Характеристики светодиодов для фонариков. Ремонт и увеличение мощности

lihvinЭлектроника / Блоки питанияДобавлено 6 комментариев

Драйвер — ограничитель для светодиодного фонаря

В предыдущей самоделке «Аккумуляторный фонарь – настольная лампа» рассматривалось, в том числе, изменение светодиодной матрицы в приобретенном фонарике. Целью доработки было повышение надежности источника света, за счет изменения схемы подключения светодиодов, с параллельного включения на комбинированное.Светодиоды гораздо более требовательны к источнику питания, чем другие источники света. Например, превышение тока на 20% сократит срок их службы в несколько раз. Основной характеристикой светодиодов, которая определяют яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Чтобы светодиоды гарантированно отработали заявленное количество часов, необходим драйвер, который стабилизирует протекающий через цепь светодиодов ток и длительно сохранит устойчивую яркость света. Для маломощных светоизлучающих диодов, возможно их использование и без драйвера, но в этом случае его роль выполняют ограничительные резисторы. Такое подключение было использовано в приведенной выше самоделке. Это простое решение защищает светодиоды от превышения допустимого тока, в пределах расчетного источника питания, но стабилизация при этом отсутствует.В этой статье, рассмотрим возможность усовершенствовать приведенную выше конструкцию и повысить эксплуатационные свойства фонаря с питанием от внешнего аккумулятора. Для стабилизации тока через светодиоды, добавим в конструкцию фонаря простой линейный драйвер — стабилизатор тока с обратной связью. Здесь ток является ведущим параметром, а напряжение питания светодиодной сборки может автоматически варьироваться в определенных пределах. Драйвер обеспечивает стабилизацию выходного тока при нестабильном входном напряжении или колебаниях напряжения в системе, причем подстройка тока происходит плавно, не создавая высокочастотных помех свойственных импульсным стабилизаторам. Схема такого драйвера крайне проста в изготовлении и настройке, но меньший КПД (около 80%) является за это платой.Для исключения критического разряда источника питания (ниже 12 В), что особенно опасно для литиевых аккумуляторов, в схему дополнительно введем индикацию предельного разряда или отключение аккумулятора при низком напряжении.Изготовление драйвера1.Для решения указанных предложений изготовим следующую схему питания светодиодной матрицы. Ток питания светодиодной матрицы проходит через регулирующий транзистор VT2 и ограничительное сопротивление R5. Ток через управляющий транзистор VT1 задается подбором сопротивления R4 и может изменяться в зависимости от изменения падения напряжения на резисторе R5, также используемом в качестве резистора токовой обратной связи. При увеличении тока в цепочке — светодиоды, VT2, R5, по какой-либо причине, увеличивается падение напряжения на R5. Соответствующее увеличение напряжения на базе транзистора VT1, приоткрывает его, уменьшая этим напряжение на базе VT2. А это прикрывает транзистор VT2, уменьшая и стабилизируя этим, ток через светодиоды. При уменьшении тока на светодиодах и VT2, процессы протекают в обратном порядке. Таким образом, за счет обратной связи, при изменении напряжения на источнике питания (с 17 до 12 вольт) или возможных изменениях параметров схемы (температура, выход из строя светодиода), ток через светодиоды постоянен в течение всего периода разряда аккумулятора.На детекторе напряжения, специализированной микросхеме DA1, собрано устройство для контроля напряжения. Микросхема работает следующим образом. При номинальном напряжении, микросхема DA1 закрыта и находится в дежурном состоянии ожидания. При уменьшении напряжения на выводе 1, подключенном к контролируемой цепи (в данном случае — источник питания), до определенного значения, вывод 3 (внутри микросхемы) соединяется с выводом 2, подключенным к общему проводу. Приведенная выше схема имеет различные варианты включения.Вариант 1. Если к выводу 3 (точка А) подключить индикаторный светодиод (LED1 – R3) соединенный с положительным проводом (см. принципиальную схему), получим индикацию предельного разряда аккумулятора. При снижении напряжения питания до определенного значения (в нашем случае 12 В) светодиод LED1 включится, сигнализируя о необходимости заряда аккумулятора.Вариант 2. Если точку А соединить с точкой Б, то при достижении низкого напряжения (12 В) на аккумуляторе, получим автоматическое отключение светодиодной матрицы от питания. Детектор напряжения, микросхема DA1, при достижении контрольного напряжения, соединит базу транзистора VT2 с общим проводом и закроет транзистор, отключив светодиодную матрицу. При повторном включении фонаря на низком напряжении (менее 12 В), светодиоды матрицы загораются на пару секунд (за счет заряд/разряд С1) и вновь гаснут, сигнализируя о разряде аккумулятора.Вариант 3. При объединении вариантов 2 и 3, при отключении светодиодной матрицы включится индикаторный светодиод LED1.Основные достоинства схем на детекторе напряжения, простота схемного подключения (практически не требуется дополнительных деталей обвязки) и чрезвычайно низкое энергопотребление (доли микроампера) в дежурном состоянии (в режиме ожидания).2.Собираем схему драйвера на монтажной плате.Выполняем монтаж VT1, VT2, R4. Подключаем, в качестве нагрузки, светодиодную матрицу, рассмотренную в начале статьи. В цепь питания светодиодов включаем миллиамперметр. С целью возможности проверки и настройки схемы на стабильном и определенной величины напряжении, подключаем ее к регулируемому источнику питания. Подбираем сопротивление резистора R5, позволяющее стабилизировать ток через светодиоды во всем диапазоне планируемой регулировки (с 12 до 17 В). С целью повышения КПД, первоначально был установлен резистор R5 номиналом 3,9 ома (см. фото), но стабилизация тока во всем диапазоне (при фактически установленных деталях) потребовала установки номинала в 20 ом, так как не хватало напряжения для регулировки VT1 из-за малого тока потребления светодиодной матрицы. Транзистор VT1 желательно подобрать с большим коэффициентом передачи тока базы. Транзистор VT2 должен обеспечить допустимый ток коллектора, превышающий ток светодиодной матрицы и рабочее напряжение.3.Добавляем на монтажную плату схему индикатора — ограничителя предельного разряда. Микросхемы детектора напряжения выпускаются на различные значения контроля напряжения. В нашем случае, в связи с отсутствием микросхемы на 12 В, использовал имеющуюся в наличии, на 4,5 В (часто встречаются в отработавшей бытовой технике – телевизоры, видеомагнитофоны). По этой причине, для контроля напряжения в 12 В, добавляем в схему делитель напряжения на постоянном резисторе R1 и переменном R2, необходимом для точной настройки на нужное значение. В нашем случае, регулировкой R2, добиваемся напряжения 4,5 В на выводе 1 DA1 при напряжении 12,1…12,3 В на шине питания. Аналогично, при подборе делителя напряжения, можно использовать и другие подобные микросхемы — детекторы напряжения, различных фирм, наименований и контрольных напряжений. Первоначально проверяем и настраиваем схему на срабатывание, по светодиодному индикатору. Затем проверяем работу схемы, соединив точки А и Б, на отключение светодиодной матрицы. Останавливаемся на выбранном варианте (1, 2, 3).4.Готовим заготовку для рабочей платы, вырезав нужный размер из типовой универсальной платы.5.Выполняем распайку отлаженной схемы на рабочую плату.6.Подключаем светодиодную матрицу к рабочей плате и проверяем работу драйвера – ограничителя в сборе, во всем диапазоне планируемой регулировки (с 12 до 17 В), подключив драйвер к регулируемому источнику питания. При положительных результатах, проверяем работу драйвера подключенного к аккумулятору и в составе аккумуляторного фонаря. Дополнительной наладки обычно не требуется.Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Цена: $2.15/10штук

Давно присматривался к этим микросхемам. Очень часто что-нибудь паяю. Решил взять их для творчества. Эти микросхемы куплены ещё в прошлом году. Но до применения их в деле так и не доходило. Но не так давно моя мать дала мне на починку свой фонарик, купленный в офлайне. На нём и потренировался. В заказе было 10 микросхем, 10 и пришло. Оплатил 17 ноября, получил 19 декабря. Пришли в стандартном пупырчатом пакетике. Внутри ещё пакетик. Шли без трека. Был удивлён, когда обнаружил их в почтовом ящике. Даже на почту идти не пришлось. Не ожидал, что они настолько маленькие. Микросхемы заказывал для других целей. Планами делиться не буду. Надеюсь, что у меня найдётся время воплотить их в жизнь (планы). Ну а пока немного другая история, приближенная к жизни. Моя маман, гуляя по магазинам, увидела фонарик с хорошей скидкой. Что больше ей понравилось фонарик или скидка, история умалчивает. Этот фонарик вскоре стал и моей головной болью. Попользовалась она им не более полугода. Полгода проблемы, то одно, то другое. Я купил ей на место этого штуки три других. Но делать всё равно пришлось. Фонарик хоть из недорогих, но имеет ряд существенных достоинств: в руке лежит удобно, достаточно яркий и кнопочка в привычном месте, алюминиевый корпус. Ну а теперь о недостатках. Питается фонарик от четырёх пальчиковых элементов типа ААА. Поставил батарейки все четыре штуки. Измерил ток потребления – более 1А! Схема простая. Элементы питания, кнопка, ограничительный резистор на 1,0 Ом, светодиод. Всё последовательно. Ток ограничивается только сопротивлением 1,0 Ом и внутренним сопротивлением элементов питания. Вот, что имеем в итоге. Странно, что безымянный светодиод оказался живым. Первым, что сделал – изготовил пустышку из старой батарейки. Теперь будет питаться от 4,5В, как все китайские фонарики в основной своей массе. И самое основное, вместо сопротивления поставлю драйвер AMC7135. Вот стандартная схема его подключения. Для этой микросхемы требуется минимум обвязки. Из дополнительных компонентов желательно установить пару керамических конденсаторов, что бы не было самовозбуждения микросхемы, особенно если к светодиоду идут длинные провода. В даташите есть вся необходимая информация. В фонарике длинных проводов нет, поэтому конденсаторов я в реальности не ставил, хотя в схеме обозначил. Вот моя схема, переработанная под конкретные задачи. В данной схеме через кнопку-выключатель большой ток больше не будет течь в принципе. Через кнопку протекает только ток управления и всё. Ещё одной проблемой меньше. Кнопку я тоже перебрал и смазал на всякий случай. Вместо сопротивления теперь стоит микросхема с током стабилизации 360мА. Всё собрал на место и измерил ток. Подключал и батарейки и аккумуляторы, картина не меняется. Ток стабилизации не меняется. Слева – напряжение на светодиоде, справа – ток, через него протекающий. Что же я добился в результате всех переделок? 1. Яркость фонаря практически не меняется при эксплуатации. 2. Разгрузил кнопку включения-выключения фонаря. Теперь через неё протекает мизерный ток. Порча контактов из-за большого тока исключена. 3. Защитил светодиод от деградации из-за большого протекающего тока (если с новыми батарейками). Вот, в общем, и всё. Как правильно распорядиться сведениями из моего обзора каждый решает сам. Я же могу гарантировать правдивость своих измерений. Кому что-то неясно по поводу этого обзора, задавайте вопросы. С остальным – кидайте в личку, обязательно отвечу. На этом ВСЁ! Удачи!И ещё хотел бы обратить внимание на тот факт, что у моего фонарика выключатель стоит на плюсе. У многих китайских фонариков выключатель стоит на минусе, а это будет уже другая схема!

Цена: 142 руб. за пару

Речь пойдёт о модернизации всем известного фонаря со множеством клонов по цене около 200 руб., который имеет три режима Max-Min-Strob. В магазине у Саймона можно заказать фонари с разными прошивками режимов. Я, например, когда-то брал Convoy C8 с минимумом режимов Low-Mid-High. Но такое бывает редко, когда у покупателя есть выбор. Поводом для покупки другого драйвера послужили надоедливые строб-режимы. Может кому-то они и нужны, а мне от дешёвого фонаря требуется только одно горит-не горит. Можно конечно сделать один мощный режим, используя в нужном месте драйвера перемычку или резистор, но в этом случае не будет стабилизации тока светодиода. Поэтому и был найден другой драйвер. На фото старый 3-х режимный справа, а новые слева. Я переделал два фонаря. У одного блок с драйвером легко выкрутился пинцетом за пазы, у другого плоскогубцами через ткань, чтобы не поцарапать. Новый драйвер имеет диаметр 15,6 мм, а посадочный размер 15,2 мм. Пришлось доработать алмазным надфилем. Подгонять надо аккуратно. «Таблетка» держится за счёт плотной посадки и упирается с обратной стороны только в аккумулятор, и если она будет болтаться, будут проблемы со сборкой и с контактом на корпус.

Результаты измерений:

В качестве люксметра использовался Сёма и программа Light Meter v1.3, измерения однократные с расстояния вытянутой руки.

Фонарь с однорежимным драйвером 2 был испытан: — с аккумулятором Ni-Mh PKCell/2200 мА-ч в течение часа, температура корпуса 43 град. — с аккумулятором Li-Ion TrustFire 14500/900 мА-ч в течение 15 минут, далее испытания были прерваны из-за высокой температуры 54 град. В этом же лоте есть драйвер диаметром 20 мм. Спасибо за внимание. Используемые источники: