Как заряжать аккумулятор налобного фонаря правильно

Фонарь не включается

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.

Сам бокс рассчитан на литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 с платой защиты. А я использовал аккумуляторы без защиты и заряжал их универсальной зарядкой Turnigy Accucell 6 (аналог IMAX B6).

Поэтому пришлось нарастить контакты каплей припоя. Как известно, припой сплав мягкий и со временем напайка на контакте могла поистереться, а соединение с аккумулятором нарушиться.

Но, после проверки выяснилось, что причина неисправности кроется вовсе не в плохом контакте, а электронной начинке фонаря.

Любой ремонт начинается с диагностики и разборки. Разбирается фонарь легко. Вынимаем литиевый аккумулятор из батарейного отсека. Далее выкручиваем четыре шурупа.

Под поддоном для аккумуляторов смонтирована небольшая печатная плата.

На печатке всего десять элементов. Функцию управления выполняет миниатюрная микросхема в корпусе SOT-23-6 с маркировкой 819L 24 (U1). Как оказалось, это микросхема FM2819 — специализированный контроллер (не драйвер!) для светодиодов. Называть эту микросхему драйвером как-то язык не поворачивается.

Данная микросхема поддерживает четыре режима управления светодиодом, в том числе строб, от которого все хотят избавиться. Режимы переключаются циклически по команде с тактовой кнопки без фиксации.

Если бы мой фонарь не сломался, то о четвёртом режиме SOS, который активируется долгим нажатием кнопки (около 3 секунд), я бы и не узнал. Когда покупал, на странице продажи упоминалось только три режима.

Когда же стал изучать даташит на FM2819, то оказалось, что эта микросхема поддерживает четыре режима.

О микросхеме FM2819 я расскажу чуть позднее, а пока разберёмся, за что отвечают остальные элементы схемы.

Жёлтый керамический конденсатор запаян вместо родного, который отвалился, когда я разбирал корпус батарейного отсека. Судя по фото аналогичных фонарей ёмкость конденсатора, который установлен между выводом KEY и минусом «-» питания, может быть в довольно больших пределах. В моём был установлен чип-конденсатор на 10pF (100), а в других фонарях могут быть запаяны и на 10nF (103), и на 100nF (104), а то и вовсе отсутствовать.

Функцию силового ключа, который подаёт напряжение питания от литиевого аккумулятора на мощный светодиод, выполняет P-канальный MOSFET транзистор FDS9435A в корпусе SO-8. На фото видно, что на его корпусе указана сокращённая маркировка 9435A.

Плюс питания со стока транзистора FDS9435A подаётся на мощный светодиод не напрямую, а через три токоограничивающих резистора (R200 — 0,2 Ом; R500 — 0,5 Ом; 2R0 — 2 Ом). Они соединены параллельно. Их общее сопротивление меньше наименьшего сопротивления в цепи (т.е. меньше 0,2 Ом). Если посчитать, то оно равно 0,13 Ом.

О том, как соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление я рассказывал тут.

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.

Далее решил замерить напряжение на самой плате, чтобы узнать, где потерялись драгоценные вольты от аккумулятора.

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 (Drain). Выводы 1, 2, 3 также соединены вместе и являются истоком (Source). 4-ый вывод – это затвор (Gate). 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.

Теперь можно посчитать скважность импульсов (S).

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.

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Что такое резистор? Основные параметры резисторов.

• Как паять правильно?

• Контроллер литий-ионного аккумулятора. Схема и принцип работы.

Все статьи

• Компьютерная техника
  • Ноутбуки

Как зарядить налобный фонарь на аккумуляторе? Казалось бы, ничего сложного, однако, тем не менее, здесь существуют определенные правила. Использование аккумуляторных батарей – удобный и экологически чистый способ автономного питания электрической техники. Обычные перезаряжаемые аккумуляторы можно заряжать сотни раз. Такие источники питания прослужат три-четыре года, а то и целых десять лет. Эффективность работы батарей зависит от того, насколько правильно вы их используете, как внимательны вы при их зарядке. Рассмотрим, к примеру, как зарядить аккумулятор фонаря.

Что из себя представляет зарядное устройство для аккумуляторов и как оно работает

Что происходит внутри обычной батарейки, такой как в фонарике? Когда вы включаете свет, вы вызываете химическую реакцию внутри источников питания, в результате которой под воздействием электролита начинают действовать электроды, вырабатывающие электричество, которое по цепи передается к лампочкам. Но такая реакция не может длиться бесконечно. Происходит постепенное ее угасание и лампа потухает.

Батареи как дорожные сумки: чем больше вы в них загружаете, тем сложнее в нее уложить что-то еще. Чрезмерная зарядка батарей, как правило, хуже, чем недостаточная. Избыточный ток приводит к нагреванию батарей, росту уровня давления внутри, выделению химических веществ и даже взрыву. Существуют зарядные устройства с таймером, что помогает предотвратить перегрузку батарей.

Как заряжать аккумулятор налобного фонаря или другого электрического прибора

Как правильно заряжать аккумулятор фонаря можно узнать в инструкциях к прибору, элементу питания и зарядному устройству. Различные зарядные устройства предназначены для использования с соответствующими им элементами питания. Это главное правило. Если вы задались вопросом, как заряжать налобный фонарь на аккумуляторе 18650, то ответ: только при помощи подходящего зарядного устройства. Некоторые фонари уже оборудованы встроенным зарядным устройством или такой прибор поставляется дополнительно в комплекте с осветительным прибором. Своей специфической зарядкой оборудована вся сложная электроника: смартфоны, ноутбуки, mp3-плееры и др. При покупке перезаряжаемых элементов питания обращайте внимание на указанные на батарейках уровни напряжения и силы тока. Зарядное устройство должно соответствовать этим параметрам. Некоторые производители зарядных адаптеров дополнительно указывают с элементами питания, с какими производителями совместима их продукция. Существует возможность покупки и зарядного устройства, и элементов питания в одном комплекте.

Как правильно заряжать аккумулятор фонаря:

1. Регулярно используйте фонарь и регулярно перезаряжайте аккумулятор. Не оставляйте батарею месяцами полностью заряженной или разряженной.
2. Надо обеспечивать возможность восстановления батареи. Для этого устанавливайте заряжаться только разрядившуюся батарею (при этом не истощайте батарею полностью). Как только свет фонаря начал тускнеть – выключите прибор и отложите или поставьте на зарядку.
3. Проследите, чтобы элементы питания соответствовали зарядному устройству.
4. Не допускайте чрезмерной зарядки батарей. Этим вы повредите их.
5. Не позволяйте батареям сильно нагреваться или охлаждаться в ходе зарядки, хранения или использования. Конечно, элементы питания могут нагреваться, когда их заряжают, однако если они становятся горячими – это проблема.
6. Не экономьте на покупке хорошего, качественного зарядного устройства. От этого зависит, как долго прослужат батареи.
7. Следуйте инструкциям, приложенным к используемым вами продуктам.

Теперь вы знаете, как правильно зарядить аккумулятор фонаря и сможете продлить срок работы элементов питания или даже целого осветительного прибора.

Похожие материалы:Как включить адаптер принтера?

Разбился экранчик на iPhone 6S? Да, действительно, очень обидная и частая ситуация с популярным смартфоном. Если у вас случилась поломка дисплея, вам нужно в первую очередь проверить:

Разбился экранчик на iPhone 6S? Да, действительно, очень обидная и частая ситуация с популярным смартфоном.

Разбился экранчик на iPhone 6S? Да, действительно, очень обидная и частая ситуация с популярным смартфоном. Если у вас случилась поломка дисплея, вам нужно в первую очередь проверить:

—> Рекомендуемые товарыАккумулятор Changjiang 18650, Li-Ion 2200mAh 4.4AЦена: 250 PАккумулятор Samsung INR18650-25R, Li-Ion 2500mAh 20AЦена: 450 PАккумулятор Samsung ICR18650-26H M, Li-Ion 2600mAh 5.2AЦена: 470 PАккумулятор LG 18650-HE2, Li-Ion 2500mAh 20AЦена: 540 PПохожие материалы:Выбираем аккумуляторы для фонаря

Если встанет вопрос, на каких элементах питания покупать налобный фонарь, то однозначным вариантом будет приобретение фонаря на перезаряжаемых аккумуляторах. …

Используемые источники:

• https://go-radio.ru/remont-nalobnogo-fonarya.html
• https://megabattery.ru/articles/info/akkumulyatory-fonarey/kak-zaryazhat-akkumulyator-nalobnogo-fonarya/