Analyse et observation d'une I5R de OLIGHT

1.Introduction

Dans cette publication nous allons nous intéresser à la nouvelle I5R de OLIGHT.

Il s'agit d'une l'évolution de la I5T, qui est fournit avec une batterie rechargeable Li-ion et qui fonctionne aussi avec des piles AA ou des accumulateurs NiMH AA.

Concernant la puissance cela donne:

Comme d'habitude je vais vous proposer une évaluation plutôt technique, mais au lieu de simplement étaler les différents éléments qui la composent, on va essayer de tirer la "pelote de fil" entre ces différents éléments et de comprendre les choix réalisés.

2.Demandes des clients

Les clients dont vous faites certainement partie, ont été interrogés via les groupes de réseaux sociaux et ce qu'il en est sorti est une version plus puissante et qui puisse être rechargeable (mais toujours fonctionner avec des piles AA standard).

Si on reboucle avec l'introduction, pour le moment cela colle plutôt pas mal.

Même si certains trouveront que de passer de 350lm(10min) à 300lm(3min) est trop peu, je leur conseille si ce n'est pas déjà fait de lire cet Article. En effet même si la LED embarquée permettrait de fournir plus de puissance, la batterie, la température de la lampe et d'autres paramètres rentrent en compte dans le cahier des charges d'un constructeur.

Au vu des demandes des clients, Olight est reparti sur la même LED et la même base mécanique ce qui explique que le mode 100% passe de 300lm à 350lm. Nous allons donc partir de la LED et voir les différentes options qui s'offrent à nous et les choix d'Olight.

3.LED

La LED semble être le même modèle que sur la I5T  (OSRAM P9).

Pour gérer la thermique, cette dernière est montée sur un SMI en aluminium. Ce SMI est équipé de 2 inserts isolants pour les connexions électriques.

Puis celui-ci est reporté sur une pièce en aluminium à l'aide de graisse thermique.

Pièce en aluminium

SMI sur pièce en aluminium

 

L'électronique se trouve en vis-a-vis de l'autre côté de cette pièce et le tout est insérer en force dans le corps de notre I5R (toujours dans un but de dissipation thermique).

Voici la caractérisation de la LED que j'ai faite:

On voit que sur toute la plage d'utilisation, la tension varie de 2.6V à 2.8V. Sachant que les 350lm seront atteint pour le point le plus haut 2.794V et 800mA.

4.L'électronique

4.1.Électronique de la I5T

Une dernière parenthèse sur la I5T, voici la photo de l'électronique recto-verso.

L'état est du à la difficulté du démontage. Comme vous pouvez le voir, il ne reste pas trop de place disponible. Et d'un point de vue topologie il s'agit d'un Boost (pour plus d'info sur les topologies de conversion de tension).

Ce petit point était juste pour se rendre compte de la place disponible pour l'électronique.

4.2. Choix possible

 Le plus gros problème est la nécessité de fonctionner avec plusieurs sources de tension:

• les piles alcalines avec une plage de tension de 0.9V à 1.5V
• les batteries NiMH avec une plage de tension de 0.9V à 1.4V (1.2V nominal)
• les batteries Li-ion avec une plage de tension de 2.8V à 4.2V (3.6V nominal)

On voit que la tension de la LED est supérieure pour les piles alcalines et les batteries NiMH, alors que pour les batteries Li-ion c'est l'inverse.

Donc si nous voulons pouvoir alimenter notre LED avec les 3 sources citées ci-dessus, il faudrait une topologie Buck-Boost (pour plus d'info sur les topologies de conversion de tension). Cependant même avec une solution "astucieuse" comme sur la S1R baton 2 il faudrait plus de place et changer la mécanique pour pouvoir refroidir le MOS de la fonction Buck.

Donc si nous voulons fonctionner avec les sources de tension citées ci-dessus il faudrait modifier et l'électronique et la mécanique de la lampe.

4.3.Choix d'Olight

Olight a fait le choix de ne pas toucher à la mécanique, en même temps cela peut comprendre, la I5T est éprouvée et cela évite de créer de nouveaux outillages de production. L'électronique dans la lampe a été légèrement modifiée (certainement du à un retour d'expérience et une baisse des coûts). Et un accumulateur Li-ion spécifique délivrant une tension de 2.4V a été créé.

4.4. Électronique interne de la I5R

L'électronique reste un Boost classique et le courant dans la LED est asservi par le TLV333 de Texas Instrument le tout gérer par un micro-contrôleur. La photo est la suivante:

Pour une tension de 2.4V, le courant envoyé dans la LED est de 800mA ce qui correspond au 350 lumens annoncés.

Pour une tension de 1.5V (pile alcaline), le courant envoyé dans la LED est de 520mA ce qui correspond environ à 230 lumens.

Pour une tension de 1.2V (NiMH), le courant envoyé dans la LED est de 400mA ce qui correspond environ à 180 lumens.

Je ne vais pas vous donner plus de détails de caractérisation, c'est chronophage, écrit dans le programme du micro-contrôleur auquel je n'ai pas accès. Pour l'autonomie des autres modèles de batterie il faut savoir que chaque batterie à sa propre résistance interne qui fait varier la tension en entrée de l'électronique en fonction de son état de charge. Ce n'est pas l’intérêt de cette publication.

On retiendra juste que comme annoncé dans le mode d'emploi, les 350lumens ne sont atteignables qu'avec la batterie Li-ion fournie.

4.5.Risque avec une batterie Li-ion 14500 3.6V

Peut-on mettre un accumulateur 14500 et que risque-t-on?

On va faire un tout petit peu d'électronique basique. Le schéma d'un Boost est le suivant:

C'est un montage qui permet d'avoir une tension de sortie plus forte que la tension d'entrée. Le cas ou la tension de sortie est la plus faible possible est le cas ou l'interrupteur est ouvert. (A partir du moment ou l'on vient fermer et ouvrir à intervalle régulier cet interrupteur la tension de sortie sera plus élevée qu'en entrée).

Dans le cas ou l'interrupteur S est ouvert le schéma de la lampe est le suivant:

Sachant la self en régime continu est considéré comme un court-circuit, que la diode D est remplacée par un MOSFET (pour réduire les pertes) et que ce dernier dans ce cas précis est équivalent aussi à un court-circuit on obtient:

On obtient la batterie directement reliée à la LED. Donc si on regarde la caractéristique fourni par le fabricant de LED, on s’aperçoit qu'une tension de batterie aux bornes de la LED entraine un courant qui dépasse largement le courant admissible par la LED ==> Destruction de la LED

Mais pourquoi sur une I5T avec une 14500 ça éclaire fort, pas longtemps et que cela ne casse pas???

Effectivement dans certains cas cela ne casse pas à cause des imperfections des composants. Pour mieux le comprendre un dernier petit schéma:

RBATT est la résistance interne de la batterie

RSELF est la résistance série de la self

RMOS est résistance équivalente du MOSFET à l'état fermé

Ces 3 résistances qui sont souvent négligées, car leurs valeurs sont faibles, vont permettre dans certains cas de ne pas détruire la LED.

La LED est donnée pour 3A max avec une tension de 3.1V. Donc si la batterie est chargée à fond (4.2V) il faut au moins une tension de 1.1V (4.2V-3.1V) au niveau de ces résistances pour obtenir 3A.

Donc si on a la somme des résistance supérieur à 0.36 Ohm (1.1V/3A) c'est gagné.

Je dirais à vue de nez que RSELF+RMOS=0.15 Ohm donc Rbatt>0.21 Ohm

Ce calcul est donné à titre informatif, même avec une  résistance proche de 0.21Ohm ça peut casser aussi car quand la LED chauffe la tension à ses bornes diminue.

Ce paragraphe est juste pour montrer ce que certain on mis en évidence par essai, selon le choix de la batterie Li-ion que vous insérez il y a des chances que la lampe casse dès l'appui sur le bouton poussoir.

5.Batterie spécifique de la I5R

Voici la batterie sans le plastique de protection, on voit clairement un accu 14430 standard sur lequel est fixé un assemblage électronique.

C'est une batterie de la marque Yiklik qui est un gros fabricant de batterie chinois. La batterie est une 14430 Li-ion de 3.6V et 1050mAh.

Tête séparée de de la batterie

Détail de l'assemblage de pièces de la tête

Le Buck qui converti la tension de la batterie (comprise entre 2.8V et 4.2V) en 2.4V est donc intégré dans cette électronique ainsi que le chargeur de batterie.

6.Conclusion

Pour sa nouvelle I5R Olight est resté sur les bases solides de sa I5T dont les fans demandaient une version rechargeable et plus puissante.

Pour y parvenir, l'électronique a été légèrement modifiée ainsi que le bouton poussoir dont l'aspect peut ne pas plaire.

L'évolution majeure vient de la batterie qui reste propriétaire avec les atouts suivants:

• la lampe reste compatible des traditionnelles AA
• permet d'éclairer plus fort et plus longtemps
  
• n'augmente pas les dimensions de de la I5T
  
• le chargeur est embarqué donc seul un bloc alim est nécessaire
• rechargeable donc plus écologique

Mais attention les batteries lithium standards 14500 ne sont pas compatibles et risquent de détruire la lampe.

  😓Maleureusement des lampes ont été blessées pendant la rédaction de cette publication😓

How a flashlight works, Case of the OLIGHT S1R Baton II

 How a flashlight works,

Case of the OLIGHT S1R Baton II

1.Aim

The aim of this document is to understand how a flashlight works and the interactions between the different constituents, taking the particular case of the OLIGHT. S1R Baton 2.

Many of you are wondering about thermal, battery, "Turbo" mode, etc ... And I will try to provide some answers.

I chose the S1RII model because I appreciate this model, I have models in aluminum, copper and titanium which will allow us to see the difference in thermal.

As you will have understood, the rest of this document will be rather technical, and focus on electronics and thermal. I am not proficient enough in optics and do not have suitable equipment.

2.Electronic part

Electronics is my favorite field, so I'll try not to get carried away and be accessible to anyone who wants to know a little more.

Basically a flashlight is made up of two main elements, battery and LED, from these will result an electronics.

We will ignore the choice of these elements, because it could take a lot of time, and consider that at the time of design it was the optimum choice.

We will therefore do a paragraph on the LED, the battery, the different power topologies, and the electronics chosen for the S1RII.

2.1.LED

The LED is the XM-L2 from the manufacturer CREE.

I have already written an article on this element, it is available Here.

My conclusion was as follows:

We have therefore seen that the current flowing through a power LED creates a consequent luminous flux. This current also causes a potential difference (or voltage) at the terminals of the LED which depends on various parameters such as temperature, the production batch, etc. This voltage and this current induce a power (Power = Voltage x Current). This power will cause a rise in temperature which will depend essentially on the care that the lamp manufacturer will take in the assembly to ensure the thermal resistance between the junction of the LED and the external environment as low as possible. Because the higher the temperature of the junction of the LED, the more the luminous flux will decrease.

For the design of the flashlight, the important characteristic to remember is that of the maximum operating point. For the model I have on hand I measured 3.45V of LED voltage for a current of 3A at a 25°C flashlight temperature.

2.2.Battery

This is the IMR16340 model with reference 16C05-10C, a proprietary battery from Olight (there is no equivalent in other brands). Indeed on the standard 16340 we do not find the 2 poles on the same side (see photo above.)

It is therefore a lithium ion battery with a capacity of 550mAh. This roughly means that once charged we will be able to draw a current of 550mA for 1 hour before being totally discharged.

This is a "high drain" battery and 10C refers to the maximum discharge current, 10 x the nominal discharge current of 550mA, so 5.5A max.

We could take a shortcut by saying that if the accumulator can output 550mA for 1 hour, it can output 5.5A for 6 min. Hey no, the chemistry, the internal resistance and the internal thermal will severely limit the thing. The most telling is to draw a response curve of the accumulator I have (which is not new).

From this fully charged battery (with a voltage of 4.2V) and I will draw a current of 3A (maximum allowable current in our LED):

We can see very clearly on this curve the effect of the internal resistance of the accumulator. As soon as the current is applied the voltage drops 520mV (12.4%) which gives an internal resistance of about 170mΩ (0.52V / 3A).

We also see that in just under a minute and thirty seconds the voltage reaches 2.8V (I do not recommend going lower) at this time I stop drawing 3A (the current goes back to 0A).

A 2nd test at a current of 1.67A (corresponds to 600lm for our LED).

The shape is different, the time is much longer (timebase x5) and I stopped the current after 443s arbitrarily.

What is impressive is that for a current 1.8x smaller we take 12x longer to reach the same voltage. This is due to internal resistance and also to internal heating. In conclusion, the size of the battery and its capacity in mAh are far from sufficient to anticipate the behavior of an accumulator, what happens internally is difficult to predict unless specified by the manufacturer.

If you are interested in information on specific battery models, I recommend this Website.

We can find there 16340 of 750mAh with a series resistance almost 3x greater. I'm not talking about the effective duration of Turbo mode (knowing the safety of the S1RII stops it at 3V) and the risk of overheating (see more) of the battery.

This is one of the reasons for using a proprietary battery, although from a practical point of view I am not in favor. A bad battery can give the impression of a low-end flashlight or even injure the user.

2.3.Electronic choice

This is the most important element after the choice of the LED and the battery. This is the interface between these two elements and which will make the final nature of the flashlight. This electronic has an impact on:

• autonomy, indeed if the electronic losses are important, it will be the same for the consumption at the level of the battery

• The duration of ″ high power ″ modes, the S1RII is a very good example and we will see this aspect right after.

• The final temperature, in fact the losses of the electronics are added to the power sent to the LED to turn into heat

2.3.1.Specifications

We will start from the curve of the accumulator and the voltage of the LED measured for Turbo mode (worst case). 

The red horizontal line represents the LED voltage in turbo mode. We realize that during 25s (30 to 40s for a new battery) the voltage of the accumulator is higher than the voltage of the LED and the rest of the time (70%) lower. Moreover, even if after one minute and 30 seconds we reach the end of turbo mode, we see that the output voltage rises high (> 3.8V) and therefore that the accumulator is far from empty.

For all other lighting modes, the voltage will be lower:

• 1000lm 3A 3.45V

• 600lm 1.65A 3.22V

• 300lm 0.75A 3V

• 60lm 0.184A 2.74V

• 12lm 0.026A 2.6V

We need to choose a power electronics topologie between the battery and the LED, before making this choice we will take stock of different topologies that exist.

2.3.2.Power Electronic Topologies

The subject is vast and complex for those who want more information you will find it Here.

To summarize here is a short synthesis:

2.3.2.a.Linear regulator

In ″ conventional ″ electronics the only assembly which allows to make a voltage adaptation is the linear regulator, one of the basic schematic of which is as follows: 

This circuit can only reduce the voltage (step-down). The only power component is the transistor (Top, middle).

To put it simply, the transistor will absorb the voltage difference between the input voltage (Uin) and the output voltage (Uout). This voltage difference multiplied by the current drawn by the output will give the power lost in the transistor.

It is therefore easy to understand that the more there is of difference between the input and output voltage, the more there are losses and the less the efficiency is good.

To improve this efficiency, there are switching topologies (see following paragraphs) which can also provide an output voltage greater than the input voltage. Their only weak point is reliability as they use a lot of component (especially for control) and switching transistors. It is only relative, the MTBF (mean time between 2 failures) remains in the order of several million hours if done well.

2.3.2.b.BUCK (Step-down converter)

This circuit makes it possible to have an output voltage lower than the input voltage (like the linear regulator), but with a much higher efficiency. The schematic of the power part is as follows:

2.3.2.c.BOOST (Step-up converter)

This circuit gives an output voltage higher than the input voltage, with high efficiency. The schematic of the power part is as follows:

2.3.2.d.BUCK-BOOST (Step-ud and Step-down converter)

As the name suggests, it lowers or raises the input voltage, it is no more and no less than a BUCK followed by a BOOST. Its major drawback is that it has a lot of components so it has a lower efficiency than a BUCK or a BOOST, and its schematic is as follows.

2.3.3.Topologie choice

So if we analyze the data, we see that the ″ step-up ″ solution is not viable because if the accumulator is charged we ″ destroy ″ the LED (too much voltage → too much current → destruction).

If we choose a "step-down" topology, the turbo mode will be rather short while the battery is far from being discharged, but it is perfectly suitable and the autonomy will be very important.

If we want a longer turbo mode, we must move towards a “step-down / step-up” solution, but knowing that the space available for the electronics is low, we will certainly have to make compromises.

Here is a photo of the electronics of the S1RII, for the size we see in the photo on the left that it is identical to a 1 cent french coin (0,64 inch). The diagram I have drawn up is the following I think is close to reality, but doing reverse-engineering is not easy:

Extremely simple schematic (in view of the functions implemented) but effective:

• L1, IC1, R1 and R2 are a Boost. IC1 integrates control and switching components.

• Q1 is a MOSFET used as linear regulator.

• IC4 which is a precision amplifier, which regulates the current in the LED. It measures the current through the SHUNT and arranges for it to be the image of the setpoint sent by the micro-controller. To do this, he drives Q1 and if it is necessary, it drives the Boost.

• IC2 is the micro-controller which coordinates everything, and is powered by the regulator IC3.

Olight therefore turned to an unconventional Buck-Boost, a Boost followed by a linear regulator. The components used are components from very reputable manufacturers (Texas Instrument, Microchip) or even high-end (IC4). It only remains to measure the performance.

2.3.4.Electronics performance

As in most fields the performance index measurement is done by an efficiency measurement. In our particular case, the efficiency is therefore the power sent to the LED divided by the power extracted from the battery.

On a red background, the area that the accumulator cannot reach.

 

The red numbers in bold represent the operation of the Boost (with a more than correct result).

The zone on a blue background is the nominal zone, in which we have the most chance of being with mixed use (a little of each power) and that we will use the entire battery.

The output at 12lm may seem low but the 52% at 4.2V corresponds to 65mW of losses knowing that the consumption of the micro-controller and the battery status LED are part of these losses.

This is why I prefer to also look at losses in electronics, I find that complementary.

I find that rather not bad, we have a little high losses when the accumulator is well charged and that we are not in Boost, but this is the price to pay for a longer turbo mode, a lack space, and increased reliability. It seems like a good choice to reach as many users as possible.

3.Thermal

I wanted to make a little point on the thermal side, because I think that it can interest people.

I am sorry but some values are in °C and not in °F, I have changed all values I can.

On the other hand, we will see that in the first order that is enough to get an idea, no need for simulation by finite element.

We can consider that the losses in the electronics and the power injected into the LED will turn into heat. To have an idea of what that represents, we will make approximations then compare to measurements.

If we inject energy into a material and we consider that it does not transmit any to its environment (which is obviously false) we can make a simple calculation from the heat capacity of this material, from its weight and the energy injected.

In order not to make too big mistake, you have to take a rather short time with a strong energy. We are therefore going to do a test with the turbo mode for 45 seconds. I measured an average of 11W supplied by the battery in this case. This gives the following table:

ΔT therefore represents the temperature rise of the material if an energy corresponding to 11W is injected into it for 45 seconds. The weight is that measured by the mechanics of the 3 lamps in my possession. You just have to pay attention to the fact that the lamps are made on an alloy whereas the data in the table are for pure materials.

We can see that copper is the material that will have the lowest temperature rise, then comes aluminum and then titanium which is relatively close to aluminum.

Since the exchange of the material with its environment has been neglected, the measurement will necessarily be lower.

Before doing a real test we will look at another important characteristic of these materials, it is thermal conductivity. The stronger it is, the more the heat "travels" and is distributed well in the material.

We can see here that copper still comes first, then aluminum and titanium are far behind.

In the following test, the lamps are covered with a tape with a known emissivity to make the most accurate measurements possible. The test is carried out in an air-conditioned room at 64°F. each sample is turned on in turbo mode and a reading is taken every 15 seconds. 

We can therefore see that the temperature in:

• copper remains homogeneous and achieves 88°F

• aluminum is a little less homogeneous and achieves 102°F

• the titanium is not homogeneous at all and its hot spot a achieves 126°F

We also see that with simple 1st order calculations, we were not that far for copper and aluminum, for titanium its low thermal conductivity has too great an impact.

4.Assembly

For the LED to heat as little as possible, the assembly between the LED and the box must be as efficient as possible from a thermal point of view. Everything happens in the "head" of the S1R2.

To achieve this The LED is mounted on an IMS, which is postponed to the housing using a good dose of thermal grease, we can still see the traces of this grease on the photo below (gray residue).

IMS details

An IMS means Insulated Metal Substrate, it is a metal plate on which is fixed an electrical insulator (very thin and rather good thermal conductor) on which is fixed a sheet of copper which is etched like a printed circuit classic.

Most often in industry the metal plate is made of aluminum but when we want maximum thermal performance we choose it in copper which is the case in our S1RII.

If you have read the article on LED, you must have noticed that the heat exchange is done by a surface of 0,11inch x 0,19inch. This IMS makes it possible to make the electrical (printed circuit) and thermal connection, it increases the exchange surface while minimizing the thermal rise between it and that of the LED.

To prevent the electronics from overheating, components L1, IC1 and Q1 are thermally transferred to the housing using a "Gappad". Its texture resembles Patafix and its thermal conduction is good. This is more than enough to keep these components at an acceptable temperature.

So Olight also took care of the blend for the best possible results.

5.Conclusion

With its S1R baton II, Olight has chosen to please the greatest number with a rather long Turbo mode, good autonomy, reliable electronics in a small footprint, while doing with the constraints governed by the physics and economic laws.

For the different materials offered, we have seen the impact on the thermal, aluminum is good, copper will offer a significant gain and titanium is not made for that, but it is not for this criterion that we choose it.

To make big shortcuts the copper will be heavier but will light more strongly in Turbo mode (the hotter the LED is internally the less it lights). We should be able to observe it between copper and titanium but we should be able to test with the same battery, the same LED and the same electronics.

We have also seen that what limits the duration of the turbo is the accumulator for this model, but for other more powerful it will surely be the thermal. Indeed, for humans, the burning sensation is from 131°F and apart from large and high-end models where effective thermal safety is possible, limiting the time in turbo mode is the only way to protect the user.

SOMMAIRE

Bonjour à tous, j'ai rédigé un petit blog pour les personnes qui se posent des questions sur leur lampe torche en particulier les lampes du fabricant OLIGHT. Ce blog est technique, mais j'essaie de rester accessible à tous ceux qui veulent en savoir plus.

Bonne lecture

Infos d'ordre général

• La LED, son fonctionnement et ses contraintes
• Topologies de conversion de tension pour alimenter des LEDs
• Choix du Bloc alimentation ou "chargeur"
  

 Évaluations

• Fonctionnement d'une lampe, cas de la S1R Baton 2 de OLIGHT
• OLIGHT MCC 1A Review
• Évaluation du chargeur MCC3 de OLIGHT
• Analyse et observation d'une I5R de OLIGHT
• Essai de conception alternative d'une Olight I5R
  
• I3T et I5T avec une batterie 3.6V 

Choix du Bloc alimentation ou "chargeur"

 

Choix du Bloc d'alimentation ou "chargeur"

1.Introduction

Nous en avons tous un chez nous et nous l'appelons tous chargeur. Cependant ce que la plupart d'entre nous appelle "chargeur" n'est en fait qu'un simple bloc l'alimentation.

Ce bloc a pour but de délivrer une tension qui va permettre à de réels chargeurs de remplir leur rôles.

Cependant le choix de ce bloc est très important, car fournir une tension à partir du réseau électrique (EDF) est simple, mais la fournir de façon totalement sécuritaire en est une autre, c'est pourquoi il doit correspondre à des normes.

Ces normes sont faites pour nous protéger de 3 choses importantes:

• L'électrocution

• l'incendie

• la perturbation électromagnétique

Pour ceux que ça intéresse voici un lien vers un article de l'UFC-Que choisir qui a testé pas mal de blocs alimentation et le résultat peu faire peur.

Il est donc aisé de comprendre que comme il n'est pas facile de bien réaliser (à prix correct) ce genre de fonction, les fabricants d'appareils ayant besoin d'une source de tension délivrant une petite puissance considèrent que vous en avez déjà une chez vous.

2.Tension de sortie des blocs alimentation

Les fabricants de téléphone portable se sont dirigés vers ce type de chargeur il y a quelques années en passant par une prise de format USB, importée du monde informatique.

Pour des raisons de compatibilité, le monde informatique est régit aussi par des normes et l'USB est donc définie initialement (à partir de l'USB 2.0) comme délivrant une tension de 5V avec un courant maximum de 2A.

Cependant nous sommes dans un mode "pressé"(on veut charger tout de plus en plus vite😁) et cette norme a évolué avec l'ajout de nouveau profil allant jusqu'à 20V et 5A.

Mais pour changer la tension (et son courant maximum) il faut passer par un protocole de communication entre le bloc d'alimentation et le matériel qui y est connecté. En absence de cet échange de communication, la tension de sortie sera 5V avec un courant maximum de 2A.

On peut avoir 2 différentes prises USB sur les blocs alimentation:

• Prise USB Type A

• Prise USB Type C

  
  
  

3.Fonction chargeur "proprement dite"

Le modèle d'accumulateur en vogue est le Li-Ion qui nécessite une mesure de tension à ces bornes ultra-précise, c'est pourquoi la fonction de chargeur est rempli par une électronique précise et proche de l'accumulateur.

Dans le cas d'un téléphone, cette électronique est embarquée dans le téléphone.

4.Cas concrêt

Si on prend celui-ci en exemple on voit indiqué: OUTPUT 5V "symbole courant continu" 2,1A.

Ce qui veut dire que la tension fourni est de 5V DC et que l'on peut tirer entre 0 et 2,1A.

La courbe d'une alimentation est la suivante.

Dans notre cas Uonom=5V et Iomax=2,1A

La zone normale d'utilisation (verte) est pour un courant situé entre 0A et Iomax (courant indiqué sur le bloc alim.).

Puis vient la zone de surcharge avec Iocp (Over Current Protection) au delà duquel la tension devient inférieur à 5V jusqu'au courant de court-circuit Icc. Dans cette zone le fabricant se doit de protéger l'utilisateur (brulure,feu,...) mais si l'utilisateur rencontre des problèmes de fonctionnement électrique...ce n'est plus la responsabilité du fabricant.

5.Choix du bloc alimentation

Pour votre sécurité, choisissez un modèle respectant les normes (voir paragraphe 1).

Dans le cas des chargeur MCC de OLIGHT, on peut considérer que le pire cas est à la fin de la première phase (charge à courant constant).

Pour le cas du MCC-1A une tension de 4.2V et un courant de 1A.

Pour le cas du MCC3 une tension de 4.2V et un courant de 2A.

Au vu de électronique embarquée et des pertes qui lui sont dues, on peut considérer que si on à 4.2V et un certain courant à la sortie du chargeur, on aura à son entrée pour une tension de 5V un courant légèrement inférieur.

Donc il faudra choisir un bloc alimentation avec un courant maximum:

• d'au moins 1A pour un MCC-1A
• d'au moins 2A pour un MCC3
  

 

Evaluation du chargeur MCC3 de OLIGHT

 

Évaluation du chargeur MCC3 de OLIGHT

Je vais vous faire ici l'évaluation du chargeur MCC3 qui est l'évolution du MCC-1A. 

Pour rappel l'évaluation du MCC-1A se trouve ICI.

Je vais essayer de rester accessible à tout le monde tout en approfondissant les aspects techniques pour ceux que ça intéresse.

Le plan du document va être le suivant:

• les entrailles de la bête (photo + rapide descriptif)

• choix du courant de charge (évolution majeure de ce chargeur)

• autres évolutions (liste des évolutions dont je me suis rendu compte)

• Inconvénients

• Conclusion

1.Les entrailles de la bête.

D’un point de vue design pur, on trouve 2 circuits intégrés vraisemblablement un microcontrôleur et un buck-contrôleur donc un vrai design signé Olight.

Pour la suite,vu que les accumulateur et le chargeur sont propriétaire, on peut considérer que les profils de charge sont optimums (courant constant-tension constante-courant d’arrêt de charge) je ne vais pas vous les présenter c’est du même ordre que sur le MCC-1A. Nous allons plutôt non concentrer sur les différences entre le MCC-1A et le MCC3. 

2.Choix du courant de charge 

Si on voulait reconnaître un type d’accumulateur avec 2 connexions électriques (charge comprise), le seul moyen serait une mesure de résistance interne, mais quelques manipulations m’ont montrées que ce n’était pas viable comme solution.

Donc la solution qu’Olight a trouvé est de reconnaître la lampe et donc l’accumulateur qui s’y trouve pour envoyer le bon courant de charge. En fait les deux connexions électriques que l’on trouve sur les culots magnétiques ne sont pas directement les pôles de l’accumulateur (heureusement on risquerait le court circuit au moindre trombone qui passe). Olight a donc adapté l’électronique qui se trouve entre l’accumulateur et les connexions extérieures pour que le chargeur reconnaisse la lampe.

Donc comme vous l’avez compris toutes les modèles conçus avant le MCC3 ne sont pas équipés de cette astuce et donc ils chargeront au courant minimum de 1A (comme le MCC-1A).

2.1.Electronique dans une lampe

2.1.1.Protection contre les court-circuits 

Si on voulais protéger l’accumulateur des court-circuit tout en voulant le recharger, le schéma serait le suivant :

La diode D1 permet de faire passer du courant des connecteurs (X+ X-) vers l’accumulateur. Donc de charger celui-ci, et comme elle empêche le courant d’aller dans le sens inverse, on ne peut pas le décharger (par un court-circuit par exemple).

Le seul problème est que la diode n’est pas parfaite et quand un courant la traverse on retrouve une tension à ces bornes (qui varie en fonction de plusieurs paramètres). C’est donc gênant car le chargeur qui se branche sur S+ et S- va voir la tension de l’accumulateur + tension de la diode. Or on a vu que la tension de fin de charge doit être très précise (voir MCC-1A).

2.1.2.Une solution existe

Un transistor piloté par un contrôleur O-Ring permet de créer une diode parfaite (ou presque).

Avec ce schéma, le chargeur MCC peut voir la tension réelle de l’accumulateur et l’accumulateur est protégé de la décharge au niveau des connecteurs externes (X+ X-)

2.1.3.La solution certainement mise en œuvre depuis le MCC3

Il suffit donc pendant un temps très courts (pour ne pas gêner un MCC-1A) de ne plus rendre la diode idéale.

La tension aux bornes des connecteurs va donc pendant ce temps présenter une surtension d’environ 0,6V (tension d’une diode). Le plus simple est donc de se servir du microcontrôleur déjà présent pour générer ce phénomène.

2.2.Signaux aux bornes du chargeur

2.2.1Charge à 1A

Sur un modèle de lampe ancien où un modèle qu’il faut charger à 1A (Olantern mini ici).

Dans les faits, à partir du moment ou l’on pose le chargeur sur la lampe, le microcontrôleur recherche un "signal" de la lampe pendant 90 secondes. Pendant cette recherche il injecte un courant de 90mA (pour faire fonctionner la diode idéale). Une fois passé cette période sans signal de la lampe, le chargeur lance une charge à 1A.

2.2.2.Charge à 2A

C’est le cas pour les accumulateurs 21700 (Warrior X pro – Perun 2 – Freyr - etc)

Découverte du signal:

On voit clairement les 5 impulsions d’environ 600mV sur la courbe orange ci-dessus

Une fois les 2 trames de 5 impulsions passées, le chargeur débute la charge à 2A en augmentant par palier de 0,5A.

2.2.3.Charge à 1,5A

C’est le cas pour les accumulateurs 18500 (Warrior mini – Perun 2 – Freyr - etc).

Pour une charge à 1,5A c’est 2 trames de 3 impulsions.

2.2.4Charge d'une OBULB 

Et la charge d'une Obulb, il est indiqué dessus 0.65A et il n'y a pas de palier à 0.65A???

Effectivement on part sur une charge classique de 1A, mais l'électronique interne d'une Obulb est différente. Il y a une électronique plus complexe entre le connecteur et l'accumulateur qui oblige le chargeur MCC à entrer dans la 2e phase de charge (tension constante) ce qui permet de charger à un courant de 0.65A.

Belle astuce de la part de OLIGHT😉.

3.Autres évolutions

3.1.Amélioration de la durée de vie de l’accumulateur

Les accumulateurs Li-ion sont un vaste sujet et trouver des données exacte n’est pas si facile. N’étant pas expert en chimie, je laisse ceux qui veulent avoir des données plus précises aller les chercher su internet.

Les infos que j’ai pu croiser de plusieurs source sont :

• Garder un accumulateur complètement chargé (ou presque) en permanence réduit sa durée de vie

• Des constructeurs d’accumulateur (Samsung par exemple) annoncent sur certains modèles que de passer d’une tension de 4,2V à 4,1V (-2,4%) peut doubler sa durée de vie

• Les courants de décharges élevés réduisent la durée de vie.

3.1.1Ajout d’un seuil de début de charge

Pour améliorer la durée de vie des accumulateur, Olight a ajouté dans ce chargeur un seuil de début de charge à 4,1V, ce qui fait que si la tension de l’accumulateur est au dessus de cette tension, le voyant reste au vert et la charge ne démarre pas.

Concrètement une fois votre lampe chargée vous vous en servez un peu dans la journée et le soir quand vous voulez la recharger, le voyant reste au vert. C’est normal servez-vous en encore le lendemain la batterie n’est que très peu déchargée.

Oui mais demain je pars en randonnée nocturne et j’ai besoin de l’autonomie maximum...L’astuce de certains est de d’allumer la lampe en mode turbo jusqu’à ce que le voyant passe au rouge.(Là c’est la double peine mais dans ce cas...).

3.1.2.Le voyant passe au vert à 95 % de la charge totale

Le voyant passe au vert quand la tension de l’accumulateur (quand le courant est nul) atteint 4,16V cependant la charge continue jusqu’à la charge complète de l’accumulateur. En gros, environ 1H30 après que le voyant soit passé au vert, la charge est vraiment complète (plus qu’avec un MCC-1A) mais aucun indicateur pour le montrer.

Pour y arriver, sur la 2^e partie de la charge (tension constante – voir la review du MCC-1A) le chargeur produit toutes les 3 minutes une variation de courant pour mesurer la tension exacte de la batterie (permet de soustraire la partie de la tension due à la résistance interne de l’accumulateur et aux résistances d’accès à l’accumulateur).

On voit que le courant passe pratiquement à 0 puis revient à son courant de charge précédent, la mesure de la tension réelle de l’accumulateur est donc dans ce cas de 4,2V-0,154V=4,046V.

3.2.Amélioration de la fin de charge

Olight conscient du problème des résistances parasites dues à la nature de la liaison électrique (voir le paragraphe Inconvénient) et tous les essais que j’ai pu réalisés on conduit à des accumulateurs complètement chargé ce qui n’est pas le cas pour le MCC-1A chose que je n’avais pas vu car je n’avais pas creusé cet axe dans ma review précédente).

3.3.Adaptation aux blocs alimentation

J’ai fait un point détaillé sur le choix du bloc alimentation, vous pouvez le trouver ICI.

Sur ce point il y a encore eu une amélioration. On a vu sur la courbe de la charge à 2A que le chargeur fait des paliers de 0,5A (qui durent 1s chacun) jusqu’à arriver au courant final.

Pendant cette phase le chargeur observe le bloc d’alimentation, si il observe une faiblesse (tension qui baisse légèrement), il relance une observation et s’arrête au courant que ce dernier peut fournir.

Tout cela est transparent pour l’utilisateur pendant cette phase le voyant reste rouge.

Cela permet même de charger avec des blocs alimentations pas terrible et même j’ai fait des essais avec un panneau solaire mal orienté et cela permettait une charge certes faible mais sur une journée ce n’est pas négligeable.

Par contre avec des blocs alimentation limites, on peut charger plus vite dans certains cas avec le MCC-1A car on peut utiliser dans ce cas le bloc alimentation dans sa zone de surcharge (chose que je déconseille).

4.Inconvénients

Faut bien qu’il y en ait.

Le seul inconvénient que je trouve provient de l’atout principal de ce chargeur qui est la facilité d’emploi. En effet le fait de pouvoir lâcher le chargeur et qu’il se mette en place tout seul grâce aux aimants (dans la lampe et dans le chargeur) est top.

Cependant les liaisons électriques sont réalisés par contacts entre 2 éléments qui peuvent présenter des imperfections.

Les lampes Olight sont robustes et prévues pour être utilisées dans des condition extrême. Il peut donc y avoir des résidus ou des impacts au niveau des contacts sur la lampe qui introduisent une une résistance parasite supplémentaire.

Il est donc judicieux de nettoyer les contacts avant la recharge. Un peu d’eau et chiffon suffisent, je déconseille tous nettoyage à base d’élément abrasif. La charge n’en sera que plus rapide.

Pour anecdote, j’ai analysé sur une lampe en cuivre une charge avec et sans patine et on voit réellement une différence mais cela n’impacte que le temps en fin de charge.

Si votre voyant reste vert une fois le MCC3 "plugger" sur votre lampe vérifiez bien ce point. 

5.Conclusion

Même si ce nouveau chargeur ressemble fortement à l'ancien il y a énormément d'évolution face au MCC-1A.

Il n'est pas parfait mais nettement mieux que le MCC-1A qui reste un excellent chargeur.