В большинстве простейших зарядных устройств для никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, применяемых, например, в карманных фонарях, не предусмотрено автоматическое прекращение зарядки. Сигнализирующий о её ходе светодиод зачастую продолжает светиться (иногда с пониженной яркостью) и после того, как батарея зарядилась полностью. Так, существует опасность выхода из строя некоторых элементов включённого в сеть зарядного устройства при нарушении контакта в цепи заряжаемой батареи.
Предлагаемое устройство, схема которого изображена на рисунке, за счёт незначительного усложнения лишено этих недостатков. Зарядка автоматически прекращается по достижении напряжением на аккумуляторной батарее заданного значения.
Ток зарядки зависит от ёмкости «гасящего» конденсатора С1. Применение двухполупериодного выпрямителя (диодного моста VD1-VD4) позволило вдвое уменьшить ёмкость этого конденсатора по сравнению с требующейся при однополупериодном выпрямителе. Это даёт возможность использовать конденсатор меньших размеров Пока тринистор VS1 закрыт, выпрямленный ток течёт через светодиод HL1 и заряжает батарею GB1. Свечение светодиода сигнализирует об идущей зарядке.
Напряжение открывания тринистора VS1 зависит от номиналов резисторов R4 и R5. Как только оно будет достигнуто, тринистор откроется, падение напряжения на нём станет меньше напряжения батареи. Светодиод HL1 окажется включённым в обратной полярности. Весь выпрямленный ток потечёт теперь через тринистор, а не через светодиод и батарею. Зарядка прекратится, а светодиод погаснет.
Благодаря конденсатору С2 ток через тринистор не спадает до нуля по окончании каждого полупериода сетевого напряжения, что могло бы привести к закрыванию тринистора. Он остаётся открытым до отключения устройства от сети. Тринистор откроется и при случайном или преднамеренном отключении аккумуляторной батареи, не давая напряжению на конденсаторе С2 превысить допустимое значение и этим защищая его и диоды VD1 -VD4 от пробоя.
Для налаживания устройства устанавливают в него временно вместо постоянного резистора R4 переменный сопротивлением 100 кОм и подключают частично заряженную батарею из трёх никель-кадмиевых аккумуляторов, последовательно с которой соединён переменный резистор сопротивлением 100…200 Ом. Батарея включается на зарядку, причём суммарное напряжение на.ней и последовательном переменном резисторе его движком устанавливают равным 4,3…4,4 В, что соответствует рекомендованному в статье
Медленно уменьшая сопротивление переменного резистора, заменившего R4, добиваются выключения светодиода HL1. Переменный резистор выпаивают, измеряют его сопротивление и заменяют постоянным ближайшего номинала. Далее устанавливают на минимум движок переменного резистора, включённого последовательно с батареей, и вновь начинают зарядку. Постепенно увеличивая сопротивление этого резистора, убеждаются, что светодиод погаснет, а зарядка прекратится при том же напряжении на батарее и резисторе, что и в первом случае. Теперь можно, исключив переменный резистор, подключить батарею непосредственно к зарядному устройству.
Конденсатор С1 должен быть рассчитан на работу при переменном напряжении частотой 50 Гц не менее 250 В. Учтите, что на конденсаторах, как правило, указано допустимое постоянное напряжение. Оно должно быть не менее 630 В. Ёмкость конденсатора выбирают из расчёта 0,1 мкФ на каждые 6 мА зарядного тока (при напряжении в сети 220 В). Диоды и тринистор могут быть любыми, выдерживающими с некоторым запасом зарядный ток аккумулятора и напряжение полностью заряженной батареи, желательно малогабаритными.
Тринистор КУ103А можно заменить более современным и имеющим меньший ток управления, например КУ112А. Если наблюдаются его ложные включения под воздействием помех, между выводами катода и анода тринистора рекомендуется подключить керамический или плёночный конденсатор ёмкостью 0,01…0,1 мкФ.
Автор использовал описанное устройство для зарядки установленной в карманном фонаре батареи аккумуляторов неизвестного типа, по внешнему виду и размерам похожих на аккумуляторы Д-0,26. Монтируя и налаживая зарядное устройство, следует помнить, что все его элементы находятся под сетевым напряжением.
В жизни каждого человека бывают моменты, когда необходимо наличие освещения, а электричества нет. Это может быть и банальное отключение электроэнергии, и необходимость ремонта проводки в доме, а возможно, и лесной поход или что-либо подобное.
И, конечно же, все знают, что в таком случае выручит только электрический фонарик – компактное и в то же время функциональное устройство. Сейчас на рынке электротехники множество различных видов данного товара. Это и обычные фонари с лампами накаливания, и светодиодные, с аккумуляторами и батарейками. Да и фирм, производящих эти приборы, великое множество – «Дик», «Люкс», «Космос» и т. п.
А вот каков принцип его работы, задумываются не многие. А между тем, зная устройство и схему электрического фонарика, можно при необходимости его починить или вообще собрать собственными руками. Вот в этом вопросе и попробуем разобраться.
Простейшие фонари
Так как фонарики бывают разные, то имеет смысл начать с самого простого – с батарейкой и лампой накаливания, а также рассмотреть его возможные неисправности. Схема подобного прибора элементарна.
По сути, в нем нет ничего, кроме батарейки, кнопки включения и лампочки. А потому и проблем с ним особых не бывает. Вот несколько возможных мелких неприятностей, которые могут повлечь за собой отказ такого фонаря:
- Окисление любого из контактов. Это могут быть контакты выключателя, лампочки или батареи. Нужно просто почистить эти элементы схемы, и приборчик снова заработает.
- Полный разряд батареек – замена элементов питания на новые (либо зарядка, если они аккумуляторные).
- Отсутствие контакта или перелом провода. Если фонарик уже не новый, в таком случае есть смысл поменять все провода. Сделать это совершенно не сложно.
Сгорание лампы накаливания – тут все просто, замена светового элемента решит эту проблему.
Так какой же фонарь выбрать?
Конечно, фонарики могут быть различными и по потребляемому напряжению (от 1.5 до 12 В), и с различными выключателями (сенсорный или механический), с наличием звукового оповещения о разряде батареи. Это может быть оригинал или его аналоги. Да и не всегда можно определить, что же за прибор перед глазами. Ведь пока он не выйдет из строя и не начнется его ремонт, нельзя увидеть, какая в нем стоит микросхема или транзистор. Наверное, лучше выбирать тот, который нравится, а возможные проблемы решать уже по мере поступления.
Вступление: Давным давно, когда налобных светодиодных фонарей в России не было вовсе, а пецль тикка еще не появился — появились первые опыты подземного хождения на белых светодиодах… Когда появился пецль тикка — встал вопрос о том, как сделать фонарь лучше и дешевле, т.к. у тикки кроме размеров все остальное — был один большой недостаток…
Вот тогда и был сделан данный фонарь, разница только в том, что сейчас он пережил реинкарнацию и в нем заменили светодиодный модуль с 6 Nichia NSPW500BS на 1 Cree XR-E Q5 + некоторые вынужденные доработки. Таким образом корпус фонаря прожил 7 лет эксплуатации, включая спелестологию и спелеологию, дигг, дозор и даже снорклинг в море… О недостаткая и конструктивных доработках накоплен опыт, который и будет предъявлен в данном тексте.
Несмотря на: несмотря на то, что некоторые конструктивные элементы должны быть реализованы по другому — и более того, есть опыт их правильной реализации — на фотографиях они в основном отсудствуют, т.к. данный фонарь был переделан за 1 час, а нет более постоянного чем временное — и временному уже 1 год.
Корпус и внешний вид: Еще раз напоминаю — корпусу 7 лет эксплуатации:
За основу взят корпус фонаря «Альтурс Мини» с той лишь разницей, что пришлось сильно укоротить его фонарную часть, т.к. изначально он расчитан на лампу и имеет достаточно глубокий отражатель. Для этого надо воспользоваться строительным ножом и срезать пластиковую резьбу, предварительно отпилив «хобот» на нужную глубину. Из плюсов корпуса является: нормальное толстое стекло, нормальный пластик, регулировка по углу наклона, батарейный отсек на затылке. Минус — длинный нос мы устранили. Еще замечен небольшой минус штатной стропы-резинки, которая имеет обыкновение растягиваться и проползать через фиксаторы — я поступил проще, штатный фиксатор спилил (уменьшив рычаг), и просто пришил стропу. Однако регулировка осталась — т.е. стропу можно регулировать в фиксаторах на батарейном отсеке. Для крепежа провода вдоль стропы используется пластиковая фурнитура, штатные держатели оказались не очень удобными, т.к. расчитаны на один толстый провод. Пенка с обратной стороны штатная и достаточно удобна.
О проводах: это очень ответственная часть фонаря. Раньше я применял МГТФ — отличный износостойкий провод в фторопластовой изоляции, многожильный и гибкий. Я настоятельно рекомендую использовать его (или лучше). Для того, чтобы два провода «не гуляли» и не разъезжались необходимо через каждые 4 см сделать термоусадочное кольцо шириной 0,5-0,8см, чтобы подогнать провода к друг другу. В середине провод крепился фурнитурой к стропе. Делать цельный термоусадочный и единый провод считаю не нужным — т.к. сложен в ремонте, а также не имеет смысла — фторопластовый провод достаточно сложно повредить (из опыта — провод шел по краю каски в спелео экспедиции — без нареканий и последующей замены). На фотографии применены многожильные провода от старого блока питания ПК — просто потому, что на момент модернизации МГТФ кончился . Однако год они прослужили.
Обратите внимание — провод закручен вокруг фиксатора стропы — просто рекомендую… В самой головной части расположен такой пирог: радиатор-термопаста-радиатор-термопаста-светодиод-изолятор-отражатель Т.к. отражатель металлический — чтобы не коротнуть неудобно расположенные клеммы на светодиоде необходимо применить изолятор (пластиковая шайба, пропитанная бумага или прочее). Термопасту можно заменить на термоклей — тогда можно не применять винты крепления — это на ваше усмотрение. Особая часть: радиатор должен выходить из корпуса наружу. Радиатор был сделан также из аллюминиевых пластин старого блока питания к ПК. В корупсе фонарной части были проплавлены четыре отверстия — два сбоку, еще два в задней стенке — через которые пластины выведены наружу и загнуты, чтобы не мешались. Возможны другие вариации на тему, например хороший медный радиатор сзади фонарной части, как это часто делается в покупных версиях. Можно применить термотрубки… Место для фантазии много. Мой пример показывает лишь то, что можно сделать своими руками из того что есть под рукой.Если снять защитное стекло и крышку, а также отражатель — то мы легко доберемся до самого диода. Центровкой диода я особенно напрягаться не стал, т.к. применен отражатель, т.е нет разницы — +/-5 мм в сторону. Вид конечно негламурный… С другой стороны за 7 лет… Если есть желание — то можно очистить от лишней термопасты все элементы, отцентровать светодиод… Вместо резьбы применена клейкая пленка. Обычно защитный колпак (который придерживает защитное стекло) я приклеивал на клей: секунда+праймер для ABS пластика — держалось очень хорошо. Но в данной версии фонаря мне нужна была возможность оперативной съемки/установки отражателя. Пленка просто позволяет зафиксировать защитный колпак — не более того.
Совет: провода внутри фонарного блока завязать в узел, чтобы при резких рывках не было нагрузки на пайку. Если место не позволяет — то вам остается надеяться только на виток провода на фиксаторе стропы.
С помощью сверла делаем отверстие на дне батарейного отсека — туда вставляем кнопку. Предварительно припаеваем ее, а уже потом вклеиваем (или вкручиваем) — зависит от конструкции кнопки. Раньше там стоял отличный советский тумблер МТ-1, но тогда в батарейном отсеке не остается место для 4хАА батареек. На момент переделки мне нужно было использовать именно такое количество батареек. Если вам удасться найти хороший драйвер для питания от 3хАА или 1хLiON — то места в отсеке хватит на МТ-1 точно… Также нужно обратить внимание опять на провода — в моем случае сделано неправильно: выход проводов из корпуса батарейного отсека должен быть обязательно дополнительно защищен — простое решение — термоусадка в два слоя — один слой шириной см 3-4, второй поверх первой шириной см 2-3 — расположить в том месте где провод трется о края корпуса. Как показала практика — незащищенный провод перетирается примерно за 6-9 мес плотной эксплуатации. В правильном случае — в двойном тероусадочном узлу хорошо предохраняется провод от перетирания о корпус, а в одинарном востанавливается гибкость конструкции — что уменьшает вероятность повреждения провода от сгиба вместе выхода его из толстого слоя термоусадки, если бы мы применили один, но толствый слой термоусадки. Виды батарейного отсека. Адаптер для аккумуляторов или батареек продается в магазинах и стоит около 30-40руб. В месте появления изоленты — должна быть термоусадка, но нужно было уже выходить — и лепилось на скорую руку… Основной момент тутпожалуй один — выход провода из батарейного адаптера — провод перетирается у металлического кольца на блоке — решение старое и простое — термоусадка в один слой.. Внутри у самой стенки вы можете видеть стабилизатор под которым стоит кнопка.
Я не хочу касаться проблем стабилизатора — т.к. это обсуждается в соседних ветках форума. Хочу лишь заметить, что в данный момент я использую линейный стабилизатор на 5 режимов: турбо-норм-минимум-стробоскоп-сос, а в качестве элементов питания 4х Ni-NH аккумулятора емкостью 2500-2600мАч.
В дополнение ко всему хочется сказать, что отражатель желательно подбирать как можно менее глубокий — это позволит создать широкий пучок света, но тем не менее с фокусом в середине… Мне такой свет очень нравится — т.к. я вижу все перед собой, а также в даль за счет фокуса… Если нужен острый луч — то соответственно наоборот
PS. В результате мы получаем фонарь на светодиоде Cree Q5, с 5 режимами работы. Избыточным по яркости для спелестопещер турборежимом (в основном применяется для других целей), и практичными режимами «норм» и «мин» света.
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
Фонарик на светодиодах
Этот вид фонарей отличается более мощным световым потоком и при этом потребляет очень мало энергии, а значит, и элементы питания в нем прослужат дольше. Все дело в конструкции световых элементов – в светодиодах отсутствует нить накаливания, они не расходуют энергию на нагрев, ввиду этого коэффициент полезного действия таких приборов выше на 80–85%. Также велика роль дополнительного оборудования в виде преобразователя с участием транзистора, резистора и высокочастотного трансформатора.
Если аккумулятор фонарика встроенный, то с ним в комплекте обязательно идет и зарядное устройство.
Схема подобного фонаря состоит из одного или нескольких светодиодов, преобразователя напряжения, выключателя и элемента питания. В более ранних моделях фонариков количество потребления энергии светодиодами должно было соответствовать вырабатываемому источником.
Сейчас эта проблема решена при помощи преобразователя напряжения (его также называют умножителем). Собственно, он-то и является главной деталью, которую содержит электрическая схема фонарика.
При желании сделать такой прибор своими руками особых сложностей не возникнет. Транзистор, резистор и диоды – не проблема. Самым непростым моментом будет намотка высокочастотного трансформатора на ферритовом кольце, который называется блокинг-генератор.
Но и с этим можно справиться, взяв подобное колечко из неисправного электронного пускорегулирующего аппарата энергосберегающей лампы. Хотя, конечно, если не хочется возиться или нет времени, то в продаже можно найти высокоэффективные преобразователи, такие как 8115. С их помощью, при применении транзистора и резистора, и стало возможным изготовление светодиодного фонарика на одной батарейке.
Сама же схема светодиодного фонаря подобна простейшему прибору, и на ней останавливаться не стоит, т. к. собрать ее способен даже ребенок.
Кстати, при применении в схеме преобразователя напряжения на старом, простейшем фонаре, работающем от квадратной батареи в 4.5 вольт, которую сейчас уже не купить, можно будет спокойно ставить элемент питания в 1.5 вольт, т. е. обычную «пальчиковую» или «мизинчиковую» батарею. Никакой потери в световом потоке наблюдаться не будет. Основная задача при этом – иметь хотя бы малейшее представление о радиотехнике, буквально на уровне знания, что такое транзистор, а также уметь держать в руках паяльник.
Собираем мощный светодиодный фонарик
Подготовка светодиода с линзами
Берем пластиковый колпак с линзами, и размечаем окружность радиатора. Он нужен для охлаждения светодиода. На алюминиевой пластине размечаем посадочные пазы, отверстия и вырезаем радиатор по разметке. Это можно сделать, например, при помощи бормашины. Вытаскиваем на время увеличительные линзы, сейчас они не понадобятся. С тыльной стороны колпачка на суперклей приклеиваем пластину радиатора. Отверстия, пазы у колпачка и радиатора должны совпадать. Контакты светодиода лудим и пропаиваем медной проводкой. Защищаем контакты термоусадочными кембриками, и прогреваем их зажигалкой. Вставляем с лицевой стороны колпака светодиод с проводкой.
Обработка корпуса фонарика из шприца
Отмыкаем поршень с рукояткой у шприца, они нам больше не понадобятся. Обрезаем подыгольный конус малярным ножом. Счищаем полностью торец шприца, проделывая в нем отверстия для светодиодных контактов фонарика. Крепим колпак фонаря к торцевой поверхности шприца на любой подходящий клей, например, на эпоксидную смолу или жидкие гвозди. Не забываем светодиодные контакты поместить во внутрь шприца.
Подключение микромодуля зарядки и аккумулятора
На литиевый аккумулятор крепим клеммы с контактами, и вставляем в корпус шприца. Подтягиваем медные контакты, чтобы зажать их корпусом аккумулятора. У шприца остается всего несколько сантиметров свободного пространства, недостаточного для модуля зарядки. Поэтому его придется разделить на две части. Проводим малярным ножом посередине платы модуля, и ломаем ее по линии среза. Используя двойной скотч соединяем обе половинки платы вместе. Разомкнутые контакты модуля лудим, и пропаиваем медной проводкой.
Окончательная сборка фонарика
К плате модуля припаиваем резистор, и подключаем его к микро-кнопке, изолируя контакты термоусадкой. Остальные три контакта припаиваем к модулю согласно схеме его подключения. Микро-кнопку подключаем в последнюю очередь, проверяя работу светодиода.
В жизни каждого человека бывают моменты, когда необходимо наличие освещения, а электричества нет. Это может быть и банальное отключение электроэнергии, и необходимость ремонта проводки в доме, а возможно, и лесной поход или что-либо подобное.
И, конечно же, все знают, что в таком случае выручит только электрический фонарик – компактное и в то же время функциональное устройство. Сейчас на рынке электротехники множество различных видов данного товара. Это и обычные фонари с лампами накаливания, и светодиодные, с аккумуляторами и батарейками. Да и фирм, производящих эти приборы, великое множество – «Дик», «Люкс», «Космос» и т. п.
А вот каков принцип его работы, задумываются не многие. А между тем, зная устройство и схему электрического фонарика, можно при необходимости его починить или вообще собрать собственными руками. Вот в этом вопросе и попробуем разобраться.
Доработка китайских фонариков
Иногда бывает так, что купленный (с виду вполне качественный) фонарик с аккумулятором полностью отказывает. И вовсе не обязательно покупатель виноват в неправильной эксплуатации, хотя и это тоже встречается. Чаще – это ошибка при сборке китайского фонарика в погоне за количеством в ущерб качеству.
Конечно, в таком случае придется его переделать, как-то модернизировать, ведь потрачены деньги. Сейчас необходимо понять, как это сделать и возможно ли побороться с китайским производителем и выполнить ремонт такого прибора самостоятельно.
Рассматривая наиболее часто встречающийся вариант, при котором при включении прибора в сеть индикатор зарядки светится, но фонарь не заряжается и не работает, можно заметить вот что.
Обычная ошибка производителя – индикатор заряда (светодиод) включается в цепь параллельно с аккумулятором, чего допускать никак нельзя. При этом покупатель включает фонарь, и видя, что тот не горит, снова подает питание на заряд. В результате – перегорание всех светодиодов разом.
Дело в том, что не все производители указывают, что заряжать подобные устройства с включенными светодиодами нельзя, т. к. отремонтировать их будет невозможно, останется только заменить.
Итак, задача по модернизации – подключить индикатор заряда последовательно с аккумулятором.
Как видно из схемы, эта проблема вполне решаема.
А вот если китайцы в свое изделие поставили резистор 0118, то светодиоды придется менять постоянно, т. к. ток, поступающий на них, будет очень высоким, и какие бы световые элементы ни были установлены – они не выдерживают нагрузки.
Фонарь не включается
Поработав около года, мой налобный фонарь LED Headlight XM-L T6 стал включаться через раз, а то и вообще отключаться без команды. Вскоре перестал включаться совсем.
Первым делом я подумал, что отходит аккумулятор в батарейном отсеке.
Сам бокс рассчитан на литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 с платой защиты. А я использовал аккумуляторы без защиты и заряжал их универсальной зарядкой Turnigy Accucell 6 (аналог IMAX B6).
Поэтому пришлось нарастить контакты каплей припоя. Как известно, припой сплав мягкий и со временем напайка на контакте могла поистереться, а соединение с аккумулятором нарушиться.
Но, после проверки выяснилось, что причина неисправности кроется вовсе не в плохом контакте, а электронной начинке фонаря.
Любой ремонт начинается с диагностики и разборки. Разбирается фонарь легко. Вынимаем литиевый аккумулятор из батарейного отсека. Далее выкручиваем четыре шурупа.
Под поддоном для аккумуляторов смонтирована небольшая печатная плата.
На печатке всего десять элементов. Функцию управления выполняет миниатюрная микросхема в корпусе SOT-23-6 с маркировкой 819L 24 (U1). Как оказалось, это микросхема FM2819 — специализированный контроллер (не драйвер!) для светодиодов. Называть эту микросхему драйвером как-то язык не поворачивается.
Данная микросхема поддерживает четыре режима управления светодиодом, в том числе строб, от которого все хотят избавиться. Режимы переключаются циклически по команде с тактовой кнопки без фиксации.
Если бы мой фонарь не сломался, то о четвёртом режиме SOS, который активируется долгим нажатием кнопки (около 3 секунд), я бы и не узнал. Когда покупал, на странице продажи упоминалось только три режима.
Когда же стал изучать даташит на FM2819, то оказалось, что эта микросхема поддерживает четыре режима.
О микросхеме FM2819 я расскажу чуть позднее, а пока разберёмся, за что отвечают остальные элементы схемы.
Жёлтый керамический конденсатор запаян вместо родного, который отвалился, когда я разбирал корпус батарейного отсека. Судя по фото аналогичных фонарей ёмкость конденсатора, который установлен между выводом KEY и минусом «-» питания, может быть в довольно больших пределах. В моём был установлен чип-конденсатор на 10pF (100), а в других фонарях могут быть запаяны и на 10nF (103), и на 100nF (104), а то и вовсе отсутствовать.
Функцию силового ключа, который подаёт напряжение питания от литиевого аккумулятора на мощный светодиод, выполняет P-канальный MOSFET транзистор FDS9435A в корпусе SO-8. На фото видно, что на его корпусе указана сокращённая маркировка 9435A.
Плюс питания со стока транзистора FDS9435A подаётся на мощный светодиод не напрямую, а через три токоограничивающих резистора (R200 — 0,2 Ом; R500 — 0,5 Ом; 2R0 — 2 Ом). Они соединены параллельно. Их общее сопротивление меньше наименьшего сопротивления в цепи (т.е. меньше 0,2 Ом). Если посчитать, то оно равно 0,13 Ом.
О том, как соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление я рассказывал тут.
Для подсветки тылового индикатора LED HEADLIGHT используется обычный SMD-светодиод красного цвета свечения. На плате обозначен, как LED. Он подсвечивает пластину из белого пластика.
Так как батарейный отсек находится с тыльной части головы, то в ночное время суток такой индикатор хорошо заметен.
Явно не помешает при велопрогулках и ходьбе вдоль дорожных трасс.
Через резистор в 100 Ом плюсовой вывод красного SMD-светодиода подключается к стоку MOSFET-транзистора FDS9435A. Таким образом, при включении фонаря напряжение поступает и на основной светодиод Cree XM-L T6 XLamp, и на маломощный SMD-светодиод красного цвета свечения.
С основными детальками разобрались. Теперь расскажу, что же сломалось.
При нажатии на кнопку включения фонаря было видно, что красный SMD светодиод начинает светить, но очень тускло. Работа светодиода соответствовала штатным режимам работы фонаря (максимальная яркость, низкая яркость и стробоскоп). Стало ясно, что управляющая микросхема U1 (FM2819) скорее всего исправна.
Раз она штатно реагирует на нажатие кнопки, то, возможно, проблема кроется в самой нагрузке – мощном белом светодиоде. Отпаяв провода, идущие на светодиод Cree XM-L T6, и подключив его к самодельному блоку питания, я убедился в его исправности.
Далее решил замерить напряжение на самой плате, чтобы узнать, где потерялись драгоценные вольты от аккумулятора.
При замерах оказалось, что в режиме максимальной яркости, на стоке транзистора FDS9435A всего 1,2V. Естественно, этого напряжения не хватало для питания мощного светодиода Cree XM-L T6, а вот красному SMD-светодиоду его было достаточно, чтобы его кристалл начал тускло светиться.
Стало ясно, что неисправен транзистор FDS9435A, который задействован в схеме как электронный ключ.
В замену транзистору ничего подбирать не стал, а купил оригинальный P-канальный PowerTrench MOSFET FDS9435A фирмы Fairchild. Вот его внешний вид.
Как видим, на этом транзисторе присутствует полная маркировка и отличительный знак фирмы Fairchild (F), выпустившей данный транзистор.
Сравнив оригинальный транзистор с тем, что установлен на плате, мне в голову закралась мысль о том, что в фонаре установлена подделка или менее мощный транзистор. Возможно, даже брак. Всё-таки фонарь не успел отслужить и года, а силовой элемент уже «отбросил копыта».
Цоколёвка транзистора FDS9435A выглядит следующим образом.
Как видим, внутри корпуса SO-8 находится всего лишь один транзистор. Выводы 5, 6, 7, 8 объединены и являются выводом стока (Drain). Выводы 1, 2, 3 также соединены вместе и являются истоком (Source). 4-ый вывод – это затвор (Gate). Именно на него приходит сигнал с управляющей микросхемы FM2819 (U1).
В качестве замены транзистору FDS9435A можно использовать APM9435, AO9435, SI9435. Всё это аналоги.
Выпаять транзистор можно как привычными методами, так и более экзотическими, например, сплавом Розе. Также можно применить метод грубой силы – подрезать ножом выводы, демонтировать корпус, а затем отпаять оставшиеся на плате выводы.
После замены транзистора FDS9435A налобный фонарь стал работать исправно.
На этом рассказ о ремонте закончен. Но, не будь я любопытным радиомехаником, то так и оставил бы всё, как есть. Работает и ладно. Но мне не давали покоя некоторые моменты.
Так как изначально я не знал, что микросхема с маркировкой 819L (24) это FM2819, то вооружившись осциллографом, я решил посмотреть, какой сигнал подаёт микросхема на затвор транзистора при разных режимах работы. Интересно же.
При включении первого режима на затвор транзистора FDS9435A с микросхемы FM2819 подаётся -3,4. 3,8V, которое практически соответствует напряжению на аккумуляторе (3,75. 3,8V). Естественно, на затвор транзистора подаётся отрицательное напряжение, так как он P-канальный.
При этом транзистор полностью открывается и напряжение на светодиоде Cree XM-L T6 достигает 3,4. 3,5V.
В режиме минимального свечения (1/4 яркости) на транзистор FDS9435A с микросхемы U1 приходит около 0,97V. Это если проводить замеры рядовым мультиметром без наворотов.
На самом же деле в этом режиме на транзистор приходит сигнал ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Подключив щупы осциллографа между «+» питания и выводом затвора транзистора FDS9435A, я увидел вот такую картину.
Картинка ШИМ-сигнала на экране осциллографа (время/деление — 0,5; V/деление — 0,5). Время развёртки — mS (миллисекунды).
Так как на затвор поступает отрицательное напряжение, то «картинка» на экране осциллографа переворачивается. То есть сейчас на фото в центре экрана показан не импульс, а пауза между ними!
Сама пауза длится около 2,25 миллисекунд (mS) (4,5 деления по 0,5mS). В этот момент транзистор закрыт.
Затем транзистор открывается на 0,75 mS. При этом на светодиод XM-L T6 поступает напряжение. Амплитуда каждого импульса составляет 3V. А, как мы помним, мультиметром я намерил всего лишь 0,97V. В этом нет ничего удивительного, так как мультиметром я мерил постоянное напряжение.
Вот этот момент на экране осциллографа. Переключатель время/деление установил на 0,1, чтобы лучше определить длительность импульса. Транзистор открыт. Не забываем про то, что на затвор приходит минус «-«. Импульс перевёрнут.
Теперь можно посчитать скважность импульсов (S).
S = (2,25mS + 0,75mS) / 0,75mS = 3mS / 0,75mS = 4. Где,
S — скважность (безразмерная величина);
Τ — период следования (миллисекунды, mS). В нашем случае период равен сумме включения (0,75 mS) и паузы (2,25 mS);
τ- длительность импульса (миллисекунды, mS). У нас это 0,75mS.
Также можно определить коэффициент заполнения (D), который в англоязычной среде называют Duty Cycle (часто встречается во всяких даташитах на электронные компоненты). Обычно он указывается в процентах %.
D = τ/Τ = 0,75/3 = 0,25 (25%). Таким образом, в режиме пониженной яркости светодиод включен лишь на четверть периода.
Когда делал подсчёты первый раз, то коэффициент заполнения у меня вышел 75%. Но потом, увидев в даташите на FM2819 строчку про режим 1/4 яркости, понял, что где-то облажался. Я просто перепутал паузу и длительность импульса местами, поскольку по привычке принял минус «-» на затворе за плюс «+». Поэтому и вышло всё наоборот.
Налобный светодиодный фонарь
В последние годы подобный световой прибор получил достаточно широкое распространение. Действительно, ведь очень удобно, когда руки свободны, а луч света бьет туда, куда смотрит человек, в этом как раз главное преимущество налобного фонарика. Раньше таким могли похвастаться только шахтеры, да и то для его ношения нужна была каска, на которую фонарь, собственно, и крепился.
Сейчас же крепление подобного прибора удобно, носить его можно при любых обстоятельствах, да и на поясе не висит довольно объемный и тяжелый аккумулятор, который, к тому же, еще и обязательно нужно раз в сутки заряжать. Современный намного меньше и легче, притом имеет очень маленькое энергопотребление.
Так что же представляет собой подобный фонарь? А принцип его работы нисколько не отличается от светодиодного. Варианты исполнения такие же – аккумуляторный или со съемными элементами питания. Количество светодиодов варьируется от 3 до 24 в зависимости от характеристик батареи и преобразователя.
К тому же обычно такие фонари имеют 4 режима свечения, а не один. Это слабый, средний, сильный и сигнальный – когда светодиоды моргают через короткие промежутки времени.
Режимами налобного светодиодного фонарика управляет микроконтроллер. Причем при его наличии возможен даже режим стробоскопа. К тому же светодиодам это совсем не вредит, в отличие от ламп накаливания, т. к. их срок службы не зависит от количества циклов включения-выключения по причине отсутствия нити накаливания.
Схема садового фонарика
Когда-то с подачи друзей я приобрел садовый аккумуляторный фонарик, имеющий форму грибка и обладающий, как тогда показалось, необыкновенными свойствами: днем он заряжался от солнечной батареи, встроенной в крышку, а ночью светил из-под крышки неярким зеленоватым светом. Работать он должен был автономно и совершенно автоматически. Также была тайная мысль — нельзя ли использовать его и в других полезных целях, например, для питания радиоприемника. Однако выводов от встроенной аккумуляторной батареи не оказалось, найден был только выключатель лампочки, спрятанный под нижней крышкой шляпки грибка. Применения по своему основному назначению фонарик тоже не нашел, так и пролежал на полке, пока его аккумулятор не разрядился совершенно сам по себе. Теперь настало время развинтить фонарь, благо разбирается он легко и просто с помощью одной крестовой отвертки, и посмотреть, как же все-таки он устроен! Монтаж этого прибора китайской сборки оказался предельно упрощен, провода отваливались после двух изгибов, узлы были закреплены каплями термоклея или отламывающимися пластмассовыми выступами — все указывало на то, что передо мной одноразовая игрушка. Расскажу лишь о самой схеме и конструкции, в расчете на ее возможное самостоятельное повторение читателями и использование заложенных там решений в других устройствах. Лампочку в фонаре заменял светодиод небольшой мощности, бело-зеленого свечения. Аккумуляторной батареи тоже не было — под шляпкой грибка обнаружился всего один элемент размера АА емкостью 800 мА/час, хотя место было предусмотрено под два элемента (экономия, однако!). Не густо, и шансы на использование фонарика источником питания для какого бы то ни было устройства резко упали, ведь номинальное напряжение щелочного аккумуляторного элемента — всего 1,2 В. Сразу же возник вопрос: а как же может гореть светодиод при таком питании, ведь напряжение зажигания самых распространенных красных светодиодов — около 1,8 В, а зеленых и белых еще больше — до 3 В? Значит, на маленькой печатной плате (25×30 мм), содержащей три транзистора и не более десятка других деталей, был собран еще и повышающий инвертор! Прежде чем браться за тяжкий труд по восстановлению принципиальной схемы, срисовывая ее с печатной платы, захотелось исследовать возможности самого главного и ценного элемента конструкции — солнечной панели. Ее размеры около 70×70 мм, а сквозь защитное стекло ясно видны 7 параллельных полосок шириной около сантиметра — 7 элементов панели. Как известно, кремниевые солнечные элементы при их освещении развивают ЭДС порядка 0,5… 0,6 В, поэтому следовало ожидать ЭДС батареи из семи элементов около 4 В. Так и оказалось — в тени и при облачном небе панель развивала 3,5 В, а на ярком солнце — 4,5 В. Соединенная с одним аккумуляторным элементом, такая панель работает в режиме почти короткого замыкания. Это не страшно, поскольку внутреннее сопротивление панели значительно, и ток короткого замыкания не превышает 60 мА даже при ярком солнечном свете. Но КПД заряда невелик, и для полной зарядки аккумуляторного элемента нужно как минимум два солнечных летних дня (20…40 часов). Никаких устройств, предохраняющих элемент от перезарядки при выключенном светодиоде, обнаружено не было. Другой важный элемент устройства — датчик освещенности, собственно и позволяющий фонарику включаться в темное время суток и выключаться днем. Это фоторезистор, оформленный в плоском цилиндрическом корпусе с двумя выводами, размерами не больше транзистора. Его отдельное исследование показало, что темновое сопротивление превосходит 2 МОм, а на свету резко уменьшается — в тени до 10…20 кОм, а при ярком солнечном свете даже до сотен Ом. Обратимся теперь к принципиальной схеме садового фонарика (рис. 1). Солнечная панель SP постоянно соединена с аккумуляторным элементом ВАТ через диод D1 (обозначения элементов сохранены такими же, как на печатной плате, имеющей название SY-H019B). Диод пропускает только зарядный ток от панели к аккумулятору и предотвращает его разряд через внутреннее сопротивление панели в темноте. Установка такого защитного диода обязательна в любых устройствах с солнечными панелями.
На транзисторе Q1 собран ключ, срабатывающий в зависимости от степени освещенности датчика PR. В темноте транзистор открыт током смещения, протекающим от источника питания через резистор R1. На свету датчик замыкает этот ток «на себя», напряжение базы становится менее 0,5 В, и транзистор закрывается. Для более четкого срабатывания ключа он охвачен цепью положительной обратной связи через резистор R4 — то, что получилось из транзисторов Q1 и Q2, иногда называют триггером Шмитта. Он имеет некоторый гистерезис, и включение садового фонарика происходит при меньшей освещенности, чем его выключение. Транзисторы Q2 и Q3 образуют повышающий инвертор. Маленькое отступление: поначалу у меня возникала мысль, что, может быть, нехорошо срисовывать чужие схемы готовых устройств (авторские права и пр.), хотя в целях самообразования это никогда и нигде не возбранялось. Однако, когда я увидел, что схема инвертора практически не отличалась от той, которую когда-то я сам разработал для светодиодов и опубликовал в «Юном технике» (статьи «Сверхэкономичные индикаторы» и «Солнечная энергетика»), совесть моя совершенно успокоилась. Это лишнее подтверждение того, что оптимальные технические решения одинаковы и в Малайзии, и в Китае, и в России. Итак, транзисторы Q2 и Q3 включены последовательно, один за другим, по схеме двухкаскадного усилителя. Усилитель охвачен цепью положительной обратной связи через емкостной делитель C1, С2 и поэтому превращается в релаксационный генератор импульсов. Нагрузкой транзистора Q3 служит катушка индуктивности L1, запасающая энергию во время открытого состояния транзисторов Q2 и Q3. Но это состояние не может продолжаться долго, поскольку ток через L1 нарастает, ее ферритовый сердечник входит в насыщение, индуктивность уменьшается, а напряжение на коллекторе Q3 повышается. Это повышение немедленно передается через конденсатор С2 на базу Q2 и запирает его. Вслед за ним запирается Q3, и импульс тока через транзисторы прекращается. Но ток через катушку индуктивности L1 не может прекратиться мгновенно. Он продолжает идти и формирует на коллекторе Q3 положительный выброс напряжения, который может во много раз превосходить напряжение питания. Но у нас он просто открывает светодиод LED, и энергия, запасенная в катушке, превращается в световую. Пауза между импульсами продолжается до тех пор, пока не израсходуется энергия магнитного поля катушки и затем не разрядятся конденсаторы C1, С2. Дальнейшее поведение генератора зависит от состояния Q1. Когда он заперт днем, то смещения на базе Q2 нет, оба транзистора генератора закрыты и импульсы генерироваться не будут. Если же Q1 открыт ночью, то ток смещения поступает на базу Q2 через резистор R3, и генератор будет продолжать генерировать импульсы — светодиод загорится. Для отключения светодиода служит выключатель SW — если он разомкнут, то генерации импульсов нет, и светодиод не горит, поскольку напряжение аккумуляторного элемента меньше его напряжения зажигания. Кстати говоря, если бы изготовители не экономили, а поставили два аккумуляторных элемента, а также 3-вольтовый белый светодиод, то он все равно бы не горел без генерации импульсов инвертором, поскольку номинальное напряжение батареи было бы 2×1,2=2,4 В. Зато в данной схеме он служил бы хоть каким-то предохранителем от перезаряда аккумуляторов, ограничивая напряжение на каждом элементе на уровне 1,5 В, то есть загораясь при этом напряжении даже на свету. В заключение несколько практических советов для желающих повторить эту конструкцию. Для нее вполне подойдут отечественные транзисторы КТ315 и КТ361 с любыми буквенными индексами. Диод D1 может быть любым, с предельным током 40…60 мА. Марка датчика — фоторезистора неизвестна, но наверняка можно подобрать что-нибудь подходящее из имеющихся, измерив сопротивление на свету и в темноте с помощью тестера. Катушка L1 миниатюрная, по виду напоминающая резистор, индуктивность ее также неизвестна, но полагаю, что нескольких миллигенри будет достаточно. Можно намотать 100…150 витков на ферритовом колечке или использовать одну из обмоток малогабаритного трансформатора. Полезны рекомендации, приведенные в упомянутых выше статьях. Желаю удачных экспериментов!
Источник: Юный Техник № 9 2012г. Автор: В. Поляков
