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

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

Скачать статью в формате DjVU

Делаем фонарик на светодиодах своими руками

Поступил мне тут заказ от одного хорошего знакомого, который увлекается рыбалкой. У него был простенький налобный фонарик, который обладал рядом недостатков, но полностью устраивал по размерам и внешнему виду. Ну что ж, для хорошего человека - хорошее дело, ну а для меня - просто тренировка мозгов и рук.

Приступим. Для начала выделю преимущества данного фонарика:

компактный и легкий корпус;
возможность регулировки фокуса;
удобное расположение органов управления (кнопка), учитывая что фонарик налобный.

Теперь недостатки, которых куда больше:

неудобное управление - три режима которые переключаются по циклическому алгоритму (четвёртый режим "выключено"), то есть если нужный режим пропустил, то надо "прощелкивать" все режимы по кругу, пока не "дощелкаешь" до нужного режима;
один из режимов - мигающий - вообще бесполезный, только мешает управлению;
нет контроля состояния аккумулятора, то есть при каждом цикле разряда портит аккумулятор, сильно разряжая его (если не выключить, может посадить аккумулятор до 1...2 вольт);
нет стабилизации тока, то есть с разрядом аккумулятора яркость постепенно падает;
заряд аккумулятора идет тупо через резистор, нет никакого контроля зарядного тока и отсутствует правильный алгоритм заряда литий-ионного аккумулятора (при каждом цикле заряда гробит аккумулятор);
стоИт китайский светодиод с низкой эффективностью;
стоИт китайский аккумулятор с завышенной емкостью на этикетке.

Теперь о том, что бы хотелось получить в итоге:

удобное управление режимами, убрать мигающий режим;
ввести стабилизацию тока через светодиод (поставить драйвер);
заменить светодиод на более эффективный и надежный (CREE XPG), тёплого свечения (вместо штатного холодного);
сделать контроль разряда аккумулятора, при разряде аккумулятора выключать фонарик;
добавить контроллер заряда литий-ионного аккумулятора;
заменить аккумулятор на нормальный.

Вскрываем корпус фонарика.

Здесь мы видим, что его "мозги" сделаны на основе БИС микросхемы, поэтому они не поддаются никакой модификации.

При замене светодиода на другой светодиод, выходной ток изменился почти на 50%, что говорит об отсутствии какой либо стабилизации тока. Решено выкинуть родную плату и сделать свою. В качестве управляющего контроллера я выбрал ATtiny13A-SSU ввиду следующих основных преимуществ:

малая цена - около 30 рублей (на момент написания статьи, май 2014г.);
компактный корпус поверхностного монтажа;
в режиме сна потребляет менее 500 наноампер (!!!);
возможность работы при низких напряжениях питания (вплоть до 1.8в);
возможность работы при температуре ниже 0 градусов.

В качестве драйвера светодиода выбор пал на AMC7135 благодаря следующим характеристикам:

возможность работы при низких напряжениях питания;
минимальное падение напряжения на микросхеме - всего 0.15в;
возможность ШИМ-регулировки яркости светодиода;
компактный корпус.

Схема драйвера:

Небольшие пояснения о работе схемы и применяемых компонентах. Для измерения уровня заряда аккумулятора, используется АЦП микроконтроллера и внешний источник опорного напряжения (далее ИОН) REF3125 с выходным напряжением 2,5В. Внешний ИОН используется не просто так - с его помощью достигается измерение напряжения аккумулятора с минимальными погрешностями, так как точность встроенного в микроконтроллер ИОН"а оставляет желать лучшего. Управление AMC7135 производится при помощи ШИМ-сигнала, частотой 500 Гц. При отключении драйвера, микроконтроллер отключает AMC7135, обесточивает ИОН, и переходит в спящий режим "Power Down", потребляя менее 1 мкА . Устройство не требует какой-либо настройки и корректировки, и после сборки и прошивки начинает работать сразу. Чтобы можно было выбрать напряжение отключения драйвера "под себя", в конце статьи прилагается архив с прошивками под напряжения 3,1...3,6 Вольт с шагом 0,1В.

Развожу печатку, травлю, запаиваю, пишу софт в AVR Studio 5, прошиваю микроконтроллер. На этапе изготовления платы нужно просверлить отверстия, и соединить перемычками дорожки с обеих сторон платы. Я взял медную жилу от витой пары, залудил её, и сделал из неё перемычки.

Вот что из этого получилось. Печатку и набор прошивок можно скачать в конце статьи.

На одной стороне платы (двусторонняя диаметром 18 мм) разместились все управляющие мозги, на другой стороне платы расположился драйвер светодиода с полигоном из меди для должного охлаждения. Опционально на плату может быть установлена вторая микросхема-драйвер AMC7135 для увеличения максимального выходного тока с 350 мА до 700 мА. Небольшие размеры платы выбраны не случайно - необходимо было уместить драйвер на родное место в корпусе. Вот фотка для оценки размеров получившейся платки:

Родной контроллер управления давал на светодиод следующий ток в режимах:

1 режим, примерно 200 мА;
2 режим, примерно 60 мА;
3 режим, примерно 60 мА (мигающий).

Родной контроллер управляется по следующему алгоритму. При нажатии на кнопку выполнялся переход на следующий режим. 1 --> 2 --> 3 --> ВЫКЛ и так по циклу. Если нужный режим случайно пропустил, то придётся сидеть и "нащёлкивать" пока не дойдёшь до нужного режима. Также для выключения фонарика нужно "прощёлкать" все режимы. О быстром включении/отключении фонарика можно даже и не мечтать.

Моя плата контроллера с драйвером выдает следующие токи в разных режимах:

1 режим, 30 мА;
2 режим, 130 мА;
3 режим, 350 мА (будет использоваться кратковременно, так как в корпусе фонарика не предусмотрено должного охлаждения для светодиода).

Мой контроллер управляется по следующему алгоритму. Однократное (короткое) нажатие выполняет включение/отключение фонарика (с сохранением последнего выбранного режима). Длительное удерживание кнопки выполняет переключение режима на следующий. Таким образом, мы имеем возможность как быстро включать/отключать фонарик, так и менять режимы. Надоедливого и бесполезного режима "мигалки" теперь нету. При снижении напряжения аккумулятора до заданного в "прошивке" уровня, фонарик переходит на предыдущий режим. Тоесть если стоял режим 3, то сначала контроллер включит режим 2, затем фонарик поработает какое-то время, затем включится режим 1, фонарик поработает ещё какое-то время, и только потом он выключится. В интернете уже есть аналогичные конструкции, но они либо имеют управление при помощи разрыва цепи питания, что не всегда оправданно, либо у них не используется режим сна, а это очень важно!!

Итак, выкидываем старые мозги, а также убираем конденсатор, зачем-то подключенный параллельно кнопке. Наверно китайцы боролись с дребезгом контактов. У меня обработка дребезга будет программная, поэтому конденсатор больше не нужен.

Также достаём штатный светодиод, будем менять его на эффективный светодиод CREE XPG с тёплым свечением.

Готовим наш новый светодиод:

Собираем оптический блок:

Теперь встраиваем новую плату управляющего контроллера и драйвера светодиода:

Cобираем корпус:

Таким образом, на внешний вид не произошло никаких изменений, но внутри теперь всё как и должно быть. Контроль разряда аккумулятора, стабилизация тока, нормальное управление режимами, и "правильный" светодиод. В выключенном состоянии контроллер потребляет мало энергии, так как микроконтроллер переводится в режим сна.

Позже был установлен нормальный контроллер заряда аккумулятора на микросхеме MAX1508, а также родной китайский аккумулятор был заменён на внешний блок аккумуляторов, состоящий из 2 оригинальных банок Sanyo UR18650.

В активном режиме микроконтроллер ATtiny13A потребляет менее 500 мкА благодаря работе на тактовой частоте 128 кГц. Также в активном режиме добавляется потребление AMC7135, потребление внешнего ИОН, и потребление внутреннего АЦП микроконтроллера. Суммарный ток потребления в активном режиме зависит от используемого ИОН, и может составлять от 0,1 мА до 1 мА. Я применил ИОН REF3125, суммарное потребление схемы в рабочем режиме составило 0,5...0,8 мА.

ИОН REF3125 можно заменить на аналоги:

ADR381
CAT8900B250TBGT3
ISL21010CFH325Z-TK
ISL21070CIH325Z-TK
ISL21080CIH325Z-TK
ISL60002BIH325Z
MAX6002
MAX6025
MAX6035BAUR25
MAX6066
MAX6102
MAX6125
MCP1525-I/TT
REF2925
REF3025
REF3125
REF3325AIDB
TS6001

Прилагаю небольшое видео, демонстрирующее управление режимами. Видео снято давно, светодиод ещё тогда стоял родной, позже он был заменён на CREE XPG, также стоял родной аккумулятор. Лень было заново снимать видео. Также хочу предупредить, что не каждый программатор поддерживает прошивку микроконтроллеров на частоте 128 кГц. Для прошивки я использовал программатор "USBAsp" со включенной опцией "Slow SCK". Всем удачных самоделок!!

Внимание! Прошивка управляющего микроконтроллера была полностью переписана. Алгоритм работы программы стал более корректным, устранены некоторые недочёты в работе устройства. Ниже Вы сможете скачать пробную версию прошивки с ограничением по времени работы 10 минут. По истечении тестового времени, гаснет светодиод и блокируется управление. После переподключения аккумулятора, вновь получаем 10 минут тестового времени.

Полную версию прошивки можно приобрести .

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
МК AVR 8-бит	ATtiny13A	1	корпус SOIC 208 mil	В блокнот
Конденсатор	1 мкФ	1	не менее 1 мкФ	В блокнот
Резистор	4.7 кОм	2	или 3...10 кОм

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.

Посвящается всем тем, кто имеет аналогичные светодиодные фонари.
Типовая проблема последних - свинцовый (AGM) аккумулятор на 4 Вольта, который «неожиданно» перестает работать.
Недавно был обзор с решением аналогичной проблемы. .
Я пошел немного по другому пути, позже будет понятно почему.

Сначала немного о фонарях:

Бюджетные фонари имеющие приличные размеры и посредственные характеристики. Но их продолжают покупать и использовать. Фонарь содержит в себе множество сверхъярких светодиодов 3-5мм.

Включены светодиоды как правило параллельно, через токоограничивающие резисторы.

Сердцем фонаря является свинцовая (AGM) аккумуляторная батарея емкостью до 4.5Ач.

Положительным моментом можно считать неприхотливость аккумулятора. Возможность подзарядки в любое время и работа при отрицательных температурах. Последний момент в моей переделке не учитывается, поскольку эксплуатация фонаря при значительной отрицательной температуре не планируется.

Забегая вперед скажу, что времени на переделку фонаря потребовалось около 2х часов.

Вскрываем фонарь и извлекаем дохлую батарею:

Для начала произвел замер потребляемого тока при напряжении на батарее 3.84 В:

Последовательно светодиодам установлены резисторы для ограничения тока. Из за изменившегося напряжения фонаря можно было бы понизить сопротивления резисторов, но делать этого я не стал. Яркость упала незначительно, с этим можно смириться, да и хлопотно это по времени.
При напряжении 4.2В ток превышал 1 А. Это стало отправной точкой при решении проблемы. Использование кит набора дешевого повербанка отпадает из за неспособности последнего выдать необходимый ток.

Решение было на поверхности:
Два варианта плат, одна с защитой от переразряда, другая без защиты:

Немного о платах. Контроллер один из самых распространенных TP4056. Я использовал аналогичную плату . Документация на контроллер . Контроллер обеспечивает ток заряда до 1 Ампера, поэтому можно примерно рассчитать время заряда аккумуляторов.
Какую плату использовать в вашем фонаре зависит от типа применяемых элементов 18650. Если есть защита от переразряда, тогда ту что справа. Иначе можно возложить функцию защиты аккумулятора на плату с коей она замечательно справляется. Платы отличаются между собой наличием дополнительных деталей, таких как контроллер разряда DW01 и силовой ключ 8205(сдвоенный полевой транзистор) для отключения в нужный момент аккумулятора от нагрузки или защиты от перезаряда.

Места внутри много, можно установить хоть десяток аккумуляторов, но я для пробы обошелся одним.

Последний был извлечен из старой батареи ноутбука и протестирован на зарядном устройстве IMAX B6:

При токе разряда 1 Ампер, остаточная емкость 1400 мАч. Этого хватит примерно на час- полтора непрерывной работы фонаря.

Пробуем подключить аккумулятор к плате:

Провода к аккумулятору паять надо аккуратно, не перегревая последний. Если не уверены, то можно использовать холдер для аккумулятора.

Так же желательно соблюдать цветовую дифференциацию штанов использовать провода разного цвета для подключения питания.

Подключаем плату через кабель micro USB к блоку питания:

Загорелся красный светодиод, заряд пошел.

Теперь надо установить плату- контроллер заряда в фонарь. Специальных креплений не предусмотрено, поэтому делаем колхоз используя любимый всеми суперклей.

Склеить хоть раз пальцы святая обязанность каждого, кто пользовался .

Изготавливаем кронштейн из подходящей металлической пластинки (подойдет элемент из детского металлического конструктора).

Для того, что бы избежать замыкания используем изоляционный материал. Я применил кусочек термоусадочной трубки.

Закрепил плату предварительно подключив провода что шли ранее к свинцовому АКБ:

Снаружи выглядит так:

Видны мелкие дефекты по бокам от разъема. Исправляются следующим образом: ямка или щель засыпается пищевой содой и потом 1-2 капли суперклея. Клей схватывается мгновенно. Через 30 секунд можно надфилем обработать поверхность.
Аккумулятор внутри закрепляем любым доступным способом. Я применил герметик, кому то удобнее клеевой пистолет.
Отверстие разъема подзарядки будет позже закрыто резиновым колпачком.

Собираем и включаем:

Работает.
Upd: Если планируется подключение нескольких аккумуляторов параллельно, то перед соединением, во избежание порчи последних необходимо привести все аккумуляторы к единому ЭДС (по простому напряжение).

Выводы: Расходы по деньгам примерно 100 рублей и 2 часа времени. Аккумулятор в расчет не беру, использовал полудохлый с большим внутренним сопротивлением. Получаю рабочий фонарь. Описываемые мной процедуры не панацея, существуют и другие варианты доработки фонарей. Индикацию процесса зарядки/готовности выводить на корпус не стал. Свечение светодиодов синий/красный видно сквозь корпус.
Плата кстати может иметь любой разъем какой вам понравится mini или micro USB. Все зависит от наличия нужных кабелей. Кроме всего прочего у нас на руках остается блок питания для зарядки свинцового аккумулятора - можно будет с пользой пристроить куда нибудь.

Плюсы:
Рабочий фонарь, меньший вес (хотя это малозначительный факт). заряжать можно в любом доступном месте при наличии USB зарядки или компьютера.
Минусы:
Аккумулятор боится мороза, меньшая яркость (примерно на 10-15%) по отношению к заводскому варианту. В конце разряда яркость падает, заметно на глаз. Для решения этой проблемы можно поставить более емкий (или несколько) аккумулятор.

Нажать Класс

Рассказать ВК

Электрический фонарик относится как бы к дополнительному вспомогательному инструменту для проведения каких либо работ при наличии плохого освещения либо отсутствия освещения вообще. Каждый из нас выбирает тип фонарика по своему усмотрению:

налобный фонарик;
карманный фонарик;
фонарик на ручном генераторе

Схема простого фонарика

Электрическая схема простого фонарика \рис.1\ состоит из:

батареи элементов;
лампочки;
ключа \выключателя\.

Схема в своем исполнении простая и разъяснений на этот счет не требует. Причинами неисправности фонарика при такой схеме могут быть:

окисление контактных соединений с батарейками;
окисление контактов патрона лампочки;
окисление контактов самой лампочки;
неисправность ключа \выключателя света\;
неисправность самой лампочки \перегорела лампочка\;
отсутствие контактного соединения с проводом;
отсутствие питания батареек.

Другими причинами неисправности могут быть какие либо механические повреждения корпуса фонарика.

Схема аккумуляторного фонарика на светодиодах

фонарик налобный со светодиодами BL — 050 — 7C

Фонарик BL — 050 — 7C поступает в продажу со встроенным зарядным устройством, при подключении такого фонарика к внешнему источнику переменного напряжения — осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи.

Аккумуляторные батарейки, а точнее электрохимические аккумуляторы,- принцип зарядки таких элементов основан на использовании обратимых электрохимических систем. Вещества, образовавшиеся в процессе разряда аккумулятора, под воздействием электрического тока — способны восстанавливать свое первоначальное состояние. То есть подзарядили фонарик и можем дальше им пользоваться. Такие электрохимические аккумуляторы или отдельные элементы, могут состоять из определенного количества, — в зависимости от потребляемого напряжения:

количества лампочек;
типа лампочек.

Количество, комплект таких отдельных элементов фонарика, — представляют из себя батарею.

Электрическую схему фонарика \рис.2\ можно рассматривать как состоящей из простой лампочки накаливания так и из определенного количества светодиодных лампочек. Для любой схемы фонарика что именно важно? — Важно то, чтобы потребляемая энергия лампочками состоящими в электрической цепи — соответствовала выдаваемому напряжению источника питания \батареи, состоящей из отдельных элементов\.

Читаем схему соединений:

Резистор R1 сопротивлением — 510 кОм и номинальным значением мощности — 0,25 Вт в электрической цепи соединен параллельно, за счет данного большого сопротивления, напряжение на дальнейшем участке электрической цепи значительно теряется, а точнее, часть электрической энергии преобразовывается в тепловую энергию.

С резистора R2 \сопротивлением 300 Ом и номинальным значением мощности — 1 Вт\ ток поступает на светодиод VD2. Данный светодиод служит индикаторной лампочкой, показывающей подключение зарядного устройства фонарика к внешнему источнику переменного напряжения.

На анод диода VD1 ток поступает от конденсатора C1. Конденсатор в электрической цепи является сглаживающим фильтром, часть электрической энергии теряется при положительном полупериоде синусоидального напряжения, так как при данном полупериоде конденсатор заряжается.

При отрицательном полупериоде конденсатор разряжается и ток поступает на анод катода VD1. Внешнее падение напряжения для данной электрической цепи происходит при наличии в электрической схеме — двух резисторов и лампочки. Так же, можно учесть, что при переходе тока от анода к катоду — в диоде VD1 — так же существует свой потенциальный барьер. То есть диоду тоже свойственно в какой то степени подвергаться нагреванию, при котором происходит внешнее падение напряжения.

На батарею GB1 состоящей из трех элементов, от зарядного устройства \при подключении фонарика к внешнему источнику переменного напряжения\ поступает ток двух потенциалов \+ -\. В батарее происходит восстановление электрохимического состава батареи — в свое первоначальное состояние.

Следующая схема \рис.3\ которая встречается в светодиодных фонариках, состоит из следующих элементов электроники:

двух резисторов \R1; R2\;
диодного моста состоящего из четырех диодов;
конденсатора;
диода;
светодиода;
ключа;
батареи;
лампочки.

Для данной схемы, внешнее падение напряжения происходит за счет всех состоящих элементов электроники — соединенных в этой цепи. Одна диагональ диодного моста мостовой схемы подключается к внешнему источнику переменного напряжения, другая диагональ диодного моста соединена с нагрузкой — состоящей из определенного количества светоизлучающих диодов.

Все подробные описания по замене элементов электроники при проведении ремонта фонарика, а так же проведение диагностики данных элементов — Вы сможете найти в этом сайте, где приведены подобные темы в которых усматривается ремонт бытовой техники.

Как отремонтировать светодиодный фонарик

По своей работе приходится иногда пользоваться налобным фонариком. Примерно через полгода после приобретения аккумуляторная батарея фонарика перестала заряжаться после его включения на подзарядку через сетевой шнур.

При установлении причины поломки налобного фонарика, ремонт сопровождался фотоснимками, чтобы изложить данную тему в наглядном примере.

Причина неисправности была в начале не ясна, так как при включении фонарика на подзарядку — сигнальная лампочка при этом загоралась и сам фонарик при нажатии кнопки выключателя — излучал слабый свет. Так в чем же может быть причина такой неисправности? В неисправности аккумуляторной батареи или в какой либо другой причине?

Необходимо было вскрыть корпус фонарика для его осмотра. На фотоснимках \фото №1\ наконечником отвертки указаны места скрепления \соединения\ корпуса.

Если корпус фонарика не поддается вскрытию, нужно внимательно осмотреть — все ли вывернуты шурупы.

На фотоснимке №2 показан понижающий преобразователь как по напряжению так и по силе тока.

В схеме не следует искать причину неисправности, так как при подключении к внешнему источнику — сигнальная лампочка светится \фото №2 красная светодиодная лампочка\. Проверяем дальше соединения.

Перед нами на фотоснимке \фото №3\ изображен выключатель света светодиодного фонарика. Контакты кнопочного поста выключателя представляют из себя устройство двойного выключателя света, где для данного примера загораются:

шесть светодиодных ламп,
двенадцать светодиодных ламп

фонарика. Два контакта выключателя как мы видим, замкнуты накоротко и к данным контактам припаян общий провод. К двум следующим контактам выключателя припаяны два провода — по отдельности, от которых поступает ток на освещение:

шести ламп;
двенадцати ламп.

Контакты выключателя света \при переключении\ достаточно проверить пробником как это показано на фотоснимке №4. К общему контакту \два короткозамкнутых контакта\ прикасаемся пальцем руки и к другим двум контактам поочередно соприкасаемся пробником.

При исправности выключателя, светодиодная лампочка пробника загорается \фото №4\. Выключатель света исправный, проводим дальше диагностику.

Сетевой шнур здесь также можно проверить пробником \фото №5\. Для этого, пальцем руки нужно замкнуть штырьки штепсельной вилки накоротко и поочередно к первому и ко второму контакту разъема кабеля подсоединить пробник. Загорание лампочки пробника будет указывать на отсутствие разрыва в проводе сетевого шнура.

Сетевой шнур для подзарядки аккумуляторной батареи исправен, проводим дальше диагностику. Необходимо также проверить аккумуляторную батарею фонарика.

На увеличенном изображении аккумуляторной батареи \фото №6\ видно, что для ее подзарядки поступает постоянное напряжение — 4 Вольт. Сила тока данного напряжения составляет — 0,9 ампер\час. Проверяем аккумуляторную батарею.

Прибор мультиметр в этом примере устанавливается в диапазон измерения постоянного напряжения от 2 до 20 Вольт, чтобы измеряемое напряжение соответствовало установленному диапазону.

Как мы видим, дисплей прибора показывает постоянное напряжение батареи — 4,3 Вольт. Фактически, данный показатель должен принимать большее значение, — то есть здесь недостаточное напряжение для питания светодиодных ламп. В светодиодных лампах учитывается потенциальный барьер для каждой такой лампы, — как нам известно из электротехники. Следовательно, батарея не получает необходимое напряжение при подзарядке.

А вот и вся причина неисправности \фото №8\. Данная причина неисправности была установлена не сразу, — в разрыве контактного соединения провода с аккумуляторной батареей.

Что здесь можно отметить:

Провода в данной схеме ненадежные для паяния, так как тонкое сечение провода не позволяет надежно крепиться в месте припаивания.

Но и такая причина поломки устранима, проводка была заменена на более надежное сечение и светодиодный фонарик в настоящее время действующий, работает безотказно.

Изложенную тему считаю незаконченной, будут приводиться в примерах для Вас, — ремонты других типов фонариков.

На этом пока все.

Твитнуть

Рассказать ВК

Нажать Класс

Я бы назвал это «Записки хренового электрика»! Автор элементарно не понимает, как работает схема, её элементы, путает понятия. На примере работы схемы по рис. 2: R1 служит для разряда конденсатора C1 после отключения фонарика от сети в целях безопасности. Никакого «теряния» напряжения «на дальнейшем участке» нет, пусть Автор подключит вольтметр и посмотрит на него, чтобы убедиться в этом. Резистор R2 служит ограничителем тока. Светодиод VD2 служит не только индикатором, но и подаёт положительный потенциал на + аккумулятора.
Конденсатор C1 в данной схеме является гасящим (а не сглаживающим фильтром), вот на нём то и гасится избыток переменного напряжения.
Про потенциальный барьер тоже такого наворотил — читать смешно. А ток «ток двух потенциалов»?! Согласно классической физике, ток течёт от положительного потенциала к отрицательному, а электроны движутся наоборот.
Автор в школе то учился?
И такое у него — везде. Грустно. А ведь кто-то принимает его «откровения» за чистую монету.

Здравствуйте, povaga! У меня перестал заряжаться фонарь «Облик 2077» на одном светодиоде. Схемы не могу найти, но примерно как на рисунке №3. Отличие: нет конденсатора С2, диода VD5, к выключателю SA1 припаяны два резистора и плата на три контакта. Замерил напряжение после моста — 2 вольта, аккумулятор на 4 вольта, как он может заряжаться? Помогите, пожалуйста, со схемой работы и электрической схемой. Заранее благодарен, с уважением, Долдин.