偶尔发现，在透镜后侧张贴夜光材料的话，从透镜前面看过去，里面会悠悠发亮，挺炫挺好看的，有时也有用，电筒偶尔掉地上黑暗的环境里可以找到电筒，呵呵。只是发光持续的时间不太长。作为代替氚管作用的性价比比较高的方法了。

yishenger

btkma 发表于 2015-2-26 10:13
透镜前+片玻璃可好。。。毕竟透镜不耐刮，有刮痕后很难看的。

可是这样一般的光损会又差不多损失10%左右的呢。我用透镜挺久了，一般性使用也不会太起刮痕的，这个可能用过的同志们有感受，记忆中还真没有过了段时间来购买透镜配件替换的，哈。

zxpanda0907

yishenger 发表于 2015-2-26 10:46
GITD意思是Glow In The Dark的缩写，具体什么时候起始的还真不清楚，我只知道自己大概4-5年偶尔发现，在 ...

原来是这样，明白了，很多品牌用夜光材质的前镜片密封圈就是这个道理哈，不过用透镜效果好很多