Восстанавливаем и доводим до ума китайский фонарик. Ремонт и модернизация светодиодных фонарей Lentel, Фотон, Smartbuy Colorado и RED своими руками Схема фонарика космос на светодиодах с зарядкой
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
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| МК AVR 8-бит | ATtiny13A | 1 | корпус SOIC 208 mil | В блокнот | ||
| Конденсатор | 1 мкФ | 1 | не менее 1 мкФ | В блокнот | ||
| Резистор | 4.7 кОм | 2 | или 3...10 кОм |
Делаем фонарик на светодиодах своими руками
Светодиодный фонарик с 3-х
вольтовым конвертором для светодиода 0.3-1.5V 0.3-1.5
V
LED
FlashLight
Обычно, для работы синего или белого
светодиода требуется 3 - 3,5v,
данная схема позволяет запитать синий или белый светодиод низким напряжением от одной пальчиковой батарейки.
Normally, if you want to light up a blue or
white LED you need to provide it with 3 - 3.5 V, like from a 3 V lithium coin
cell.
Детали:
Светодиод
Ферритовое кольцо (диаметром ~10 мм)
Провод для намотки (20 см)
Резистор на 1кОм
N-P-N транзистор
Батарейка
Параметры используемого
трансформатора:
Обмотка, идущая на светодиод, имеет
~45 витков, намотанных проводом 0.25мм.
Обмотка, идущая на базу транзистора, имеет
~30 витков провода 0.1мм.
Базовый резистор в этом случае имеет
сопротивление около 2К.
Вместо R1 желательно поставить подстроечный
резистор, и добиться тока через диод ~22мА, при свежей батарейке измерить его
сопротивление, заменив потом его постоянным резистором полученного номинала.
Собранная схема обязана работать сразу.
Возможны только 2 причины, по которым
схема работать не будет.
1. перепутаны концы обмотки.
2. слишком мало витков базовой обмотки.
Генерация исчезает, при количестве витков <15.
Куски
проводов сложить вместе и намотать на кольцо.
Соединить между собой два конца
разных проводов.
Схему можно расположить внутри
подходящего корпуса.
Внедрение такой схемы в фонарь,
работающий от 3V
существенно продлевает, продолжительность его работы от одного комплекта
батареек.
Вариант исполнения фонаря от одной батарейки 1,5в.
Транзистор и сопротивление помещаются внутрь ферритового кольца
Белый светодиод работает от севшей батарейки ААА
Вариант модернизации «фонарик – ручка»
Возбуждение изображенного на схеме блокинг-генератора достигается трансформаторной связью
на Т1. Импульсы напряжения, возникающие в правой (по схеме)
обмотке складываются с напряжением источника питания и поступают на светодиод
VD1. Конечно, можно было бы исключить конденсатор и резистор в цепи базы
транзистора, но тогда возможен выход из строя VT1 и VD1 при использовании
фирменных батарей с низким внутренним сопротивлением. Резистор задает режим
работы транзистора, а конденсатор пропускает ВЧ составляющую.
В схеме использовался транзистор КТ315 (как самый дешевый, но можно и любой другой с граничной частотой от 200 МГц), сверхяркий светодиод. Для изготовления трансформатора потребуется кольцо из феррита (ориентировочный размер 10х6х3 и проницаемостью около 1000 HH). Диаметр проволоки около 0,2-0,3 мм. На кольцо наматываются две катушки по 20 витков в каждой.
Если нет кольца, то можно использовать аналогичный по объему и материалу цилиндр. Только придется мотать уже 60-100 витков для каждой из катушек.
Важный момент : мотать катушки нужно в разные стороны.
Фотографии фонарика:
выключатель находится в кнопке «авторучки», а серый металлический цилиндр проводит ток.
По типоразмеру батарейки делаем цилиндр.
Его можно изготовить из бумаги, или использовать отрезок любой жесткой трубки.
Проделываем отверстия по краям цилиндра, обматываем его залуженным проводом, пропускаем в отверстия концы проволоки. Фиксируем оба конца, но оставляем с одного из концов кусок проводника: чтобы можно было подсоединить преобразователь к спирали.
Кольцо из феррита не влезло бы в фонарь, поэтому использовался цилиндр из аналогичного материала.
Цилиндр из катушки индуктивности от старого телевизора.
Первая катушка - около 60 витков.
Потом вторая, мотается в обратную сторону опять 60 или около того. Витки скрепляются клеем.
Собираем преобразователь:
Все располагается внутри нашего корпуса: Распаиваем транзистор, конденсатор резистор, подпаиваем спираль на цилиндре, и катушку. Ток в обмотках катушки должен идти в разные стороны! То есть если вы мотали все обмотки в одну сторону, то поменяйте местами выводы одной из них, иначе генерация не возникнет.
Получилось следующее:
Все вставляем вовнутрь, а в качестве боковых заглушек и контактов используем гайки.
К одной из гаек подпаиваем выводы катушки, а к другой эмиттер VT1. Приклеиваем. маркируем выводы: там, где у нас будет вывод от катушек ставим « - », где вывод от транзистора с катушкой ставим «+» (чтобы было все как в батарейке).
Теперь следует изготовить «ламподиод».
Внимание: на цоколе должен быть минус светодиода.
Сборка:
Как
понятно из рисунка, преобразователь представляет собой «заменитель» второй
батарейки. Но в отличие от нее, он имеет три точки контакта: с плюсом
батарейки, с плюсом светодиода, и общим корпусом (через спираль).
Его местоположение в батарейном отсеке является определенным: он должен контактировать с плюсом светодиода.
Современный фонарик c режимом эксплуатации светодиода питанием постоянным стабилизированным током.
Схема стабилизатора тока работает следующим образом:
При подаче питания на схему транзисторы Т1 и Т2 заперты, Т3 открыт, потому как на его затвор подано отпирающее напряжение через резистор R3 . Благодаря наличию в цепи светодиода катушки индуктивности L1 ток нарастает плавно. По мере возрастания тока в цепи светодиода возрастает падение напряжения на цепочке R5- R4, как только оно достигнет примерно 0,4V, откроется транзистор Т2, а вслед за ним и Т1, который в свою очередь закроет токовый ключ Т3. Нарастание тока прекращается, в катушке индуктивности возникает ток самоиндукции, который через диод D1 начинает протекать через светодиод и цепочку резисторов R5- R4. Как только ток уменьшиться ниже определенного порога, транзисторы Т1 и Т2 закроются, Т3 -- откроется, что приведет к новому циклу накопления энергии в катушке индуктивности. В нормальном режиме колебательный процесс происходит на частоте порядка десятков килогерц.
О деталях :
Вместо транзистора IRF510 можно применить IRF530, или любой n-канальный полевой ключевой транзистор на ток более 3А и напряжение более 30 В.
Диод D1 должен быть обязательно с барьером Шоттки на ток более 1А, если поставить обычный даже высокочастотный типа КД212, КПД снизится до 75-80%.
Катушка индуктивности самодельная, мотают ее проводом не тоньше 0,6 мм, лучше - жгутом из нескольких более тонких проводов. Около 20-30 витков провода на броневой сердечник Б16-Б18 обязательно с немагнитным зазором 0,1-0,2 мм или близкий из феррита 2000НМ. При возможности толщину немагнитного зазора подбирают экспериментально по максимальному КПД устройства. Неплохие результаты можно получить с ферритами от импортных катушек индуктивности, устанавливаемых в импульсных блоках питания, а также в энергосберегающих лампах. Такие сердечники имеют вид катушки для ниток, не требуют каркаса и немагнитного зазора. Очень хорошо работают катушки на тороидальных сердечниках из прессованного железного порошка, которые можно найти в компьютерных блоках питания (на них намотаны катушки индуктивности выходных фильтров). Немагнитный зазор в таких сердечниках равномерно распределен в объеме благодаря технологии производства.
Эту же схему стабилизатора можно использовать и совместно с другими аккумуляторами и батареями гальванических элементов напряжением 9 или 12 вольт без какого-либо изменения схемы или номиналов элементов. Чем выше будет напряжение питания, тем меньший ток будет потреблять фонарик от источника, его КПД будет оставаться неизменным. Рабочий ток стабилизации задают резисторы R4 и R5.
При необходимости ток может быть увеличен до 1А без применения теплооотводов на деталях, только подбором сопротивления задающих резисторов.
Зарядное устройство для аккумулятора можно оставить «родное» или собрать по любой из известных схем или вообще применить внешнее для уменьшения веса фонаря.
Светодиодный фонарь из калькулятора Б3-30
В основу преобразователя взята схема калькулятора Б3-30, в импульсном источнике питания которого используется трансформатор толщиной всего 5 мм, имеющий две обмотки. Использование импульсного трансформатора от старого калькулятора позволило создать экономичный светодиодный фонарь.
В результате получилась очень простая схема.
Преобразователь напряжения выполнен по
схеме однотактного генератора с индуктивной обратной связью на транзисторе VT1
и трансформаторе Т1. Импульсное напряжение с обмотки 1-2 (по принципиальной
схеме калькулятора Б3-30) выпрямляется диодом VD1 и подается на сверхъяркий
светодиод HL1. Конденсатор С3 фильтр. За основу конструкции взят фонарь
китайского производства рассчитанного на установку двух элементов питания типа
АА. Преобразователь монтируется на печатной плате из односторонне фольгированного
стеклотекстолита толщиной 1,5 мм
рис.2
размерами, заменяющими один
элемент питания и вставляемой в фонарь вместо него. К торцу платы обозначенной
знаком «+» припаивается контакт, изготовленный из двухсторонне фольгированного
стеклотекстолита диаметром 15мм, обе стороны соединяются перемычкой и
облуживаются припоем.
После установки на плату всех деталей торцевой контакт «+» и трансформатор Т1 заливаются термоклеем для увеличения прочности. Вариант компоновки фонаря показан на рис.3 и в конкретном случае зависит от типа используемого фонаря. В моем случае никакой доработки фонаря не потребовалось, отражатель имеет контактное кольцо, к которому подпаивается минусовой вывод печатной платы, а сама плата крепится к отражателю с помощью термоклея. Печатная плата в сборе с отражателем вставляется вместо одного элемента питания и зажимается крышкой.
В
преобразователе напряжения использованы малогабаритные детали. Резисторы типа
МЛТ-0,125, конденсаторы С1 и С3 импортные, высотой до 5 мм. Диод VD1 типа
1N5817 с барьером Шотки, при его отсутствии можно использовать любой
выпрямительный диод, подходящий по параметрам, желательно германиевый ввиду
более малого падения напряжения на нем. Правильно собранный преобразователь в
налаживании не нуждается, если не перепутаны обмотки трансформатора, в
противном случае поменяйте их местами. При отсутствии вышеуказанного
трансформатора его можно изготовить самостоятельно. Намотка производится на
ферритовое кольцо типоразмера К10*6*3 магнитной проницаемостью 1000-2000. Обе
обмотки наматываются проводом ПЭВ2 диаметром от 0,31 до 0,44 мм. Первичная
обмотка имеет 6 витков, вторичная 10 витков. После установки такого
трансформатора на плату и проверки работоспособности его следует закрепить на
ней с помощью термоклея.
Испытания фонаря с элементом питания типа АА представлены в таблице 1.
При испытании использовалась самая дешевая батарейка типа АА стоимостью всего 3 р. Начальное напряжение под нагрузкой составило 1,28 В. На выходе преобразователя напряжение, измеренное на сверхярком светодиоде 2,83 В. Марка светодиода неизвестна, диаметр 10 мм. Общий потребляемый ток 14 mА. Суммарное время работы фонаря составило 20 часов непрерывной работы.
При снижении напряжения на элементе питания ниже 1V яркость заметно падает.
| Время, ч | V батареи, В | V преобр., В |
| 0 | 1,28 | 2,83 |
| 2 | 1,22 | 2,83 |
| 4 | 1,21 | 2,83 |
| 6 | 1,20 | 2,83 |
| 8 | 1,18 | 2,83 |
| 10 | 1,18 | 2.83 |
| 12 | 1,16 | 2.82 |
| 14 | 1,12 | 2.81 |
| 16 | 1,11 | 2.81 |
| 18 | 1,11 | 2.81 |
| 20 | 1,10 | 2.80 |
Самодельный фонарик на светодиодах
Основа - фонарик «VARTA» с питанием от двух батареек типа АА:
Поскольку диоды имеют сильно нелинейную ВАХ необходимо оснастить фонарь схемой для работы на светодиоды, которая обеспечит постоянную яркость свечения по мере разряда батареи и сохранит работоспособность при возможно более низком напряжении питания.
Основа стабилизатора напряжения, это микромощный повышающий DC/DC конвертор MAX756.
По заявленным характеристикам он работает при снижении входного напряжения до 0.7В.
Схема включения - типовая:
Монтаж
выполнен навесным способом.
Электролитические конденсаторы - танталовые ЧИП. Они имеют низкое последовательное сопротивление, что несколько улучшает КПД. Диод Шоттки - SM5818. Дроссели пришлось соединить два в параллель, т.к. не оказалось подходящего номинала. Конденсатор С2 - К10-17б. Светодиоды - сверхяркие белые L-53PWC «Kingbright».
Как видно на рисунке, вся схема легко уместилась в пустом пространстве светоизлучающего узла.
Выходное напряжение стабилизатора в данной схеме включения равно 3.3V. Поскольку падение напряжения на диодах в номинальном диапазоне токов (15-30мА) составляет около 3.1V, то лишние 200мV пришлось гасить на резисторе, включенном последовательно с выходом.
Кроме этого, небольшой последовательный резистор улучшает линейность нагрузки и стабильность схемы. Связано это с тем, что диод имеет отрицательный ТКС, и при разогреве его прямое падение напряжения уменьшается, что приводит к резкому росту тока через диод, при питании его от источника напряжения. Разравнивать токи через параллельно включенные диоды не пришлось - различия яркости на глаз не наблюдалось. Тем более, что диоды были одного типа и взяты из одной коробки.
Теперь о конструкции светоизлучателя. Как видно на фотографиях, светодиоды в схеме не запаяны намертво, а являются съемной частью конструкции.
Потрошится
родная лампочка, и во фланце с 4-х сторон делаются 4 пропила
(один там уже был). 4 светодиода располагаются симметрично по кругу. Плюсовые
выводы (по схеме) припаиваются на цоколь возле пропилов, а
минусовые вставляются изнутри в центральное отверстие цоколя, обрезаются и тоже
пропаиваются. «Ламподиод», вставляется на
место обычной лампочки накаливания.
Тестирование:
Стабилизация выходного напряжения (3.3V) продолжалась вплоть до снижения напряжения питания до ~1.2V. Ток нагрузки при этом составлял около 100мА (~ по 25мА на диод). Затем выходное напряжение начало плавно снижаться. Схема перешла в другой режим работы, при котором она уже не стабилизирует, а выдает на выход все, что может. В таком режиме она проработала до напряжения питания 0.5V! Выходное напряжение при этом упало до 2.7В, а ток со 100мА до 8мА.
Немного о КПД.
КПД
схемы около 63% при свежих батарейках. Дело в том, что миниатюрные дроссели,
использованные в схеме, имеют чрезвычайно высокое омическое сопротивление -
около 1.5ом
Решение кольцо из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50.
40 витков провода ПЭВ-0.25, в один слой - получилось около 80мкГ. Активное сопротивление около 0.2 Ом, а ток насыщения по расчетам - более 3А. Выходной и входной электролит меняем на 100мкФ, хотя без ущерба для КПД можно уменьшить и до 47мкФ.
Схема светодиодного фонаря на DC/DC конверторе фирмы Analog Device - ADP1110.
Стандартная типовая схема включения ADP1110.
Данная микросхема-конвертер, согласно спецификации фирмы-производителя, выпускается в 8 вариантах:
| Модель | Выходное напряжение |
| ADP1110AN | Регулируемое |
| ADP1110AR | Регулируемое |
| ADP1110AN-3.3 | 3.3 V |
| ADP1110AR-3.3 | 3.3 V |
| ADP1110AN-5 | 5 V |
| ADP1110AR-5 | 5 V |
| ADP1110AN-12 | 12 V |
| ADP1110AR-12 | 12 V |
Микросхемы с индексами «N» и «R» отличаются только типом корпуса: R компактнее.
Если вы купили чип с индексом -3.3, можете пропускать следующий абзац и переходить к пункту «Детали».
Если нет - представляю вашему вниманию еще одну схему:
В ней добавлены две детали, позволяющие получить на выходе требуемые 3,3 вольта для питания светодиодов.
Схему можно улучшить, приняв во внимание, что для работы светодиодам нужен источник тока, а не напряжения. Изменения в схеме, что бы она выдавала 60мА (по 20 на каждый диод), а напряжение диоды нам выставят автоматически, те самые 3.3-3.9V.
резистор R1 служит для измерения тока. Преобразователь так устроен, что когда напряжение на выводе FB (Feed Back) превысит 0.22V, он закончит повышать напряжение и ток, значит номинал сопротивления R1 легко рассчитать R1 = 0.22В/Iн, в нашем случаи 3.6Ом. Такая схема помогает стабилизировать ток, и автоматически выбрать необходимое напряжение. К сожалению, на этом сопротивлении будет падать напряжение, что приведет к снижению КПД, однако, практика показала, что оно меньше чем превышение, которое мы выбрали в первом случаи. Я измерял выходное напряжение, и оно составило 3.4 - 3.6В. Параметры диодов в таком включении также должны быть по возможности одинаковыми, иначе суммарный ток в 60мА, распределился между ними не поровну, и мы опять, получим разную светимость.
Детали
1. Дроссель подойдет любой от 20 до 100 микрогенри с маленьким (меньше 0.4 Ома) сопротивлением. На схеме указано 47 мкГн. Его можно сделать самому - намотать около 40 витков провода ПЭВ-0.25 на кольце из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50, типоразмера 10х4х5.
2. Диод Шоттки. 1N5818, 1N5819, 1N4148 или аналогичные. Analog Device НЕ РЕКОМЕНДУЕТ использовать 1N4001
3. Конденсаторы. 47-100 микрофарад на 6-10 вольт. Рекомендуется использовать танталовые.
4. Резисторы. Мощностью 0,125 ватта сопротивлением 2 Ома, возможно 300 ком и 2,2 ком.
5. Светодиоды. L-53PWC - 4 штуки.
Преобразователь напряжения для питания светодиода DFL-OSPW5111Р белого свечения с яркостью 30 Кд при токе 80 мА и шириной диаграммы направленности излучения около 12°.
Ток, потребляемый от батареи напряжением 2,41V, - 143мА; при этом через светодиод протекает ток около 70 мА при напряжении на нем 4,17 В. Преобразователь работает на частоте 13 кГц, электрический КПД составляет около 0,85.
Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К10x6x3 из феррита 2000НМ.
Первичную и вторичную обмотки трансформатора наматывают одновременно (т. е. в четыре провода).
Первичная обмотка содержит - 2x41 витка провода ПЭВ-2 0,19,
Вторичная обмотка содержит - 2x44 витка провода ПЭВ-2 0,16.
После намотки выводы обмоток соединяют в соответствии со схемой.
Транзисторы КТ529А структуры p-n-p можно заменить на КТ530А структуры n-p-n, в этом случае необходимо изменить полярность подключения батареи GB1 и светодиода HL1.
Детали размещают на рефлекторе, используя навесной монтаж. Обратите внимание на то, чтобы был исключён контакт деталей с жестяной пластиной фонаря, подводящей «минус» батареи GB1. Транзисторы скрепляют между собой хомутом из тонкой латуни, который обеспечивает необходимый отвод тепла, и затем приклеивают к рефлектору. Светодиод размещают взамен лампы накаливания так, чтобы он выступал на 0,5... 1 мм из гнезда для её установки. Это улучшает отвод тепла от светодиода и упрощает его монтаж.
При первом включении питание от батареи подают через резистор сопротивлением 18...24 Ом чтобы не вывести из строя транзисторы при неправильном подключении выводов трансформатора Т1. Если светодиод не светит, необходимо поменять местами крайние выводы первичной или вторичной обмотки трансформатора. Если и это не приводит к успеху, проверяют исправность всех элементов и правильность монтажа.
Преобразователь напряжения для питания светодиодного фонаря промышленного образца.
Преобразователь напряжения для питания светодиодного фонаря
Схема
взята из руководства фирмы Zetex по применению микросхем ZXSC310.
ZXSC310 - микросхема драйвера светодиодов.
FMMT 617 или FMMT 618.
Диод Шоттки - практически любой марки.
Конденсаторы C1 = 2.2 мкФ и C2 = 10 мкФ для поверхностного монтажа, 2.2 мкФ величина, рекомендованная производителем, а С2 можно поставить примерно от 1 до 10 мкФ
Катушка индуктивности 68 микрогенри на 0.4 А
Индуктивность и резистор устанавливают
с одной стороны платы (где нет печати), все остальные детали - с другой.
Единственную хитрость представляет изготовление резистора на 150 миллиом. Его
можно сделать из железной проволоки 0.1 мм, которую можно добыть, расплетая
тросик. Проволочку следует отжечь на зажигалке, тщательно протереть мелкой
шкуркой, облудить концы и кусочек длиной около 3 см припаять в отверстия на
плате. Далее в процессе настройки надо, измеряя ток через диоды, двигать
проволочку, одновременно разогревая паяльником место ее припаивания к плате.
Таким образом, получается нечто вроде реостата. Добившись тока в 20 мА, паяльник убирают, а ненужный кусок проволочки обрезают. У автора вышла длина примерно 1 см.
Фонарик на источнике тока
Рис. 3. Фонарик на источнике тока, с автоматическим выравниванием тока в светодиодах, так что светодиоды могут быть c любым разбросом параметров (светодиод VD2 задает ток, который повторяют транзисторы VT2, VT3, таким образом, токи в ветвях будут одинаковыми)
Транзисторы конечно тоже должны быть одинаковыми, но разброс их параметров не так критичен, поэтому можно взять либо дискретные транзисторы, либо если сможете найти, три интегральных транзистора в одном корпусе, у них параметры максимально одинаковые. Проиграйтесь с размещением светодиодов, нужно подобрать пару светодиод-транзистор так что бы выходное напряжение было минимально, это повысит КПД.
Введение транзисторов выровняло яркость, однако они имеют сопротивление и на них падает напряжение, что вынуждает преобразователь повышать уровень выходного до 4В, для снижения падения напряжения на транзисторах можно предложить схему на рис.4, это модифицированное токовое зеркало, вместо опорного напряжения Uбэ=0.7В в схеме на рис.3 можно воспользоваться встроенным в преобразователем источником 0.22В, и поддерживать его в коллекторе VT1 при помощи операционика, также встроенным в преобразователь.
Рис. 4. Фонарик на источнике тока, с автоматическим выравниванием тока в светодиодах, и с улучшенным КПД
Т.к. выход операционника имеет тип «открытый коллектор» его необходимо «подтянуть» к питанию, что делает резистор R2. Сопротивления R3, R4 выполняют функции делителя напряжения в точке V2 на 2, таким образом операционник поддержит в точке V2 напряжение 0.22*2 = 0.44В, что меньше чем в предыдущем случаи на 0.3В. Брать делитель еще меньше, чтобы понизить напряжение в точке V2, нельзя т.к. биполярный транзистор имеет сопротивление Rкэ и при работе на нем будет падать напряжение Uкэ, чтобы транзистор правильно работал V2-V1 должно быть больше Uкэ, для нашего случая 0.22В вполне достаточно. Однако биполярные транзисторы можно заменить полевыми, в которых сопротивление сток исток гораздо меньше, это даст возможность уменьшить делитель, так чтобы, сделать разность V2-V1 совсем незначительной.
Дроссель. Дроссель нужно брать с минимальным сопротивлением, особое внимание следует уделить максимальному допустимому току он должен быть порядка 400 -1000 мА.
Номинал не играет такой роли как максимальный ток, поэтому Analog Devices рекомендует, что-то между 33 и 180мкГн. В данном случаи, теоретически, если не обращать внимание на габариты, то чем больше индуктивность, тем лучше по всем показателем. Однако на практике это не совсем так, т.к. мы имеем не идеальную катушку, она имеет активное сопротивление и не линейна, кроме того, ключевой транзистор при низких напряжениях уже не выдаст 1.5А. Поэтому лучше попробовать несколько катушек разного типа, конструкции и разного номинала, что бы выбрать катушку, при которой самый высокий КПД, и самое маленькое минимальное входное напряжение, т.е. катушку, с которой фонарик будет светиться максимально долго.
Конденсаторы. C1 может быть любым. С2 лучше взять танталовым т.к. у него маленькое сопротивление это повышает КПД.
Диод Шотки. Любой на ток до 1А, желательно с минимальным сопротивлением и минимальным падением напряжения.
Транзисторы. Любые с током коллектора до 30 мА, коэф. усиления тока порядка 80 с частотой до 100Мгц, КТ318 подойдет.
Светодиоды. Можно белые NSPW500BS со свечением в 8000мКд от Power Light Systems .
Преобразователь напряжения ADP1110, или его замену ADP1073, для его использования схему на рис.3 нужно будет изменить, взять дроссель 760мкГ, а R1 = 0.212/60мА = 3.5Ом.
Фонарь на ADP3000-ADJ
Параметры:
Питание 2.8 - 10 В, КПД ок. 75%, два режима яркости - полный и половина.
Ток через диоды 27 мА, в режиме половинной яркости - 13 мА.
В схеме для получения высокого КПД желательно использовать чип-компоненты.
Правильно собранная схема в настройке не нуждается.
Недостатком схемы является высокое (1,25V) напряжение на входе FB (вывод 8).
В настоящее время выпускаются DC/DC конвертеры с напряжением FB около 0,3V, в частности, фирмы Maxim, на которых реально достичь КПД выше 85%.
Схема фонаря на Кр1446ПН1.
Резисторы R1 и R2 - датчик тока. Операционный усилитель U2B - усиливает напряжение, снимаемое с датчика тока. Коэффициент усиления = R4 / R3 + 1 и составляет примерно 19. Требуется такой коэффициент усиления, чтобы при токе через резисторы R1 и R2 60 мА напряжение на выходе открыло транзистор Q1. Изменяя эти резисторы, можно устанавливать другие значения тока стабилизации.
В принципе операционный усилитель можно и не ставить. Просто вместо R1 и R2 ставится один резистор 10 Ом, с него сигнал через резистор 1кОм подаётся на базу транзистора и всё. Но. Это приведёт к уменьшению КПД. На резисторе 10 Ом при токе 60 мА напрасно рассеивается 0.6 Вольта - 36 мВт. В случае применения операционного усилителя потери составят:
на резисторе 0.5 Ома при токе 60 мА = 1.8 мВт + потребление самого ОУ 0.02 мА пусть при 4-х Вольтах = 0.08 мВт
= 1.88 мВт - существенно меньше, чем 36 мВт.
О компонентах.
На месте КР1446УД2 может работать любой малопотребляющий ОУ с низким минимальным значением напряжения питания, лучше подошёл бы OP193FS, но он достаточно дорогой. Транзистор в корпусе SOT23. Полярный конденсатор поменьше - типа SS на 10 Вольт. Индуктивность CW68 100мкГн на ток 710 мА. Хотя ток отсечки у преобразователя 1 А, она работает нормально. С ней получился наилучший КПД. Светодиоды я подбирал по наиболее одинаковому падению напряжения при токе 20 мА. Собран фонарик в корпусе для двух батарей AA. Место под батареи я укоротил под размер батарей AAA, а в освободившемся пространстве навесным монтажом собрал эту схему. Хорошо подойдёт корпус для трёх батарей AA. Ставить нужно будет только две, а на месте третьей разместить схему.
КПД получившегося устройства.
Входные U I P Выходные U I P КПД
Вольт мА мВт Вольт мА мВт %
3.03 90 273 3.53 62 219 80
1.78 180 320 3.53 62 219 68
1.28 290 371 3.53 62 219 59
Замена лампочки фонарика “Жучёк” на модуль фирмы Luxeon Lumiled LXHL - NW 98.
Получаем ослепительно яркий фонарик, с очень легким жимом (по сравнению с лампочкой).
Схема переделки и параметры модуля.
Преобразователи StepUP DC-DC конверторы ADP1110 фирма Analog devices.
Питание: 1 или 2 батарейки 1,5в работоспособность сохраняется до Uвход.=0,9в
Потребление:
*при разомкнутом переключателе S1 = 300mA
*при замкнутом переключателе S1 = 110mA
Светодиодный электронный фонарь
С питанием всего от одной пальчиковой батареи типоразмера АА или AAA на микросхеме (КР1446ПН1), которая является полным аналогом микросхемы МАХ756 (МАХ731) и имеет практически идентичные характеристики.
За основу взят фонарь, в котором в качестве источника питания используются две пальчиковые батарейки (аккумуляторы) типоразмера АА.
Плата преобразователя помещается в фонарь вместо второго элемента питания. С одного торца платы припаян контакт из луженой жести для питания схемы, а с другого - светодиод. На выводы светодиода надет кружок из той же жести. Диаметр кружка должен быть чуть больше диаметра цоколя отражателя (на 0,2-0,5 мм), в который вставляется патрон. Один из выводов диода (минусовой) припаян к кружку, второй (плюсовой) проходит насквозь и изолирован кусочком трубочки из ПВХ или фторопласта. Назначение кружка - двойное. Он обеспечивает конструкции необходимую жесткость и одновременно служит для замыкания минусового контакта схемы. Из фонаря заранее удаляют лампу с патроном и помещают вместо нее схему со светодиодом. Выводы светодиода перед установкой на плату укорачивают таким образом, чтобы обеспечивалась плотная, без люфта, посадка «по месту». Обычно длина выводов (без учета пайки на плату) равна длине выступающей части полностью вкрученного цоколя лампы.
Схема соединения платы и аккумулятора приведена на рис. 9.2.
Далее фонарь собирают и проверяют его работоспособность. Если схема собрана правильно, то никаких настроек не требуется.
В конструкции применены, стандартные установочные элементы: конденсаторы типа К50-35, дроссели ЕС-24 индуктивностью 18-22 мкГн, светодиоды яркостью 5-10 кд диаметром 5 или 10 мм. Разумеется, возможно, применение и других светодиодов с напряжением питания 2,4-5 В. Схема имеет достаточный запас по мощности и позволяет питать даже светодиоды с яркостью до 25 кд!
О некоторых результатах испытаний данной конструкции.
Доработанный таким образом фонарь проработал со «свежей» батарейкой без перерыва, во включенном состоянии, более 20 часов! Для сравнения - тот же фонарь в «стандартной» комплектации (то есть с лампой и двумя «свежими» батарейками из той же партии) работал всего 4 часа.
И еще один важный момент. Если применять в данной конструкции перезаряжаемые аккумуляторы, то легко следить за состоянием уровня их разрядки. Дело в том, что преобразователь на микросхеме КР1446ПН1 стабильно запускается при входном напряжении 0,8-0,9 В. И свечение светодиодов стабильно яркое, пока напряжение на аккумуляторе не достигло этого критического порога. Лампа гореть при таком напряжении, конечно, еще будет, но вряд ли можно говорить о ней как о реальном источнике света.
Рис. 9.2 Рис 9.3
Печатная плата устройства приведена на рис. 9.3, а расположение элементов - на рис. 9.4.
Включение и выключение фонаря одной кнопкой
Схема собрана на микросхеме D-триггера CD4013 и полевом транзисторе IRF630 в режиме "выкл." ток потребления схемы - практически 0. Для стабильной работы D-триггера на входе микросхемы подключен фильтр резистор и конденсатор их функция- устранение контактного дребезга. Не используемые выводы микросхемы лучше никуда не подключать. Микросхема работает от 2 до 12 вольт, в качестве силового ключа можно использовать любой мощный полевой транзистор, т.к. сопротивление сток-исток у полевого транзистора ничтожно мало и не нагружает выход микросхемы.
CD4013A в корпусе SO-14, аналог К561ТМ2, 564ТМ2
Простые схемы генератора.
Позволяют
питать светодиод с напряжением загорания 2-3V от 1-1,5V. Короткие импульсы
повышенного потенциала отпирают p-n переход. КПД конечно понижается, но это
устройство позволяет "выжать" из автономного источника питания почти
весь его ресурс.
Проволока 0,1 мм - 100-300 витков с отводом от середины, намотанные на тороидальное колечко.
Светодиодный фонарь с регулируемой яркостью и режимом "Маяк"
Питание
микросхемы - генератора с регулируемой скважностью (К561ЛЕ5 или 564ЛЕ5) которая
управляет электронным ключом, в предлагаемом устройстве осуществляется от
повышающего преобразователя напряжения, что позволяет питать фонарь от одного
гальванического элемента 1,5.
Преобразователь выполнен на транзисторах VT1, VT2 по схеме трансформаторного автогенератора с положительной обратной связью по току.
Схема генератора с регулируемой скважностью на упомянутой выше микросхеме К561ЛЕ5 немного изменена с целью улучшения линейности регулирования тока.
Минимальный потребляемый ток фонаря с шестью параллельно включенными суперяркими светодиодами L-53MWC фирмы Kingbnght белого свечения равен 2.3 мА Зависимость потребляемого тока от числа светодиодов - прямо пропорциональная.
Режим "Маяк", когда светодиоды с невысокой частотой ярко вспыхивают и затем гаснут, реализуется при установке регулятора яркости на максимум и повторном включении фонаря. Желаемую частоту световых вспышек регулируют подбором конденсатора СЗ.
Работоспособность фонаря сохраняется при понижении напряжения до 1.1v хотя при этом значительно уменьшается яркость
В качестве электронного ключа применен полевой транзистор с изолированным затвором КП501А (КР1014КТ1В). По цепи управления он хорошо согласуется с микросхемой К561ЛЕ5. Транзистор КП501А имеет следующие предельные параметры, напряжение сток-исток - 240 В; напряжение затвор-исток - 20 В. ток стока - 0.18 А; мощность - 0.5 Вт
Допустимо параллельное включение транзисторов желательно из одной партии. Возможная замена - КП504 с любым буквенным индексом. Для полевых транзисторов IRF540 напряжение питания микросхемы DD1. вырабатываемое преобразователем, должно быть повышено до 10 В
В фонаре с шестью параллельно включенными светодиодами L-53MWC потребляемый ток примерно равен 120 мА при подключении параллельно VT3 второго транзистора - 140 мА
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ К10- 6"4.5. Обмотки намотаны в два провода, причем конец первой обмотки соединяют с началом второй обмотки. Первичная обмотка содержит 2-10 витков, вторичная - 2*20 витков Диаметр провода - 0.37 мм. марка - ПЭВ-2. Дроссель намотан на таком же магнитопроводе без зазора тем же проводом в один слой, число витков - 38. Индуктивность дросселя 860 мкГн
Схема преобразователя для светодиода от 0,4 до 3V - работающая от одной батарейки AAA. Этот фонарь повышает входное напряжение до нужного простым конвертером DC-DC.
Выходное напряжение составляет приблизительно 7 вт (зависит от напряжения установленного диода LEDs).
Building the LED Head Lamp
Что касается трансформатора в конвертере DC-DC. Вы должны его сделать самостоятельно. Изображение показывает, как собрать трансформатор.
Ещё вариант преобразователей для светодиодов _http://belza.cz/ledlight/ledm.htm
Фонарь на свинцово-кислотном герметичном аккумуляторе с зарядным устройством .
Свинцово кислотные герметичные аккумуляторные батареи самые дешевые в настоящее время. Электролит в них находится в виде геля, поэтому аккумуляторы допускают работу в любом пространственном положении и не производят никаких вредных испарений. Им свойственна большая долговечность, если не допускать глубокого разряда. Теоретически они не боятся перезаряда, однако злоупотреблять этим не следует. Подзарядку аккумуляторных батарей можно производить в любое время, не дожидаясь их полной разрядки.
Свинцово-кислотные герметичные аккумуляторные батареи подходят для применения в переносных фонарях, используемых в домашнем хозяйстве, на дачных участках, на производстве.
Рис.1. Схема электрического фонаря
Электрическая принципиальная схема фонаря с зарядным устройством для 6-вольтового аккумулятора, позволяющая простым способом не допустить глубокий разряд аккумулятора и, таким образом, увеличить его срок службы, показана на рисунке. Он содержит заводской или самодельный трансформаторный блок питания и зарядно-коммутационное устройство, смонтированное в корпусе фонаря.
В авторском варианте в качестве трансформаторного блока применен стандартный блок, предназначенный для питания модемов. Выходное переменное напряжение блока 12 или 15 В, ток нагрузки – 1 А. Встречаются такие блоки и с встроенными выпрямителями. Они также подходят для этой цели.
Переменное напряжение с трансформаторного блока поступает на зарядно-коммутационное устройство, содержащее вилку для подключения зарядного устройства X2, диодный мостик VD1, стабилизатор тока (DA1, R1, HL1), аккумулятор GB, тумблер S1, кнопку экстренного включения S2, лампу накаливания HL2. Каждый раз при включении тумблера S1 напряжение аккумулятора поступает на реле К1, его контакты К1.1 замыкаются, подавая ток в базу транзистора VТ1. Транзистор включается, пропуская ток через лампу HL2. Выключают фонарь переключением тумблера S1 в первоначальное положение, в котором аккумулятор отключен от обмотки реле К1.
Допустимое напряжение разряда аккумулятора выбрано на уровне 4,5 В. Оно определяется напряжением включения реле К1. Изменять допустимое значение напряжения разряда можно с помощью резистора R2. С увеличением номинала резистора допустимое напряжение разряда увеличивается, и наоборот. Если напряжение аккумулятора ниже 4,5 В, то реле не включится, следовательно, не будет подано напряжение на базу транзистора VТ1, включающего лампу HL2. Это значит, что аккумулятор нуждается в зарядке. При напряжении 4,5 В освещенность, создаваемая фонарем, неплохая. В случае экстренной необходимости можно включить фонарь при пониженном напряжении кнопкой S2, при условии предварительного включения тумблера S1.
На вход зарядно-коммутационного устройства можно подавать и постоянное напряжение, не обращая внимание на полярность стыкуемых устройств.
Для перевода фонаря в режим заряда необходимо состыковать розетку Х1 трансформаторного блока с вилкой Х2, расположенной на корпусе фонаря, а затем включить вилку (на рисунке не показана) трансформаторного блока в сеть 220 В.
В приведенном варианте применен аккумулятор емкостью 4,2 Ач. Следовательно, его можно заряжать током 0,42 А. Заряд аккумулятора производится постоянным током. Стабилизатор тока содержит всего три детали: интегральный стабилизатор напряжения DA1 типа КР142ЕН5А либо импортный 7805, светодиод HL1 и резистор R1. Светодиод, кроме работы в стабилизаторе тока, выполняет также функцию индикатора режима заряда аккумулятора.
Настройка электрической схемы фонаря сводится к регулировке тока заряда аккумулятора. Зарядный ток (в амперах) обычно выбирают в десять раз меньше численного значения емкости аккумулятора (в ампер-часах).
Для настройки лучше всего собрать схему стабилизатора тока отдельно. Вместо аккумуляторной нагрузки к точке соединения катода светодиода и резистора R1 подключить амперметр на ток 2…5 А. Подбором резистора R1 установить по амперметру вычисленный ток заряда.
Реле К1 – герконовое РЭС64, паспорт РС4.569.724. Лампа HL2 потребляет ток примерно 1А.
Транзистор КТ829 можно применить с любым буквенным индексом. Эти транзисторы являются составными и имеют высокий коэффициент усиления по току – 750. Это следует учитывать в случае замены.
В авторском варианте микросхема DA1 установлена на стандартном ребристом радиаторе размерами 40х50х30 мм. Резистор R1 состоит из двух последовательно соединенных проволочных резисторов мощностью 12 Вт.
Схемы:
РЕМОНТ СВЕТОДИОДНОГО ФОНАРИКА
Номиналы
деталей (С, D, R)
C = 1 мкФ. R1 = 470 кОм. R2 = 22 кОм.
1Д, 2Д - КД105А (допустимое напряжение 400V предельный ток 300 mA.)
Обеспечивает:
зарядный ток = 65 - 70mA.
напряжение = 3,6V.
LED-Treiber PR4401 SOT23
Здесь можно посмотреть к чему привёли
результаты эксперимента.
Предложенная Вашему вниманию схема,
была использована для питания светодиодного фонарика, подзарядки мобильного
телефона от двух металлгидритных аккумуляторов, при создании
микроконтроллерного устройства, радиомикрофона. В каждом случае работа схемы
была безупречной. Список, где можно использовать MAX1674 можно ещё долго
продолжать.
Самый простой способ получить
более-менее стабильный ток через светодиод - включить его в цепь
нестабилизированного питания через резистор. Надо учитывать, что питающее
напряжение должно быть как минимум в два раза больше рабочего напряжения
светодиода. Ток через светодиод рассчитывается по формуле:
I led = (Uмакс.пит - U раб. диода) : R1
Эта схема чрезвычайно проста и во
многих случаях является оправданной, но применять ее следует там, где нет нужды
экономить электричество, и нет высоких требований к надежности.
Более стабильные схемы, - на основе линейных стабилизаторов:
В качестве стабилизаторов лучше
выбирать регулируемые, или на фиксированное напряжение, но оно должно быть как
можно ближе к напряжению на светодиоде или цепочке последовательно соединенных
светодиодов.
Очень хорошо подходят стабилизаторы типа LM 317.
ный немецкий текст:
iel war es, mit nur einer NiCd-Zelle (AAA, 250mAh) eine der neuen
ultrahellen LEDs mit 5600mCd zu betreiben. Diese LEDs benötigen 3,6V/20mA.
Ich habe Ihre Schaltung zunächst unverändert übernommen, als
Induktivität hatte ich allerdings nur eine mit 1,4mH zur Hand. Die
Schaltung lief auf Anhieb! Allerdings ließ die Leuchtstärke doch noch
zu wünschen übrig. Mehr zufällig stellte ich fest, dass die LED
extrem heller wurde, wenn ich ein Spannungsmessgerät parallel zur LED
schaltete!??? Tatsächlich waren es nur die Messschnüre, bzw. deren
Kapazität, die den Effekt bewirkten. Mit einem Oszilloskop konnte ich dann
feststellen, dass in dem Moment die Frequenz stark anstieg. Hm, also habe ich
den 100nF-Kondensator gegen einen 4,7nF Typ ausgetauscht und schon war die
Helligkeit wie gewünscht. Anschließend habe ich dann nur noch durch
Ausprobieren die beste Spule aus meiner Sammlung gesucht... Das beste Ergebnis
hatte ich mit einem alten Sperrkreis für den 19KHz Pilotton (UKW), aus dem
ich die Kreiskapazität entfernt habe. Und hier ist sie nun, die
Mini-Taschenlampe:
Источники:
http://pro-radio.ru/
http://radiokot.ru/
Широкому использованию светодиодов препятствуют их технические характеристики, в частности, нелинейная вольтамперная характеристика и "неудобные" напряжения питания. Потому для светодиодов используют разного рода преобразователи напряжения, работающие на базе трансформаторов либо индуктивных накопителей энергии. Предлагаемая конструкция светодиодного фонарика питается от двух батареек типа АА, в качестве светоизлучающего устройства был использован сверхяркий светодиод DFL-OSPW5111Р белоснежного свечения с яркостью 30 Кд при потребляемом токе всего 80 мА
Схема фонарика достаточно проста, т.к не содержит микроконтроллеров, не требует настройки, и должна начать работать сразу после сборки и подачи питания. Алгоритм работы следующий. При подсоединении аккумуляторной батареи G1, цепь C6R8 осуществляет сброс счетчика DD1. Кнопка SB1 подсоединена к счётному входу DD1 через цепь C8-R11-R12 (антидребезг). Нажимая на SB1 вызываем срабатывание DD1, на выводе OUT1 устанавливается логическая единица, включается светодиодный драйвер DA2, его выходной ток около 350 мА. При повторном нажатии на SB1, на OUT2 "лог. 1", и через VD3 счётчик сбрасывается, драйвер DA2 отключается. На DA1 построено классическое зарядное устройство, сопротивлением R1 выбираем нужный зарядный ток. В данной конструкции ток ограничен уровнем в 500 мА. При зарядке сбрасывается счётчик DD1 через R10-VD4. Т.е, работа устройства временно блокируется пока идет зарядка аккумулятора. Микросборка DA3 и транзистор VT1 FS8205 образуют схему защиты от разряда литий-ионного аккумулятора. Питание на DA3 следует через VD1 и VD2. Это нужно для поднятия уровня срабатывания защиты до 3 вольт.
Печатную плату фонарика и этапы его сборки в фотографиях можно скачать по ссылке выше:
Эта конструкция позволяет подключить от трех до десяти сверх ярких светодиодов с током до 750 мА.
Помните, что напряжение питания платы не должно быть выше питания используемых светодиодов. Для снижения потребляемой мощности и увеличенного КПД в конструкцию добавлен n-канальный , имеющий очень низкое сопротивление. Для управления силовым транзистором, в схеме имеется блок управления на биполярном транзисторе, резисторе R1 и диоде VD1.
В момент появления управляющего сигнала биполярный транзистор закрыт, а через диод VD1 происходит заряд затвора MOSFET. По окончанию импульса, через открытый транзистор произойдет разряд затвора VT2. Такой режим работы гарантирует мгновенное открытие и закрытие MOSFET, и тем самым увеличивает КПД преобразователя.
В основе конструкции лежит микросхема LMC555. В данном случае она работает как генератор прямоугольных импульсов. В отличие от схемы его стандартного использования в данном случае в схеме фонарика был добавлен диод Шоттки BAT85. Благодаря его использованиюдва различных временных периода могут регулироваться независимо друг от друга. Продолжительность времени, при котором на выходе будет высокий логический уровень, задается сопротивлением R1 и емкостью С2, а продолжительность времени, при котором на выходе будет низкий логический уровень, зависит от резистора R2, потенциометра P1 и конденсатора С2. Коэффициент заполнения можно менять в диапазоне от 30% до 96%. Тем самым осуществляется диммирование, то есть изменение яркости свечения трех мощных источников света, которые обеспечивают подсветку. Схема LMC555 является КМОП-версией популярного и широко известного в обществе радиолюбителей таймера LM555, но она потребляет гораздо меньше тока, поэтому желательно использовать именноь ее. Дополнительный драйвер на полевом транзисторе BS170 (T1) применяется для управления нагрузкой на выхорде схемы фонарика. Этот полевик может работать с током нагрузки до 500 мА. Ниже представлена схема фонарика с мини USB.
К мобильному телефону или планшету подсветка подключается с помощью интерфейса Mini USB. На практике, правда оказалось, что не все цифровые гаджеты могут выдавать 500 мА, и это необходимо учитывать при подключении фонарика к устройству.
Отличительной особенностью предлагаемой радиолюбительской конструкции является то, что в качестве источника питания применен шаговый двигатель от дисковода гибких дисков. Генерирующий поток свободных электронов за счет маятникового движения ротора. Поэтому им достаточно комфортно пользоваться. Напряжение на светодиодах зависит только от интенсивности вращения якоря шагового электродвигателя.
Грамотно сделанное освещение парка или дачного участка способно превратить безжизненное унылое пространство в фантастическую сказку. Садовый светодиодный светильник схема которого рассмотрена ниже используется для организации садово-паркового освещения и подсветки. Светильники при этом выполняют двойную функцию: они являются источником искусственного освещение и предметами декора вашего сада
Сделать светодиодный светильник своими руками достаточно просто, немного свободного времени, кое-каких компонентов для схемы и вашего желания. Самый оптимальный вариант для начинающего радиолюбителя переделка уже имеющегося светильника
Многие купившие недорогой китайский фонарик на сверхярком светодиоде, жалуются, что аккумуляторы в них дохнут очень быстро. На самом деле это действитетельно так, потому, что в них как правило отсутствует контроллер заряда и разряда, а .
Схему, прошивку, проект в Proteus и программу можно скачать по ссылке выше с облака.
Простой светодиодный фонарик своими руками |
При этом решении получилось уменьшать габариты всей системы, в первую очередность, магнитопровода трансформатора преобразователя.
Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10x6x3 из феррита 2000НМ. Первичную и вторичную обмотки трансформатора наматывают сразу (т. е. в 4 провода).
После намотки трансформатора выводы обмоток объединяют по схеме. Резистор R1 - МЛТ, транзисторы КТ529А, могут быть заменены КТ530А, но при этом необходимо сменить полярность на батарейках.
Светодиод помещают в корпус фонарика вместо лампы накаливания, но так чтоб он выступал на 0,5... 1 мм из гнезда для ее установки.
Главное достоинство этой схемы это малое энергопотребление и наличие сигнального режима благодаря ритмическому миганию светодиодов. Которую можно регулировать в большом диапазоне.
Несмотря на малое питающее напряжение всего 7-15V светодиодный прожектор дает яркость не хуже яркости автомобильных фар. Принципиальная схема прожектора выполнена на преобразователе DC-DC на микросхеме D2 LM2575-5V.
, (смотри справочные данные) поддерживает стабилизированное напряжение 5V. Им и питается батарея, из 22-х светодиодов. Светодиоды включены попарно последовательно, на каждой паре падает по 4,2V. Остальные 0,8V гасятся на резисторах R3-R13. Накачка происходит на индуктивности L1, диод VD1 служит выпрямителем, а конденсатор С5 работает интегратором.
В микросхеме LM2575 по выводу 5 есть режим блокировки. При подаче на него логической единицы, микросхема LM2575 выключается, и прожектор тухнет. Если тумблер S1 перекинуть в положении «Мигать», то на вывод 5 D2 будут поступать импульсы от мультивибратора на микросхеме D1 К561ЛЕ5, частоту которых можно регулировать переменным резистором R2. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ диаметром 23мм. Он содержит 60 витков провода ПЭВ 0,61.
Светодиоды можно использовать практически любые сверхяркие или суперяркие, но с напряжением падения не более 2,4V. Светодиоды с большим напряжением падения также можно использовать, но включать их нужно по одному.
В данной схеме светодиодного фонаря предусмотрена функция автоматического отключения которая защищает аккумуляторную батарею от глубокого разряда, что очень актуально для Ni-MH или Ni-Cd аккумуляторов типоразмера АА, ААА а для туризма и кемпинга именно этот размер является ключевым, т.к вместо него можно использовать и обычные самые распространенные в России батарейки. Питание в этой схеме рассчитано от семи батареек или аккумуляторов типа АА, поэтому для питания светодиодов мы использовали понижающий преобразователь напряжения.
В тёмное 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 ещё работают, но затем гелевая свин-цово-кислотная аккумуляторная батарея деградирует и одной её зарядки начинает хватать всего лишь на несколько десятков минут свечения. А нередко во время зарядки при включённом 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.
Рассмотрим подробно показанную на рис. 1 схему одного из вышедших из строя фонарей и определим её основные недостатки. Слева от аккумуляторной батареи GB1 здесь расположен отвечающий за её зарядку узел. Ток зарядки задан ёмкостью конденсатора С1. Резистор R1, установленный параллельно конденсатору, разряжает его после отключения фонаря от сети. Светодиод HL1 красного цвета свечения подключён 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 фонарём от сети ток ограничен ёмкостным сопротивлением конденсатора С1 приблизительно до 60 мА. Поскольку часть его ответвляется в светодиод HL1, ток зарядки батарей GB1 получается около 50 мА. Гнёзда XS1 и XS2 предназначены для измерения напряжения батареи.
Резистор R3 ограничивает ток разрядки батареи через соединённые параллельно светодиоды EL1-EL5, но его сопротивление слишком мало, и через светодиоды течёт ток, превышающий номинальный. Яркость от этого увеличивается незначительно, а скорость деградации кристаллов све-тодиодов заметно возрастает.
Теперь о причинах перегорания све-тодиодов. 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 поочерёдно выйдут из строя. В результате к непригодной к дальнейшей эксплуатации аккумуляторной батарее добавляются сгоревшие светодиоды. Отремонтировать такой фонарь невозможно - запасные батареи в продаже отсутствуют.
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 её 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 трёх-позиционный, появилась возможность реализовать экономичный режим пониженной яркости фонаря, добавив в него резистор R4.
Индикатор на светодиоде HL1 также переделан. Последовательно с аккумулятором включён резистор R2. Падающее на нём при протекании тока зарядки напряжение приложено к свето-диоду 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 трёх Ni-Cd аккумуляторов ёмкостью 600 мА-ч. Продолжительность её полной зарядки - около 16 ч, причём испортить батарею, не прекратив зарядку вовремя, невозможно, поскольку зарядный ток не превышает безопасного значения, численно равного 0,1 номинальной ёмкости аккумулятора.
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 её. Как известно, полная разрядка Ni-Cd аккумуляторов перед зарядкой повышает их долговечность.
Из недостатков рассмотренного способа доработки можно отметить довольно большую стоимость батареи из трёх Ni-Cd аккумуляторов и сложность её размещения в корпусе фонаря вместо штатной свинцово-кислотной. Автору пришлось разрезать внешнюю плёночную оболочку новой батареи, чтобы более компактно разместить образующие её аккумуляторы.
Поэтому при доработке ещё одного фонаря с четырьмя светодиодами было решено использовать только один Ni-Cd аккумулятор и драйвер светодиодов на микросхеме ZXLD381 в корпусе SOT23-3 http://www.diodes.com/datasheets/ ZXLD381.pdf. Она при входном напряжении 0,9...2,2 В обеспечивает светодиоды током до 70 мА.
На рис. 4 показана схема питания светодиодов HL1-HL4 с применением этой микросхемы. График типовой зависимости их суммарного тока от индуктивности дросселя L1 приведён на рис. 5. При его индуктивности 2,2 мкГн (использован дроссель DLJ4018-2.2) на каждый из четырёх параллельно соединённых светодиодов EL1-EL4 приходится по 69/4=17,25 мАтока, что вполне достаточно для их яркого свечения.
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 ёмкость 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 ёмкостью 600 мА-ч) установлен в соответствующий держатель. По сравнению с фонарём, доработанным по схеме рис. 2, яркость получилась субъективно несколько меньшей, но вполне достаточной.
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.
