Фонарики, работающие от одной 1.5-вольтовой батарейки, как правило, состоят из батарейки, кнопки и лампы накаливания. Лампочка является источником света с достаточно невысоким КПД и быстро садит батарейку. Заманчивым выглядит использование светодиодов в миниатюрных фонариках, но неизбежно появляется проблема их питания. Как известно, светодиоду требуется около 3.6 вольт для работы. Поэтому светодиодные фонарики работают, как правило, на 3х батарейках по 1.5В. В этом случае батарейки могут дать ток, достаточный для работы внушительного количества светодиодов. Но одновременно возрастают и габариты фонарика. Можно использовать маленькие призматические батарейки, но их ёмкость сравнительно мала и явно недостаточна для фонарика.

Можно ли сделать фонарик хотя бы с одним светодиодом, который бы мог работать от одной 1.5 батарейки или аккумулятора? Разумеется, можно. Принцип питания светодиода здесь очень простой: используем дроссель в качестве накопителя энергии от батарейки. Для этого нам понадобится элементарная схема, в состав которой входит генератор импульсов, ключ и, собственно, дроссель. О том, как собрать такой блок самостоятельно, мы расскажем в продолжении этой статьи, а пока разберём уже готовый фонарик китайского производства.

Фонарик довольно маленький и удобный, но не лишён некоторых минусов. Прежде всего, он толще, чем нужно. Он примерно вдвое толще батарейки. Данное пространство внутри никак не используется, там находятся лишь рёбра жёсткости. Для данного фонарика это совершенно лишнее. В фонарик установлен довольно слабый светодиод. Но всё же неоспоримым преимуществом данного фонарика является наличие внутри преобразователя для питания светодиода от одной полуторавольтовой батарейки типа ААА, который работает как раз по рассмотренному выше принципу - накопление энергии в дросселе и последующая отдача её светодиоду.

В данной переделке мы заменим светодиод на более мощный, а также обеспечим возможность замены светодиода на любой другой без разборки фонарика.

Для начала фонарик необходимо разобрать. Для этого нужно снять заднюю крышку и изъять металлическое колечко при помощи тонкой отвёртки. Передняя часть фонарика закреплена при помощи клея, для её отсоединения необходимо пройтись по шву тонким ножиком.

Внутренности фонарика после этого легко достаются. Металлический лепесток тянется вниз к минусовому контакту батарейки.

Плата фонарика крепится двумя маленькими болтиками, которые нужно открутить.

Снимаем плату фонарика. Схема примечательна наличием микроконтроллера, залитого компаундом. Кнопка включения-выключения - это именно кнопка, без фиксации. Также установлен транзистор с маркировкой 2100A, идентифицировать который не удалось. Помимо этих деталей, имеются: диод шоттки, конденсатор и дроссель.

Выпаиваем светодиод и устанавливаем своеобразный "разъём" для нового светодиода - две цанги от панельки для микросхем. Их нужно аккуратно припаять с внутренней стороны платы.

Припаиваем первую цангу:

И вторую:

Вид на плату сверху:

Для проверки установлен светодиод диаметром 5мм на 20cd тёплого белого цвета свечения.

Проверяем работоспособность и продолжаем. В получившийся разъём устанавливаем светодиод диаметром 8мм на 20cd.

Собираем фонарик в обратной последовательности.

Фонарик светит значительно ярче.

Прикручиваем колпачок с линзой.

Для того, чтобы закрепить переднюю часть (которая изначально крепилась на клей), используем маленький болтик.

Что же придумали к настоящему времени радиолюбители для того, чтобы запитать яркий белый светодиод от одной батарейки АА или ААА? Увы, схемотехнические решения достаточно скромные. В основном, всё сводится к блокинг-генератору. Недостаток таких схем очевиден: при разряде батарейки яркость светодиода будет уменьшаться.

Конечно, собрать такие схемы нужно обязательно - для тренировки и проверки их свойств.

После этого можно переходить к конструированию своего, идеального фонарика.

Схема нашего "идеального" фонарика очень проста, технологична и современна. Для питания яркого белого светодиода используется специальная микросхема ZXLD381.

Схема включения микросхемы - типовая, из даташита. Индуктивность дросселя подбирается к имеющемуся светодиоду. При этом необходимо смотреть в даташит на дроссель, какой ток он способен выдержать, не входя в насыщение.

Проверка схемы. Так как светодиод в этой схеме является самым большим элементом, то остальные детали (микросхема ZXLD381 и дроссель) припаиваются к нему.

Микросхема ZXLD381 припаивается прямо к контактным площадкам дросселя.

Детали помещаются в подходящий маленький фонарик с одной батарейкой.

Для постройки фонарика с питанием от аккумулятора с напряжением, большим, чем 1.5В, можно использовать микросхему ZXSC400 , имеющую возможность подключения более мощного светодиода.

В современное время все больше техники, в роли элементов питания используют литий-ионные аккумуляторы. Они не имеют "эффекта памяти", в отличие от Ni-Cd. Могут отдавать большой ток.

Я решил переделать два старых фонарика под литий-ионные аккумуляторы 18650, благо у меня их большое количество. Да и достать их не составляет труда в ремонтных фирмах, занимающихся ремонтом ноутбуков.

Для переделки нам понадобится некоторое количество комплектующих:
- собственно фонарики;
- ;
- ;
- оргстекло;
- кусок тонкого пластика;
- ;
- провода, термоклей, инструменты.

Фонари удобного размера для установки в них аккумуляторов 18650, в количестве двух штук. В принципе можно описать доработку одного фонарика.

Платы контроллеров заряда у меня разные. На одной Mini-USB, на второй Micro-USB.
Данные платы можно приобрести в Китае за 15-20 рублей за единицу. Так же продаются в магазинах радиотоваров и радио рынках. У меня платы без защиты (BMS), но с этим справимся.

Разбираем фонарики и вынимаем все из них, кроме переключателей, светодиодов.

Теперь берем тонкий пластик, у меня это ABS от старого аккумулятора. Получилось что он черного цвета, но не страшно, на синем фонарике тоже будет смотреться отлично.

Вырезаем окошки так, чтоб плотно входили в место, где раньше выдвигалась вилка для заряда.

Вырезаем нужного размера под окошко и отверстия под разъемы наших плат заряда. Клеить их не обязательно, они должны плотно входить и я их потом укреплю.

Так как наши платы не имеют защиты от разряда, применяемы в данной ситуации платы из аккумуляторов мобильного телефона. Можно и купить с защитой, но у меня таких сейчас нет в наличии. Поэтому прибегаю к чуть трудоемкому решению.

Распаиваем провода от наших BMS к аккумуляторам. Платы контроллеров заряда ставим на место и подпираем. В роли распорки применил отрезки винной пробки. Все укрепляем термоклеем, но можно и без него.

Распаиваем выключатели, у меня выключатели разрывают плюс. На черном фонарике есть плата со светодиодом. Переключатель имеет два включенных положения, одно из которых я завел на одиночный светодиод, а второе положение включает основные светодиоды. На синем фонарике одно положение выключателя.

Собираем фонарики и подпаиваем отражатели и переходим к следующему этапу.

Следующим этапом, вырезаем две пластинки из прозрачного пластика, у меня это пластик из коробки компакт-диска. Шкурим наждачной бумагой до матовости поверхности, так приятней свет от светодиода.

Приклеиваем на место, где раньше находился движок, которым выдвигалась сетевая вилка. Клеить нужно на одну половину фонарика. Вдруг нужно будет разобрать фонарик.

Для безопасности и возможности продолжать активную деятельность в темное время суток человек нуждается в искусственном освещении. Первобытные люди раздвигали темень, поджигая ветки деревьев, далее придумали факел и керосинку. И только после изобретения французским изобретателем Жорджом Лекланше в 1866 году прототипа современной батарейки, а в 1879 году Томсоном Эдисоном лампы накаливания, у Дэвида Майзелла появилась возможность запатентовать 1896 году первый электрический фонарь.

С тех пор в электрической схеме новых образцов фонарей ничего не изменялось, пока в 1923 году российский ученый Олег Владимирович Лосев не нашёл связь люминесценции в карбиде кремния и p-n-переходе, а в 1990 году ученым не удалось создать светодиод с большей светоотдачей, позволяющий заменить лампочку накаливания. Применение светодиодов вместо ламп накаливания, благодаря низкому энергопотреблению светодиодов, позволило многократно увеличить время работы фонарей при той же емкости батареек и аккумуляторов, повысить надежность фонариков и практически снять все ограничения на область их использования.

Светодиодный аккумуляторных фонарь, который Вы видите на фотоснимке попал мне в ремонт с жалобой, что купленный на днях китайский фонарик Lentel GL01 за $3, не светит, хотя индикатор заряда аккумулятора светится.

Внешний осмотр фонаря произвел положительное впечатление. Качественное литье корпуса, удобная ручка и включатель. Стержни вилки для подключения к бытовой сети для зарядки аккумулятора сделаны выдвижными, что исключает необходимость хранения сетевого шнура.

Внимание! При разборке и ремонте фонаря, если он подключен к сети следует соблюдать осторожность. Прикосновение незащищенным участком тела к неизолированным проводам и деталям может привести к поражению электрическим током.

Как разобрать светодиодный аккумуляторный фонарь Lentel GL01

Хотя фонарик подлежал гарантийному ремонту, но вспоминая свои хождения при при гарантийном ремонте отказавшего электрочайника (чайник был дорогим и в нем перегорел ТЭН , поэтому своими руками его отремонтировать не представлялось возможным), решил заняться ремонтом самостоятельно.

Разобрать фонарь оказалось легко. Достаточно повернуть на небольшой угол против часовой стрелки кольцо, фиксирующее защитное стекло и оттянуть его, затем отвинтить несколько саморезов. Оказалось кольцо фиксируется на корпусе с помощью байонетного соединения.

После снятия одной из половинок корпуса фонарика появился доступ ко всем его узлам. Слева на фотоснимке видна печатная плата со светодиодами , к которой прикреплен с помощью трех саморезов рефлектор (отражатель света). В центре расположен аккумулятор черного цвета с неизвестными параметрами, имеется только маркировка полярности выводов. Правее аккумулятора находится печатная плата зарядного устройства и индикации. Справа установлена сетевая вилка с выдвижными стержнями.

При внимательном рассмотрении светодиодов оказалось, что на излучающих поверхностях кристаллов всех светодиодов имелись черные пятна или точки. Стало ясно даже без проверки светодиодов мультиметром , что фонарик не светит по причине их перегорания.

Почерневшие области имелись также на кристаллах двух светодиодов, установленных в качестве подсветки на плате индикации зарядки аккумулятора. В светодиодных лампах и лентах обычно выходит из строя один светодиод, и работая как предохранитель, защищает остальные от перегорания. А в фонаре вышли из строя все девять светодиодов одновременно. Напряжение на аккумуляторе не могло увеличиться до величины, способной вывести светодиоды из строя. Для выяснения причины пришлось начертить электрическую принципиальную схему.

Поиск причины отказа фонаря

Электрическая схема фонаря состоит из двух функционально законченных частей. Часть схемы, расположенная левее переключателя SA1, выполняет функцию зарядного устройства. А часть схемы, изображенная справа от переключателя, обеспечивает свечение.

Работает зарядное устройство следующим образом. Напряжение от бытовой сети 220 В поступает на токоограничивающий конденсатор С1, далее на мостовой выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. С выпрямителя напряжение подается на клеммы аккумулятора. Резистор R1 служит для разряда конденсатора после изъятия вилки фонарика из сети. Таким образом, исключается удар током от разряда конденсатора в случае случайного прикосновения рукой одновременно двух штырей вилки.

Светодиод HL1, включенный последовательно с токоограничивающим резистором R2 в противоположном направлении с правым верхним диодом моста, как, оказалось, светится всегда при вставленной вилке в сеть, даже если аккумулятор неисправен или отсоединен от схемы.

Переключатель режимов работы SA1 служит для подключения к аккумулятору отдельных групп светодиодов. Как видно из схемы получается, что если фонарь подключен к сети для зарядки и движок переключателя находится в положении 3 или 4, то напряжение с зарядного устройства аккумулятора попадает и на светодиоды.

Если человек включил фонарик и обнаружил, что он не работает, и, не зная, что движок выключателя обязательно необходимо установить в положение «выключено», о чем в инструкции по эксплуатации фонаря ничего не сказано, подключит фонарь к сети на зарядку, то за счет броска напряжения на выходе зарядного устройства на светодиоды попадет напряжение, значительно превышающее расчетное. Через светодиоды потечет ток, превышающий допустимый и они перегорят. При старении кислотного аккумулятора за счет сульфитации свинцовых пластин напряжение заряда аккумулятора возрастает, что тоже приводит к перегоранию светодиодов.

Еще одно схемное решение, которое удивило, это параллельное включение семи светодиодов, что недопустимо, так как вольтамперные характеристики даже светодиодов одного типа отличаются и поэтому проходящий ток через светодиоды тоже будет не одинаковым. По этой причине при выборе номинала резистора R4 из расчета протекания через светодиоды максимально допустимого тока, один из них может перегружаться и выйти из строя, а это приведет к перегрузке по току параллельно включенных светодиодов, и они тоже перегорят.

Переделка (модернизация) электрической схемы фонаря

Стало очевидным, что поломка фонаря связана с ошибками, допущенными разработчиками его электрической принципиальной схемы. Чтобы отремонтировать фонарь и исключить его повторную поломку необходимо его переделать, заменив светодиоды и внести незначительные изменения в электрическую схему.

Для того чтобы индикатор заряда аккумулятора действительно сигнализировал о его зарядке, необходимо светодиод HL1 включить последовательно с аккумулятором. Для свечения светодиода необходим ток несколько миллиампер, а выдаваемый ток зарядным устройством должен составлять около 100 мА.

Для обеспечения этих условий достаточно отсоединить HL1-R2 цепочку от схемы в местах, указанных красными крестиками и параллельно с ней установить дополнительный резистор Rd номиналом 47 Ом мощностью не менее 0,5 Вт. Ток заряда, протекая через Rd будет создавать на нем падение напряжения около 3 В, которое обеспечить необходимый ток для свечения индикатора HL1. Заодно точку соединения HL1 и Rd необходимо подключить к выводу 1 переключателя SA1. Таким простым способом будет исключена возможность подачи напряжения с зарядного устройства на светодиоды EL1-EL10 во время заряда аккумулятора.

Для выравнивания величины токов, протекающих через светодиоды EL3-EL10, необходимо исключить из схемы резистор R4 и последовательно с каждым светодиодом включить отдельный резистор номиналом 47-56 Ом.

Электрической схема после доработки

Внесенные в схему незначительные изменения повысили информативность индикатора заряда недорогого китайского светодиодного фонаря и многократно повысили его надежность. Надеюсь, что производители светодиодных фонарей после прочтения этой статьи внесут изменения в электрические схемы своих изделий.

После модернизации электрическая принципиальная схема приняла вид, как на чертеже выше. Если необходимо освещать фонариком продолжительное время и не требуется большой яркости его свечения, то можно дополнительно установить токоограничивающий резистор R5, благодаря которому время работы фонарика без подзарядки увеличится в два раза.

Ремонт светодиодного аккумуляторного фонаря

После разборки в первую очередь нужно восстановить работоспособность фонаря, а потом уже заниматься модернизацией.

Проверка светодиодов мультиметром подтвердила их неисправность. Поэтому все светодиоды пришлось выпаять и освободить от припоя отверстия для установки новых диодов.

Судя по внешнему виду, на плате были установлены ламповые светодиоды из серии HL-508H диаметром 5 мм. В наличии имелись светодиоды типа HK5H4U от линейной светодиодной лампы с близкими техническими характеристиками. Они и пригодились для ремонта фонаря. При запайке светодиодов на плату нужно не забывать соблюдать полярность, анод должен быть соединен с плюсовым выводом аккумулятора или батарейки.

После замены светодиодов печатная плата была подключена к схеме. Яркость свечения некоторых светодиодов из-за общего токоограничивающего резистора несколько отличалась от других. Для устранения этого недостатка необходимо удалить резистор R4 и заменить его семью резисторами, включив последовательно с каждым светодиодом.

Для выбора резистора, обеспечивающего оптимальный режим работы светодиода, была измерена зависимость величины тока, протекающего через светодиод, от величины последовательно включенного сопротивления при напряжении 3,6 В, равному напряжению аккумуляторной батареи фонаря.

Исходя из условий применения фонаря (в случае перебоев подачи в квартиру электроэнергии) большой яркости и дальности освещения не требовалось, поэтому резистор был выбран номиналом 56 Ом. С таким токоограничивающим резистором светодиод будет работать в легком режиме, и потребление электроэнергии будет экономным. Если от фонаря требуется выжать максимальную яркость, то следует применить резистор, как видно из таблицы, номиналом 33 Ом и сделать два режима работы фонарика, включив еще один общий токоограничивающий резистор (на схеме R5) номиналом 5,6 Ом.

Чтобы включить последовательно с каждым светодиодом резистор, необходимо предварительно подготовить печатную плату. Для этого на ней нужно перерезать по одной любой токоведущей дорожке, подходящей к каждому светодиоду и сделать дополнительные контактные площадки. Токоведущие дорожки на плате защищены слоем лака, который необходимо соскоблить лезвием ножа до меди, как на фотоснимке. Затем оголенные контактные площадки залудить припоем.

Подготавливать печатную плату для монтажа резисторов и припаивать их лучше и удобнее, если плату закрепить на штатном рефлекторе. В этом случае поверхность линз светодиодов не будет царапаться, и удобнее будет работать.

Подключение диодной платы после ремонта и модернизации к аккумулятору фонаря показало достаточную для освещения и одинаковую яркость свечения всех светодиодов.

Не успел отремонтировать предыдущий фонарь, как в ремонт попал второй, с такой же неисправностью. На корпусе фонарика информации о производителе и технических характеристиках не нашел, но судя по почерку изготовления и причине поломки, производитель тот же, китайский Lentel.

По дате на корпусе фонарика и на аккумуляторе удалось установить, что фонарю уже четыре года и со слов его хозяина фонарь работал безотказно. Очевидно, что прослужил фонарик долго благодаря предупреждающей надписи «Не включать во время зарядки!» на откидной крышке, закрывающей отсек, в котором спрятана вилка для подключения фонаря к электросети для зарядки аккумулятора.

В этой модели фонаря светодиоды включены в схему по правилам, последовательно с каждым установлен резистор номиналом 33 Ом. Величину резистора легко узнать по цветовой маркировке с помощью онлайн калькулятора . Проверка мультиметром показала, что все светодиоды неисправны, резисторы тоже оказались в обрыве.

Анализ причины отказа светодиодов показал, что за счет сульфатации пластин кислотного аккумулятора его внутреннее сопротивление увеличилось и как следствие, напряжение его зарядки возросло в несколько раз. Во время зарядки фонарик был включен, ток через светодиоды и резисторы превысил предельный, что и привело к выходу их из строя. Пришлось заменить не только светодиоды, но и все резисторы. Исходя из выше оговоренных условиях эксплуатации фонаря были для замены выбраны резисторы номиналом 47 Ом. Величину резистора для любого типа светодиода можно рассчитать с помощью онлайн калькулятора .

Переделка схемы индикации режима зарядки аккумулятора

Фонарь отремонтирован, и можно приступать к внесению изменений в схему индикации зарядки аккумулятора. Для этого необходимо перерезать дорожку на печатной плате зарядного устройства и индикации таким образом, чтобы цепочку HL1-R2 со стороны светодиода отсоединить от схемы.

Свинцово-кислотный AGM аккумулятор был доведен до глубокого разряда, и попытка зарядить его штатным зарядным устройством не привела к успеху. Пришлось аккумулятор заряжать с помощью стационарного блока питания с функцией ограничения тока нагрузки. На аккумулятор было подано напряжение 30 В, при этом он в первый момент времени потреблял ток всего несколько мА. Со временем ток начал возрастать и через несколько часов увеличился до 100 мА. После полной зарядки аккумулятор был установлен в фонарь.

Зарядка глубоко разряженных свинцово-кислотный AGM аккумуляторов в результате долгого хранения повышенным напряжением позволяет восстановить их работоспособность. Способ проверен мною на AGM аккумуляторах не один десяток раз. Новые аккумуляторы, нежелающие заряжаться от стандартных зарядных устройств, при зарядке от постоянного источника при напряжении 30 В восстанавливаются практически до первоначальной емкости.

Аккумулятор был несколько раз разряжен включением фонарика в рабочий режим и заряжен с помощью штатного зарядного устройства. Измеренный ток заряда составил 123 мА, при напряжении на выводах аккумулятора 6,9 В. К сожалению аккумулятор был изношен и его хватало для работы фонаря в течение 2 часов. То есть емкость аккумулятора составляла около 0,2 А×часа и для продолжительной работы фонаря необходима его замена.

HL1-R2 цепочка на печатной плате была удачно размещена, и понадобилось под углом перерезать всего одну токоведущую дорожку, как на фотоснимке. Ширина реза должна быть не менее 1 мм. Расчет номинала резистора и проверка на практике показала, что для стабильной работы индикатора зарядки аккумулятора необходим резистор номиналом 47 Ом мощностью не менее 0,5 Вт.

На фотоснимке представлена печатная плата с запаянным токоограничивающим резистором. После такой доработки индикатор заряда аккумулятора светится только в случае, если действительно происходит заряд аккумулятора.

Модернизация переключателя режимов работы

Для завершения работы по ремонту и модернизации фонарей необходимо выполнить перепайку проводов на выводах переключателя.

В моделях ремонтируемых фонарей для включения применен четырех позиционный переключатель движкового типа. Средний вывод на приведенной фотографии является общим. При положении движка переключателя в крайнем левом положении общий вывод подключается к левому выводу переключателя. При перемещении движка переключателя из крайнего левого положения на одну позицию вправо, общий его вывод подключается ко второму выводу и при дальнейшем перемещении движка последовательно к 4 и 5 выводам.

К среднему общему выводу (смотри фотографию выше) нужно припаять провод, идущий от положительного вывода аккумулятора. Таким образом, появится возможность подключать аккумулятор к зарядному устройству или светодиодам. К первому выводу можно припаять провод, идущий от основной платы со светодиодами, ко второму можно припаять токоограничивающий резистор R5 величиной 5,6 Ом для возможности переключения фонарика в энергосберегающий режим работы. К крайнему правому выводу припаять проводник, идущий от зарядного устройства. Таким образом будет исключена возможность включить фонарь во время зарядки аккумулятора.

Ремонт и модернизация
светодиодного аккумуляторного фонаря-прожектора «Фотон PB-0303»

Попал мне в ремонт еще один экземпляр из ряда светодиодных фонарей китайского производства под названием Светодиодный фонарь-прожектор «Фотон PB-0303». Фонарь при нажатии на кнопку включения не реагировал, попытка зарядить аккумулятор фонаря с помощью зарядного устройства к успеху не привела.

Фонарь мощный, дорогой, стоит около $20. По заявлению производителя световой поток фонаря достигает 200 метров, корпус выполнен из ударопрочного ABS-пластика, в комплекте имеется отдельное зарядное устройство и ремень для переноса на плече.

Светодиодный фонарь Фотон обладает хорошей ремонтопригодностью. Для получения доступа к электрической схеме достаточно открутить пластмассовое кольцо, удерживающее защитное стекло, вращая кольцо против часовой стрелки, если смотреть на светодиоды.

При ремонте любых электроприборов поиск неисправности всегда начинается с источника питания. Поэтому первым делом было измерено с помощью мультиметра, включенного в режим , напряжение на выводах кислотного аккумулятора. Оно составил 2,3 В, вместо 4,4 В положенных. Аккумулятор был полностью разряжен.

При подключении зарядного устройства напряжение на клеммах аккумулятора не изменялось, стало очевидным, что зарядное устройство не работает. Фонариком пользовались, пока аккумулятор полностью не разрядился, а затем он продолжительное время не эксплуатировался, что и привело к глубокой разрядке аккумулятора.

Осталось проверить исправность светодиодов и остальных элементов. Для этого был снять отражатель, для чего были откручены шесть саморезов. На печатной плате находилось всего три светодиода, ЧИП (микросхема) в виде капельки, транзистор и диод.

От платы и аккумулятора пять проводов уходило в ручку. Для того, чтобы разобраться в их подключении понадобилось ее разобрать. Для этого нужно крестовой отверткой открутить внутри фонаря два винта, которые были расположены рядом с отверстием, в которые уходили провода.

Для отсоединения ручки фонаря от его корпуса ее необходимо сдвинуть в сторону от винтов крепления. Делать это нужно аккуратно, чтобы не оторвать от платы провода.

Как оказалось в ручке небыло радиоэлектронных элементов. Два белых провода были припаяны к выводам кнопки включения/выключения фонаря, а остальные к разъему для подключения зарядного устройства. К 1 выводу разъема (нумерация условная) был припаян провод красного цвета, который вторым концом был припаян к плюсовому входу печатной платы. Ко второму контакту был припаян сине-белый проводник, который вторым концом был припаян к минусовой площадке печатной платы. К 3 выводу был припаян зеленый провод, второй конец которого был припаян к минусовому выводу аккумулятора.

Электрическая принципиальная схема

Разобравшись с проводами, спрятанными в ручке можно начертить электрическую принципиальную схему фонаря Фотон.

С отрицательного вывода аккумулятора GB1 напряжение подается на вывод 3 разъема Х1 и далее с его вывода 2 через сине-белый проводник поступает на печатную плату.

Разъем Х1 устроен таким образом, что когда штекер зарядного устройства в него не вставлен, то выводы 2 и 3 соединяются между собой. Когда штекер вставляется, то выводы 2 и 3 разъединяются. Таким образом, обеспечивается автоматическое отключение электронной части схемы от зарядного устройства, исключающей возможность случайного включения фонаря во время зарядки аккумулятора.

С положительного вывода аккумулятора GB1 напряжение подается на D1 (микросхема-чип) и эмиттер биполярного транзистора типа S8550. ЧИП выполняет только функцию триггера, позволяющего кнопкой без фиксации включать или выключать свечение светодиодов EL (⌀8 мм, цвет свечения – белый, мощность 0,5 Вт, ток потребления 100 мА, падение напряжения 3 В.). При первом нажатии на кнопку S1 с микросхемы D1 на базу транзистора Q1 подается положительное напряжение, он открывается и на светодиоды EL1-EL3 поступает питающее напряжение, фонарь включается. При повторном нажатии на кнопку S1, транзистор закрывается и фонарь выключается.

С технической точки зрения такое схемное решение безграмотно, так как повышает стоимость фонаря, снижает его надежность, и в дополнение за счет падения напряжения на переходе транзистора Q1 теряется до 20% емкости аккумулятора. Такое схемное решение оправдано при наличии возможности регулировки яркости светового луча. В данной модели вместо кнопки достаточно было поставить механический выключатель.

Вызвало удивление, что в схеме светодиоды EL1-EL3 подключены параллельно к аккумулятору как лампочки накаливания, без токоограничивающих элементов. В результате при включении через светодиоды проходит ток, величина которого ограничена только внутренним сопротивлением аккумулятора и при его полном заряде ток может превысить допустимый для светодиодов, что приведет выходу их из строя.

Проверка работоспособности электрической схемы

Для проверки исправности микросхемы, транзистора и светодиодов от внешнего источника питания с функцией ограничения тока было подано с соблюдением полярности напряжение постоянного тока 4,4 В непосредственно на выводы питания печатной платы. Величина ограничения тока была выставлена 0,5 А.

После нажатия кнопки включения светодиоды засветили. После повторного нажатия – погасли. Светодиоды и микросхема с транзистором оказались исправными. Осталось разобраться с аккумулятором и зарядным устройством.

Восстановление кислотного аккумулятора

Так как кислотный аккумулятор емкостью 1,7 А был полностью разряжен, а штатное зарядное устройство было неисправно то решил его зарядить от стационарного блока питания. При подключении аккумулятора для зарядки к блоку питания с установленным напряжением 9 В, ток заряда составил менее 1 мА. Напряжение было увеличено, до 30 В - ток возрос до 5 мА, и через час под таким напряжением составил уже 44 мА. Далее напряжение было снижено до 12 В, ток упал до 7 мА. После 12 часов заряда аккумулятора при напряжении 12 В ток поднялся до 100 мА, таким током и заряжался аккумулятор в течении 15 часов.

Температура корпуса аккумулятора была в пределах нормы, что свидетельствовало о том, что ток зарядки идет не на выделение тепла, а на накопление энергии. После заряда аккумулятора и доработки схемы, о которой речь пойдет ниже, были проведены испытания. Фонарь с восстановленным аккумулятором просветил беспрерывно 16 часов, после чего начала падать яркость луча и поэтому он был выключен.

Описанным выше способом мне приходилось неоднократно восстанавливать работоспособность глубоко разряженных малогабаритных кислотных аккумуляторов. Как показала практика, восстановлению подлежат только исправные аккумуляторы, о которых на некоторое время забыли. Кислотные аккумуляторы, которые выработали свой ресурс, восстановлению не подлежат.

Ремонт зарядного устройства

Измерение величины напряжения мультиметром на контактах выходного разъема зарядного устройства показало его отсутствие.

Судя по стикеру, наклеенному на корпус адаптера, он представлял собой блок питания, выдающий нестабилизированное постоянное напряжение величиной 12 В с максимальным током нагрузки 0,5 А. В электрической схеме небыло элементов, ограничивающих величину тока зарядки, поэтому возник вопрос, а почему в качестве зарядного устройства использовался обыкновенный блок питания?

Когда адаптер был вскрыт, то появился характерный запах горелой электропроводки, что свидетельствовало о том, что обмотка трансформатора сгорела.

Прозвонка первичной обмотки трансформатора показала, что она в обрыве. После разрезания первого слоя ленты, изолирующего первичную обмотку трансформатора, был обнаружен термопредохранитель, рассчитанный на температуру срабатывания 130°С. Проверка показала, что как первичная обмотка, так и термопредохранитель неисправны.

Ремонт адаптера был экономически не целесообразен, так как необходимо перемотать первичную обмотку трансформатора и установить новый термопредохранитель. Заменил его аналогичным, который был под рукой, на напряжение постоянного тока 9 В. Гибкий шнур с разъемом пришлось перепаять от сгоревшего адаптера.

На фотографии представлен чертеж электрической схемы сгоревшего блока питания (адаптера) светодиодного фонаря «Фотон». Адаптер для замены был собран по такой же схеме, только с выходным напряжением 9 В. Такого напряжения вполне достаточно для обеспечения требуемого тока заряда аккумулятора с напряжением 4,4 В.

Для интереса подключил фонарь к новому блоку питания и измерял ток зарядки. Величина его составила 620 мА, и это при напряжении 9 В. При напряжении 12 В ток был порядка 900 мА, значительно превышающий нагрузочную способность адаптера и рекомендуемый ток заряда аккумулятор. По этой причине от перегрева и сгорела первичная обмотка трансформатора.

Доработка электрической принципиальной схемы
светодиодного аккумуляторного фонаря «Фотон»

Для устранения схемотехнических нарушений с целью обеспечения надежной и долговременной работы в схему фонаря были внесены изменения и выполнена доработка печатной платы.

На фотографии представлена электрическая принципиальная схема переделанного светодиодного фонаря «Фотон». Синим цветом, показаны дополнительно установленные радиоэлементы. Резистор R2 ограничивает ток заряда аккумулятора до 120 мА. Для увеличения тока зарядки нужно уменьшить номинал резистора. Резисторы R3-R5 ограничивают и выравнивают ток, протекающий через светодиоды EL1-EL3 при свечении фонаря. Светодиод EL4 с последовательно включенным токоограничивающим резистором R1 установлен для индикации процесса зарядки аккумулятора, так как разработчиками конструкции фонаря об этом не позаботились.

Для установки на плате токоограничивающих резисторов печатные дорожки были перерезаны, как показано на фотографии. Ограничивающий ток заряда резистор R2 был припаян одним концом к контактной площадке, к которой до этого был припаян положительный провод, идущий от зарядного устройства, а отпаянный провод припаян ко второму выводу резистора. К этой же контактной площадке был припаян дополнительный провод (на снимке желтого цвета), предназначенный для подключения индикатора зарядки аккумулятора.

Резистор R1 и светодиод индикаторный EL4 были размещены в ручке фонаря, рядом с разъемом для подключения зарядного устройства X1. Вывод анода светодиода был припаян к выводу 1 разъема X1, а ко второму выводу, катоду светодиода токоограничивающий резистор R1. Ко второму выводу резистора был припаян провод (на фото желтого цвета), соединяющий его с выводом резистора R2, припаянного к печатной плате. Резистор R2, для простоты монтажа, можно было разместить и в ручке фонарика, но так как он при зарядке нагревается, то решил его разместить в более свободном пространстве.

При доработке схемы применены резисторы типа МЛТ мощностью 0,25 Вт, кроме R2, который рассчитан на 0,5 Вт. Светодиод EL4 подойдет любого типа и цвета свечения.

На этой фотографии показана работа индикатора зарядки во время зарядки аккумулятора. Установка индикатора позволила не только следить за процессом зарядки аккумулятора, но и контролировать наличие напряжения в сети, исправность блока питания и надежность его подключения.

Чем заменить сгоревшей ЧИП

Если вдруг ЧИП – специализированная микросхема без маркировки в светодиодном фонаре «Фотон», или аналогичном, собранном по подобной схеме, выйдет из строя, то для восстановления работоспособности фонаря ее можно успешно заменить механическим выключателем.

Для этого нужно удалить из платы микросхему D1, а вместо транзисторного ключа Q1 подключить обыкновенный механический выключатель, как показано на выше приведенной электрической схеме. Выключатель на корпусе фонаря можно установить вместо кнопки S1 или в любом другом подходящем месте.

Ремонт и переделка светодиодного фонаря
14Led Smartbuy Colorado

Перестал включаться светодиодный фонарь Smartbuy Colorado, хотя три батарейки типоразмера ААА были установлены новые.

Влагонепроницаемый корпус был выполнен из анодированного алюминиевого сплава, имел длину 12 см. Фонарик выглядел стильно и был удобен в эксплуатации.

Как проверить в светодиодном фонаре батарейки на пригодность

Ремонт любого электроприбора начинается с проверки источника питания, поэтому, не смотря на то, что в фонарь были установлены новые батарейки, ремонт следует начинать с их проверки. В фонаре Smartbuy батарейки устанавливаются в специальный контейнер, в котором с помощью перемычек соединены последовательно. Для того чтобы получить доступ к батарейкам фонарика нужно разобрать, вращая против часовой стрелки заднюю крышку.

Батарейки в контейнер необходимо устанавливать, соблюдая обозначенную на нем полярность. На контейнере тоже обозначена полярность, поэтому его нужно заводить в корпус фонаря стороной, на которой нанесен знак «+».

В первую очередь необходимо визуально проверить все контакты контейнера. Если на них имеются следы окислов, то контакты необходимо зачистить до блеска с помощью наждачной бумаги или соскоблить окисел лезвием ножа. Для исключения повторного окисления контактов их можно смазать тонким слоем любого машинного масла.

Далее нужно проверить пригодность батареек. Для этого, прикоснувшись щупами мультиметра, включенного в режим измерения постоянного напряжения , необходимо измерять напряжение на контактах контейнера. Три батарейки включены последовательно и каждая из них должна выдавать напряжение 1,5 В, следовательно напряжение на выводах контейнера должно составлять 4,5 В.

Если напряжение меньше указанного, то необходимо проверить правильность полярности батареек в контейнере и измерять напряжение каждой из них индивидуально. Возможно, села только одна из них.

Если с батарейками все в порядке, то нужно вставить, соблюдая полярность контейнер в корпус фонаря, закрутить крышку и проверить его на работоспособность. При этом надо обратить внимание на пружину в крышке, через которую передается питающее напряжение на корпус фонаря и с него прямо на светодиоды. На ее торце не должно быть следов коррозии.

Как проверить исправность выключателя

Если батарейки хорошие и контакты чистые, но светодиоды не светят, то нужно проверить выключатель.

В фонаре Smartbuy Colorado установлен кнопочный герметичный выключатель с двумя фиксированными положениями, замыкающий провод, идущий от положительного вывода контейнера батареек. При первом нажатии на кнопку выключателя его контакты замыкаются, а при повторном – размыкаются.

Так как в фонаре установлены батарейки, то проверить выключатель можно тоже с помощью мультиметра, включенного в режим вольтметра. Для этого нужно вращением против часовой стрелки, если смотреть на светодиоды, открутить его переднюю часть и отложить в сторону. Далее одним щупом мультиметра прикоснуться к корпусу фонарика, а вторым к контакту, который находится в глубине по центру пластиковой детали, показанной на фотографии.

Вольтметр должен показать напряжение 4,5 В. Если напряжение отсутствует нужно нажать кнопку выключателя. Если он исправен, то напряжение появится. В противном случае нужно ремонтировать выключатель.

Проверка исправности светодиодов

Если на предыдущих шагах поиска неисправность обнаружить не удалось, то на следующем этапе нужно проверить надежность контактов, подающих питающее напряжение на плату со светодиодами, надежность их пайки и исправность.

Печатная плата с запаянными в нее светодиодами фиксируется в головной части фонаря с помощью стального подпружиненного кольца, через которое по корпусу фонаря одновременно подается на светодиоды питающее напряжение от минусового вывода контейнера батареек. На фотографии кольцо показано со стороны, которой оно прижимает печатную плату.

Стопорное кольцо зафиксировано довольно крепко, и извлечь его удалось только с помощью приспособления, показанного на фотографии. Такой крючок можно выгнуть из стальной полоски своими руками.

После извлечения стопорного кольца печатная плата со светодиодами, которая изображена на фото, легко извлеклась из головной части фонаря. Сразу бросилось в глаза отсутствие токоограничивающих резисторов, все 14 светодиодов были включены параллельно и через выключатель непосредственно к батарейкам. Подключение светодиодов непосредственно к батарейке недопустима, так как величина протекающего через светодиоды тока ограничивается только внутренним сопротивлением батареек и может вывести светодиоды из строя. В лучшем случае сильно сократит срок их службы.

Так как в фонаре все светодиоды были включены параллельно, то проверить их с помощью мультиметра, включенного в режим измерения сопротивления не представлялось возможным. Поэтому на печатную плату было подано питающее постоянное напряжение от внешнего источника величиной 4,5 В с ограничением тока до 200 мА. Все светодиоды засветились. Стало очевидным, что неисправность фонаря заключалась в плохом контакте печатной платы с фиксирующим кольцом.

Ток потребления светодиодного фонаря

Для интереса измерял ток потребления светодиодами от батареек при включении их без токоограничительного резистора.

Ток составил более 627 мА. В фонарике установлены светодиоды типа HL-508H , рабочий ток которых не должен превышать 20 мА. 14 светодиодов включены параллельно, следовательно, суммарный ток потребления не должен превышать 280 мА. Таким образом, ток, протекающий через светодиоды, превысил номинальный более чем в два раза.

Такой форсированный режим работы светодиодов недопустим, так как ведет к перегреву кристалла, и как следствие, преждевременный выход светодиодов из строя. Дополнительным недостатком является быстрый разряд батареек. Их хватит, если раньше не перегорят светодиоды, не более чем на час работы.

Конструкция фонарика не позволяла впаять токоограничительные резисторы последовательно с каждым светодиодом, поэтому пришлось установить один общий на все светодиоды. Номинал резистора пришлось определять экспериментально. Для этого фонарик был запитан от штанных батареек и в разрыв положительного провода был включен амперметр последовательно с резистором номиналом 5,1 Ом. Ток составил около 200 мА. При установке резистора 8,2 Ом ток потребления составил 160 мА, что, как показала проверка, вполне достаточно для хорошего освещения на расстоянии не менее 5 метров. На ощупь резистор не нагревался, поэтому подойдет любой мощности.

Переделка конструкции

После проведенного исследования стало очевидным, что для надежной и долговечной работы фонаря необходимо дополнительно установить ограничивающий ток резистор и продублировать дополнительным проводником соединение печатной платы с светодиодами и фиксирующим кольцом.

Если раньше надо было, чтобы отрицательная шина печатной платы касалась корпуса фонаря, то в связи с установкой резистора, понадобилось исключить касание. Для этого с печатной платы по всей ее окружности, со стороны токоведущих дорожек с помощью надфиля был сточен угол.

Для исключения касания прижимного кольца к токоведущим дорожкам при фиксации печатной платы на нее были приклеены клеем «Момент» четыре резиновых изолятора толщиной около двух миллиметров, как показано на фотографии. Изоляторы можно изготовить из любого диэлектрического материала, например пластмассы или плотного картона.

Резистор был заранее припаян к прижимному кольцу, а к крайней дорожке печатной платы припаян отрезок провода. На проводник была надета изолирующая трубка, и затем провод припаян ко второму выводу резистора.

После простой модернизации фонаря своими руками он стал стабильно включаться и световой луч хорошо освещать предметы на расстоянии более восьми метров. Дополнительно срок службы батареек увеличился более чем в три раза, и многократно повысилась надежность работы светодиодов.

Анализ причин отказов отремонтированных китайских светодиодных фонарей показал, что все они вышли из строя из-за безграмотно разработанных электрических схем. Осталось только выяснить, сделано это намеренно, чтобы сэкономить на комплектующих и сократить срок эксплуатации фонарей (чтобы больше покупали новые), или в результате безграмотности разработчиков. Я склоняюсь к первому предположению.

Ремонт светодиодного фонаря RED 110

Попал в ремонт фонарик со встроенным кислотным аккумулятором китайского производителя торговой марки RED. В фонаре имелось два излучателя: – с лучом в виде узкого пучка и излучающий рассеянный свет.

На фотографии представлен внешний вид фонаря RED 110. Фонарь мне сразу понравился. Удобная форма корпуса, два режима работы, петля для подвески на шею, выдвигающаяся вилка подключения к сети для зарядки. В фонаре секция светодиодов рассеянного света светила, а узкого пучка – нет.

Для ремонта сначала было откручено кольцо черного цвета, фиксирующее рефлектор, а затем выкручен один саморез в зоне петли. Корпус легко разделился на две половинки. Все детали были закреплены на саморезах и легко снимались.

Схема зарядного устройства была выполнена по классической схеме . Из сети через токоограничивающий конденсатор емкостью 1 мкф напряжение подавалось на выпрямительный мост из четырех диодов и далее на выводы аккумулятора. Напряжение с аккумулятора на светодиод узкого луча подавалось через токоограничивающий резистор 460 Ом.

Все детали были смонтированы на односторонней печатной плате. Провода были припаяны непосредственно к контактным площадкам. Внешний вид печатной платы представлен на фотографии.

10 светодиодов бокового света были соединены параллельно. Напряжение питания на них подавалось через общий токоограничивающий резистор 3R3 (3,3 Ом), хотя по правилам для каждого светодиода нужно устанавливать отдельный резистор.

При внешнем осмотре светодиода узкого пучка дефектов обнаружено не было. При подаче питания через включатель фонарика с аккумулятора напряжение на выводах светодиода присутствовало, и он нагревался. Стало очевидным, что кристалл пробит, и это подтвердила прозвонка мультиметром . Сопротивление составило при любом подключении щупов к выводам светодиода 46 Ом. Светодиод был неисправен и требовалась его замена.

Для удобства работы от платы светодиода был отпаяны провода . После освобождения выводов светодиода от припоя оказалось, что светодиод намертво держится всей плоскостью обратной стороны на печатной плате. Для его отделения пришлось закрепить плату в настольных висках. Далее острый конец ножа установить в место соединения светодиода с платой и легонько ударить по ручке ножа молотком. Светодиод отскочил.

Маркировка на корпусе светодиода, как обычно, отсутствовала. Поэтому необходимо было определить его параметры и подобрать подходящий для замены. По габаритным размерам светодиода, напряжению аккумулятора и величине токоограничивающего резистора было определено, что для замены подойдет светодиод мощностью 1 Вт (ток 350 мА, падение напряжения 3 В). Из «Справочной таблицы параметров популярных SMD светодиодов» для ремонта был выбран светодиод LED6000Am1W-A120 белого свечения.

Печатная плата, на которой установлен светодиод выполнена из алюминия и одновременно служит для отвода тепла от светодиода. Поэтому при установке его необходимо обеспечить хороший тепловой контакт за счет плотного прилегания задней плоскости светодиода к печатной плате. Для этого перед запайкой на места контакта поверхностей была нанесена термопаста , которая применяется при установке радиатора на процессор компьютера.

Для того, чтобы обеспечить плотное прилегание плоскости светодиода к плате необходимо сначала положить его на плоскость и немного отогнуть вверх выводы, чтобы они отступали от плоскости на 0,5 мм. Далее выводы залудить припоем, нанести термопасту и установить светодиод на плату. Далее прижать его к плате (удобно это сделать отверткой с вынутой битой) и прогреть выводы паяльником. Далее убрать отвертку, ножом прижать в месте изгиба вывода его к плате и прогреть паяльником. После затвердевания припоя нож убрать. За счет пружинных свойств выводов светодиод будет плотно прижат к плате.

При установке светодиода необходимо соблюдать полярность. Правда в этом случае, если будет допущена ошибка, то можно будет поменять местами подающие напряжение провода. Светодиод припаян и можно проверить его работу и измерять потребляемый ток и падение напряжения.

Ток протекающий через светодиод составил 250 мА, падение напряжения 3,2 В. Отсюда потребляемая мощность (нужно умножить ток на напряжение) составила 0,8 Вт. Можно было увеличить рабочий ток светодиода уменьшив сопротивление 460 Ом, но я этого делать не стал, так как яркость свечения была достаточной. Зато светодиод будет работать в более легком режиме, меньше нагреваться и увеличится время работы фонарика от одной зарядки.

Проверка нагрева светодиода проработавшего в течении часа показала эффективный отвод тепла. Он нагрелся до температуры не более 45°С. Ходовые испытания показали достаточную дальность освещения в темноте, более 30 метров.

Замена кислотного аккумулятора в светодиодном фонаре

Вышедший из строя в светодиодном фонаре кислотный аккумулятор можно заменить как аналогичным кислотным, так и литий-ионным (Li-ion) или никель-металгидридными (Ni-MH) аккумуляторами типоразмера АА или ААА.

В ремонтируемых китайских фонарях были установлены свинцово-кислотные AGM аккумуляторы разных габаритных размеров без маркировки напряжением 3,6 В. По расчету емкость этих аккумуляторов составляет от 1,2 до 2 А×часов.

В продаже можно найти аналогичный кислотный аккумулятор российского производителя для ИБП 4V 1Ah Delta DT 401, который имеет напряжение на выходе 4 В при емкости 1 А×часа, стоимостью пару долларов. Для замены достаточно просто, соблюдая полярность, перепаять два провода.

Фонарик – необходимая вещь в каждом доме, с ним можно спуститься в подвал или подняться на чердак, взять с собой на природу, возить в машине… Сегодня на рынке можно найти большое количество светодиодных фонарей, работающих от 3 батареек типа АА, как правило они недорогие, цены в районе 100-150 рублей.

Предлагаю вам свою идею по переделке такого фонарика. Нам понадобится: фонарик, мощный светодиод 3.6 вольт 500мА, белого свечения (у меня холодный свет), батарейка на 1.5 вольт и пару радиодеталей. Фонарь мы разбираем и вытаскиваем оттуда плату со светодиодами, она нам не нужна (но если хотите, можете реализовать ниже-приведенную схему на этих же светодиодах, только ток потребляют они больше), вместо них мы поставим наш мощный светодиод, только при покупке фонарике учтите следующий фактор, чтобы в корпус фонаря легко помещался наш светодиод, светодиод этот с радиатором и выглядит следующим образом:

Данные светодиоды еще продаются без радиаторов, советую с такими не связываться, да и цена не сильно отличается. Теперь что касается схемы, ее Вы можете увидеть ниже:

Это схема преобразователя напряжения, в принципе, можно и не собирать эту схему, потому что как правило такие фонари работают от 3 батареек и напряжения при их последовательном соединении будет составлять что то около 4.5 (если использовать простые батарейки) и 3.6 Вольт если использовать аккумуляторы 1.2В. Ниже в архиве имеется проект в протесе, так что вы сможете просимулировать схему у себя на компьютере, можете поиграться с номиналами резисторов, или подцепить эквивалент нагрузки на выход.

У меня два варианта фонарей, один вариант с преобразователем напряжения, другой без. В схеме применены легкодоступные и широко распространённые радиодетали. Отклоняться от заданных номиналов в схеме не рекомендую, от величины конденсатора С1 (можно заменить на 200пФ), резисторов R2 и R3 будет зависеть напряжение на выходе. D1 в схеме это диод Шоттки, с обычными диодами схема работает хуже. Стабилитрон нужен для поддержания напряжения на уровне 3.6 вольт, без стабилитрона напряжение может подняться вплоть до 4 вольт. У светодиодов как правило диапазон питающих напряжений следующий: 2.7 минимальное напряжение, 3.3 среднее, 3.7 максимальное прямое.

К сожалению, за написание статьи я взялся после того как сделал фонарик, и подробный фотоотчет предоставить не могу, но пару фоток все же покажу.

Печатную плату для схемы я не изготавливал, все паял навесным монтажом на smd элементах, данные фонари работают уже более полугода, пока не подводили.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
Q1	Биполярный транзистор	2N2222A	1			В блокнот
Q	Биполярный транзистор	BC557A	1			В блокнот
D1	Выпрямительный диод	1N914	1			В блокнот
D3	Светодиод	3.6 В 500 мА	1			В блокнот
D4	Стабилитрон	1N4729A	1			В блокнот
С1	Конденсатор	0.2 нФ	1			В блокнот
С2	Электролитический конденсатор	22 мкФ	1			В блокнот
R1	Резистор	10 кОм	1			В блокнот
R2	Резистор	15 кОм	1			В блокнот
R3	Резистор	0.1 Ом	1

Светодиодный фонарик.

http://ua1zh. *****/led_driver/led_driver. htm

Наступила осень, на улице уже темно, а лампочек в подъезде как не было, так и нет. Вкрутил... На следующий день - снова нет. Да, таковы реалии нашей жизни... Купил жене фонарик, но он оказался слишком большой для сумочки. Пришлось сделать самому. Схема не претендует на оригинальность, но, может, кому и сгодится - судя по инет_форумам, интерес к подобной технике не снижается. Предвижу возможные вопросы - "А не проще ли взять готовую микросхему наподобие ADP1110 и не заморачиваться?" Да, разумеется, намного проще,
вот только стоимость этой микросхемы в Чип&Дипе 120 рублей, минимальный заказ - 10шт и срок исполнения - месяц. Изготовление же данной конструкции заняло у меня ровно 1 час 12 минут, включая время на макетирование, при величине затрат 8 рублей на светодиод. Остальное у уважающего себя радиолюбителя всегда найдётся в хламовнике.

Собственно вся схема:

Ч естное слово, буду ругаться, если кто-то спросит - а на каком принципе всё это работает?

А ещё больше буду ругать ся, если потребуют печатку...

Ниже пример практического исполнения конструкции. Для корпуса взята подходящая коробочка из-под какой-то парфюмерии. При желании можно сделать фонарик ещё компактнее - всё определяется используемым корпусом. Сейчас вот думаю засунуть фонарик в корпус от толстого маркера.

Немного о деталях: Транзистор я взял КТ645. Просто вот такой под руку попался. Можно поэкспериментировать с подбором VT1, если есть время и тем самым слегка поднять КПД, но вряд ли можно достичь радикальной разницы с применённым транзистором. Трансформатор намотан на подходящем кольце из феррита с большой проницаемостью диаметром 10мм и содержит 2х20 витков провода ПЭЛ-0.31. Обмотки мотают сразу двумя проводами, можно без скрутки - это же не ШПТЛ... Выпрямительный диод - любой Шоттки, конденсаторы - танталовые smd на напряжение 6 вольт. Светодиод - любой сверхяркий белый на напряжение 3-4 вольта. При использовании в качестве батареи аккумулятора с номинальным напряжением 1.2 вольта ток через имеющийся у меня светодиод составлял 18мА, а при использовании сухой батареи с номиналом 1.5 вольта - 22 ма, что обеспечивает максимальную светоотдачу. В целом устройство потребляло примерно 30-35мА. Учитывая эпизодическое использование фонарика, батареи вполне может хватить и на год.

В момент подачи напряжения батареи на схему, падение напряжения на резисторе R1, включенным последовательно со светодиодом высокой яркости, равно 0 В. Следовательно, транзистор Q2 выключен, а транзистор Q1 находится в насыщении. Насыщенное состояние Q1 включает MOSFET транзистор, тем самым подавая напряжение батареи на светодиод через индуктивность. Так как ток, протекающий через резистор R1 возрастает, это включает транзистор Q2 и выключает транзистор Q1 и, следовательно, MOSFET транзистор. Во время выключенного состояния MOSFET транзистора, индуктивность продолжает обеспечивать питание светодиода через диод Шоттки D2. В качестве HB светодиода используется 1 Вт Lumiled светодиод белого свечения. Резистор R1 помогает управлять яркостью свечения светодиода. Увеличение номинала резистора R1 уменьшает яркость свечения. http://www. *****/shem/schematics. html? di=55155

Делаем современный фонарик

http://www. *****/schemes/contribute/constr/light2.shtml

Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора тока

Используя же давно известную в радиолюбительских кругах схему (рис. 1) импульсного стабилизатора тока с применением современных доступных радиодеталей можно собрать очень неплохой светодиодный фонарь.

Автором для доработки и переделки был приобретен беспородный фонарь с аккумулятором 6 В 4 Ач, с «прожектором» на лампе 4,8 В 0,75 А и источником рассеянного света на ЛДС 4 Вт. «Родная» накальная лампочка почти сразу почернела ввиду работы на завышенном напряжении и вышла из строя после нескольких часов работы. Полной зарядки аккумулятора при этом хватало на 4-4,5 часа работы. Включение ЛДС вообще нагружало аккумулятор током около 2,5 А, что приводило к его разряду через 1-1,5 часа.

Для усовершенствования фонаря на радиорынке были приобретены белые светодиоды неизвестной марки: один с лучом расходимостью 30o и рабочим током 100 мА для «прожектора» а также десяток матовых с рабочим током 20 мА для замены ЛДС. По схеме (рис.1) был собран генератор стабильного тока, имеющий КПД порядка 90%. Схемотехника стабилизатора позволила использовать для переключения светодиодов штатный переключатель. Указанный на схеме светодиод LED2 представляет собой батарею из 10 параллельно соединенных одинаковых белых светодиодов, расчитаных на силу тока 20 мА каждый. Параллельное соединение светодиодов кажется не совсем целесообразным в виду нелинейности и крутизны их ВАХ, но как показал опыт, разброс параметров светодиодов настолько мал, что даже при таком включении их рабочие токи практически одинаковы. Важно только полная идентичность светодиодов, по возможности их надо купить «из одной заводской упаковки».

После доработки «прожектор» конечно стал немного послабее, но вполне достаточен, режим рассеянного света визуально не изменился. Но теперь благодаря высокому КПД стабилизатора тока при использовании направленного режима от аккумулятора потребляется ток 70 мА, а в режиме рассеянного светамА, то есть фонарь может работать без подзарядки примерно 50 или 25 часов соответственно. Яркость от степени разряженности аккумулятора не зависит благодаря стабилизации тока.

Схема стабилизатора тока работает следующим образом: При подаче питания на схему транзисторы Т1 и Т2 заперты, Т3 открыт, потому как на его затвор подано отпирающее напряжение через резистор R3 . Благодаря наличию в цепи светодиода катушки индуктивности L1 ток нарастает плавно. По мере возрастания тока в цепи светодиода возрастает падение напряжения на цепочке R5- R4, как только оно достигнет примерно 0,4 В, откроется транзистор Т2, а вслед за ним и Т1, который в свою очередь закроет токовый ключ Т3. Нарастание тока прекращается, в катушке индуктивности возникает ток самоиндукции, который через диод D1 начинает протекать через светодиод и цепочку резисторов R5- R4. Как только ток уменьшиться ниже определенного порога, транзисторы Т1 И Т2 закроются, Т3 -- откроется, что приведет к новому циклу накопления энергии в катушке индуктивности. В нормальном режиме колебательный процесс происходит на частоте порядка десятков килогерц.

О деталях: особых требований к деталям не предъявляется, можно использовать любые малогабаритные резисторы и конденсаторы. Вместо транзистора IRF510 можно применить IRF530, или любой n-канальный полевой ключевой транзистор на ток более 3 А и напряжение более 30 В. Диод D1 должен быть обязательно с барьером Шоттки на ток более 1 А, если поставить обычный даже высокочастотный типа КД212, КПД снизится до 75-80%. Катушка индуктивности может быть самодельная, мотают ее проводом не тоньше 0,6 мм, лучше - жгутом из нескольких более тонких проводов. Около 20-30 витков провода на броневой сердечник Б16-Б18 обязательно с немагнитным зазором 0,1-0,2 мм или близкий из феррита 2000НМ. При возможности толщину немагнитного зазора подбирают экспериментально по максимальному КПД устройства. Неплохие результаты можно получить с ферритами от импортных катушек индуктивности, устанавливаемых в импульсных блоках питания а также в энергосберегающих лампах. Такие сердечники имеют вид катушки для ниток, не требуют каркаса и немагнитного зазора. Очень хорошо работают катушки на тороидальных сердечниках из прессованного железного порошка, которые можно найти в компьютерных блоках питания (на них намотаны катушки индуктивности выходных фильтров). Немагнитный зазор в таких сердечниках равномерно распределен в объеме благодаря технологии производства.

Эту же схему стабилизатора можно использовать и совместно с другими аккумуляторами и батареями гальванических элементов напряжением 9 или 12 вольт без какого-либо изменения схемы или номиналов элементов. Чем выше будет напряжение питания, тем меньший ток будет потреблять фонарик от источника, его КПД будет оставаться неизменным. Рабочий ток стабилизации задают резисторы R4 и R5. При необходимости ток может быть увеличен до 1 А без применения теплооотводов на деталях, только подбором сопротивления задающих резисторов.

Зарядное устройство для аккумулятора можно оставить «родное» или собрать по любой из известных схем или вообще применить внешнее для уменьшения веса фонаря.

Собирается устройство навесным монтажом в свободных полостях корпуса фонарика и заливается термоклеем для герметизации.

Неплохо также добавить в фонарь новое устройство: индикатор степени заряженности аккумулятора (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема индикатора степени зарядки аккумулятора.

Устройство представляет собой по сути вольтметр с дискретной светодиодной шкалой. Этот вольтметр имеет два режима работы: в первом он оценивает напряжение на разряжаемом аккумуляторе, а во втором -- напряжение на заряжаемом аккумуляторе. Потому, чтобы правильно оценить степень заряженности для этих режимов работы выбраны разные диапазоны напряжений. В режиме разряда аккумулятор можно считать полностью заряженным, когда на нем напряжение равно 6,3 В, когда он полностью разрядится, напряжение снизится до 5,9 В. В процессе же зарядки напряжения другие, полностью заряженным считается аккумулятор, напряжение на клеммах которого 7,4 В. В связи с этим и выработан алгоритм работы индикатора: если зарядное устройство не подключено, то есть на клемме «+ Зар.» нет напряжения, «оранжевые» кристаллы двухцветных светодиодов обесточены и транзистор Т1 заперт. DA1 формирует опорное напряжение, определяемое резистором R8. Опорное напряжение подается на линейку компараторов ОР1.1 - ОР1.4, на которых и реализован собственно вольтметр. Чтобы увидеть, сколько заряда осталось в аккумуляторе, надо нажать на кнопку S1. При этом будет подано напряжение питания на всю схему и в зависимости от напряжения на аккумуляторе загорится определенное количество зеленых светодиодов. При полном заряде будет гореть весь столбик из 5 зеленых светодиодов, при полном разряде -- только один, самый нижний светодиод. При необходимости напряжение корректируют, подбирая сопротивление резистора R8. Если включается зарядное устройство, через клемму «+ Зар.» и диод D1 напряжение поступает на схему, включая «оранжевые» части светодиодов. Кроме того, открывается Т1 и подключает параллельно резистору R8 резистор R9, в результате чего опорное напряжение, формируемое DA1 увеличивается, что приводит к изменению порогов срабатывания компараторов -- вольтметр перестраивается на более высокое напряжение. В этом режиме все время, пока аккумулятор заряжается, индикатор отображает процесс его зарядки также столбиком светящихся светодиодов, только на этот раз столбик оранжевый.

Самодельный фонарик на светодиодах

Статья посвящается туристам-радиолюбителям, и всем, кто так или иначе сталкивался с проблемой экономичного источника освещения (например палатки в ночное время). Хотя в последнее время фонарями на светодиодах никого не удивишь, я все же поделюсь своим опытом в создании подобного прибора, а также постараюсь ответить на вопросы тех, кто захочет повторить конструкцию.

Примечание: статья рассчитана на "продвинутых" радиолюбителей, хорошо знающих закон Ома и державших в руках паяльник.

За основу был взят покупной фонарик "VARTA" с питанием от двух батареек типа АА:

https://pandia.ru/text/78/440/images/image006_50.jpg" width="600" height="277 src=">

А вот как выглядит схема в собранном виде:

опорных" точек служат ножки DIP-микросхемы.

Несколько пояснений к схеме: Электролитические конденсаторы - танталовые ЧИП. Они имеют низкое последовательное сопротивление, что несколько улучшает КПД. Диод Шоттки - SM5818. Дроссели пришлось соединить два в параллель, т. к. не оказалось подходящего номинала. Конденсатор С2 - К10-17б. Светодиоды - сверхяркие белые L-53PWC "Kingbright". Как видно на рисунке, вся схема легко уместилась в пустом пространстве светоизлучающего узла.
Выходное напряжение стабилизатора в данной схеме включения равно 3.3В. Поскольку падение напряжения на диодах в номинальном диапазоне токов (15-30мА) составляет около 3.1В, то лишние 200мВ пришлось высеять на резисторе, включенном последовательно с выходом. Кроме того, небольшой последовательный резистор улучшает линейность нагрузки и стабильность схемы. Связано это с тем, что диод имеет отрицательный ТКС, и при разогреве его прямое падение напряжения уменьшается, что приводит к резкому росту тока через диод, при питании его от источника напряжения. Разравнивать токи через параллельно включенные диоды не пришлось - различия яркости на глаз не наблюдалось. Тем более, что диоды были одного типа и взяты из одной коробки.
Теперь о конструкции светоизлучателя. Пожалуй, это самая интересная деталь. Как видно на фотографиях, светодиоды в схеме не запаяны намертво, а являются съемной частью конструкции. Это я решил сделать для того, чтобы не курочить фонарик, и при случае в него можно было бы вставить обычную лампочку. В результате долгих раздумий на предмет убиения двух зайцев родилась вот такая конструкция:

Думаю, что особых пояснений здесь не требуется. Потрошится родная лампочка от этого же фонарика, во фланце с 4-х сторон делаются 4 пропила (один там уже был). 4 светодиода располагаются симметрично по кругу с некоторым растопыром для большего угла охвата (пришлось немного подпилить их у основания). Плюсовые выводы (так получилось по схеме) припаиваются на цоколь возле пропилов, а минусовые вставляются изнутри в центральное отверстие цоколя, обрезаются и тоже пропаиваются. В результате получается такой вот "ламподиод", встающий на место обычной лампочки накаливания.

И в заключение, о результатах испытаний. Для тестирования были взяты полудохлые батарейки, чтобы быстрее довести их до финиша и понять, на что способен новоиспеченный фонарь. Измерялось напряжение батарей, напряжение на нагрузке и ток через нагрузку. Прогон начинался с напряжения батареи 2.5В, при котором светодиоды напрямую уже не горят. Стабилизация выходного напряжения (3.3В) продолжалась вплоть до снижения напряжения питания до ~1.2В. Ток нагрузки при этом составлял около 100мА (~ по 25мА на диод). Затем выходное напряжение начало плавно снижаться. Схема перешла в другой режим работы, при котором она уже не стабилизирует, а выдает на выход все, что может. В таком режиме она проработала до напряжения питания 0.5В! Выходное напряжение при этом упало до 2.7В, а ток со 100мА до 8мА. Диоды все еще горели, но их яркости хватало только на освещение замочной скважины в темном подъезде. После этого батарейки практически перестали разряжаться, т. к. схема перестала потреблять ток. Погоняв схему в таком режиме еще минут 10, мне стало скучно, и я ее выключил, т. к. дальнейший прогон интереса не представлял.

Яркость свечения сравнивалась с обычной лампочкой накаливания при такой же потребляемой мощности. В фонарик вставлялась лампочка 1В 0.068А, которая при напряжении 3.1В потребляла приблизительно такой же ток, что и светодиоды (около 100мА). Результат в пользу светодиодов однозначно.

Часть II. Немного о КПД или "Нет предела совершенству".

Прошло больше месяца с тех пор как я собрал свою первую схему для питания светодиодного фонарика и написал об этом в вышеизложенной статье. К моему удивлению, тема оказалась очень популярной, судя по количеству отзывов и посещений сайта. С тех пор у меня появилось некоторое понимание предмета:) , и я счел своим долгом подойти к теме более серьезно и провести более тщательные исследования. На эту мысль меня навело также и общение с людьми, решавшими подобные задачи. О некоторых новых результатах я и хочу рассказать.

Во-первых, мне следовало бы сразу измерить КПД схемы, который оказался подозрительно низким (около 63% при свежих батарейках). Во вторых, я понял главную причину такого низкого КПД. Дело в том, что те миниатюрные дроссели, что я использовал в схеме, имеют чрезвычайно высокое омическое сопротивление - около 1.5ом. Ни о какой экономии электроэнергии с такими потерями не могло быть и речи. В-третьих я обнаружил, что величина индуктивности и выходной емкости тоже сказываются на КПД, хотя и не так заметно.

Использовать стержневой дроссель типа ДМ как-то не хотелось из-за его большого размера, поэтому я решил изготовить дроссель самостоятельно. Идея проста - нужен маловитковый дроссель, намотанный относительно толстым проводом, и в то же время достаточно компактный. Идеальным решением оказалось кольцо из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50. В продаже есть готовые дроссели на таких колечках, широко используемые во всевозможных импульсных БП. В моем распоряжении оказался такой дроссель на 10мкГ, имеющий 15 витков на кольце К10х4х5. Перемотать его не было никаких проблем. Индуктивность пришлось подобрать по измерению КПД. В диапазоне 40-90мкГ изменения были очень незначительные, меньше 40 - более заметные, а на 10мкГ стало совсем плохо. Поднимать выше 90мкГ я не стал, т. к. возрастало омическое сопротивление, а более толстый провод "раздувал" габариты. В итоге, более из эстетических соображений, я остановился на 40 витках провода ПЭВ-0.25, т. к. они ровно улеглись в один слой и получилось около 80мкГ. Активное сопротивление получилось около 0.2 ом, а ток насыщения по расчетам - более 3А, что хватает за глаза.. Выходной (а заодно и входной) электролит я заменил на 100мкФ, хотя без ущерба для КПД можно уменьшить и до 47мкФ. В результате конструкция претерпела некоторые изменения, что, впрочем, не помешало ей сохранить свою компактность:

Лабораторные работы" href="/text/category/laboratornie_raboti/" rel="bookmark">лабораторную работу и снял основные характеристики схемы:

	1. Зависимость выходного напряжения, измеренного на емкости С3, от входного. Эту характеристику я снимал и раньше и могу сказать, что замена дросселя на более добротный дала более горизонтальную полочку и резкий излом.
	2. Интересно было также проследить изменение потребляемого тока по мере разряда батареек. Хорошо видна типичная для ключевых стабилизаторов "отрицательность" входного сопротивления. Пик потребления пришелся на точку, близкую к опорному напряжению микросхемы. Дальнейший спад напряжения привел к снижению опоры, а значит и выходного напряжения. Резкий спад тока потребления в левой части графика вызван нелинейностью ВАХ диодов.
	3. Ну и наконец, обещаный КПД. Здесь он измерялся уже по конечному эффекту, т. е. по рассеиваемой мощности на светодиодах. (Процентов 5 теряется на балластном сопротивлении). Производители чипа не наврали - при правильной схеме положенные 87% он дает. Правда это только при свежих батарейках. По мере роста потребляемого тока КПД, естественно, снижается. В экстремальной точке он вообще падает до уровня паровоза. Рост КПД при дальнейшем снижении напряжения практической ценности не представляет, т. к. фонарик уже находится "на издыхании" и светит очень слабо.

Глядя на все эти характеристики можно сказать, что фонарь уверенно светит при спаде питающего напряжения до 1В без заметного снижения яркости, т. е. схема фактически отрабатывает трехкратную просадку напряжения. Обычная лампочка накаливания при таком разряде батарей уже вряд ли будет пригодна для освещения.

Если что-то кому-то осталось неясным - пишите. Отвечу письмом, и\или дополню данную статью.

Владимир Ращенко, E-mail: rashenko (at) inp. nsk. su

май, 2003г..

Велофара - что дальше?

Итак, первая фара построена, испытана и "обкатана". Каковы дальнейшие перспективные направления светодиодного фаростроения? Первым этапом, наверное, будет дальнейшее наращивание мощности. Планирую постройку 10-диодной фары с переключаемым режимом работы 5\10. Ну а дальнейшее улучшение качества требует применения сложных микроэлектронных компонентов. Например, мне кажется, неплохо бы избавиться от гасящих\выравнивающих резисторов - ведь на них теряется 30-40% энергии. И стабилизацию тока через светодиоды независимо от разряженности источника хотелось бы иметь. Наилучшим вариантом было бы последовательное включение всей цепочки светодиодов со стабилизацией тока. А чтобы не увеличивать количество последовательных батарей, нужно чтобы эта схема еще и напряжение увеличивала с 3 или 4,5 В до 20-25 В. Такие вот, так сказать, ТУ на разработку "идеальной фары".
Оказалось, специально для решения таких задач выпускаются специализированные ИС. Область их применения - управление светодиодами подсветки ЖК-мониторов для мобильных устройств - ноутбуки. сотовые телефоны и т. д. Вывел меня на эту информацию Дима gdt (at) ***** - СПАСИБО!

В частности, линейку ИС различного назначения для управления светодиодами выпускает фирма Maxim (Maxim Integrated Products, Inc), на сайте которой (http://www. ) была найдена статья "Solutions for Driving White LEDs" (Apr 23, 2002). Некоторые из этих "решений" отлично подойдут для велофары:

https://pandia.ru/text/78/440/images/image015_32.gif" width="391" height="331 src=">

Вариант 1 . Микросхема MAX1848, управление цепочкой из 3х светодиодов.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image017_27.gif" width="477" height="342 src=">

Вариант 3: Возможна другая схема включения обратной связи - с делителя напряжения.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image019_21.gif" width="534" height="260 src=">

Вариант 5. Максимальная мощность, несколько цепочек светодиодов, микросхема MAX1698

токовое зеркало", микросхема MAX1916.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image022_17.gif" width="464" height="184 src=">

Вариант 8. Микросхема MAX1759.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image024_12.gif" width="496" height="194 src=">

Вариант 10 . Микросхема MAX619 - пожалуй. самая простая схема включения. Работоспособность при падении входного напряжения до 2 В. Нагрузка 50 мА при Uвх.>3 В.

https://pandia.ru/text/78/440/images/image026_15.gif" width="499" height="233 src=">

Вариант 12 . Микросхема ADP1110 - по слухам, более распространена, чем MAXы, работает начиная с Uвх=1,15 В (!!! всего одна батарейка!!! ) Uвых. до 12 В

https://pandia.ru/text/78/440/images/image028_15.gif" width="446" height="187 src=">

Вариант 14 . Микросхема LTC1044 - очень простая схема подключения, Uвх=от1,5 до 9 В; Uвых= до 9 В; нагрузка до 200мА (но впрочем, типовое 60 мА)

Как видите, выглядит все это весьма заманчиво:-) Осталось только где-то найти эти микросхемы незадорого....

Ура! Найдена ADP1руб. с НДС) Строим новую мощную фару!

10 светодиодов, с переключением 6\10, пять цепочек по два.

MAX1848 White LED Step-Up Converter in SOT23

MAX1916 Low-Dropout, Constant-Current Triple White LED Bias Supply

Display Drivers and Display Power Application Notes and Tutorials

Charge Pump Versus Inductor Boost Converter for White LED Backlights

Buck/Boost Charge-Pump Regulator Powers White LEDs from a Wide 1.6V to 5.5V Input

Analog ICs for 3V Systems

На сайте Rainbow Tech: Maxim: Приборы DC-DC преобразования (сводная таблица)

На сайте Premier Electric: Импульсные регуляторы и контроллеры для ИП без гальв. развязки (сводная таблица)

На сайте Averon - микросхемы для источников питания (Analog Devices) - сводная таблица

Питание светодиодов с помощью ZXSC300 Давиденко Юрий. г. Луганск Адрес Email - david_ukr (at) ***** (замените (at) на @) Целесообразность использования светодиодов в фонарях, велофарах, в устройствах местного и дежурного освещениям на сегодняшний день не вызывает сомнений. Светоотдача и мощность светодиодов растет, а цены на них падают. Источников света, в которых вместо привычной лампы накаливания используются светодиоды белого свечения становиться всё больше и купить их не составляет труда. Магазины и рынки заполнены светодиодной продукцией китайского производства. Но качество этой продукции оставляет желать лучшего. По этому возникает необходимость в модернизации доступных (в первую очередь по цене) светодиодных источников света. Да и заменить лампы накаливания на светодиоды в добротных фонарях советского производства тоже имеет смысл. Надеюсь, что приведенная далее информация будет не лишней. Скачать статью в формате PDF - 1,95Мб (Что это такоеКб Как известно, светодиод имеет нелинейную вольтамперную характеристику с характерной "пяткой" на начальном участке. Рис. 1 Вольт-амперная характерисика светодиода белого свечения. Как мы видим, светодиод начинает светиться, если на него подано напряжение больше 2,7 В. При питании его от гальванической или аккумуляторной батареи , напряжение которой процессе эксплуатации постепенно уменьшается, яркость излучения будет изменяться широких пределах. Чтобы избежать, этого необходимо питать светодиод стабилизированным током. А ток должен быть номинальным для данного типа светодиода. Обычно для стандартных 5-мм светодиодов он составляет среднем 20 мА. По этой причине приходится применять электронные стабилизаторы тока, которые ограничивают стабилизируют ток, протекающий через светодиод. Часто бывает необходимо запитать светодиод от одного или двух элементов питания напряжением 1,2 – 2,5 В. Для этого используют повышающие преобразователи напряжения. Поскольку любой светодиод является, по сути, токовым прибором, точки зрения энергоэффективности выгодно обеспечивать прямое управление током, протекающим через него. Это позволяет исключить потери, возникающие на балластном (токоограничительном) резисторе. Одним из оптимальных вариантов питания различных светодиодов от автономных источников тока небольшого напряжения 1-5 вольт является использование специализированной микросхемы ZXSC300 фирмы ZETEX. ZXSC300 это импульсный (индуктивный) повышающий преобразователь DC-DC c частотно-импульсной модуляцией. Рассмотрим принцип работы ZXSC300. На рисунке Рис.2 показана одна из типовых схем питания белого светодиода импульсным током с помощью ZXSC300. Импульсный режим питания светодиода позволяет максимально эффективно использовать энергию, имеющуюся в батарейке или аккумуляторе. Кроме самой микросхемы ZXSC300 преобразователь содержит: элемент питания 1,5 В, накопительный дроссель L1, силовой ключ – транзистор VT1, датчик тока – R1. Работает преобразователь традиционным для него образом. В течение некоторого времени за счет импульса, поступающего с генератора G (через драйвер), транзистор VT1 открыт и ток через дроссель L1 нарастает по линейному закону. Процесс длиться до момента, когда на датчике тока - низкоомном резисторе R1 падение напряжение достигнет величины 19 мВ. Этого напряжения достаточно для переключения компаратора (на второй вход которого подано небольшое образцовое напряжение с делителя). Выходное напряжение с компаратора поступает на генератор, в результате чего силовой ключ VT1 закрывается и энергия, накопленная в дросселе L1, поступает в светодиод VD1. Далее процесс повторяется. Таким образом, из первичного источника питания в светодиод поступает фиксированные порции энергии, которые он преобразует в световую. Управление энергией происходит с помощью частотно-импульсной модуляции ЧИМ (PFM Pulse Frequency Modulation). Принцип ЧИМ заключается в том, что изменяется частота, а постоянным остаётся длительность импульса или паузы, соответственно, открытого (On-Time) и закрытого (Off-Time) состояния ключа. В нашем случаи неизменным остаётся время Off-Time, т. е. длительность импульса, при котором внешний транзистор VT1 находится в закрытом состоянии. Для контроллера ZXSC300 Toff составляет 1,7 мкс. Это время достаточно для передачи накопленной энергии из дросселя в светодиод. Длительность импульса Ton, в течение которого открыт VT1, определяется величиной токоизмерительного резистора R1, входным напряжением, и разницей между входным и выходным напряжением, а энергия, которая накапливается в дросселе L1, будет зависеть от его величины. Оптимальным считается, когда полный период Т равен 5мкс (Toff +Ton). Соответственна рабочая частота F=1/5мкс =200 кГц. При указанных на схеме Рис.2 номиналах элементов осциллограмма импульсов напряжения на светодиоде имеет вид Рис.3 вид импульсов напряжения на светодиоде. (сетка 1В/дел, 1мкс/дел) Немного подробнее об используемый деталях. Транзистор VT1 - FMMT617, n-р-n транзистор с гарантированным напряжением насыщения коллектор-эмиттер не более 100 мВ при токе коллектора 1 А. Способен выдерживать импульсный ток коллектора до 12 А (постоянный 3 А), напряжение коллектор-эмиттер 18 В, коэффициент передачи тока 150...240. Динамические характеристики транзистора: время включения/ выключения 120/160 нс, f =120 МГц, выходная емкость 30 пф. FMMT617 является лучшим коммутационным устройством, которое можно использовать совместно с ZXSC300. Он позволяет получить высокий КПД преобразования при входном напряжении меньше одного вольта. Накопительный дроссель L1. В качестве накопительного дросселя можно использовать как промышленные SMD Power Inductor, так и самодельные. Дроссель L1 должен выдерживать максимальный ток силового ключа VT1 без насыщения магнитопровода. Активное сопротивление обмотки дросселя не должно превышать 0,1 Ом иначе КПД преобразователя заметно снизиться. В качестве сердечника для самостоятельной намотки хорошо подходят кольцевые магнитопроводы (К10x4x5) от дросселей фильтров питания использующиеся в старых компьютерных материнских платах. На сегодняшний день б/у компьютерное «железо» можно приобрести по бросовым ценам на любом радиорынке. А «железо» - это неисчерпаемый источник разнообразный деталей для радиолюбителей. При самостоятельной намотки для контроля понадобится измеритель индуктивности. Токоизмерительный резистор R1. Низкоомный резистор R1 47мОм получен параллельным соединением двух SMD резисторов типоразмера1206 по 0,1 Ом. Светодиод VD1. Светодиод VD1 белого свечения с номинальным рабочим током 150 мА. В авторской конструкции используется два четырехкристальных светодиода соединенные параллельно. Номинальный ток одного из них составляет 100 мА, другого 60 мА. Рабочий ток светодиода определен путем пропускания через него, стабилизированного постоянного тока и контроля температуры катодного (минусового) вывода, который является радиатором и отводит тепло от кристалла. При номинальном рабочем токе температура теплоотводящего вывода не должна превышатьградусов. Вместо одного светодиода VD1 также можно использовать восемь параллельно соединенных стандартный 5 мм светодиодов с током 20 мА. Внешний вид устройства Рис. 4a. Рис. 4b. Показана на Рис. 5 Рис. 5 (размер 14 на 17 мм). При разработке плат для подобных устройств необходимо стремиться к минимальным значениям емкости и индуктивности проводника соединяющий К VT1 с накопительным дросселем и светодиодом, а также к минимальным индуктивности и активному сопротивлению входных и выходных цепей и общего провода. Сопротивление контактов и проводов через которые поступает напряжение питания должно быть тоже минимально. На следующих схемах Рис. 6 и Рис. 7 показан способ питания мощных светодиодов типа Luxeon с номинальным рабочим током 350 мА Рис. 6 Способ питания мощных светодиодов типа Luxeon Рис. 7 Способ питания мощных светодиодов типа Luxeon - ZXSC300 запитана от выходного напряжения. В отличие от рассмотренной ранее схемы здесь питание светодиода происходит не импульсным, а постоянным током . Это позволяет легко контролировать рабочий ток светодиода и КПД всего устройства. Особенность преобразователя на Рис. 7 заключается в том, что ZXSC300 запитана от выходного напряжения. Это позволяет ZXSC300 работать (после запуска) при снижении входного напряжения вплоть до 0,5 В. Диод VD1 - Шотки рассчитанный на ток 2А. Конденсаторы С1 и С3 - керамические SMD, С2 и С3 - танталовые SMD.Количество светодиодов последовательно соединенных.	Сопротивление токоизмерительного резистора, мОм.	Индуктивность накопительного дросселя, мкГн.

На сегодняшний день стали доступны в использовании мощные 3 – 5 Вт светодиоды различных производителей (как именитых так и не очень).

И в этом случаи применение ZXSC300 позволяет легко решить задачу эффективного питание светодиодов с рабочим током 1 А и более.

В качестве силового ключа в данной схеме удобно использовать подходящий по мощности n-канальный (работающий от 3 В) Power MOSFET, можно также использовать сборку серии FETKY MOSFET (с диодом Шотки в одном корпусе SO-8).

С помощью ZXSC300 и нескольких светодиодов можно легко вдохнуть вторую жизнь в старый фонарь. Модернизации был подвергнут аккумуляторный фонарь ФАР-3.

Рис.11

Светодиоды использовались 4-х кристальные с номинальным током 100 мА - 6 шт. Соединены последовательно по 3. Для управления световым потоком применены два преобразователя на ZXSC300, имеющих независимое вкл/выкл. Каждый преобразователь работает на свою тройку светодиод.

Рис.12

Платы преобразователей выполнены на двухстороннем стеклотекстолите, вторая сторона соединена с минусом питания.

Рис.13

Рис.14

В фонаре ФАР-3 в качестве элементов питания используются три герметичных аккумулятора НКГК-11Д (KCSL 11). Номинальное напряжение этой батареи 3,6 В. Конечное напряжение разряженной батареи составляет 3 В (1 В на элемент). Дальнейший разряд нежелателен т. к. это приводит к сокращению срока службы батареи. А дальнейший разряд возможен - преобразователи на ZXSC300 работают, как мы помним, вплоть до 0,9 В.

Поэтому для контроля напряжения на батарее было спроектировано устройство, схема которого показана на Рис. 15.

Рис.15

В данном устройстве используется недорогая доступная элементная база. DA1 - LM393 всем известный сдвоенный компаратор. Опорное напряжения 2,5 В получаем с помощью TL431 (аналог КР142ЕН19). Напряжение срабатывания компаратора DA1.1 около 3 В задаётся делителем R2 - R3 (для точного срабатывания возможно потребуется подбор этих элементов). Когда напряжение на батареи GB1 снижается до 3 В загорается красный светодиод HL1, если напряжение больше 3 В то HL1 гаснет и загорается зеленый светодиод HL2. Резистор R4 определяет гистерезис компаратора.

Печатная плата устройства контроля показана на Рис. 16 (размер 34 на 20 мм).

Если у вас возникли трудности с приобретением микросхемы ZXSC300, транзистора FMMT617 или низкоомных SMD резисторов 0,1 Ом, можно обращаться к автору на e-mail david_ukr (аt) *****

Вы можете приобрести следующие компоненты (доставка почтой)

	Элементы	Количество	Цена, $	Цена, грн
	Микросхема ZXSC 300 + транзистор FMMT 617
	Резистор 0,1 Ом SMD типоразмер 0805
	Печатная плата Рис. 8

Скачать статью в формате PDF - 1,95Мб Скачать статью в формате DjVU (Что это такоеКб

Делаем фонарик на светодиодах своими руками