Пару недель назад я рассказывал, как за вечер собрать синий лазер на 70 ватт: матрица от проектора, буст-конвертер, восемь банок 18650, процессорный кулер, два десятка деталей и вечер с паяльником. А, между тем, оказывается, существуют и мини-версии синих лазерных матриц, которые мне хотелось запихать в корпус от фонаря

Так вот, корпус от фонаря не понадобился.

Та же самая конструкция, только урезанная до состояния, когда резать больше нечего: матрица NUBB23 на четыре кристалла, медная шина вместо радиатора, две банки 18650 вместо восьми, белый буст с Али и две кнопки.

Восемь деталей, час-два времени, размер с пачку сигарет. Дерево, бумагу и прочую органику поджигает на расстоянии вытянутой руки, а больше от зажигалки ничего и не требуется. Впрочем, можно ещё мух и тараканов поджаривать.

Мини-матриц два варианта: NUBB23 и NUBB24 (на самом деле больше, но эти две самые распространённые). Для карманного варианта подойдёт лучше младшая, 23-я. Ниже расскажу, что это за “восемь деталей”, плюс кое-какая арифметика по току и батарее, недостатки конкретной конструкции и варианты апгрейдов.

Уровень сложности: начинающий DIY-электронщик. Проще, чем семидесятиваттный NUBM38, примерно настолько, насколько восемь меньше двадцати :)

Что понадобится из приборов: паяльник ватт на 50-70 (с запасом: плата-держатель матрицы медная, у буста - алюминивая, и обе жадно отбирают тепло от жала), лабораторный БП до 12 В и 10 А, мультиметр и что-нибудь измеряющее постоянный ток до 5 А - я использую токовые клещи UNI-T UT210D. Можно просто любой амперметр. Дрель, сверло 2.5 мм и метчик М3.

Ещё будут небесполезны кувалдометр и тиски - чтобы аккуратно погнуть кусок медной шины.

Техника безопасности

Этот раздел я в прошлый раз написал подробно, со ссылками на разборы ув. @Laserbuilder и разными FAQ, сопроводив его гайдом по выбору защитных очков. Всё это лежит там, пересказывать не буду и повторю только то, что отличается для карманного лазера.

Двадцать два ватта - это меньше, чем семьдесят, но для глаза разницы никакой: порог, за которым сетчатка выгорает быстрее моргательного рефлекса, лежит на три порядка ниже. Отблеск от гайки, стекла или полированного корпуса работает точно так же, и при попадании на сетчатку может сделать в ней немножно битых пикселей вплоть до полной слепоты, если очень не повезёт.

Но нюанс здесь в том, что карманный размер провоцирует карманное отношение: девайс может лежать себе на столе среди прочего хлама, его берут в руки не думая, а кнопка пуска торчит наружу. У предыдущего большего билда на NUBM38, с кулером и восемью банками 18650, есть хотя бы солидный размер и вес, и, скажем так, “ритуал включения тумблера”, повышающий внимательность и осторожность. У этого - нет ничего. Ровно так я в декабре 2023 случайно включил аналогичный синий лазер прямо себе в щеку (отделался лёгким испугом). На изначальных фотографиях сборки из 2023 года между батареей и драйвером нет ничего, что мешало бы такому повториться. А вот на свежих снимках уже имеется защитный тумблер по питанию: это самая дешёвая деталь в списке, и одновременно одна из самых важных. Подробнее в конце статьи.

Помните: очки надеваются до того, как девайс взят в руки, а не после.

И ещё такой момент. Термозащиты здесь нет, никакой. Единственный термоконтроль - медная шина, контактирующая с ладонью. Работает по принципу: если держать стало обжигающе горячо - пора дать лазеру передышку.

NUBB23 и NUBB24: чем отличаются и почему младшая лучше

Осенью 2023 мне приехали с Таобао две мини-матрицы Nichia: NUBB23 на четыре кристалла и NUBB24 на восемь. Первое, что бросается в глаза при распаковке - они поразительно крошечные в сравнении со старшими родичами. Плата с матрицей размером примерно с ноготь большого пальца, и на ней те же самые синие кристаллы, что стоят в семидесятиваттных NUBM35/38, только четыре штуки вместо четырнадцати, и гораздо плотнее упакованы на плате.

NUBB23. Четыре кристалла в одной цепочке под одним линзовым блоком. Продавцы пишут 22 Вт оптики, 455 нм, рабочее напряжение около 18 В - то есть по 4.5 В на кристалл, как и у больших. Один выход, один луч.

NUBB24. Восемь кристаллов, 44 Вт, 36 В на всю матрицу (то есть все восемь последовательно, по тем же 4.5 В), и - вот это главное - два отдельных линзовых блока по четыре кристалла под каждым. На фото выше это видно без пояснений: у верхней матрицы два окна, у нижней одно.

Отсюда два следствия, и оба против NUBB24 в карманном формате.

Двойной луч. Два линзовых блока дают два параллельных пучка с зазором в несколько миллиметров. Вблизи это одно пятно, на нескольких метрах - два. Я уже наступал на эти грабли с красной матрицей NURM31, у которой по два выхода в каждой ячейке, и это очень печально: красный и так-то плохо виден невооружённым глазом, а тут ещё и делить пополам. Впрочем, можно делать мемы про laser eyes ирл.

Ток. Тут проще всего посчитать вслух. NUBB23 при 18 В и 2.9 А берёт примерно 52 Вт на вход; при КПД синих Nichia около 40 процентов это как раз 22 Вт оптической мощности. От батареи из двух последовательных 18650 (7.4 В номинала) это 8-9 А через каждую банку. Много, но приличная банка такое вполне держит, особенно если недолго (а долго и не получится, термоконтроль через медную шину в ладони не позволит).

NUBB24 при 36 В и тех же 3 А - уже 110 Вт электрических. От той же пары банок это 16-18 А. Высокоёмкостные 18650 (а под рукой у меня были именно такие, на 3000+ мАч и 5-10 А) на таком токе проседают к трём вольтам и греются; высокотоковые вроде VTC5A или P28A, возможно, потянут. Но у меня под рукой были 4s1p липольки, и они по току тянут без вопросов. Вторую зажигалочку я собрал на NUBB24 именно с LiPo. Но литий-полимерка с балансирным разъёмом - это уже не две банки 18650 в холдере, а жирная (и временами очень горючая) хрень. И в карман не очень удобно класть.

Так что для карманного формата гораздо лучше зайдёт NUBB23 на двух 18650. Если очень хочется 24 с двумя лучами, то проще всего будет взять два высокотоковых 21700: у них и ток, и ёмкость выше, и холдеры под них существуют. Но девайс станет чуть крупнее и толще.

Про луч. У обеих матриц он не квадратный, как у больших, а вытянутый: выходы эмиттеров сведены очень хорошо, но у каждого из них луч имеет сильную анизотропию, представляя собой узкую полосу (по одной из осей расхождение сильно выше, чем по другой). Для превращения его в квадратный требуется специфическая корректирующая оптика, которая существует для одиночных лазерных диодов, но вот под матрицы я такого не встречал. На laserpointerforums про NUBB23 пишут то же самое: на десяти метрах пятно тонкое, но сильно вытянутое в полосу. Но для зажигалки это обстоятельство не принципиально.

Восемь деталей

Тут реально 8 (восемь) деталей (если не считать два винта М3, провода, термопасту и кусок двустороннего скотча).

1. Матрица NUBB23. Вот актуальный лот на Али, ключевик для поиска - “NUBB23 455nm 22W”. На Goofish и Taobao их продают чуть ли не россыпью на вес. Примерная цена - сотня-полторы юаней за штуку.

2. Медная шина. Кусок медной полосы (стандартная 3х25 шина), согнутый буквой П так, чтобы внутрь встал холдер с банками, а сверху крепилась матрица. Nota bene: медь бывает отожжёная и неотожжёная. Первая гнётся руками, вторая твёрдая и неподатливая. Чтобы превратить неотожжёную в отожжёную, медь надо нагреть докрасна и дать остыть. Короче, гнутая медяка это и шасси, и радиатор, и вдобавок туда же можно кинуть общий минус. Два отверстия под резьбу М3 (сверло 2.5 мм) - вот и весь металлообрабатывающий этап. Впрочем, нарезать резьбу в меди это отдельная наука, рекомендую вначале потренироваться на каких-нибудь медных огрызках.

3. Холдер на два 18650 с выводами под пайку. Тот же совет, что и в прошлый раз: с подгибающимися металлическими полосками, а не с пружинками и проводами. Пружинки на девяти амперах греются, и вообще они мерзкие и неудобные.

4-5. Две банки 18650. Вот в этом случае конкретная химия аккумов имеет значение. Ток 8-9 А и всего два элемента. Samsung 30Q, Sony VTC5A/VTC6, Molicel P26A/P28A - любая из них с запасом; высокоёмкостные на 3400 мАч и 5 А - на пределе; ноунеймам “100500 mAh” - отказать. Ну, или взять 21700 и не заморачиваться.

6. Кнопка питания. Любой тумблер или кнопка с фиксацией, на ~10 А, в разрыв между батареей и входом драйвера; у меня типичный красный клавишный тумблер, приклеенный к драйверу. Это предохранитель от случайного нажатия на кнопку пуска: пока питание выключено, микрик можно давить сколько угодно. На фотографиях сборки 2023 года её нет, и это не минимализм, а ошибка конструкции - подробности в конце.

7. Кнопка пуска. Микропереключатель с рычагом (на фото - зелёный концевик) в разрыв между выходом драйвера и матрицей. Зачем именно так, а не кнопкой по питанию - пусковой выброс, который деградирует матрицу: при подаче питания на драйвер он выдаёт бросок тока в 200 процентов от выставленного, а при замыкании уже установившегося CV выхода - нет. Можно любую другую кнопку, способную на 3 А, или мосфет; я лично просто люблю эти концевики ставить всюду, где от кнопки требуется выживать при разрыве тока в несколько ампер.

8. Белый буст. Младший брат того большого драйвера на алюминиевой плате. Конструкция и внешний вид почти идентичны: белая плата с тороидальным дросселем, четыре конденсатора 220 мкФ на 50 В (на большом брате их шесть) и два многооборотных подстроечника CC и CV. На моём написано HW-449, вот такой, их на Али куча одинаковых по ключевику “boost converter 250w”. Сразу предупреждаю: лучше брать сразу три штуки (а ещё лучше десяток, вещь в хозяйстве крайне полезная), так как заметный процент с браком: то ток не выставляется, то напряжение не ограничивается, то просто ничего не делает. Плата буста идеально вписывается поверх холдера двух 18650 через двусторонний скотч. Для 18 В и 3 А её хватает с запасом. На NUBB24 (на фото слева) стоит по виду точно такая же, но с надписью TENSTAR ROBOT, её тоже хватает.

Расходники: два винта М3, силиконовые провода на 16-18 AWG, термопаста, двусторонний скотч.

Чего в списке нет (из того что было в большой версии): радиатора с кулером, термозащиты KSD, амперметра, понижайки для вентилятора, XT60, защитного окна, второго холдера и дополнительных банок. Вольтметр не обязателен, так, чисто следить за батками, поэтому его не считаю.

Медная шина вместо радиатора: почему это вообще работает

Вообще говоря - не работает. Точнее, работает секунд где-то так пятнадцать.

Из 52 Вт по входу 22 уходят светом, а остальные 30 Вт греют матрицу и всё, к чему она прикручена. У 70-ваттной NUBM38 это 100-150 Вт тепла и процессорный кулер под них. Здесь - кусок меди массой граммов в 50-100 и без единого ребра. Теплоотвод работает чисто на теплоёмкости меди.

Медь берёт 0.385 Дж на грамм на градус. Для сотни граммов это ~40 Дж/К, и при 30 Вт тепла шина греется почти на градус в секунду. Через 15 секунд это плюс 10-15 градусов на шине и заметно больше на самой матрице (у которой предел 75 °C). Так что пост в канале был написан ровно по ощущениям: “Медная шина перегревается весьма быстро, но на поиграться (секунд 10-15) хватает.”

Иными словами: это не радиатор, а тепловой аккумулятор. Режим работы - зажигалка: нажал, поджёг, отпустил, потрогал шину. Тёплая - можно продолжать. Горячая - кладём и ждём минуту-другую, пока температура не упадёт до приемлемой. Непрерывный режим в подобной конструкции противопоказан, и, кроме того, сам по себе форм-фактор предполагает, что его держат в руках во время работы (в том числе поэтому здесь нет термозащиты - во-первых, она бы регулярно триггерилась и давала тот самый выброс тока при возврате, во-вторых - нафиг она нужна, если есть отличный термосенсор кожи руки?)

Если хочется гонять больше пятнадцати секунд подряд, то шина (либо сама матрица) прикручивается к чему угодно алюминиевому и вентилируемому. Но это уже получится другой девайс.

Настройка

Процедура - та же, что в предыдущей лазерной статье, потому буду краток.

Вход драйвера - на лабораторный БП, 8 В (имитируем две банки). Мультиметр в режиме вольтметра на выход. CV-ADJ крутим, пока не получим 19-20 В, чуть выше рабочего напряжения матрицы. CC-ADJ выкручиваем в минимум, пока напряжение на выходе не начнёт падать.

Матрицу прикручиваем к шине через термопасту двумя винтами М3. Плюс - со стороны маркировки, полярность подключения проверяем дважды: хоть это и диоды, но тестировать матрицу на стойкость к переполюсовке in vivo не стоит.

Тут самое время надеть, наконец, защитные очки.

Кладём кирпич (или идентичный ему по антигорючести предмет) на пути луча.

Начинаем поднимать CC-ADJ.

Амперметра в этой сборке нет, так как у меня появились токовые клещи, которые куда удобнее в работе. Главное, чтобы у них был режим с измерением постоянного тока. UNI-T UT210T, рекомендую к обзаведению.

Генерация начинается где-то в районе 0.3 А, и дальше можно крутить подстроечник CC-ADJ до номинального тока в 3.0 А. У меня выставлено 2.9 А. Напоминаю про неочевидное из прошлой статьи: ВАХ кристалла плывёт с температурой, горячая матрица при том же напряжении ест больше, и правильным решением будет либо занизить ток на холодную, либо выставлять ток на прогретой, после нескольких включений на десяток секунд. Кстати, греется она довольно быстро. Я на горячую ток не мерял; скорее всего, через десять секунд там уже не 2.9 А, а где-то между 3 и 3.5.

Сборка

Тут, как и в прошлый раз, можно было бы просто ничего не писать, но мне так понравился концепт, что расскажу.

Холдер просто поджимается упругостью медной шины (или вклеивается вовнутрь её на двусторонний скотч). Драйвер - сверху на батарею, на тот же скотч. Кнопка питания и микрик - куда встанут (я припаял на плату и обильно полил УФ-клеем, для вязкости). Проводов четыре штуки: батарея - кнопка - вход драйвера, выход драйвера - микрик - матрица.

Всё.

Корпуса у конструкции нет намеренно, во имя lazycore подхода. Медная шина - отличное шасси, драйвер сверху обдувается естественным путём (хотя, вообще говоря, он просто не успевает нагреться раньше шины). Батарейки удобно менять, опять же.

Сборка первого экземпляра заняла у меня пару часов, большую часть которых заняло изгибание медной шины в нужный размер и нарезка резьбы. Второго - меньше часа, и это уже с перерывами на фотографирование процесса.

Что получилось

Девайс размером с пачку сигарет, который поджигает дерево, бумагу и всё, что попадает под понятие “органика”, на расстоянии вытянутой руки, а в паре метров на тёмной поляне выглядит как световой меч.

Один недостаток, который практически не устранить: это форма пучка. Луч - полоса, а не квадрат, и дивергенция по “длинной” оси безобразно велика. Для сфокусированной работы на дистанции ему нужен не только телескоп, как большому варианту, но и корректирующая оптика. Но тогда это уже не будет зажигалкой. А для прикуривания на расстоянии в полметра собственные линзы матрицы дают достаточно удельной мощности сами по себе.

Забавный нюанс: быстро и эффектно удаётся поджечь только сигареты с тёмной бумагой, типа того же Чапмана. Стандартные белые очень долго сопротивляются лазерному лучу. Впрочем, существуют же ещё трубки, да и другие девайсы, и с ними поджигание и нагрев органического сырья работают превосходно.

Недостатки конструкции и возможности их решения

1. Предохранительной кнопки между батареей и бустом долго не было. На фотографиях сборки 2023 года её нет: девайс взведён с того момента, как в холдер вставлены банки, и любое нажатие на микрик - это луч. Сейчас красный тумблер стоит, но порядок должен быть обратный: тумблер на вход драйвера стоит пятьдесят рублей и ставится за пять минут, и это первое, что надо сделать, а не последнее. Отдельный нюанс: “малая” версия белого буста понемногу жрёт заряд вхолостую, и если оставить девайс с включенным тумблером, то постепенно он сожрёт весь заряд банок.

2. Нет термозащиты. Вместо неё - палец и “ай, горячо держать”. Серия наблюдений показала, что “ай, горячо” примерно соответствует 60-65°C Правильным решением было бы прикрутить KSD-01F на 50-60 °C к шине рядом с матрицей, между нею и кнопкой. Кроме того, ток выставлен на холодной матрице, на горячей не измерялся. Впрочем, вышеописанный органолептический метод термоконтроля исключает длительную работу в нагретом состоянии.

3. Кнопка коммутирует рабочий ток матрицы. То же самое, что активно обсуждали в каментах к прошлой статье, но я по-прежнему считаю это оправданным минимализмом для сборки из восьми деталей. Можно сделать плавный старт. Но можно и не делать.

4. Линзы открыты. Это, конечно, наиболее безблагодатное обстоятельство. Защитного окна нет, и пыль, попавшая на линзовый блок, рано или поздно выгорит на нём в виде несмываемого пятна. Кроме того, линзы могут просто отвалиться механически. У большой версии окно стояло; здесь поставить некуда, кроме как напечатать кожух и выходное окно поверх.

5. Луч - быстро расходящаяся полоса. Корректирующая оптика для анизотропного луча, полагаю, существует (вогнутая цилиндрическая линза с подходящим радиусом кривизны), но вряд ли её можно просто взять и купить на Алиэкспрессе. Если кто-то считал такое для NUBB23 или похожих матриц - напишите, интересно узнать.

6. Нет измерения оптической мощности. Всё, что есть - цифры от Nichia (даташитная мощность, КПД), потребляемая мощность, и последующая арифметика. С другой стороны, воспламеняющаяся за две секунды доска - вполне достаточная арифметика для зажигалки, не правда ли.

Бонус для дочитавших: NUBB24 и семейство

Остальные лазеры на матрицах Nichia, включая то, что в статью не влезло, лежат в канале отдельными постами:

• NUBB23 и NUBB24: приехали и зажигалочка номер два

• Красная NURM31 и её двойной луч

• Зелёная NUGM32 в алюминиевой трубе

• Стационарный 95-ваттник на двух белых бустах

• Мета-матрица: девять NUBM38 и 650 ватт (про неё будет отдельная статья, чтобы все офигели и не смогли расфигеть назад)

Канал называется Zerg Labs [TeslaCoilPro], а в приканальном чате обитает множество любителей diy mad science и всякого такого. Не призываю подписываться, но призываю изучить архив канала за четыре года, живущий на zerglabs.teslacoil.ru. Загляните и не пожалеете.

До новых встреч.

И не забывайте про защитные очки.

Любые копии или вариации данной инструкции должны содержать явное указание на источник.