Доработка светодиодного фонаря. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

В темное время суток карманный фонарь - незаменимая вещь. Однако имеющиеся в продаже образцы на аккумуляторной батарее с зарядкой от сети вызывают лишь разочарование. Некоторое время после покупки они еще работают, но затем гелевая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея деградирует и одной ее зарядки начинает хватать всего лишь на несколько десятков минут свечения. А нередко во время зарядки при включенном фонаре светодиоды перегорают один за другим.

Конечно, учитывая невысокую цену фонаря, можно каждый раз покупать новый, но целесообразнее один раз разобраться в причинах отказов, устранить их в имеющемся фонаре и забыть о проблеме на долгие годы.

Рис. 1

Рассмотрим подробно показанную на рис. 1 схему одного из вышедших из строя фонарей и определим ее основные недостатки. Слева от аккумуляторной батареи GB1 здесь расположен отвечающий за ее зарядку узел. Ток зарядки задан емкостью конденсатора С1. Резистор R1, установленный параллельно конденсатору, разряжает его после отключения фонаря от сети. Светодиод HL1 красного цвета свечения подключен через ограничительный резистор R2 параллельно нижнему левому диоду выпрямительного моста VD1-VD4 в обратной полярности. Ток через светодиод протекает в те полупериоды сетевого напряжения, в которых открыт верхний левый диод моста. Таким образом, свечение светодиода HL1 свидетельствует лишь о подключении фонаря к сети, а не об идущей зарядке. Он будет светиться даже при отсутствующей или неисправной аккумуляторной батарее.

Потребляемый фонарем от сети ток ограничен емкостным сопротивлением конденсатора С1 приблизительно до 60 мА. Поскольку часть его ответвляется в светодиод HL1, ток зарядки батарей GB1 получается около 50 мА. Гнезда XS1 и XS2 предназначены для измерения напряжения батареи.

Резистор R3 ограничивает ток разрядки батареи через соединенные параллельно светодиоды EL1-EL5, но его сопротивление слишком мало, и через светодиоды течет ток, превышающий номинальный. Яркость от этого увеличивается незначительно, а скорость деградации кристаллов светодиодов заметно возрастает.

Теперь о причинах перегорания светодиодов. Как известно, при зарядке старого свинцового аккумулятора, пластины которого сульфатировались, возникает дополнительное падение напряжения на его повышенном внутреннем сопротивлении. В результате при идущей зарядке напряжение на выводах такого аккумулятора или их батареи может в 1,5...2 раза превысить номинальное. Если в этот момент, не прекращая зарядки, замкнуть выключатель SA1, чтобы проверить яркость свечения светодиодов, то повышенное напряжение окажется достаточным для значительного превышения текущим через них током допустимого значения. Светодиоды поочередно выйдут из строя. В результате к непригодной к дальнейшей эксплуатации аккумуляторной батарее добавляются сгоревшие светодиоды. Отремонтировать такой фонарь невозможно - запасные батареи в продаже отсутствуют.

Рис. 2

Предлагаемая схема доработки фонаря, показанная на рис. 2, позволяет устранить описанные недостатки и исключить вероятность выхода из строя его элементов при любых ошибочных действиях. Она заключается в таком изменении схемы подключения светодиодов к аккумуляторной батарее, чтобы ее зарядка прерывалась автоматически. Это обеспечивается заменой выключателя SA1 на переключатель. Ограничительный резистор R5 подобран таким, что общий ток через светодиоды EL1-EL5 при напряжении батареи GB1 4,2 В равен 100 мА. Поскольку переключатель SA1 использован трехпозиционный, появилась возможность реализовать экономичный режим пониженной яркости фонаря, добавив в него резистор R4.

Индикатор на светодиоде HL1 также переделан. Последовательно с аккумулятором включен резистор R2. Падающее на нем при протекании тока зарядки напряжение приложено к светодиоду HL1 и ограничительному резистору R3. Теперь происходит индикация именно текущего через батарею GB1 тока зарядки, а не просто наличия сетевого напряжения.

Негодная гелевая батарея заменена составленной из трех Ni-Cd аккумуляторов емкостью 600 мА-ч. Продолжительность ее полной зарядки - около 16 ч, причем испортить батарею, не прекратив зарядку вовремя, невозможно, поскольку зарядный ток не превышает безопасного значения, численно равного 0,1 номинальной емкости аккумулятора.

Рис. 3

Вместо сгоревших установлены светодиоды HL-508H238WC диаметром 5 мм белого свечения номинальной яркостью 8 кд при токе 20 мА (максимальный ток - 100 мА) и угле излучения 15°. На рис. 3 показана экспериментальная зависимость падения напряжения на таком светодиоде от текущего через него тока. Его значение 5 мА соответствует практически полностью разряженной батарее GB1. Тем не менее яркость фонаря и в этом случае оставалась достаточной.

Переделанный по рассмотренной схеме фонарь успешно работает уже несколько лет. Заметное снижение яркости свечения происходит лишь при почти полной разрядке аккумуляторной батареи. Это как раз и служит сигналом о необходимости зарядить ее. Как известно, полная разрядка Ni-Cd аккумуляторов перед зарядкой повышает их долговечность.

Из недостатков рассмотренного способа доработки можно отметить довольно большую стоимость батареи из трех Ni-Cd аккумуляторов и сложность ее размещения в корпусе фонаря вместо штатной свинцово-кислотной. Автору пришлось разрезать внешнюю пленочную оболочку новой батареи, чтобы более компактно разместить образующие ее аккумуляторы.

Поэтому при доработке еще одного фонаря с четырьмя светодиодами было решено использовать только один Ni-Cd аккумулятор и драйвер светодиодов на микросхеме ZXLD381 в корпусе SOT23-3 diodes.com/datasheets/ZXLD381.pdf. Она при входном напряжении 0,9...2,2 В обеспечивает светодиоды током до 70 мА.

Рис. 4

На рис. 4 показана схема питания светодиодов HL1-HL4 с применением этой микросхемы. График типовой зависимости их суммарного тока от индуктивности дросселя L1 приведен на рис. 5. При его индуктивности 2,2 мкГн (использован дроссель DLJ4018-2.2) на каждый из четырех параллельно соединенных светодиодов EL1-EL4 приходится по 69/4=17,25 мА тока, что вполне достаточно для их яркого свечения.

Рис. 5

Из других навесных элементов для работы микросхемы в режиме сглаженного выходного тока требуются лишь диод Шоттки VD1 и конденсатор С1. Интересно, что на типовой схеме применения микросхемы ZXLD381 указана емкость этого конденсатора 1 Ф. Узел зарядки аккумулятора G1 такой же, как на рис. 2. Имеющиеся там же ограничительные резисторы R4 и R5 теперь не нужны, а переключателю SA1 достаточно двух положений.

Ввиду малого числа деталей доработка фонаря была выполнена навесным монтажом. Аккумулятор G1 (Ni-Cd типоразмера АА емкостью 600 мАч) установлен в соответствующий держатель. По сравнению с фонарем, доработанным по схеме рис. 2, яркость получилась субъективно несколько меньшей, но вполне достаточной.

Автор: С.Самойлов

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Полезная альтернатива утреннему кофе 12.03.2025

Многие люди не представляют свое утро без чашки крепкого кофе, однако недавнее исследование, проведенное учеными Университета Джорджии, показало, что существует более эффективный и полезный способ взбодриться. Оказывается, обычная лестница может стать отличной альтернативой утреннему кофе, обеспечивая заряд энергии и повышая работоспособность. В эксперименте приняли участие студенты, страдающие от недосыпа, которые были разделены на несколько групп. Одним давали таблетки с кофеином, другим - плацебо, третьим - содовую, а четвертым - предлагали подняться по лестнице в течение 10 минут, преодолев около 30 этажей. Результаты исследования показали, что кофеин, плацебо и содовая не оказали существенного влияния на уровень энергии и работоспособность участников. Однако физическая активность в виде подъема по лестнице привела к значительному повышению бодрости и мотивации. Ученые объясняют этот эффект тем, что физические упражнения стимулируют выработку эндорфинов - гормонов радости, ...>>

Морозоустойчивые натрий-ионные аккумуляторы 12.03.2025

Ученые Сианьского университета Цзяотун добились значительного прогресса в разработке натрий-ионных аккумуляторов, способных функционировать даже в условиях экстремального холода. Эта разработка открывает новые перспективы для использования электроники и транспорта в регионах с суровым климатом. Особенностью новых аккумуляторов является их способность работать при температуре до -40 °C, что делает их идеальными для использования в арктических условиях и в других местах с экстремально низкими температурами. В основе инновационной технологии лежит использование принципов инь и ян - объединение сильных и слабых растворителей. Такой подход позволил ученым создать прототип натрий-ионных аккумуляторов, которые сохраняют до 80% своей емкости даже при сильных морозах. В последние годы натрий-ионные аккумуляторы привлекают все большее внимание как перспективная альтернатива литий-ионным батареям. Доступность сырья и низкая стоимость делают их привлекательными для использования в электро ...>>

Автономный датчик для очистки питьевой воды 11.03.2025

Ученые разработали инновационный биосенсор, способный автономно обнаруживать и уничтожать опасные бактерии кишечной палочки (E. coli) в питьевой воде. Эта технология обещает кардинально изменить методы обеспечения безопасности воды по всему миру. Традиционные методы обнаружения бактерий, такие как культивирование и ПЦР, требуют много времени, специализированного оборудования и квалифицированного персонала. Существующие биосенсоры, хотя и быстрее, зависят от внешних источников энергии и со временем теряют эффективность. Новый биосенсор преодолевает эти ограничения благодаря уникальной трехкомпонентной системе. Ферментативный биотопливный элемент (EBFC) использует глюкозооксидазу для преобразования глюкозы в электроны и перекись водорода, обеспечивая автономное питание датчика. Фермент защищен от деградации с помощью металлоорганического каркаса. Система обнаружения на основе аптамеров (специализированных цепочек ДНК) специфически связывается с E. coli. Это вызывает электриче ...>>

Случайная новость из Архива Фотоны вместо электронов для революционных процессоров 18.01.2021 Современные вычислительные возможности классических процессорных архитектур себя исчерпали, уверены в IBM. Более того, они стали препятствием на пути развития систем машинного обучения и искусственного интеллекта. Прорыв видится в области развития кремниевой фотоники и вычислений в памяти, когда данные обрабатываются там, где они хранятся. И сегодня в IBM доказали, что они нащупали путь к электронике будущего, в которой вместо электронов по цепям полетят фотоны. Специалисты IBM совместно с учеными из нескольких стран разработали и реализовали оптическую вычислительную систему для ускорения работы нейронных сетей. В частности, в компании создали "фотонное тензорное ядро", которое способно выполнять так называемую операцию свертки - математическую операцию над двумя функциями, которая выводит третью функцию - за один временной шаг. Обычно это простое сложение или умножение, но для обработки одного фрагмента данных требуются миллиарды таких операций, поэтому низкие задержки и малое потребление - это жизненно необходимые требования к таким системам. Выполнение операций над данными в памяти - это дополнительная возможность сэкономить как на потреблении, так и на задержках, поскольку данные не нужно перегонять в процессор и обратно. В разработке IBM данные хранились и обрабатывались в ячейках памяти на основе памяти с фазовым переходом. Следующий шаг к ускорению обработки данных - это мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Проще говоря, на блок памяти данные поступали в виде света с разной длиной волны. Подобный подход позволяет как расширить канал передачи данных (частотное расширение), так и проводить операции над фотонным потоком данных параллельно. Там, где электроны текли в цепи последовательно, фотонные цепи допускают параллельное течение данных и одновременную обработку каждого из потоков. Это колоссальное ускорение обработки данных! В качестве эксперимента была создана матрица 9 х 4 с максимум четырьмя входными векторами на временной шаг, каждый из которых передавался в виде светового излучения со своей длиной волны. Для операций MAC (умножение-накопление) матрица показала производительность 2 TOPS/с на скорости модуляции 14 ГГц. В IBM рассчитывают, что предложенная схемотехника поможет достичь производительности фотонных схем с вычислениями в памяти значений на уровне PetaMAC/с на мм2 (тысячи триллионов операций MAC), что на три порядка выше современных значений на уровне 1 TOPS/мм2 для текущей электроники.

Другие интересные новости:

▪ Оверклокерская память Kingston FURY Beast DDR5 RGB

▪ Док-станции eGPU Breakaway Puck Radeon RX 5500 XT и eGPU Breakaway Puck Radeon RX 5700

▪ Муравьи не любят работать

▪ Выращен светящийся картофель

▪ Найден самый мощный источник энергии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Мировая экономика. Конспект лекций

▪ статья Как тренируют собак-поводырей? Подробный ответ

▪ статья Вех ядовитый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Дистанционный выключатель электроприборов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сеть ISDN. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025