В настоящее время большинство ручных фонарей с автономным питанием — светодиодные. К сожалению, не все они имеют высокие надёжность и качество.
Универсальная схема светодиодного фонаря с Li-ion аккумулятором
В недорогих аккумуляторных фонарях источником энергии обычно служит небольшая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Такие батареи отличаются большим током саморазряда и относительно малым сроком службы, редко превышающим 2…3 года.
В светодиодном компактном ручном фонаре модели LA-07 китайского производства из-за пробоя балластного конденсатора во время зарядки аккумуляторной батареи от сети 230 В оказались повреждёнными все радиодетали, кроме выключателя питания, включая свинцово-кислотный аккумулятор и все светодиоды. Поэтому было решено не восстанавливать это изделие, а в имеющийся корпус установить другие элементы.
Схема нового фонаря показана на рис. 1. В нём были произведены следующие изменения. Взамен свинцово-кислотной аккумуляторной батареи был установлен Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650. Вместо зарядки от сети 230 В было решено заряжать аккумулятор от источника напряжения постоянного тока 5 В, например, используя ЗУ от мобильных устройств, USB-порт компьютера, USB-порт автомагнитолы и т. д.
Семь неисправных сверхъярких светодиодов удалены и установлены другие, которые при том же токе светят ярче прежних. Поскольку малогабаритные выключатели, переключатели, мембранные кнопки после непродолжительной эксплуатации часто имеют повышенное переходное сопротивление замкнутых контактов, для коммутации питания светодиодов был применён электронный ключ на полевом транзисторе VT2, что сделало яркость свечения независимой от силы нажатия на кнопку включения.
При нажатии на кнопку SB1 или при замкнутых контактах кнопки-выключателя SB2 на затвор мощного полевого n-канального транзистора VT2 поступает напряжение 3…4.3 В, он открывается и светодиоды EL1—EL7 светят в полную яркость. Резисторы R7—R13 ограничивают ток через светодиоды. Падение напряжения на открытом полевом транзисторе не превысило 10 мВ.
Поскольку в исходной схеме фонаря каждый осветительный светодиод питался через отдельный резистор, было решено так и оставить, поскольку это решение позволяет сохранить работоспособность устройства при повреждении одного или нескольких светодиодов. Конденсатор С3 снижает чувствительность электронного ключа к помехам. Резистор R6 нужен для того, чтобы транзистор VT2 закрылся при разомкнутых контактах кнопок SB1 и SB2.
Кнопка SB2 — штатная фонаря с фиксацией и возвратом за счёт повторного нажатия. Дополнительно установленная кнопка SB 1 — без фиксации, она позволяет кратковременно включать фонарь.
ЗУ от сотового телефона подключают к гнезду XS1. При наличии напряжения питания на входе зарядного узла светит светодиод HL1. Резисторы R2, R3 ограничивают зарядный ток аккумулятора. Аккумулятор G1 подключён к соответствующим клеммам контроллера А1, который предотвращает избыточный заряд и глубокий разряд аккумулятора. Когда он заряжается, суммарное падение напряжения на резисторах R2 и R3 будет достаточным для открывания германиевого транзистора VT1, поэтому светодиод HL2 светит.
Резистор R4 — токоограничивающий. Конденсатор С2 снижает чувствительность каскада на транзисторе VT1 к пульсациям напряжения питания. Когда контроллер А1 отключает зарядку G1, напряжение база—эмиттер VT1 уменьшается практически до нуля, транзистор VT1 закрывается, а светодиод HL2 гаснет. В фонаре был установлен Li-ion CGR18650C производства Panasonic-Matsushita, извлечённый из аккумуляторной батареи ноутбука выпуска 2004 г.
Несмотря на более чем 15-летний возраст, реальная ёмкость этого аккумулятора при разрядке током 1 А составила около 2200 мА ч, и это спустя более чем полутора лет после его полной зарядки. Это указывает на высокое качество аккумулятора и очень малый ток саморазряда. С таким аккумулятором фонарь на одном заряде непрерывно проработает около 15 ч.
Контроллер А1 — от вышедшего из строя Li-ion аккумулятора мобильного телефона. Контроллер аккуратно отделяют от старого аккумулятора и подключают к новому с соблюдением полярности. Соединительные провода припаивают к приваренным к выводам аккумулятора стальным лепесткам.
Выводы “+” и “-” контроллера А1 подключают к узлам фонаря, соблюдая полярность. Поскольку зарядный и разрядный токи аккумулятора относительно небольшие, контроль его температуры в этой конструкции не предусмотрен. Применённый экземпляр контроллера отключал зарядку аккумулятора при достижении на его клеммах напряжения 4,32 В.
Аккумулятор подключают к узлам устройства в последнюю очередь. Учтите, что при коротком замыкании ток в цепи аккумулятора может достичь нескольких десятков ампер. Светодиоды EL1— EL7 и резисторы R7—R13 установлены на штатной печатной плате диаметром 42 мм (рис. 2). При самостоятельном изготовлении этой платы можно использовать чертёж, показанный на рис. 3. Большинство остальных элементов установлены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 4.
Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 5. Резисторы R2 и R3 — проволочные, их можно заменить резисторами МЛТ или МОН. Два последовательно включённых мощных резистора вместо одного предназначены для того, чтобы равномернее распределить тепло внутри корпуса фонаря при зарядке сильно разряженного аккумулятора.
Остальные резисторы — С1-4, С2-14, С2-23, С1-4, МЛТ, РПМ и другие малогабаритные. Конденсаторы С1 и С2 — оксидные низкопрофильные, СЗ — малогабаритный керамический. Диод Шоттки 2FWJ42N можно заменить на любой из 2FWJ42M, 2GWJ42, серий 1N582x, 20CJQ030, SB360, MBRD3xx.
Взамен светодиода L-1344GD зелёного свечения и L-1344ID красного свечения можно установить любые общего применения без встроенных резисторов непрерывного свечения, например, из серий КИПД66, КИПД40, RL32, RL34, RL30, L-63.
Сверхъяркие светодиоды ARL5113UWC-17CD белого свечения можно заменить аналогичными, например, ARL-52l3UWC-17cd-BS. ARL-52l3UWC-20cd-BS, ARL-5213UWC-20cd-NS, ARL-5213UWC-25cd, ARL-5213UWC-35cd.
Вместо германиевого транзистора МП41А подойдут любые из серий МП25, МП26, МП39-МП42, ГТ320, ГТ2307, ГТ2308. Мощный полевой транзистор типа P0903BDG с малым пороговым напряжением открывания в этой конструкции можно заменить транзисторами АР9916Н, Si4362DY, FDS7764A, IRLR024N, IRLU024N, FDD6530A. Упомянутые в вариантах замен полевые и биполярные транзисторы имеют отличия в типах корпусов и цоколёвке.
Кнопка SB 1 — мембранная ПКН-125 с дополнительным пластмассовым толкателем. Гнездо XS1 — miniUSB. Выбор такого гнезда для подключения зарядного устройства обусловлен распространённостью зарядных устройств и USB-шнуров с штекером под такое гнездо, а также его надёжной конструкцией.
Вид на компоновку узлов в корпусе устройства показан на рис. 6, а вид фонаря в сборе — на рис. 7. Безошибочно собранное из исправных деталей устройство начинает работать сразу и не требует налаживания.
