Для автономного электропитания различных электронных устройств часто применяют химические источники тока, например, гальванические элементы или составленные из них батареи. Учитывая относительно высокую стоимость “батареек”, их целесообразно использовать лишь в случаях, если устройство потребляет очень незначительный ток (например, часы с ЖК-дисплеем) или находится в рабочем режиме эпизодически (например, пульт ИК дистанционного управления). В остальных случаях целесообразно рассмотреть возможность автономного питания устройств от аккумуляторных батарей.
Низковольтное питание светильника на светодиодах
Несколько лет назад приобрёл два “кемпинговых” светодиодных светильника “Эра К48”. Один из них был переделан для питания от сети переменного тока 230 В [1], второй, после несложной доработки, эксплуатировался с гальванической батареей, состоящей из трёх включённых последовательно элементов типоразмера LR6. За пять лет накопилась статистика его использования. Всего было израсходовано четыре комплекта дорогих щелочных гальванических элементов — 12 шт., общая стоимость которых превысила стоимость светильника. Первый комплект отработал 2ч — как единственный источник света при видеосъёмке в зимнем ночном лесу.
Остальные три комплекта отработали не более 10 мин каждый: элементы второго потекли через несколько недель после установки, третий и четвёртый комплекты пришли в негодность из-за саморазрядки. Поскольку в настоящее время широко распространены LiIon аккумуляторы, применяемые для питания различной мобильной техники, например, телефонных аппаратов, навигаторов, было решено переделать светильник для питания от такого аккумулятора. Схема светодиодного светильника с питанием от LiIon аккумулятора показана на сайте www.radiochipi.ru. Устройство может работать в трёх режимах.
В первом, когда аккумулятор G1 заряжается от подключённого к розетке XS1 внешнего зарядного устройства, все 48 светодиодов EL1— EL48 светят с пониженной яркостью — светильник может выполнять функцию ночника. Во втором режиме, когда аккумулятор заряжен, но светильник ещё подключён к внешнему зарядному устройству, яркость свечения светодиодов автоматически увеличивается. В третьем режиме светодиоды питаются от аккумулятора, их яркость свечения в этом режиме максимальна.
Когда контакты выключателя питания SB1 замкнуты, параллельно включенные светодиоды ELI—EL48 питаются от аккумулятора G1. Резисторы R7. R10 — токоограничивающие. При подключении устройства к внешнему источнику постоянного тока напряжением 4,8…6.5 В (например, к зарядному устройству, описанному в [2]) аккумулятор G1 заряжается через последовательно включённые токоограничивающие резисторы R1, R5 и диод Шотки VD1. Отключение аккумулятора встроенным контроллером зарядки в применённом экземпляре происходит при напряжении 4.33 В. На транзисторах VT2—VT4 собран компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока отрицательной полярности.
Включённые последовательно диоды VD3—VD5 использованы в качестве маломощных стабисторов. Нагрузкой стабилизатора являются светодиоды EL1 — EL48. Когда входное напряжение повышается, выходное напряжение стабилизатора также стремится увеличиться. Это приводит к более сильному открыванию транзистора VT3, который шунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. В результате напряжение на затворе (относительно истока) транзистора VT4 понижается, сопротивление его открытого канала возрастает. Таким образом, осуществляется стабилизация выходного напряжения. Конденсаторы С2, СЗ предотвращают самовозбуждение стабилизатора.
Выходное напряжение регулируют подстроечным резистором R9. Конденсаторы С1, С4 блокировочные в цепях питания. Во время зарядки аккумулятора G1 германиевый транзистор VT1 открыт, что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора, ток через светодиоды уменьшается. Такой режим работы предусмотрен для того, чтобы не перегружать зарядное устройство большим током. Если зарядное устройство относительно маломощное или режим работы светильника с пониженной примерно до 20 % яркостью не нужен, то вместо указанного на схеме устанавливают резистор R3 номинальным сопротивлением 6,8 кОм. а канал транзистора VT4 шунтируют резистором сопротивлением t кОм.
Блок питания для светодиодного светильника
В этом случае о подключении светильника к зарядному устройству светодиоды будут сигнализировать слабым свечением. Все детали устройства размещены в пластмассовом корпусе светильника (рис. 2) без применения монтажных плат (они приклеены к корпусу клеями “Квинтоллюкс”, БФ. цианакриловым и самодельным, представляющим собой раствор полистирола в ацетоне).
Постоянные резисторы — С1 14, С214, С14. МЛТ, ОМЛТ, РПМ или импортные аналоги, подстроечный R9 — малогабаритный импортный. Неполярный конденсатор С2 — керамический К1017, К1050. КМ5 или аналог, оксидные конденсаторы — аналоги К5068. К5319. Диоды КД521В (VD3—VD6) заменимы любыми маломощными кремниевыми Вместо диодов Шотки КД270АС (VD1) и 1N5822 (VD2) можно применить SBL1040CT, SR340, MBRS340T3, M8RS360T3, MBRD835L, 1N5820 1N5822, MBR320—MBR360, SB360 (в диодных сборках оба диода соединяют параллельно). Германиевый транзистор МП36А (VT1) можно заменить любым из
МП35—МП38, при формовке выводов этого транзистора следите за тем, чтобы не повредить стеклянные изоляторы. Вместо транзисторов КТ3107Ж могут работать любые из серий КТЗ107, КТ345, КТ352, КТ6112, КТ6115, SS9012, SS9015, ВС557, ВС558, 2SA992 (с учетом “цоколёвки”). Мощный полевой n-канальный транзистор HUF76137S3S (максимальные значения напряжения сток—исток — 30 8, тока стока — 75 А. напряжения затвор исток — ±16 В, рассеиваемой мощности — 145 Вт. сопротивление открытого канала — не более 0.0125 Ом при напряжении затвор—исток 5 В) заменим аналогичным по параметрам. В описываемом устройстве этот транзистор припаян к медному теплоотводу размерами 20x20x1 мм. На время монтажа его выводы необходимо соединить проволочной перемычкой.
Литийионный аккумулятор BL8001 (G1) приклеен к корпусу двухсторонней липкой лентой. Для его установки в корпусе были срезаны пластмассовые фиксаторы, ранее предназначавшиеся для гальванических элементов. Также было заклеено полистиролом большое круглое отверстие в центре корпуса светильника. Реальная ёмкость аккумулятора при разрядке током 0.5 А составила около 1200 мА ч. Подойдет любой аналогичный плоский с встроенным контроллером, чем больше ёмкость и чем меньше саморазрядка — тем лучше. Гнездо XS1 — miniUSB. Кнопочный выключатель SB1 — штатный, вместо него подойдут, например, П2К, ПКн61 (одноимённые контакты групп соединяют параллельно).
Используемые в “Эре К48” светодиоды (белого цвета свечения, диаметр линзы — 5 мм) светят довольно тускло, поэтому их целесообразно заменить, например, значительно более яркими ARL5113UWC17CD, ARL5213UWC 17cdBS, ARl5213UWC20cdBS, ARL 52l3UWC20cdNS, ARL52l3UWC25cd, ARL52l3UWC35cd, которые при том же токе светят ярче. Безошибочно изготовленное из исправных деталей устройство начинает работать сразу. Подстроечным резистором R9 устанавливают общий ток через светодиоды около 500 мА. Желаемой пониженной яркости свечения светодиодов во время зарядки аккумулятора добиваются подбором резистора R3.
