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Wednesday, May 10, 2017

心血來潮的頭燈評測-Petzl MYO vs Fenix HL60R

手邊剛好多了一顆 Petzl MYO 頭燈,因為曾經聽說這顆法國設計的頭燈有使用「穩壓」晶片,心血來潮就拿另一顆請同學自大陸帶回的 Fenix HL60R 來個 AB Test 吧!

首先我們來大略了解一下這兩款頭燈:

Petzl MYOFenix HL60R
批西家售價3,3002,690
實測重量180g (含3顆Eneloop)151g (含一顆NCR18650B)
電池AAx3 (可使用充電電池)18650鋰電池x1 或 CR123Ax2
防水等級IPX4 (防潑水)IPX8 (水下兩米)
特殊功能各檔次亮度可調整/燈頭有散光片可使用行動電源充電/有兩顆小紅燈

大概把玩一下 MYO 後有幾個比較主觀的看法:
  1. 不管任何頭燈,只要是採用類似 MYO 這樣的分離式設計,防水性就佔不了優勢;外露的電源線似乎也比較可能去勾到樹枝或箭竹。HL60R 的防水性等級很高,但整體重量都集中在前面。且為了要散掉 LED 的高溫跟電池本身的發熱,必須採用鋁合金材質。
  2. MYO 的防誤按設計很貼心,因為 HL60R 在過去使用的經驗裡還蠻常發生誤按的。
  3. 加上散光片的 MYO 感覺很適合作為帳內光源,可以有效把光線打散打柔。相較之下 HL60R 的小紅燈亮度不足以作為帳內照明,但倒很適合夜間攝影。
  4. MYO 採用 AA 電池,在電池管理上可以跟 Garmin 的 GPS 共用電池。HL60R 的 18650 則可以透過 Nitecore F1/F2 這類產品來跟手機共用電池。
接下來就是一些客觀的量測了。首先,要提一個關於電池的冷知識:其實電池的電壓是隨著電量而變動的。(也有某些電池的電壓不太變動,但也因此無法推測電量)

電池上標示的電壓叫作「額定電壓」,原文是 Nominal Voltage。以鋰電池 (正式名稱應該叫鋰離子電池) 來說,雖然標示 3.6V 或 3.7V,但實際上充飽電時大約是 4.2V,用完時大約是 3.0V。額定電壓 1.2V 的鎳氫充電電池,則大概在 1.4V~1.1V 之間。

因此所謂的「穩壓」有點詭異,可能是原廠希望貼近消費者而採用的術語,又或者是其電路的某部份有進行變頻直流轉換。在後面的實驗結果,我們可以發現穩不穩「壓」其實不是重點,一顆好的頭燈應該呈現是「恒定亮度」及「恒定瓦數」。

早前朋友有送測一些較陽春的18650頭燈,價格在兩三百到千元以下的範圍內,測試後發現光電效率很差,而且亮度會隨著電池電壓下降而變暗。可以想見這樣的頭燈並沒有使用高效率的 LED 驅動電路,說到底也無法期待這樣的價錢能買到夠好的頭燈。然而像 MYO 或是 HL60R 這樣的價位,加上原廠的文宣,預期是應該具有高效率的 LED 驅動電路。

手邊的測試設備不多,主要有一台可程式的電源供應器,內建電壓及電流量測功能。除此之外,濫芋充數再用一支 Android 手機,透過其內建的照度感應器來量測照度。
  • 電壓:實驗時模擬單顆鋰電池及三顆鎳氫電池的電壓變化,從 4.2V 到 3.0V,每次調降 0.2V。
  • 電流:這台電源供應器最大可供應3A的電流,量測到的實際電流會用來推算功率 (瓦數)
  • 功率:利用電壓及電流來計算 (P=IV),若功率穩定則可以從電池電量 (mAh) 來推算使用時間。
  • 照度:特別要說明照度不是流明,照度會隨著距離而下降,而 LED 鏡片的聚光或散光也會大大影響照度。這邊量測出的照度及推算出的光電效率不能在不同款頭燈間作比較,只能用來與同一個頭燈的不同電壓間或不同檔次間作比較。
  • 光電效率:照度除以功率,用來概推每瓦可以提供的亮度。注意事項同上。
實驗場地,頭燈與照度計間的距離為 240cm

以下直接列出測試數據,首先是 Petzl MYO。測試時是聚光模式,不使用散光片。


接著是 Fenix HL60R,相較於聚光模式的 MYO,光型比較廣⻆。


以下則是個人對於上面數據的觀察與解讀:
  1. 不管是 MYO 或 HL60R,最亮的檔次都不太「穩」。特別是 HL60R,照度變化有點大,在電池電壓偏低時甚至達不到第二檔的亮度。猜測在最亮檔次時,兩款頭燈都沒有使用「穩壓」電路。(Petzl 的說明有實際提到最亮檔是 Standard Lighting 而非 Constant Lighting)
  2. 排除最亮的檔次,兩顆頭燈都呈現出極佳的「恒定亮度」。因此建議在使用頭燈時,可以的話盡量避免使用最亮檔次。特別是HL60R的最亮檔,不只是LED輸出到12W會有點燙,接近3A的大電流也會讓內阻較高的容量型18650產生較多廢熱。
  3. HL60R 除了「恒定亮度」之外也呈現出優異的「恒定瓦數」,可以想見它的電路設計非常用心。一顆 2600mAh 的鋰電池,大約是 3.7V x 2600mAh = 9.62Wh。以它的高亮模式來說,大約在 3.5W 左右,推算使用時間的話則是 9.62Wh / 3.5W = 2.75h,大約是2小時45分鐘。Fenix 原廠規格中的說明則是 2600mAh 電池可使用三小時,因此可以相信 Fenix 算是一家誠實不灌水的廠商。
  4. HL60R 不論哪個檔次,在 3.0V 時會自動進入節能模式。這時亮度會降很低然後閃紅燈,基本上再不換電池就要過度放電了。
結語

對我來說,一顆好的頭燈至少要呈現出「恒定亮度」的特質,而這兩款頭燈在這一點都表現優異。相信市面上也還有很多優質的頭燈產品,只是店面挑選時若要能鑑別出「恒定亮度」,可能要自己刻意帶著不同電量的電池跟照度計去店裡實測,當然也要店家願意給測才行。至於「恒定瓦數」這部份,就只能在實驗室中才能進行了。

不過我想同一家廠商的更高階產品或更新款產品,應該都會延續這些優點,希望這篇可以提供大家一些參考。

而這顆 MYO 接下來的命運會是什麼呢?我想我應該會把它改裝成使用 18650...

Monday, May 8, 2017

長天數縱走的電池管理

每次為長天數縱走打包背包前,就開始到處找插座把各式各樣的電池充飽。手機要用行動電源,GPS要用AA電池,頭燈要用18650鋰電池,單眼跟無線電則要用各自的專用電池。最後集中起來的電池多到就像要上山賣電一樣...

整合前的各種電子設備及電池

等等,這些不全都是鋰電池嗎?難道不能共用嗎?開始有了這個想法之後,有意無意間也開始留意相關資訊,或者著手開始DIY改裝,最後終於達成了可以用18650供應所有設備的目標。

整合成可共用18650鋰電池的成果

其中,無線電是在網路上購買車用假電池來改裝。車用假電池的內部是一個所謂的變頻式直流降壓電路,或者 DC/DC Buck,用來把車用的12V降壓成大約是兩顆鋰電池串聯的額定電壓7.6V。所以改裝的方向很簡單,只要把降壓電路取出,直接接上18650串聯電池盒即可。


使用兩顆18650的無線電

原本的12V點煙器接頭跟捲線依然可以留作車用,但需要加回拆下來的降壓電路或者到網路上另行購買降壓電路。


將降壓電路移出假電池後即可繼續在車上使用

單眼的部份則因為SONY單眼的DC接頭是特別規格,所以沒有辦法在光華買到。於是就在網路上購買它的直流電源,然而其實需要的只有它的接頭。電池盒則可以跟無線電共用,因為原廠電池也是兩顆鋰電池所組合成的模組。


使用兩顆18650的SONY A77

手機的部份就比較好辦了,原先其實是自行DIY,但後來因為找到了 Nitecore F1 這個產品。F1 基本上是一個可換電池的單槽18650行動電源,雖然單顆會比較需要更換電池,但因為體積很小,搭配短線後就可以跟手機一起收在腰帶的小口袋裡。


使用 Nitecore F1 充電的手機

當所有設備都可以使用18650時,電池管理就相較容易了。以我自己來說,無線電在登山時只設定為緊急用,所以基本上就不需要帶它的專用電池了。單眼的專用電池還是會帶,畢竟外接一個尿袋在操作上也會比較不方便,然而當專用電池沒電要救急,或者需要長曝或拍縮時的話,外接電池盒就很方便了。

最後,只要再大概算出手機跟頭燈需要使用的18650電池顆數,即可完成長天數縱走的電池管理。

關於18650電池,以下是一些個人的心得:

  1. 盡量買品質較高且容量較大的電池,有規格書的電池除了安全之外通常也都有較好的低溫耐受性
  2. 不需要買動力型電池,這類低內阻電池一般來說電量相對較少。一般即使是頭燈的極亮大約都只會用到3A的電流,以我手邊給吸塵器用的三星動力型電池來說,最大輸出高達22A實在是不符實際。
  3. 可以的話買有保護板的電池;雖然有些比較好的頭燈會內建過放保護功能,但DIY給無線電或相機使用的話就無法預期是否會被過度放電。
  4. 如果捨得買好電池,就別捨不得買好的充電器,因為充電電路的好壞攸關電池壽命。我自己是用 Nitecore D4,除了可以充一般 18650 之外也針對 IMR 動力型電池設計專用的充電程序,同時還可以充 AA/AAA 的鎳氫(NiMH)電池。

(未來若有時間的話,希望能評估可為鋰電池充電的太陽能週邊,特別是 PowerFilm 的軟板。)