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.
- Сгорание лампы накаливания – тут все просто, замена светового элемента решит эту проблему.
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (D rain). Выводы 1, 2, 3 также соединены вместе и являются истоком (S ource). 4-ый вывод - это затвор (G ate). 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.
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.
В режиме "STROBE" мне не удалось посмотреть ШИМ сигнал, так как осциллограф аналоговый и довольно старый. Синхронизировать сигнал на экране и получить чёткое изображение импульсов мне не удалось, хотя было видно его наличие.
Типовая схема включения и цоколёвка микросхемы FM2819. Может, кому пригодится.
Не давали мне покоя и некоторые моменты, связанные с работой светодиода. Со светодиодными фонарями я раньше, как-то не имел дела, а тут захотелось разобраться.
Когда я полистал даташит на светодиод Cree XM-L T6, который установлен в фонаре, то понял, что номинал токоограничительного резистора маловат (0,13 Ом). Да, и на плате одно посадочное место под резистор было свободно.
Когда шерстил по интернетам в поисках информации о микросхеме FM2819, то видел фото нескольких печатных плат аналогичных фонарей. На одних были запаяны четыре резистора по 1 Ому, а на некоторых вообще SMD-резистор с маркировкой "0" (перемычка), что, на мой взгляд, вообще является преступлением.
Светодиод - это нелинейный элемент, и, поэтому, последовательно с ним необходимо включать токоограничивающий резистор.
Если заглянуть в даташит на светодиоды серии Cree XLamp XM-L, то можно обнаружить, что их максимальное напряжение питания составляет 3,5V, а номинальное 2,9V. При этом ток через светодиод может достигать величины в 3А. Вот график из даташита.
Номинальным током для таких светодиодов считается ток в 700 mA при напряжении в 2,9V.
Конкретно в моём фонаре ток через светодиод составил 1,2 A при напряжении на нём в 3,4...3,5V, что явно многовато.
Чтобы уменьшить прямой ток через светодиод я запаял вместо прежних резисторов четыре новых номиналом в 2,4 Ом (типоразмер 1206). Получил общее сопротивление в 0,6 Ом (мощность рассеивания 0,125W * 4 = 0,5W).
После замены резисторов прямой ток через светодиод составил 800 mA при напряжении в 3,15V. Так светодиод будет работать при более мягком тепловом режиме, и, надеюсь, прослужит долго.
Поскольку резисторы типоразмера 1206 рассчитаны на мощность рассеивания в 1/8W (0,125 Вт), а в режиме максимальной яркости на четырёх токоограничивающих резисторах рассеивается мощность около 0,5Вт, то от них желательно отвести излишнее тепло.
Для этого зачистил от зелёного лака медный полигон рядом с резисторами и напаял на него каплю припоя. Такой приём частенько применяется на печатных платах бытовой электронной аппаратуры.
После доработки электронной начинки фонаря покрыл печатную плату лаком PLASTIK-71 (электроизоляционный акриловый лак) для защиты от конденсата и влаги.
При расчётах токоограничительного резистора я столкнулся с некоторыми тонкостями. За напряжение питания светодиода стоит принимать напряжение на стоке MOSFET транзистора. Дело в том, что на открытом канале MOSFET-транзистора теряется часть напряжения из-за сопротивления канала (R (ds)on).
Чем выше ток, тем большее напряжение "оседает" по пути Исток-Сток транзистора. У меня при токе в 1,2А оно составило 0,33V, а при 0,8А - 0,08V. Также часть напряжения падает на соединительных проводах, которые идут с клемм аккумулятора на плату (0,04V). Казалось бы, такая мелочь, а в сумме набегает 0,12V. Так как под нагрузкой напряжение на Li-ion аккумуляторе проседает до 3,67...3,75V, то на стоке MOSFET"а уже 3,55...3,63V.
Ещё 0,5...0,52V гасит цепь из четырёх параллельных резисторов. В итоге на светодиод приходит напряжение в районе 3-ёх с небольшим вольт.
На момент написания этой статьи в продаже появилась обновлённая версия рассмотренного налобного фонаря. В нём уже встроена плата контроля заряда/разряда Li-ion аккумулятора, а также добавлен оптический датчик, который позволяет включать фонарь жестом ладони.
Как-то давно подарили мне вот такой китайский фонарь
Спустя полгода эксплуатации он перестал включаться. Вскрываю корпус, чтобы установить причину выхода из строя.
Фонарь после использования забыли отключить. Ввиду отсутствия каких-либо цепей защиты, свинцовые аккумуляторы были разряжены в ноль. Видимо произошла сульфатация пластин, и при постановке на зарядку аккумуляторы практически не потребляли ток. Затем сетевое напряжение от бестрансформаторной зарядки, через включенный тумблер, кинулось на светодиоды. В результате все 15 светодиодов вышли из строя, а в рабочем состоянии остался только корпус.
Посмотрев на внутренности этого китайского фонарика, сразу отмечу его основные недостатки:
- нет защиты от глубокого разряда АКБ (разряжается в ноль)
- отсутствует контроль процесса зарядки АКБ (заряжается до бесконечности)
- нет индикации низкого заряда АКБ
- ужасная конструкция выдвижной сетевой вилки
Я решил отремонтировать фонарик, сделав полную модернизацию с заменой всех внутренностей. Итак, что хотелось бы получить в итоге:
- питание от литий-ионного аккумулятора (для облегчения веса)
- зарядка АКБ через специализированный контроллер (с индикацией и автоматическим отключением)
- включение/отключение фонаря тактовой кнопкой
- индикация скорого разряда АКБ (напряжение 3,7В)
- отключение при полном разряде АКБ (напряжение 3,6В)
- возможность зарядки от USB
- автоматическое отключение фонаря при постановке на зарядку
- конструкция без применения редких, дорогостоящих компонентов и микроконтроллеров
Сказано - сделано. Схема блока управления.
Вкратце опишу основные узлы схемы:
- Компоненты DA4, VT3, R17, R24, C16 образуют узел вторичной защиты от разряда АКБ. Этот узел отключает нагрузку от АКБ при снижении напряжения до 2,5 Вольт. Узел вторичной защиты можно не устанавливать, при этом потребуется установка перемычки R12.
- Компоненты DA3, R16, R18, R21, HL2, HL3, C9, C13 образуют узел зарядки АКБ с автоматическим отключением, контролем тока, и индикацией процесса зарядки.
- Компоненты DD1, C11, R19, VD1 образуют триггер, необходимый для управления фонарём при помощи тактовой кнопки.
- На компонентах C12, R20, R22 собрана схема подавления дребезга контактов кнопки SB1.
- Цепь R15, VD3 сбрасывает триггер при постановке фонаря на зарядку.
- Компоненты VT1, VT2, R13, R14 организуют подачу питания на схему и светодиоды.
- Компоненты DA1, C1, C3, R5, R6, R7, C4, C5 образуют источник опорного напряжения 1,25 Вольт.
- Компоненты DA2, HL1, C2, R2, R3, R4, R8 образуют узел индикации низкого заряда АКБ.
- Компоненты DA2, R9, R10, C8, VD2 образуют узел первичной защиты от разряда АКБ.
- Резисторы R1, R11, R23 выполняют роль предохранителей.
Переходим к железу. Для начала займусь восстановлением светодиодного блока. Откручиваю отражатель.
Демонтирую сгоревшие светодиоды.
Запаиваю исправные светодиоды, взятые со старого неисправного фонарика. Также меняю все резисторы на номинал 100 Ом.
Светодиодный блок восстановлен. Схема блока.
Теперь займусь изготовлением платы управления. Для этого снимаю все размеры и печатаю импровизированную плату на принтере.
Развожу печатную плату, изготавливаю её при помощи ЛУТ-технологии, запаиваю компоненты.
Слева видно, что узел вторичной защиты от разряда АКБ не запаян на плату, вместо него установлена перемычка R12.
Теперь необходимо превратить выключатель в тактовую кнопку. Разбираю выключатель.
Штатный вырез закрываю куском чёрного пластика.
Cверлю отверстия.
Закрепляю мелкую платку с тактовой кнопкой.
Кнопка готова.
Изначально фонарик был снабжён единственным индикатором, который загорался при включении в сеть. По сути данный индикатор был абсолютно бесполезен. Модернизированная плата содержит три индикатора - красный, зелёный, жёлтый.
В пластиковой вставке необходимо просверлить отверстия для световодов.
Световоды снял со старого ЭЛТ монитора.
Модернизированная пластиковая вставка со световодами.
Устанавливаю плату с аккумулятором в корпус фонаря. Аккумулятор крепится к плате при помощи двустороннего скотча.
Внутри корпуса плата чувствует себя как родная.
Возвращаю на место пластиковые вставки.
Собираю корпус.
Фонарик стал надёжным, и удобным. Пользоваться им - одно удовольствие.
Красный индикатор означает, что аккумулятор практически разряжен, и фонарик скоро отключится.
При постановке на зарядку загорается жёлтый индикатор.
По окончании процесса зарядки загорается зелёный индикатор.
Напоследок предлагаю посмотреть небольшое видео.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| R1, R11, R23 | Резистор | 0 Ом | 3 | 1206 | В блокнот | |
| R2 | Резистор | 10 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R3 | Резистор | 1 МОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R4 | Резистор | 5.1 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R5, R18, R21 | Резистор | 300 Ом | 3 | 0805 | В блокнот | |
| R8 | Резистор | 300 Ом | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R6, R7, R15 | Резистор | 100 кОм | 3 | 1206 | В блокнот | |
| R13, R19 | Резистор | 100 кОм | 2 | 0805 | В блокнот | |
| R9 | Резистор | 6.8 кОм | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R10 | Резистор | 3.6 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R14 | Резистор | 330 Ом | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R16 | Резистор | 3 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R17 | Резистор | 1 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R22 | Резистор | 1 кОм | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R20 | Резистор | 20 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R24 | Резистор | 100 Ом | 1 | 0805 | В блокнот | |
| C1, C3, C9, C13 | Конденсатор | 10 мкФ 10 В | 4 | 1206 | В блокнот | |
| C2, C4, C6, C8, C11, C15, C16 | Конденсатор | 100 нФ 10В | 7 | 0805 | В блокнот | |
| C5, C7, C10, C12 | Конденсатор | 1 мкФ 10В | 4 | 0805 | В блокнот | |
| C14 | Конденсатор танталовый | 47 мкФ 10В | 1 | D | В блокнот | |
| DA1 | Линейный регулятор | AMS1117-ADJ | 1 | SOT-223 | В блокнот | |
| DA2 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | SOIC-8 | В блокнот | |
| DA3 | Контроллер заряда | TP4056 | 1 | SOIC-8EP | В блокнот | |
| DA4 | Контроллер защиты | DW01p | 1 | SOT-23-6 | В блокнот | |
| DD1 | Десятичный счётчик | HEF4017 | 1 | SOIC-16 | В блокнот | |
| VT1 | MOSFET-транзистор |
Всем доброго времени суток. Валялся дома фонарик с диодной матрицей на 16 светодиодов, захотел его переделать в смысле усовершенствования схемы питания, тем более было из чего. Сама по себе матрица светит достаточно ярко, но все же не то, как говориться. За основу взял светодиод 1 Вт с коллиматором на 60 градусов, в качестве драйвера светодиода взял схему уже мной приводимую в .
Схема номер 1
В качестве источника питания выбрал конечно литиевый аккумулятор SAMSUNG 18650 2600ma/h.
Для контроллера разряда аккумулятора применил специализированный контроллер, который стоит в АКБ мобильных телефонов - микросхему DW01-P с ключом на полевом транзисторе.
Задача стояла всё это хозяйство утолкать без переделки корпуса фонаря, так как свободного места оказалось очень мало, а точнее вообще не оказалось, кроме как внутри резьбовой гайки, крепящей родную диодную матрицу в корпусе. Всё это дело поместил на двух печатных платах: на первой сам контроллер разряда АКБ, на второй драйвер светоизлучающего диода. Светодиод припаян к алюминиевой подложке и прижимается к корпусу фонаря все той же резьбовой гайкой. В виду того, что гайка имеет непосредственный тепловой контакт с подложкой светодиода и корпусом фонаря, который также из алюминия, мы получили превосходный радиатор.
Обсудить статью СХЕМА ФОНАРИКА НА СВЕТОДИОДАХ
Для нормальной жизнедеятельности человека в темное время суток ему всегда необходим был свет. С развитием технологий источники освещения усовершенствовались, начиная свой путь от огня факелов и керосиновых ламп, заканчивая фонариками на аккумуляторах. Настоящей революцией в мире осветительной техники было создание светодиода, который тотчас же вошел в бытовую жизнь.
Современные светодиодные фонари очень экономные, свет распространяется очень далеко и он очень яркий. Огромная доля таких литиевых фонарей на современном рынке – китайского производства, они очень дешевые и доступные. Именно из-за дешевизны часто возникают поломки различного рода. В данной статье рассмотрим основные проблемы ремонта светодиодных фонарей и способы их устранения своими руками.
Как работает светодиодный фонарик?
Классическое устройство фонариков очень простое (независимо от типа корпуса, будь это модели Космос или ДиК АН-005). К батарейке подключается светодиод, цепь разрывается кнопкой выключения. В зависимости от количества светодиодов, количества самих световых элементов (например, основной фонарь на передней части и вспомогательный в ручке) в схему добавляются более сильная батарея (или несколько), трансформатор, сопротивление, а также устанавливается более функциональный выключатель (фонарики Фо-ДиК).
Почему ломаются фонарик?
Сейчас мы опустим проблемы, связанные с неправильной эксплуатацией китайского фонарика – «уронил его в тазик с водой, включил-выключил, а он почему-то не светит». Дешевизна фонарей достигается за счет упрощения электрических цепей внутри устройства. Это позволяет сэкономить на комплектующих (на их количестве и качестве). Это сделано для того, чтобы люди чаще покупали новые, а старые просто выбрасывали, даже не попробовав их починить своими руками.
Еще один пункт экономии – работающие на производстве люди, которые не обладают достаточной квалификацией для выполнения подобной работы. Как следствие – множество мелких и крупных ошибок в самой схеме, некачественная спайка и сборка комплектующих, что ведет к постоянному ремонту фонарей. В большинстве случаев все проблемы можно решить, правильно их диагностировав, этим мы и займемся далее.
Причина поломки фонаря
Скорее всего, при переключении выключателя светодиоды не хотят гореть по причине неисправности в электрической цепи. Самые распространенные из них:
- окисление контактов аккумулятора или батарейки;
- окисления на контактах, к которым батарейка подключается;
- повреждение проводов, идущих как от аккумулятора к светодиоду, так и обратно;
- неисправный элемент выключения;
- отсутствие питания в цепи;
- поломка в самих светодиодах.
Окисление. Чаще всего оно возникает в уже старых фонарях, которые часто используются в различных погодных условиях. Налет, который появляется на металле, мешает нормальному контакту, из-за чего фонарь на аккумуляторах может мигать или вообще не включаться. Если окисление наблюдается на батарейке или аккумуляторе, то нужно задуматься о замене.
Как починить контакты? Легкие загрязнения удаляются своими руками ваткой, смоченной в этиловом спирте. Когда загрязнения очень серьезные, даже ржавчина пошла по корпусу – использование такого элемента питания может быть опасно для здоровья и жизни. В магазинах сейчас можно найти достаточное количество новых батареек и аккумуляторов даже под старые типы фонарей.
Позаботьтесь об окружающей среде – не выбрасывайте старые аккумуляторы в мусорное ведро , наверняка у вас в городе есть пункты приема для утилизации.
Окисление также образуется и на контактах в самом фонаре. Здесь тоже нужно обращать внимание на их целостность. Если загрязнение все еще можно удалить ваткой со спиртом – остановитесь на этом варианте. Для труднодоступных мест можно воспользоваться ватной палочкой.
Если же контакты совсем проржавели или даже подгнили (что не редкость для старого фонаря), их придется менять. Спросите в магазине электроники, есть ли похожие контактные элементы (на протяжении как минимум десяти лет во всех фонарях они абсолютно идентичны за редкими исключениями). Если таких же нет – подберите как можно более похожий вариант. Вооружившись тонким паяльником, их без труда можно перепаять.
Повреждение контактов проводов. Помимо вышеописанных мест, контакты присутствуют в местах спайки проводов электрической цепи. Дешевое производство, спешка во время сборки и халатное отношение работников часто приводят к тому, что некоторые провода вообще забывают спаять, поэтому светодиодный фонарик не работает, даже если он только из коробки. Как отремонтировать фонарик в этом случае? Внимательно просмотрите всю цепь, аккуратно отодвигая провода медицинским пинцетом или другим тонким предметом. Если найдена несостоявшаяся спайка, ее нужно восстановить с помощью того же тонкого паяльника.
Это же можно проделать и с хлипкими соединениями, характерное состояние которых – надорванная оголенная жила, едва прикрепленная к месту спайки. Если у вас достаточно времени и ресурсов, и вы дорожите этим фонариком, можно методично и качественно перепаять вообще все контакты. Это значительно повысит эффективность такой цепи, защитит оголенные элементы от влаги и пыли (что актуально, если фонарик налобный), и при последующих случаях ремонта фонарика позволит исключить этот пункт. Ремонт маленьких налобных светодиодных фонарей выполняется абсолютно так же, размеры просто другие.
Повреждение проводов. После того, как вы убедились в чистоте контактов, можно приступить к просмотру всех проводов в цепи на предмет повреждений или замыканий. Распространенный случай, когда или во время сборки на заводе или после предыдущего ремонта проводки были повреждены неправильно установленной крышкой корпуса. Провод попал между двух деталей корпуса и был разрезан либо раздавлен во время затягивания болтов. Во время протекания тока электрическая схема могла перегреться или даже замкнуть, это неизбежно приведет к ремонту светодиодного фонарика.
Все разорванные участки необходимо спаять друг с другом для обеспечения лучшей проводимости, нежели при простом скручивании. Все оголенные места не забудьте заизолировать, лучше всего использовать тонкую термоусадку. Сильно поврежденные провода, которые уже могли взяться ржавчиной, желательно своими руками заменить полностью (подбирайте соответствующую жилу). После подобной доработки старые фонари могут светить гораздо ярче – выполненная модернизация улучшает протекание тока.
Неисправный выключатель. Также обратите внимание на контакты проводов с клеммами выключателя, устраните неполадки. Самый просто способ узнать, из-за выключателя ли не работает ваш фонарик – замкнуть цепь без него. Исключите его из схемы, напрямую выполнив подключение аккумулятор-светодиоды (можно попробовать и от сети с соответствующим аккумулятору напряжением). Если они загорятся – меняем выключатель. Возможно, он уже механически сломался от многоразового использования, фонарь просто так выключается, также возможен брак с производства. Если же светодиоды не хотят загораться напрямую от батарейки, следуем дальше.
Отсутствие тока в сети. Самая распространенная причина такой неисправности – разряженный или сильно старый литиевый аккумулятор. Светодиодный фонарь может светиться при зарядке, но если его отключить от розетки – сразу тухнет. Полная неисправность наблюдается тогда, когда фонарь совсем не заряжается и никак не реагирует на включение, хотя индикатор зарядки горит стабильно.
Поломка светодиодов. Когда все проблемы с проводами устранены (или же их не было), обратите внимание на сами светодиоды. Аккуратно достаньте плату, на которую они припаяны. С помощью мультиметра узнайте ток, который входит и выходит с платы. Если есть возможность, проверьте контакты и на всей плате. Скорее всего, светодиоды соединены последовательно, поэтому при поломке одного остальные тоже не будут светить. Проверять каждый, если их 3 и более – дело достаточно длительное по времени, поэтому лучше сразу купить новые светодиоды.
Плата со светодиодами
Заключение
Множество дешевых китайских фонариков на светодиодах, собранных в условиях жесткой экономии, чаще всего подвержены поломкам электрической цепи. Туда устанавливаются провода с очень маленьким сечением, которые довольно проблематично перепаять даже хорошим прибором. Однако практически все проблемы с проводами и батарейками с легкостью устраняются в домашних условиях, при правильном и аккуратном подходе даже недорогой фонарь отремонтированным прослужит вам более трех лет постоянного использования.