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

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.

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

Сначала немного о фонарях:


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




Включены светодиоды как правило параллельно, через токоограничивающие резисторы.


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


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

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

Вскрываем фонарь и извлекаем дохлую батарею:

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




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

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


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

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


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




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

Пробуем подключить аккумулятор к плате:




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


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

Подключаем плату через кабель micro USB к блоку питания:




Загорелся красный светодиод, заряд пошел.

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


Склеить хоть раз пальцы святая обязанность каждого, кто пользовался .

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


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

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




Снаружи выглядит так:


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

Собираем и включаем:


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

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

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

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

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

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

Зачем нужны преобразователи

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Преобразователи с дросселем

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

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

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

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

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

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

Схемы с обратной связью по току

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Интегральные стабилизаторы тока

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

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

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

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

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

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

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

Борис Аладышкин

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

Приступим. Для начала выделю преимущества данного фонарика:

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

Теперь недостатки, которых куда больше:

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

Теперь о том, что бы хотелось получить в итоге:

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

Вскрываем корпус фонарика.

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

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

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

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

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

Схема драйвера:

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

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

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

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

Родной контроллер управления давал на светодиод следующий ток в режимах:

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

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

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

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

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

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

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

Готовим наш новый светодиод:

Собираем оптический блок:

Теперь встраиваем новую плату управляющего контроллера и драйвера светодиода:

Cобираем корпус:

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

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

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

ИОН REF3125 можно заменить на аналоги:

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

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

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

Полную версию прошивки можно приобрести .

Список радиоэлементов