В настоящей статье предлагается вариант модернизации АКФ путем установки в его корпус (после выхода из строя АКБ) двух стандартных цилиндрических никель-кадмиевых аккумуляторов (АК) и преобразователя постоянного напряжения (ППН).

Схема фонарика и замена аккумулятора

Эволюционные изменения в конструкции простых аккумуляторных фонариков (АКФ) «с востока» привели к использованию в световом излучателе новых светоизлучающих элементов – сверхъярких светодиодов. Однако после замены одного «устаревшего» излучающего элемента аккумуляторного фонарика – лампы накаливания, которая имеет малый КПД передачи, электрическая мощность – световой поток, элементом с более высоким КПД эволюция в простых фонариках почему-то остановилась.

При этом источник энергии фонарика – так называемый, герметичный свинцовый гелевый аккумулятор (который по своим плохим эксплуатационным свойствам очень даже смахивает не столько на аккумулятор, сколько на подзаряжаемую батарейку), по-видимому, в связи со своей дешевизной так и остался в конструкции.

Парадокс в совершенствовании аккумуляторного фонарика такого типа заключается в том, что, несмотря на использование новшества, которое, несомненно, привело к увеличению времени свечения, общий срок службы такого фонарика всё равно не превышает одного года из-за малого срока службы указанного аккумулятора.

Предлагаемое решение позволит выбирать ёмкость АК в зависимости от требуемого времени свечения, а также легко заменять выработавшие свой ресурс элементы. Очевидно, что при надобности вместо АК в фонарике можно использовать и гальванические элементы (ГЭ), либо вариант АК+ГЭ без каких- либо дополнительных регулировок, поскольку выходное напряжение ППН стабилизировано.

Преобразователь напряжения

Чтобы обеспечить хорошую повторяемостью, для преобразователя была выбрана схема из [1], которая имеет достаточно широкий диапазон питающих напряжений (3…12 В) и доступную элементную базу. Этот ППН положительно зарекомендовал себя при использовании в различных авторских конструкциях в течение ряда лет.

Схема модернизированного аккумуляторного фонарика, с четырьмя светодиодами в излучателе, показана на рис. 1, из которого видно, что преобразователь — это управляемый блокинг-генератор. В такой схеме при изменении нагрузки или напряжения питания (для нашего случая – понижении напряжения АКБ в процессе разряда) у преобразователя изменяются как частота преобразования, так и ширина импульса «накачки» конденсатора С5, поддерживая, таким образом, стабильное напряжение на выходе ППН. Подробно работа преобразователя описана в [1].

Для повышения КПД в выпрямителе вторичного источника в моем варианте использован диод Шоттки, а для уменьшения внутреннего сопротивления АКБ в цепь первичного источника питания установлены оксидные конденсаторы в паре с керамическими. Следует отметить, что при изъятии АК G1 и G2 и подаче питающего напряжения в соответствующей полярности на соединитель XS1 фонарик с успехом может работать и от бортовой сети автомобиля.

Зарядное устройство фонарика

Модернизации подверглась также и схема штатного зарядного устройства аккумуляторного фонарика, в котором светодиодная индикация подключения к сети 230 В/50 Гц заменена индикацией тока заряда АКБ с защитой светодиодного индикатора тока заряда от «дребезга» контактов, который имеет место при присоединении и отсоединении АКФ от сети 230 В/50 Гц.

В модернизируемом экземпляре АКФ места в корпусе, куда были установлены пружинные контакты, через которые выдвижные штыревые соединители присоединяются к схеме ЗУ для подзарядки АКБ от сети 230 В/50 Гц, были необратимо деформированы неаккуратной пайкой подводящих многожильных проводников неизвестным ремонтником, в результате чего соединители имели ненадёжный контакт в подвижной части.

Поэтому как вынужденное решение для присоединения АКФ к розетке сети 230 В была изготовлена двухпроводная соединительная линия, на одном конце которой установлен разъем, а на втором – обычная двухполюсная вилка. Поскольку штатный переключатель аккумуляторного фонарика однополюсный, с нейтральным положением, очевидно, что после модернизации будет возможно использование только одного из излучателей АКФ, а второй придётся отключить.

При проведении модернизации аналогичных АКФ следует учесть, что конструктивно похожие фонарики (см. фото в начале статьи) могут отличаться по размерам, поэтому в таком случае для размещения АКБ и печатной платы придётся удалить вертикальный излучатель вместе с рефлектором. Вариант разводки печатной платы, на которой размещены детали ЗУ и преобразователя, показан на рис.2. Разобранный модернизированный аккумуляторный фонарик с кассетой и установленными в ней АК и печатной платой показан на рис.3.

При сборке фонарика кассету с АК устанавливают на рёбра жёсткости, которые расположены внутри корпуса выше, чем переключатель, по уровню, аналогично установке штатной АКБ.
Сверху на кассету через прокладку из электрокартона толщиной 0.5 мм установлена печатная плата. Поверх платы, по её размеру, уложена вторая прокладка – пластинка из пористого материала типа поролона толщиной около 5 мм.

При сборке половинок корпуса и прижиме их резьбовой втулкой со стороны излучателя и осевом прижиме стяжным шурупом, который вкручивается в направляющую стойку с противоположного отражателю конца корпуса фонарика. При этом прокладка из пористого материала деформируется и «выбирает» зазор между элементами, достаточно надёжно фиксируя кассету с АК и печатную плату во внутреннем пространстве корпуса АКФ.

Настройка

Несмотря на то, что схема преобразователя не очень критична к используемым элементам, для эффективной работы преобразователя от источника питания с малым напряжением желательно использовать транзисторы с малым напряжением насыщения Uкэ. Поэтому, до установки элементов на печатную плату, лучше собрать преобразователь на макете и отобрать, из имеющихся в распоряжении, лучшие по параметру И21э транзисторы для элемента сравнения и ключевого элемента, измерив, достигнутые параметры ППН, в сборе и при работе с реальной нагрузкой.

Схема для предварительного отбора транзисторов показана на рис.4, в ней используется только усилительная часть схемы ППН на транзисторах VT1 и VT2 без трансформатора и выпрямителя. Для упрощения используется только измерение значения тока потребления от источника питания. Большее значение потребляемого от источника тока, регистрируемое амперметром РА1, предполагает большую пригодность конкретной пары транзисторов для работы в ППН при минимальном напряжении питания.

В моем варианте были получены следующие параметры ППН

• Ток «холостого хода» (без нагрузки) – 8 мА;
• выходное напряжение под нагрузкой – 3.2 В;
• ток потребления от источника 2.4 В под нагрузкой – 300 мА;
• ток потребления нагрузкой от источника 3.2 В – 120 мА;
• частота преобразования под нагрузкой – 8.2 кГц;
• КПД ППН аккумуляторного фонарика -53%;
• время работы фонарика с заряженной АКБ, состоящей из двух Ni-Cd АК ёмкостью 700 мА ч, – 2.5 ч;
• минимальное напряжение АКБ, при котором ППН фонарика ещё обеспечивает достаточную яркость свечения светодиодов – 1 В.

Рекомендация

Предпочтение при использовании в аккумуляторных фонариках следует отдавать Ni-Cd АК, поскольку они имеют, по сравнению с аналогичными по ёмкости Ni-MH АК, меньшее внутреннее сопротивление и больший (проверено практикой) срок службы!

Детали

Трансформатор Т1 намотан на сердечнике К20х12×6 из феррита 2000НМ. Типоразмеры кольца выбраны с учётом обеспечения работы трансформатоpa Т1 на линейном участке петли гистерезиса магнитопровода [2] при токе через обмотку, равном 1 А. Намотка трансформатора Т1 выполнена по аналогии с намоткой широкополосных трансформаторов – жгутом из 4 слегка свитых проводников из одножильного изолированного провода диаметром 0.4 мм, и равномерно размещёна на магнитопроводе. Число витков жгута – 13. Каждая из обмоток I и II трансформатора Т1 содержит по 26 витков и образуются путём синфазного (последовательного) соединения между собой двух любых обмоток жгута.