Схема электронного выключателя для фонарика
Делаем современный фонарик
Андрей Шарый, с.Кувечичи,
Черниговская область, Украина.
E-mail andrij_s (at) mail.ru
Прогресс подарил нам новый источник света — светодиоды белого цвета свечения. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными лампами накаливания и газоразрядными трубками: большой ресурс порядка 100000 часов, высокая экономичность, высокая прочность и невосприимчивость к вибрациям и ударам. Но все эти преимущества могут быть реализованы только при правильной организации электропитания. Светодиод в отличии от лампы накаливания имеет очень нелинейную вольт-амперную характеристику. При незначительном возрастании напряжения питания свыше 3,6-3,7 В ток потребления резко возрастает и может легко достигнуть опасных пределов. Идеальным режимом эксплуатации светодиода есть питание его постоянным стабилизированным током. Но часто, особенно в дешевых фонарях, светодиоды подключают к батарее или аккумулятору непосредственно, даже без токоограничивающего резистора, что приводит к завышенному току (а значит резкой деградации светодиода) пока батарея свежая и резкому снижению светоотдачи при даже незначительном разряде. Иногда можно встретить вариант с включенным последовательно со светодиом токоограничивающим резистором, но и этот вариант не обеспечивает надлежащую стабилизацию рабочего режима, хотя и предотвращает преждевременный выход из строя светодиода. Кроме того, на резисторе рассеивается значительное количество тепла, что резко снижает КПД фонаря. В фирменных (дорогих) фонариках можно встретить схемы стабилизации тока на специализированных микросхемах, что недоступно для повторения простому смертному радиолюбителю.
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 30 o 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 света — 140 мА, 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.
Схема электронного выключателя для фонарика
Выключатель предназначен для управления осветительными приборами при помощи квазисенсорной кнопки. Принципиальная схема показана на рисунке 1. Роль выключателя выполняется симистор VS1, в отличие от стандартной схемы управления симистором, в данном случает используется импульсное управление, достоинство которого состоит в том, что существует полная развязка по постоянному напряжению между симистором и схемой управления, нет никакой разницы каким образом подключено питание системы управления и не имеет значения полярность сигнала управления.
Практически, в основе системы управления лежит мультивибратор на элементах D2.1 и D2.2, который вырабатывает прямоугольные импульсы, по скважности близкой к 2. Эти импульсы поступают на импульсный усилитель, выполненный на двух оставшихся элементах микросхемы D2, включенных параллельно. С выхода этого усилителя импульсы через разделительный конденсатор С5 поступают на управляющий электрод симистора.
Частота импульсов достаточно высока — около 1 кГц. В результате независимо от того в какой фазе находится сетевое напряжение, частота которого значительно меньше частоты управления (50 Гц), тиристор всегда поддерживается в открытом состоянии, обеспечивая постоянное включение освещения.
Сам мультивибратор управляется при помощи двух триггеров — D1.1 служит для подавления дребезга контактов квазисенсорной кнопки S1, a D1.2 включен по схеме делителя на 2 и каждое нажатие и отпускание кнопки вызывает его изменение на противоположное.
Для того, чтобы после включения питания схема автоматически устанавливалась в положение «включено» служит конденсатор С1, зарядный ток которого устанавливает триггер в единичное состояние. Если требуется чтобы включения питания схема автоматически устанавливалась в положение «выключено» нужно подключение выводов 8 и 10 триггера D1.2 поменять местами (выв. 8 на общий провод, а выв. 10 на C1R3).
Питается схема управления от бестрансформаторного источника, выпрямитель-стабилизатор которого выполнен на диоде VD1 и стабилитроне VD2, роль гасящего сопротивления выполняет конденсатор С4.
Второй вариант (рисунок 2) отличается тем, что позволяет управлять освещением не только при помощи квазисенсорных кнопок но и дистанционно, при помощи обычного пульта дистанционного управления от телевизоров типа 3-УСЦТ.
Рисунок 2 
Роль узла управления, в данном случае, выполняет микросхема К1506ХЛ2 — контроллер дистанционного управления телевизоров типа 3-УСЦТ. В этой конструкции микросхема включена по упрощенной схеме, поскольку из всего набора её функций используется только функция выключателя питания телевизора.
Как известно, на выводе 19 микросхемы, который используется для управления выключателем телевизора, имеется триггер, устойчивое состояние которого можно изменять двумя способами, подавая сигнал от пульта дистанционного управления или принудительно, смещая его уровень подавая на этот вывод единичный (если нужен единичный уровень) или нулевой (если нужен нулевой). Такое управление выполняется кнопками S1 и S2. При нажатии S1 на вывод 19 поступает единичный уровень, и после отпускания этой кнопки на этом выводе остается единичный уровень, а при нажатии на S2 — нулевой.
При управлении с пульта, инфракрасный сигнал поступает на фотоприемник U1, и далее кодовая последовательность поступает на последовательный порт микросхемы D1. Для включения лампы Н1 нужно на пульте нажать кнопку любого номера программы, а для выключения — ту кнопку, при помощи которой выключается питание телевизора. Пульт может быть от телевизоров 3-УСЦТ или 4-УСЦТ. От 5-УСЦТ и выше не подойдет.
Сигнал управления поступает на вход элемента D2.1 и либо блокирует мультивибратор, либо запускает его. Затем импульсы поступают на усилитель на элементах D2.3 и D2.4 и далее через конденсатор С5 на управляющий электрод симистора VS1, либо импульсы не поступают, если мультивибратор заблокирован, и симистор не открывается.
В качестве фотоприемника U1 можно использовать любой готовый, из имеющихся в продаже от телевизоров 3-УСЦТ или 4-УСЦТ, например ПИ-45, ФП-1 и др., или самодельный, выдающий отрицательные импульсы на выходе.
Настройка правильно собранных схем из исправных деталей не требуется.
Ремонт китайского фонарика на светодиодах своими руками
Привет! Сегодня посмотрим как провести ремонт китайского фонарика на светодиодах дома своими руками. Затратим при этом минимум средств семейного бюджета. А Вы знали, что первый электрический фонарик был совсем не китайский. Изобрел его в 1896 году американец Дэвид Майзелл. Он запатентовал электрический фонарь, корпус которого был выполнен из дерева с ручкой для ношения. К этому времени уже была изобретена цинковая батарейка и лампа накаливания, так что фонарь был вопросом времени. Сегодня популярный китайский фонарик на светодиодах PM-0107 можно купить буквально за пару сотен рублей. Это уже будет фонарик со встроенной зарядкой от сети 220 вольт. Сегодня посмотрим как починить частые поломки такого китайского фонарика дома своими руками. Предыстория от Мастера Сергея такая: хозяин фонарика включил его на зарядку и случайно задел выключатель фонаря.
Неисправность фонарика
Фонарик вспыхнул и погас. При этом удалось выломать часть вилки для зарядки его от сети. Ну что ж, посмотрим как починить такое чудо китайской промышленности. Разбирается такой фонарик очень легко – нужно открутить три самореза и раздвинуть две половины пластикового корпуса фонаря.
Внутри видим аккумуляторную батарею, плату семью светодиодами и отражателем. Есть переключатель режима работы фонаря и плату зарядки аккумулятора с подсоединенной вилкой для сети 220 вольт. Чтобы удобнее было ремонтировать наш простейший китайский фонарик разбираем его основательно, вытащив все элементы на стол.
Особое внимание нужно уделить плате зарядки аккумулятора от сети – проверить состояние выпрямительных диодов, индикаторного зеленого светодиода и высоковольтного конденсатора. Не помешает проверить работу кнопки переключения режимов фонаря.
Основательно проверяем светодиоды на круглой плате.
Четыре светодиода оказались сгоревшие
– похоже при броске питания их замкнуло. Меняем их на подходящие по размеру и светимости из старых запасов или купленных в магазине .
Припаиваем провода на место и проверяем в сборе схему питания светодиодов .
Ремонт выломанной вилки зарядки от сети для нашего фонарика можно выполнить несколькими способами – например можно купить вилку отдельно и приспособить по месту или аккуратно просверлить штырь вилки с пластиком и вставить туда скрепку, посадив все это дело на клей или залить эпоксидной смолой .
Сборку нашего китайского девайса делаем в обратном порядке. Теперь радуемся тому, что провели ремонт китайского фонарика своими руками сами. Если фонарик починить не удалось, то можно задуматься о приобретении нового простого или навороченного фонарика .
Для Вас старались Мастер Пайки и Мастер Сергей.
AMC7135 или реанимация печально известного фонарика.
Не так давно я выкладывал обзор одного небольшого фонарика.
В том обзоре я описал проблему данного фонаря, в частности неправильный и негодный драйвер.
Как я вышел из этой ситуации, читайте под катом, будет не сильно длинно, но думаю, что полезно.
Сначала я думал прицепить последовательно со светодиодом резистор, как в обзоре одного из уважаемых муськовчан (обзор был уже после заказа мною данных микросхем), но решил сделать правильно, так как резистор только защищает от перегрузки по току, но остается проблема зависимости яркости от напряжения батареи. В результате получаем ярко светящий фонарик в начале разряда и нормально в конце, либо нормально в начале и тускло в конце, а с учетом того, что КПД обоих вариантов почти одинаков, то меня такое ну никак не устраивало.
В общем решил я заказать довольно популярные микросхемы стабилизатора тока светодиода (можно сказать драйвер светодиода) AMC7135, микросхема существует в двух вариантах, 300-340мА и 340-380мА.
У продавца был первый вариант.
Выслал продавец заказ на следующий день, но шел он больше 40 дней 🙁
Фото конверта не будет, так как микросхема в заказе была не одна (будут еще обзоры).
Внутри конверта были одинаковые пакетики, в одном из них и лежали заказанные AMC7135.
В заказе было 10 микросхем, 10 и пришло.
Особо по этим микросхемам расписывать нечего.
Скажу лишь, что для микросхемы требуется минимум обвязки. Из дополнительных компонентов желательно установить пару керамических конденсаторов, что бы не было самовозбуждения микросхемы, особенно если к светодиоду идет длинные провода. В даташите есть вся необходимая информация об этом, если надо, объясню.
А переделывать мы будем вот этот фонарик, он долго валялся на столе, в ожидании микросхем, вот дождался 🙂
Собственно печально известный драйвер, изначально он наверное был хорош для питания от одного 1.2 Вольта аккумулятора или пальчиковой батарейки, но категорически не подходит для питания от литиевого аккумулятора.
А это собственно то, что потребуется для переделки (ну правда еще паяльник, припой и прямые руки).
Дальше я сдул феном все, что было на плате драйвера. Выбрасывать детали не стал, от старого драйвера остался маленький дроссель и диод Шоттки, они могут пригодится где нибудь.
Дальше с помощью паяльника, припоя и пары проволочек я собрал все это дело в кучку используя контактные площадки платы.
Расписывать, что и куда, думаю нецелесообразно, так как платы бывают разные и соответственно делать надо по разному.
Дальше, используя ручку отвертки, запрессовал платку обратно в родную алюминиевую обойму.
Ура, оно работает 🙂
По ощущениям, светить стал ненамного слабее, нагрева нет, работает просто отлично.
Ток стабилизации 330мА, вполне входит в задекларированный диапазон.
На этом этапе уже можно было сказать — Бинго, я его сделал, все круто.
Ан нет, все ни разу не круто.
На фото ниже можно наблюдать, сколько микросхем я испортил в процессе переделки.
Да, у меня в итоге стоит четвертая микросхема.
Как я выяснил в процессе работы, данные микросхемы (я имею ввиду микросхемы конкретного продавца) ОЧЕНЬ боятся перегрева во время пайки.
Сначала я запаял первую микруху, но мне показалось, что она дает КЗ по плате (плата то не для этой микрухи), я ее сдул феном, запаял заново. После подачи питания светодиод еле вспыхивал на долю секунды и погасал.
Я подумал, что попалась просто плохая микруха. Запаял вторую, проверил, работает, но на вид она была плохо припаяна, чуть прогрел паяльником, включаю, уже не работает.
С третьей не помню уже что было, но она присоединилась к первым двум.
Четвертую я паял уже как сапёр, результат на фотках выше. Все работает.
Сделал фотки низа микрухи, видно, что теплоотводящий контакт стоит кривовато, видно голую медь.
При этом, сверху микросхема как микросхема.
Резюме.
Ну что я могу сказать, в принципе результат был достигнут, фонарь работает, но ценой трех сгоревших микросхем. Я думаю, что микрухи скорее всего отбраковка, хотя с другими позициями в заказе, таких проблем не было.
Как Вы понимаете, опыт пайки у меня большой, и электронные компоненты обычно спокойно выдерживают сдувание феном и новую запайку на плату. Ну основное количество компонентов, эксклюзивы, которые боятся нагрева или наоборот, рассчитанные для работы при 300 градусах мы в расчет брать не будет.
Но светит сейчас фонарик очень хорошо, я бы даже сказал, что отлично, домашним очень понравилось, надо ему теперь аккумулятор хороший.
В общем я бы больше у этого продавца не покупал, лучше попробуйте у кого нибудь другого.
