Схема фонарика с аккумулятором

Как радиомеханику мне интересны самые простые электронные устройства. На этот раз речь пойдёт о фонарике с аккумулятором.

Вот схема фонарика с аккумулятором.

Фонарик состоит из двух частей. В одной части размещён аккумулятор и сетевое зарядное устройство, а в другой - выключатель и лампа накаливания. Для зарядки аккумулятора одна часть фонарика отсоединяется от головной (где лампа и выключатель) и подключается к сети 220V.

На фото виден разъём-переходник, который соединяет аккумулятор и выключатель с лампой накаливания.

Устройство такого фонарика предельно простое. Для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора G1 ёмкостью 1 А/h (1 ампер-час) и напряжением 4V используется схема с гасящим конденсатором C1. На нём падает большая часть сетевого напряжения сети 220V. Затем переменное напряжение после гасящего конденсатора выпрямляется диодным мостом на диодах VD1 - VD4 (1N4001).

Для сглаживания пульсаций после диодного моста устанавливается электролитический конденсатор C2. Нагрузкой для всего этого выпрямителя является аккумулятор G1. Если его отключить, то на выходе выпрямителя будет напряжение около 300 вольт, хотя при подключенном аккумуляторе напряжение на его выходе составляет 4 - 4,5 вольта.

Стоит отметить, что схема с гасящим (балластным) конденсатором проста, но довольно опасна. Дело в том, что такая схема гальванически не развязана от сети 220 вольт. При использовании трансформатора схема становится более электробезопасной, но из-за дороговизны этой детали применяется схема с гасящим конденсатором.

Диод VD5 необходим для того, чтобы при отключении схемы от сети, аккумулятор не разряжался через схему выпрямителя и индикации на красном светодиоде HL1, и резисторе R2. А вот лампа накаливания EL1 (или схема из светодиодов) подключается к аккумулятору только через выключатель SA1. Получается, что диод VD5 служит неким барьером, который пропускает ток к аккумулятору от сетевого выпрямителя, а обратно нет. Вот такая простая защита. Также стоит сказать, что на диоде VD5 теряется небольшая часть от выпрямленного напряжения - за счёт падения напряжения на диоде при прямом включении (V F ). Оно составляет где-то 0,5 - 0,7 вольт.

Отдельно хотелось бы сказать об аккумуляторе. Как уже было сказано, он герметичный свинцово-кислотный (Pb). Состоит из двух ячеек по 2 вольта, соединённых последовательно. Т.е аккумулятор, как говорят, состоит из 2 банок.

На аккумуляторе указано, что максимальный ток заряда - 0,5 ампера. Хотя для свинцовых Pb аккумуляторов рекомендуется ограничивать ток заряда на уровне 0,1 от его ёмкости. Т.е. для данного аккумулятора лучшим зарядным током будет - 100mA (0,1A).

Типовыми неисправностями фонариков с аккумулятором являются:

Выход из строя элементов сетевого выпрямителя (диодов, электролитического конденсатора, резистора в цепи индикации);

Неисправность кнопки-выключателя (легко чинится любой подходящей кнопкой с фиксацией или же рокерным выключателем);

Деградация (старение) аккумулятора;

Износ контактных разъёмов.

Блокинг – генератор представляет собой генератор кратковременных импульсов повторяющихся через довольно большие промежутки времени.

Одним из достоинств блокинг - генераторов являются сравнительная простота, возможность подключения нагрузки через трансформатор, высокий КПД, подключения достаточно мощной нагрузки.

Блокинг-генераторы очень часто используются в радиолюбительских схемах. Но мы будем запускать от этого генератора светодиод.

Очень часто в походе, на рыбалке или охоте нужен фонарик. Но не всегда под рукой есть аккумулятор или батарейки 3В. Данная схема может запустить светодиод на полную мощность от почти разряженной батарейки.

Немного о схеме. Детали: транзистор можно использовать любой (n-p-n или p-n-p) в моей схеме КТ315Г.

Резистор нужно подбирать, но об этом потом.

Кольцо ферритовое не очень большое.

И диод высокочастотный с низким падением напряжения.

Итак, убирался я в ящике в столе и нашел старый фонарик с лампочкой накаливания, конечно же, сгоревшей, а недавно видел схему этого генератора.

И решил я спаять схему и засунуть в фонарик.

Ну-с приступим:

Для начала соберем по этой схеме.

Берем ферритовое кольцо (я вытащил из балласта люминесцентной лампы) И мотаем 10 витков проводом 0,5-0,3мм (можно и тоньше, но не удобно будет). Намотали, делаем петельку, ну или отвод, и мотаем еще 10 витков.

Теперь берем транзистор КТ315, светодиод и наш трансформатор. Собираем по схеме (см. выше). Я поставил еще конденсатор параллельно с диодом, так ярче светилось.

Вот и собрали. Если светодиод не горит, поменяете полярность батарейки. Все равно не горит, проверьте правильность подключения светодиода и транзистора. Если все правильно и все равно не горит, значит не правильно намотан трансформатор. Если честно у меня тоже схема завелась далеко не с первого раза.

Теперь дополняем схему остальными деталями.

Поставив диод VD1 и конденсатор С1 светодиод засветится ярче.

Последний этап - подборка резистора. Вместо постоянного резистора ставим переменный на 1,5кОма. И начинаем крутить. Нужно найти то место где светодиод светит ярче, при этом надо найти место где если увеличить сопротивление хоть чуть-чуть светодиод гаснет. В моем случае это 471Ом.

Ну ладно, теперь ближе к делу))

Разбираем фонарик

Вырезаем из одностороннего тонкого стеклотекстолита кружок под размер трубки фонарика.

Теперь идем и ищем детали нужных номиналов размером несколько миллиметров. Транзистор КТ315

Теперь размечаем плату и разрезаем фольгу канцелярским ножом.

Лудим плату

Исправляем косяки, если таковы имеются.

Теперь чтобы паять плату нам нужно специальное жало, если нет - не беда. Берем проволоку 1-1,5мм толщиной. Тщательно зачищаем.

Теперь наматываем на имеющийся паяльник. Конец проволоки можно заострить и залудить.

Ну-с приступим припаивать детали.

Можно воспользоваться лупой.

Ну, вроде все припаяли, кроме конденсатора, светодиода и трансформатора.

Теперь тест-запуск. Все эти детали (не припаивая) прицепляем на «сопли»

Ура!! Получилось. Теперь можно не опасаясь все детали припаивать нормально

Мне вдруг стало интересно, какое же напряжение на выходе, я измерил

В настоящее время весьма частыми стали отключения электроэнергии, поэтому в радиолюбительской литературе достаточно много внимания уделяется локальным источникам питания. Не очень энергоемким, но весьма полезным при аварийных отключениях является компактный аккумуляторный фонарик (АКФ), в аккумуляторной батарее (АКБ) которого применены три герметичных дисковых никель-кадмиевых аккумулятора Д 0,25. Выход из строя АКФ по тем или иным причинам доставляет немалое огорчение. Однако если приложить немного смекалки, разобраться в конструкции самого фонарика и знать элементарную электротехнику, то его можно отремонтировать, и маленький друг еще достаточно долго и надежно послужит.

Схемотехника. Конструкция

Начнем, как положено, с изучения руководства по эксплуатации 2.424.005 Р3 Фонарь аккумуляторный "Электроника В6-05". Несоответствия начинаются сразу после внимательного сравнения схемы электрической принципиальной (рис.1) и конструкции фонарика. В схеме плюс - от АКБ, а минус подключается на лампочку НL1.

Реально коаксиальный вывод НL1 постоянно соединен с плюсом АКБ, а минус подключается через S1 к резьбовому цоколю. Внимательно осмотрев монтажные соединения, сразу заметим, что НL1 присоединена не по схеме, конденсатор С1 соединен не с VD1 и VD2, как показано на рис.1, а с упругим контактом конструкции, прижимающим минус АКБ, что конструктивно и технологически удобно, поскольку С1, как самый габаритный элемент, достаточно жестко смонтирован с элементами конструкции - одним из штырей сетевой вилки, конструктивно объединенной с корпусом АКФ и пружинным контактом АКБ; резистор R2 соединен не последовательно с конденсатором С1, а припаян одним концом ко второму штырю сетевой вилки, а вторым - к держателю.U1. Это также не учтено и в схеме АКФ в . Остальные соединения соответствуют схеме, изображенной на рис.2.

Но если не учитывать конструктивные и технологические плюсы, которые вполне очевидны, то в принципе не имеет значения, как подключен С1, по рис.1 или рис.2. Кстати, при хорошей идее доработки схемы зарядного устройства (ЗУ) АКФ не удалось избежать применения "лишних" элементов.

Схему ЗУ при сохранении общего алгоритма можно существенно упростить, собрав ее согласно рис.3.

Разница заключается в том, что элементы VD1 и VD2 на схеме по рис. 3 выполняют по две функции, что позволило уменьшить количество элементов. Стабилитрон VD1 для отрицательной полуволны питающего напряжения на VD1, VD2 служит выпрямительным диодом, он же является и источником положительного опорного напряжения для схемы сравнения (СС), функцию (вторую) которой выполняет также VD2. CC работает следующим образом: когда величина ЭДС на ка тоде VD2 меньше, чем напряжение на его аноде, идет нормальный процесс заряда АКБ. По мере заряда значение ЭДС на АКБ увеличивается, и когда оно достигнет напряжения на аноде, VD2 закроется, и заряд прекратится. Величина опорного напряжения VD1 (напряжение стабилизации) должна равняться сумме падения напряжения в прямом направлении на VD2 + падение напряжения на R3VD3 + ЭДС АКБ и подбирается под конкретный ток заряда и конкретные элементы. ЭДС полностью заряженного диска 1,35 В .

При такой схеме заряда светодиод как индикатор состояния заряженности АКБ в начале процесса горит ярко, по мере заряда его яркость уменьшается, а при достижении полного заряда он гаснет. Если в процессе эксплуатации замечено, что произведение тока заряда на время свечения VD3 в часах значительно меньше величины его теоретической емкости, то это говорит не о том, что компаратор на VD2 неправильно работает, а о том, что один или несколько дисков имеют недостаточную емкость.

Условия эксплуатации

Теперь проанализируем заряд и разряд АКБ. По ТУ (12МО.081.045) время заряда полностью разряженной АКБ при напряжении 220 В - 20 ч. Зарядный ток при С1=0,5 мкФ с учетом разброса по емкости и колебаний величины питающего напряжения около 25-28 мА, что соответствует рекомендациям , причем рекомендуемый ток разряда в два раза больше тока заряда, т.е. 50

мА. Количество полных циклов заряд-разряд 392. В реальной конструкции АКФ разряд осуществляется на штатную лампочку 3,5 В х 0,15 А (при трех дисках), хотя и дает повышение яркости, однако также по причине увеличения тока от АКБ сверх рекомендованного по ТУ, отрицательно сказывается на сроке службы АКБ, поэтому такая замена вряд ли целесообразна, так как в отдельных экземплярах дисков это может вызвать усиленное газообразование, что в свою очередь, приведет к увеличению давления внутри корпуса и к ухудшению внутреннего контакта, осуществляемого тарельчатой пружиной между таблеточным пакетом активного вещества и минусовой частью корпуса. Это же приводит к выделению через уплотнение электролита, вызывающего коррозию и связанное с ней ухудшение контакта как между самими дисками, так и между дисками и металлическими элементами конструкции АКФ.

Помимо всего, из-за негерметичности из электролита испаряется вода, в результате чего увеличивается внутреннее сопротивление диска и всей АКБ. При дальнейшей эксплуатации такого диска он выходит из строя окончательно в результате превращения электролита частично в кристаллическое КОН, частично - в поташ К2СО3. Именно по этим причинам вопросам заряда - разряда необходимо уделить особое внимание.

Практический ремонт

Итак, один из трех аккумуляторов "забарахлил". Оценить его состояние можно авометром. Для чего (в соответствующей полярности) кратковременно замыкают каждый диск щупами авометра, установленного на измерение постоянного тока в пределах 2-2,5 А.

У хороших, свежезаряженных дисков ток КЗ должен находиться в пределах 2-3 А. При ремонте АКФ могут возникнуть два логических варианта: 1) нет запасных дисков; 2) есть запасные диски.

В первом случае самым простым будет такое решение. Вместо третьего, негодного диска устанавливают шайбу из медного корпуса негодного транзистора типа КТ802, который к тому же по габаритам хорошо вписывается в большинство конструкций АКФ. Для изготовления шайбы удаляют выводы электродов транзистора и зачищают оба торца мелким напильником от покрытия до появления меди, затем их шлифуют на мелкозернистой шлифовальной бумаге, уложенной на ровную плоскость, после чего полируют до блеска на куске войлока с нанесенным слоем пасты ГОИ. Все эти операции необходимы для уменьшения влияния переходного сопротивления на время горения. То же относится и к контактным торцам дисков, потемневшие поверхности которых в процессе эксплуатации желательно по тем же причинам перешлифовать.

Поскольку удаление одного диска приведет к уменьшению яркости свечения HL1, то в АКФ устанавливают лампочку 2,5 В на 0,15 А или, что еще лучше, лампочку 2,5 В на 0,068 А, которая хоть и имеет меньшую мощность, однако уменьшение тока разряда позволяет приблизить его к рекомендуемому по ТУ, что благоприятно скажется на сроке эксплуатации дисков АКБ. Практическая разборка и анализ исправимых причин выхода из строя дисков показал, что достаточно часто причиной неработоспособности является разрушение тарельчатой пружины. Поэтому не спешите выбрасывать негодный диск и, если повезет, его можно заставить еще поработать. Эта операция потребует достаточной аккуратности и определенных слесарных навыков.

Для ее проведения потребуются маленькие слесарные тиски, шарик от шарикоподшипника с диаметром около 10 мм и гладкая стальная пластина толщиной 3-4 мм. Пластину через прокладку из электрокартона толщиной 1мм подкладывают между губками и плюсовой частью корпуса, а шарик располагают между второй губкой и минусовой частью корпуса, ориентируя шарик примерно по ее центру. Прокладку из электрокартона предназначена для устранения короткого замыкания диска, а пластинка - для равномерного распределения усилия и исключения деформации положительной части корпуса АКБ от насечки на губках тисков. Их размеры очевидны. Постепенно зажимают тиски. Вдавив шарик на 1-2 мм, извлекают диск из приспособления и контролируют ток КЗ. Обычно после одного-двух прижимов больше половины заряженных дисков начинают показывать увеличение тока КЗ вплоть до 2-2,5 А. После некоторой величины хода усилие прижима резко возрастает, что означает упор деформируемой части корпуса в таблетку. Дальнейший прижим нецелесообразен, поскольку приводит к разрушению АКБ. Если после упора ток КЗ не увеличивается, то диск окончательно непригоден.

Во втором случае простая замена диска на другой может также не принести желаемого результата, поскольку у вполне работоспособных дисков имеется так называемая "емкостная" память.

В связи с тем что при работе в составе батареи всегда имеется хотя бы один диск, у которого меньше значения емкости, отчего при его разряде резко возрастает внутреннее сопротивление, что ограничивает возможность полного разряда остальных дисков. Подвергать такую АКБ некоторому перезаряду для устранения этого явления нецелесообразно, поскольку это не приведет к увеличению емкости, а только к выходу из строя наиболее хороших дисков. Поэтому при замене хотя бы одного диска в АКБ их все желательно подвергнуть принудительной тренировке (дать один полный цикл заряд-разряд) для устранения вышеуказанных явлений. Заряд каждого диска проводят в том же АКФ, применив вместо двух дисков шайбы из транзисторов.

Разряд проводят на резисторе сопротивлением 50 Ом, обеспечивающем ток разряда 25 мА (что соответствует ТУ), до достижения напряжения на нем 1 В. После этого диски составляют в батарею и заряжают совместно. Зарядив всю АКБ, разряжают ее на штатную HL до достижения на АКБ 3 В. Под нагрузкой той же HL еще раз проверяют ток КЗ каждого диска, разряженного до 1 В.

У дисков, пригодных для работы в составе АКБ, ток КЗ каждого диска должен быть примерно одинаковым. Емкость АКБ можно считать достаточной для практического пользования, если время разряда до 3 В составляет 30-40 мин.

Детали

Предохранитель.U1. Наблюдая при проведении ремонтов за эволюцией схемотехники АКФ около двух десятилетий, замечено, что в середине 80-х годов некоторые предприятия начали выпускать АКБ без плавких предохранителей с токоограничительным резистором 0,5 Вт и сопротивлением 150-180 Ом, что вполне оправдано, поскольку при пробое С1 роль.U1 играл R2 (рис. 1) или R2 (рис. 2 и 3), проводящий слой которого испарялся гораздо раньше (чем сгорал.U1 на 0,15 А), прерывая цепь, что и требуется от предохранителя. Практика подтверждает, что если токоограничительный резистор мощностью 0,5 Вт в реальной схеме АКФ ощутимо греется, то это однозначно свидетельствует о значительной утечке С1, (которую затруднительно определить авометром, а также в связи с изменением ее величины во времени), и его необходимо заменить.

Конденсатор С1 типа МБМ 0,5 мкФ на 250 В является самым ненадежным элементом. Он рассчитан на применение в цепях постоянного тока с соответствующим напряжением, а применение таких конденсаторов в сетях переменного тока, когда амплитуда напряжения в сети может достигать 350 В, и если учитывать наличие в сети многочисленных пиков от индуктивных нагрузок, а также время зарядки полностью разряженного АКФ по ТУ (около 20 ч), то надежность его как радиоэлемента становится весьма малой. Наиболее надежным конденсатором, который имеет оптимальные габариты, позволяющие вписать его в различные по конструктивным размерам АКФ, является конденсатор К42У-2 0,22 мкФ Ч 630 В или даже К42У 0,1 мкФ Ч 630 В. Уменьшение зарядного тока примерно до 15-18 мА, при 0,22 мкФ и до 8-10 мА при 0,1 мкФ практически вызывает лишь увеличение времени его заряда, что несущественно.

Светодиодный индикатор зарядного тока VD3. В АКФ, которые не имеет светодиодного индикатора тока заряда, его можно установить, включив его в разрыв цепи в точке А (рис. 2).

Светодиод включен параллельно измерительному резистору R3 (рис. 4), который при новом изготовлении или уменьшении С1 необходимо подобрать. При емкости С1, равной 0,22 мкФ, вместо 0,5 мкФ, яркость VD3 уменьшится, а при 0,1 мкФ VD3 может вообще не засветиться. Поэтому учитывая вышеуказанные токи заряда, в первом случае резистор R3 надо пропорционально уменьшению тока увеличить, а во втором - удалить совсем. Практически с учетом того, что работать с 220 В весьма небезопасно, сопротивление R3 лучше подобрать, подключив через миллиамперметр к точке B (рис. 3) регулируемый источник постоянного тока (РИПТ), и контролируя ток заряда. Вместо R3 временно подсоединяют потенциометр сопротивлением 1 кОм, включенный реостатом на минимум сопротивления. Увеличивая напряжение РИПТ, устанавливают ток заряда АКБ, равный 25 мА.

Не изменяя установленного напряжения РИПТ, включают миллиамперметр в разрыв цепи VD3 в точке С и, постепенно увеличивая сопротивление потенциометра, добиваются тока через него 10 мА, т.е. половину от максимального для АЛ307 . Этот момент особенно важен для схем без стабилитрона, в которых в первый момент после включения при зарядке С1 ток через VD3 может стать большим, несмотря на наличие токоограничительного резистора R1, и может привести к выходу VD3 из строя. В установившемся режиме R1 практически не влияет на ток заряда в связи со его малым сопротивлением по сравнению с реактивным (около 9 кОм) сопротивлением С1. При доработке VD3 устанавливают в отверстие диаметром 5 мм, просверленное симметрично линии разъема в корпусе между опорами пружинного контакта, подсоединенного к коаксиальному выводу HL1, и плюсом АКБ. Измерительный резистор размещают там же.

Выпрямительные диоды

Учитывая наличие рывка тока при начальном заряде С1, для повышения надежности в выпрямителе АКФ желательно использовать любые кремниевые импульсные диоды с обратным напряжением от 30 В.

Нестандартное применение АКФ

Изготовив из цоколя негодной лампочки и разъема питания радиоприемника переходник, АКФ можно использовать не только как источник света, но и как источник вторичного электропитания с напряжением 3,75 В. При среднем уровне громкости (ток потребления 20-25 мА) его емкости вполне достаточно для прослушивания ВЭФ в течение нескольких часов.

В отдельных случаях при отсутствии электроэнергии АКФ можно подзаряжать и от радиотрансляционной линии. Владельцы АКФ со светодиодным индикатором могут наблюдать процесс динамического мигания светодиода. Особенно ровно VD3 горит от "тяжелого" рока, поэтому если не любо слушать - заряжай АКФ, используй энергию в мирных целях. Физический смысл данного явления заключается в уменьшении реактивного сопротивления с ростом частоты, поэтому при значительно меньшем напряжении (15-30 В) импульсного значения тока заряда через индикатор достаточно для его свечения и, естественно, подзаряда.

Литература:

1. Вузецкий В.Н. Зарядное устройство для аккумуляторного фонарика// Радіоаматор.- 1997.- №10.- С.24.
2. Терещук Р.М. и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справ. радиолюбителя.- Киев: Наук. думка, 1988

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на , как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой .

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать : многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной . Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить , например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521 ().

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Борис Аладышкин

В тёмное время суток карманный фонарь - незаменимая вещь. Однако имеющиеся в продаже образцы на аккумуляторной батарее с зарядкой от сети вызывают лишь разочарование. Некоторое время после покупки они ещё работают, но затем гелевая свин-цово-кислотная аккумуляторная батарея деградирует и одной её зарядки начинает хватать всего лишь на несколько десятков минут свечения. А нередко во время зарядки при включённом фонаре светодиоды перегорают один за другим. Конечно, учитывая невысокую цену фонаря, можно каждый раз покупать новый, но целесообразнее один раз разобраться в причинах отказов, устранить их в имеющемся фонаре и забыть о проблеме на долгие годы.

Рассмотрим подробно показанную на рис. 1 схему одного из вышедших из строя фонарей и определим её основные недостатки. Слева от аккумуляторной батареи GB1 здесь расположен отвечающий за её зарядку узел. Ток зарядки задан ёмкостью конденсатора С1. Резистор R1, установленный параллельно конденсатору, разряжает его после отключения фонаря от сети. Светодиод HL1 красного цвета свечения подключён через ограничительный резистор R2 параллельно нижнему левому диоду выпрямительного моста VD1-VD4 в обратной полярности. Ток через светодиод протекает в те полупериоды сетевого напряжения, в которых открыт верхний левый диод моста. Таким образом, свечение светодиода HL1 свидетельствует лишь о подключении фонаря к сети, а не об идущей зарядке. Он будет светиться даже при отсутствующей или неисправной аккумуляторной батарее.

Потребляемый фонарём от сети ток ограничен ёмкостным сопротивлением конденсатора С1 приблизительно до 60 мА. Поскольку часть его ответвляется в светодиод HL1, ток зарядки батарей GB1 получается около 50 мА. Гнёзда XS1 и XS2 предназначены для измерения напряжения батареи.

Резистор R3 ограничивает ток разрядки батареи через соединённые параллельно светодиоды EL1-EL5, но его сопротивление слишком мало, и через светодиоды течёт ток, превышающий номинальный. Яркость от этого увеличивается незначительно, а скорость деградации кристаллов све-тодиодов заметно возрастает.

Теперь о причинах перегорания све-тодиодов. Как известно, при зарядке старого свинцового аккумулятора, пластины которого сульфатировались, возникает дополнительное падение напряжения на его повышенном внутреннем сопротивлении. В результате при идущей зарядке напряжение на выводах такого аккумулятора или их батареи может в 1,5...2 раза превысить номинальное. Если в этот момент, не прекращая зарядки, замкнуть выключатель SA1, чтобы проверить яркость свечения светодиодов, то повышенное напряжение окажется достаточным для значительного превышения текущим через них током допустимого значения. Светодиоды поочерёдно выйдут из строя. В результате к непригодной к дальнейшей эксплуатации аккумуляторной батарее добавляются сгоревшие светодиоды. Отремонтировать такой фонарь невозможно - запасные батареи в продаже отсутствуют.

Предлагаемая схема доработки фонаря, показанная на рис. 2, позволяет устранить описанные недостатки и исключить вероятность выхода из строя его элементов при любых ошибочных действиях. Она заключается в таком изменении схемы подключения светодиодов к аккумуляторной батарее, чтобы её зарядка прерывалась автоматически. Это обеспечивается заменой выключателя SA1 на переключатель. Ограничительный резистор R5 подобран таким, что общий ток через светодиоды EL1-EL5 при напряжении батареи GB1 4,2 В равен 100 мА. Поскольку переключатель SA1 использован трёх-позиционный, появилась возможность реализовать экономичный режим пониженной яркости фонаря, добавив в него резистор R4.

Индикатор на светодиоде HL1 также переделан. Последовательно с аккумулятором включён резистор R2. Падающее на нём при протекании тока зарядки напряжение приложено к свето-диоду HL1 и ограничительному резистору R3. Теперь происходит индикация именно текущего через батарею GB1 тока зарядки, а не просто наличия сетевого напряжения.

Негодная гелевая батарея заменена составленной из трёх Ni-Cd аккумуляторов ёмкостью 600 мА-ч. Продолжительность её полной зарядки - около 16 ч, причём испортить батарею, не прекратив зарядку вовремя, невозможно, поскольку зарядный ток не превышает безопасного значения, численно равного 0,1 номинальной ёмкости аккумулятора.

Вместо сгоревших установлены светодиоды HL-508H238WC диаметром 5 мм белого свечения номинальной яркостью 8 кд при токе 20 мА (максимальный ток - 100 мА) и угле излучения 15°. На рис. 3 показана экспериментальная зависимость падения напряжения на таком светодиоде от текущего через него тока. Его значение 5 мА соответствует практически полностью разряженной батарее GB1. Тем не менее яркость фонаря и в этом случае оставалась достаточной.

Переделанный по рассмотренной схеме фонарь успешно работает уже несколько лет. Заметное снижение яркости свечения происходит лишь при почти полной разрядке аккумуляторной батареи. Это как раз и служит сигналом о необходимости зарядить её. Как известно, полная разрядка Ni-Cd аккумуляторов перед зарядкой повышает их долговечность.

Из недостатков рассмотренного способа доработки можно отметить довольно большую стоимость батареи из трёх Ni-Cd аккумуляторов и сложность её размещения в корпусе фонаря вместо штатной свинцово-кислотной. Автору пришлось разрезать внешнюю плёночную оболочку новой батареи, чтобы более компактно разместить образующие её аккумуляторы.

Поэтому при доработке ещё одного фонаря с четырьмя светодиодами было решено использовать только один Ni-Cd аккумулятор и драйвер светодиодов на микросхеме ZXLD381 в корпусе SOT23-3 http://www.diodes.com/datasheets/ ZXLD381.pdf. Она при входном напряжении 0,9...2,2 В обеспечивает светодиоды током до 70 мА.

На рис. 4 показана схема питания светодиодов HL1-HL4 с применением этой микросхемы. График типовой зависимости их суммарного тока от индуктивности дросселя L1 приведён на рис. 5. При его индуктивности 2,2 мкГн (использован дроссель DLJ4018-2.2) на каждый из четырёх параллельно соединённых светодиодов EL1-EL4 приходится по 69/4=17,25 мАтока, что вполне достаточно для их яркого свечения.

Из других навесных элементов для работы микросхемы в режиме сглаженного выходного тока требуются лишь диод Шоттки VD1 и конденсатор С1. Интересно, что на типовой схеме применения микросхемы ZXLD381 указана ёмкость этого конденсатора 1 Ф. Узел зарядки аккумулятора G1 такой же, как на рис. 2. Имеющиеся там же ограничительные резисторы R4 и R5 теперь не нужны, а переключателю SA1 достаточно двух положений.

Ввиду малого числа деталей доработка фонаря была выполнена навесным монтажом. Аккумулятор G1 (Ni-Cd типоразмера АА ёмкостью 600 мА-ч) установлен в соответствующий держатель. По сравнению с фонарём, доработанным по схеме рис. 2, яркость получилась субъективно несколько меньшей, но вполне достаточной.