» 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 драйвера

1. 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).

Первая часть про тюнинг и ремонт фонаря, вводная. Тут будут рассмотрены общее устройство среднестатистического фонаря, параметры мощных светодиодов и чуток нудной математики с ними связанные.

Итак, у вас есть светодиодный фонарик, но он сгорел или не устраивает по якости, или вы хотите его переделать в оружейный. Какие у вас есть варианты? Давайте разберёмся.

Конструкция сферического фонаря в вакууме.

Подавляющее большинство фонарей состоят из следующих частей:

1. корпус - обычная трубка с резьбой на концах;
2. батарейка - живёт внутри корпуса;
3. торцевая кнопка - вкручивается в корпус на резьбе служит для включения фонаря. Иногда фонарь может комплектоваться вторым задником с выносной кнопкой;
4. головка фонаря - вкручивается в корпус, имеет защитное стекло впереди. Иногда эта деталь бывает разборной (как на фото, из двух частей), иногда нет;
5. светоизлучающий элемент - объединенный в один блок светодиод, формирователь пучка света, теплоотвод светодиода и драйвер светодиода. Иногда выпускается зацело с головкой фонаря.

Светоизлучающй элемент.

Эта самая сборка может быть разного исполнения. Очень распространены головки для фонаря Ultrafire WF-502B, они даже продаются разных видов, разной мощности, с кучей функций и т.п.
Например, на fasttech.com . Фонари с элементом этого типа хороши тем, что можно купить несколько модулей для разных задач и просто менять их.

Светодиод пока что оставим в покое, он заслуживает отдельного рассмотрения ниже, драйвер в принципе тоже, а вот оставшиеся детальки мы сейчас рассмотрим.

Формирователь пучка света бывает трех видов:

1. линза - самый простой и наименее эффективный вариант, так как в световой пучок собираются не всё излучение кристалла. Очень часто линзу можно перемещать, изменяя фокусировку пучка света, что является единственным плюсом данного решения.

2. коллиматор - деталь из прозрачного пластика, выполненная для получения пучка с заданными параметрами. Для этого коллиматор делается так, чтобы соответствовать определенной конструкцией линзы на светодиоде, поэтому поставить коллиматор от одного светодиода на светодиод другой конструкции не получится - параметры светового пучка будут другие.

3. отражатель - пришедшая от ламп накаливания конструкция, адаптированная под светодиод. Простая, надёжная и проверенная временем конструкция. Вообще, отражатель как и коллиматор оптимизируется под опреледенный светодиод, но с меньшей критичностью. На правом фото видно, что кристалл светодиода отражается всей площадью отражателя.

На практике замена светодиода вполне возможна, как и замена отражателя. Бывают как с гладкой поверхностью, дающей более жесткий луч, так и с бугристой, мне последний в помещениях понравился больше.

Теплоотвод, он же корпус, к которому зачастую прикручивается отражатель и в который монтируется драйвер светодиода. Обычно, рассчитан на установку светодиода на подложке - алюминиевой пластине, к которой припаивается светодиод. На фото показаны все механические компоненты модуля. Слева направо: отражатель, теплоотвод, пружина для отрицательного вывода (контачит с корпусом фонарика) и пружинка для положительного вывода (контачит с плюсом батарейки). Последняя пружинка припаивается к плате драйвера светодиода.

Параметры светодиодов.

Главным параметром с точки зрения качества освещения являются спектр излучения и яркость. , конструктивно это определяется качеством и хитростями люминофора. Увы, этот параметр может очень сильно отличаться даже для разных серий одного производителя. А уж что там намазывает дядюшка Ляо в своём подвале не знает даже сам Ляо. Дешевенькие фонари на сотню с гаком люмен уверенно проигрывают по качеству освещения (тому, насколько хорошо видно детали освещаемого объекта и насколько вообще эти детали разборчивы глазом) даже не очень мощным фонарям с галогенками.

Серьезные дядьки в лице компании Cree приводят следующий график для излучения их светодиодов серии XM-L. Увы, это усреднённые значения, насколько он равномерный, есть ли там провалы, нам не очень известно. По горизонтали длина волны, по вертикали относительная мощность излучения.

На графике приводятся три кривые - для разных цветовых температур. Видно, что светодиоды с меньшей температурой (красный) залезают в инфракрасную область (длина волны больше 740 нм), однако очень-очень мало и недалеко - там реально единицы процента мощности излучаются. Это причина того, что получить из любого белого светодиодного фонаря пристойный ИК фонарь простым добавлением ИК фильтра (как это легко делается с фонарем с лампой накаливания) невозможно. Светить он формально будет, но КПД - никакущий.
Цветовая температура это параметр-компаньон, напрямую связанный со спектром. Цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела (такой хитрый фетиш физиков), при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Для дневного света это 6500К, для ламп накаливания 2700-4000К. Чем меньше цветовая температура, тем боее желтый оттенок у света.

По личным наблюдениям, со светодиодами с меньшей цветовой температурой лучше видно детали освещаемых объектов. По крайней мере для меня. Недостатком светодиодов тёплого белого света является их меньшая отдача света - они менее яркие, чем более "знойные" собратья.

Второе, что нас интересует - это яркость светодиода. Указывается в документации как яркость при каком-то определенном токе через светодиод. К примеру, для уже упомянутого XM-L указана яркость разных токах. К примеру, XM-L T6 при 700мА (2Вт) имеет световой поток 280 люмен (400 лм/А), при 1А имеет 388 лм (388 лм/А), при 1,5А - 551 лм (367 лм/А), при 2А - 682 лм (341 лм/А). В скобочках указана удельная яркость в зависимости от тока. Она падает на 17% при повышении тока с 700мА до 2А. То есть чем выше ток, тем меньше эта удельная яркость, то есть ниже КПД. По графику, кстати, честно видно.

Еще один важный параметр светодиода - его мощность. Это максимальная мощность, которую можно в него "вдуть". Разумеется, на максимуме он будет жить меньше, чем на меньшей мощности, поэтому лучше его немного "недокормить". В свою очередь мощность определяет максимальный ток через светодиод. Как правило, мощность и ток через светодиод связаны нелинейной зависимостью, так как зависят еще и от падения напряжения на диоде. Вот для XM-L: по горизонтали прямое падение напряжения, по вертикали ток через диод.

Падение напряжения на светодиоде типично порядка 3 вольт для белого светодиода и зависит от тока через светодиод. Смотрим на график: при 200мА имеем падение в 2,7в, при 700мА - 2,9В, при 1А - 2,97В, при 1,5А - 3,1В, при 2А - 3,18В.

Если взять хитрые светодиоды типа MC-E с четыремя кристаллами это будет 350мА - 3,1В, 700мА - 3,5В. Совсем мощные кристаллы на 10-20 Вт будут иметь падение напряжения около 10В, а еще более мощные... ну, могут и еще больше.

Кстати, если перевести удельную светимость в зависимости от тока этих XM-L в светимость в зависимости от мощности, то получим, что у нас при токе I=700мА и падении напряжения U=2,9В потребляется мощность 2,03 Вт, а световой поток 280лм, то есть 138 лм/Вт. Продолжаем дальше и полчаем для 1, 1,5 и 2 А тока соответственно 130, 118,5 и 107 лм/Вт. Разница в 29%. Вот и ломай голову, какой режим выбирать.

Что же нам дают знания? Хотя бы понимание того, какое именно питание должно быть у того или иного светодиода, что от него можно получить, на какой другой светодиод можно заменить сгоревший светодиод фонаря. Но картинка не будет полной без знаний о питании светодиодов.

Питание фонаря.

Как правило, в фонарях используют либо литиевые батареи (номинальное напряжение 3В, совпадает с максимальным и при разряде несколько падает), либо литиевые аккумуляторы (номинальное напряжение 3,7 В, а минимальное и максимальное - приблизительно 3,2 и 4,2 В, про аккумуляторы можно почитать , там есть про типы и их отличия).

Кстати, аккумуляторы как на фото выше я бы по возможности избегал. Невысокое качество и сильно завышенная емкость (из заявленных 2500мА/ч там хорошо если 1800 будет). Лучше брать фирменные ячейки Samsung и прочих. Неплохие аккумуляторные ячейки можно добыть из их батарей для ноутбуков - даже замучанные нарзаном они получше китайчатских будут. Хотя, даже у китайских бывают "внутри" нормальные ячейки.

Иногда в светодиодных фонарях используют пальчиковые батарейки, но у них плохо с отдачей токов, необходимых для питания мощных светодиодов. То есть если в фонаре все-таки пальчиковые батарейки, то исправить проблему с низкой яркостью особенно не получится.

Драйверы.

Подавляющее большинство фонарей имеют на борту один светодиод мощностью порядка 3 Вт. То есть он имеет падение напряжения около 3 В и ток около 1 А. Для питания таких фонарей вполне достаточно одного Li-Ion (или Li-Po) аккумулятора. В таких фонарях могут стоять любые драйверные схемы, хоть обычные гасящие напряжения источники тока. При установке литиевых батареек их понадобится аж две штуки, причём КПД упадёт катастрофически. Хорошо, что нормальные импульсные драйверы светодиодов уже почти полностью вытеснили дешевенькие источники тока. В фонарях, использующих несколько элементов или аккумуляторов обязательно стоит импульсный драйвер.

Определить, какой драйвер перед вами можно по наличию катушки. Если она есть - наверняка это импульсный драйвер . Насколько он хорош и какие диапазоны входных напряжений терпит? Тут придётся искать документацию на применённую в нём микросхему. Например, для среднего драйвера на фото выше (жаль, плохо вышло) под лупой можно увидеть маркировку микросхемы 2541B и для неё удалось найти документацию (на китайском), у неё входное напряжение от 5 до 40 вольт, но КПД не указан. Итого, если взять топовый светодиод с КПД 30-40% и хороший импульсный драйвер (КПД будет около 90% в идеальном случае) получим КПД фонаря в 27-36 %. Не так уж и плохо.

А пример линейного драйвера на том же фото в правом нижнем углу. Вся электронная начинка сводится к защитному диоду и нескольким параллельно работающим линейным источникам тока. Можно прикинуть его КПД, как отношение напряжения на выходе к напряжению на входе. Если запитать схему от аккумулятора, то получаем максимальное напряжение в 4.2в, номинальное в 3,7в. До минимального скорее всего дело не дойдёт - драйверу нужно минимальное падение напряжения в пол вольта чтобы работать. Итак, считаем 3/4,2=70%. Однако, так как заткнётся он так и не использовав аккумулятор, то применять его надо с парой литиевых батарей (2 по 3В). Тогда КПД будет 3/6=50%. Не очень кучеряво, учитывая КПД кристалла в 20-30% и, как следствие, КПД всего фонаря в 10-15%. Надеюсь, понятно, что линейных драйверов надо избегать?...

Частенько в фонари ставятся драйверы, поддерживающие несколько режимов работы - полная мощность, средняя, пониженная и всякие моргалки. На фото такой драйвер внизу слева. Причём переключаются у дешевых моделей эти режимы кратковременным размыканием цепи. То есть слегка нажали на кнопку - фонарь гаснет и по отпусканию работает в новом режиме. Терпеть их не могу, по мне так лучше никакого переключателя режимов, чем такой.

Не всегда, но в некоторых моделях удаётся отучить фонарь от такого поведения и переделать под работу с выносной кнопкой (в виде оружейного фонаря). Но это уже отдельная тема.

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!

Планирую купить +60 Добавить в избранное Обзор понравился +58 +118

Как известно диод - это токовый прибор, питать его нужно постоянным током, а не напряжением. Светодиоды – тоже диоды, и их тоже нужно питать стабильным током. При стационарной установке светодиода проблема его питания легко решается с помощью резистора, который задает ток через светодиод. Рассчитать номинал резистора помогает закон Ома: R=(Uпит-Uпад)/I , где Uпит – напряжение источника питания в вольтах, Uпад – напряжение, которое падает на светодиоде (примерно 3-3,5В, зависит от тока через светодиод), а I – желаемый ток через светодиод в амперах. Далее подбирается резистор ближайшего номинала, который есть в наличии и все хорошо работает. При больших токах резистор будет сильно греться, так что стоит его брать по мощнее.

Минусом стабилизатора на резисторе является неспособность реагировать на изменение напряжения питания (ток через светодиод и как следствие его яркость будут падать по мере разряда батареи), а также никому не нужная рассеиваемая мощность на резисторе. Для решения этой проблемы существуют так называемые драйвера светодиода (стабилизаторы тока). Стабилизаторы тока бывают повышающими (Boost) и понижающими (Buck). Boost стабилизаторы используются, когда напряжение на батареях меньше, чем падение напряжения на светодиоде, а Buck – когда напряжение на батарея больше падения на светодиоде.
При проектировании своего «неубиваемого» фонарика я задумал использовать параллельную связку из литиевых аккумуляторов или 3шт. АА батарейки (т.е. питающее входное напряжение драйвера должно быть в пределах 3-4,5В). Для этой задачи необходимо использовать Buck драйвер, но при этом не используется около 20% запасенной энергии в батареях! Эти 20% можно выжать, вставив в схему еще и Boost драйвер, который будет включаться, когда для Buck драйвера будет слишком низкое напряжения питания. Все это очень муторно и громоздко, 2 драйвера + компаратор или микроконтроллер для переключения. Так дело далеко не зайдет. Почитав раздел светотехники на speleo.ru открыл для себя Boost/Buck стабилизатор с нужным мне диапазоном питающих напряжений и недурной эффективностью (достижимой при вдумчивой намотке индуктивности). Эта микросхема следит за питающим напряжение и автоматически переключает встроенные Boost/Buck драйвера. Силовые ключи в мостовой схеме интегрированы в саму микросхему, и позволяют коммутировать токи до 1А. Схема включения была взята из и немного модифицирована:


Конденсаторы С3,С4 – танталовые в СМД исполнении 68мкФ, С1 ,С2 ,С5 – керамические по 0,1мкФ. С намоткой индуктивности я связываться не стал, поэтому купил взял SUMIDA CDRH5D28RNP-5RØN на 5мкГн. Как видно, микросхема драйвера имеет 2 «канала», которые можно включать по отдельности или вместе с помощью высокого логического уровня на выводах EN1 , EN2 . Токи «каналов» задается с помощью 2-х резисторов R1 , R2 которые рассчитывается по формуле R1=3580*0.8/I1 , R2=3580*0.8/I2 . Главное, чтобы суммарный ток «каналов» был меньше 1А, иначе есть хорошая вероятность спалить внутренние ключи. Далее по задумке, в фонарике будет 2 режима, «ходовой» и «мощный» с соответствующими токами через диод 0,2А и 1А (мощный режим достигается путем включения 2-х «каналов» по 0,2А и 0,8А одновременно). То есть резистор R1 , задающий «ходовой» режим должен быть номиналом 15кОм, а R2 – 3,9кОм. Переключатся режимы будут с помощью тактовой кнопки, герметизированной кусочком резины и прижимной пластиной. То есть для этого нужно повесить еще микроконтроллер, который будет считывать нажатия кнопки и переключать режимы свечения диода. Включение/выключение фонаря будет производиться с помощью длительного (2с) удержания кнопки. А переключение «ходового» и «мощного» режима будет с помощью короткого нажатия кнопки (0,5с). Полная схема устройства с микроконтроллером:


Микроконтроллер взял тот, который был ближе всего под рукой. Им оказался в SO-14 исполнении. Прошивка его тривиальна, кроме обработки нажатия клавиши, где учитывается время удержания. Когда фонарик выключен – микроконтроллер переходит в Power-Down режим, и потребляет всего 0,1мкА (LTC3454 в SHUTDOWN режиме потребляет тоже всего ничего – 1мкА) и ощутимо подсаживать аккумулятор не будет. Также добавил еще один элемент, конденсатор С6 – 0,1мкФ на питании микроконтроллера.

#include

#include

1. #define EN1 2

   #define EN2 3

2. #define KEY 2

3. unsigned char mode= 0 ;

   unsigned char sleep_flag= 1 ;

4. void pause (unsigned int a)

   { unsigned int i;

5. for (i= a; i> 0 ; i-- )

6. void set_mode(void )

   if (mode== 0 ) PORTA&= ~((1 << EN1) | (1 << EN2) ) ;

   if (mode== 1 ) PORTA= (1 << EN1) ;

   if (mode== 2 ) PORTA= (1 << EN1) | (1 << EN2) ;

7. ISR (INT0_vect)

   { int count;

8. count= 0 ;

   count= count+ 1 ;

9. if (count== 1000 ) {

10. if (mode== 1 ) mode= 2 ;

    else if (mode== 2 ) mode= 1 ;

11. while ((PINB& _BV(KEY) ) == 0x00 )

    count= count+ 1 ;

    if (count== 9000 ) {

    if (mode== 0 ) mode= 1 ;

    else {

    mode= 0 ;

    sleep_flag= 1 ;

    set_mode() ;

12. while ((PINB& _BV(KEY) ) == 0x00 )

    set_mode() ;

14. return ;

15. int main(void )

    DDRB= 0x04 ; //PB2 как вход

    PORTB= 0x04 ;

16. DDRA= 0x0c ; //PA2,PA3 как выхода

17. pause(1000 ) ; //Пауза

18. GIMSK= (1 << INT0) ;

    MCUCR= (0 << ISC00) | (0 << ISC01) ; //Прерывание по низкому уровню на PB2

    MCUCR|= (1 << SM1) | (0 << SM0) | (1 << SE) ; //Разрешить power-down режим

    sei() ; //Разрешить прерывания

Носимая электроника ,

DIY или Сделай сам ,

Электроника для начинающих

Анекдот (вместо эпиграфа). Профессор читает лекцию студентам:… как видите, данное технологическое решение простое, понятное, и очень надёжное. По этим причинам оно и не используется. На практике применяют другую технологию, которую мы с вами будем изучать в течение следующих пары месяцев...

Этот недешевый в общем-то фонарик принесли в практически идеальном внешне состоянии, что говорит о его явно безвременной кончине. И дважды сдохшим изнутри.

Первый раз он почил когда сгорела электроника токового драйвера - вполне закономерно для экстремального режима на предельных нагрузках. После чего над ним поработал видимо «умелец», пустив питание кристалла напрямую - в результате выгорел и сам светодиод.

Изготовители старательно запилили маркировку транзисторов и микросхем, наверное из чувства стыда за неоптимальный выбор компонентов. Но при этом не удосужились облудить медные ободки на плате выключателя (слева, показан красной стрелкой), и на «пятаке» платы драйвера - которые контачат с алюминиевым корпусом. Пришлось сделать это самому, чтоб предотвратить разрушение металлов в образовавшейся гальванопаре. Выгоревший кристалл был демонтирован при помощи промышленного фена. Вместо него запаял свежеприобретенный OS-Star-5W Warm White 3000K 300Lm, рассчитанный на ток 0.7А с падением напряжения 6v на светодиоде. В фонарике он будет использоваться на пониженной мощности, с целью продления ресурса светодиода и времени автономной работы фонаря от АКБ.

Тестируем новый кристалл. Его теплоотводный «пятак» тоже припаял к подложке для улучшения теплоотдачи, но как оказалось в дальнейшем, на выбранном рабочем токе 0.2А фонарь практически не греется. Вольтметр (слева) показывает падение напряжения на светодиоде, подключенном к лабораторному источнику питания через ограничительный резистор.

Драйвер восстанавливать заморочно и бессысленно, да и как показано ниже - даже вредно по факторам надежности и КПД в случае применения фонаря для повседневных целей. Поэтому пятак был очищен от радиодеталей, а для ограничения тока светодиода в районе 0.2А на полных батареях использован резистор сопротивлением 10 Ом.

На фото рядом два резистора по 5.1 Ом, аналогичные тем что упакованы в термоусадку. Там они соединены там последовательно, т.к. резистора на 10 Ом не оказалось под рукой.

После промывки от флюса и сборки светодиодного узла, фонарик был поставлен на испытания. Аккумуляторы 18650 не «родные», выдранные из батблока отслужившего свой срок ноутбука. Тем не менее какой-то запас емкости в них еще остался. Перед началом прогона они были заряжены до напряжения 4.12v каждый.

Потребляемый ток замерялся каждый час. Через 7 часов непрерывной работы напряжение аккумуляторов снизилось до 3.6v, что говорит о еще не окончательном их разряде, но уже близко к этому. При этом фонарик достаточно ярко освещает помещение, а на улице хорошо просвечивает более чем на полсотни меторв. Таким образом изделие восстановлено, и соответствует пожеланиям заказчика.

Расчеты и обоснование

Получаем (округленно) для режимов:

• максимальный - 2.05
• средний - 1.78
• минимальный - 1.63

Эти цифры показывают во сколько раз ток потребления от батарей ниже тока, который был бы в схеме с непосредственной запиткой через ограничительный резистор. Т.е. по сути характеризуют экономию питания, получаемую за счет импульсного драйвера питания светодиода.

На новом установленном светодиоде падение напряжения уже 6v, он конструктивно состоит из двух трехвольтовых секций, включенных последовательно. А значит и количество излучаемого света при одном и том же протекающем токе, у него в два раза больше чем у оригинального трехвольтового.

Ток потребления схемы с резисторным ограничителем находится в пределах от 0.21 до 0.13 А, в зависимости от степени разряда батарей. Но с учетом удвоения излучаемого света, световой поток даже на разряжающихся акб заметно больше, чем у оригинальной схемы в минимальном (экономичном) режиме. Для резисторного ограничителя ток потребляемый от батарей и ток СД - одинаковы. Но можно посчитать КПД, как отношение мощности подводимой к СД к общей мощности потребляемой всей схемой.

Итак КПД высоконадежного фонаря с резистором вместо импульсного драйвера, на полностью заряженной батарее - 74% , а на разряжающейся - 81% .

Для расчета КПД в оригинальной конструкции с импульсной запиткой, примем падение напряжения на СД 3.1v, а ток светодиода не меняется по мере разряда АКБ.

Получается что на небольшой мощности для повседневных нужд - оптимальнее правильный подбор светодиода, и применение простого и надежного резисторного ограничения тока. Такой подход обеспечивает больший КПД использования энергии батарей, по сравнению с запиткой через импульсный драйвер. А также многолетний ресурс безотказной работы, обусловленный надежностью схемы, и тем что в недогруженном режиме светодиод прослужит во много раз дольше.

Небольшое пояснение

Расчет КПД в схеме драйвером произведен без учета увеличения потребляемого тока по мере разряда батарей. Поэтому реальный КПД с импульсником на посаженных батареях окажется чуть меньше значений, указанных в последней таблице.

С драйвером ток светодиода поддерживается неизменным, и соответственно его яркость. Поэтому по мере разряда батарей, потребляемый от них ток начинает увеличиваться. Батареи будут садиться всё быстрее и быстрее.

С резистором же ситуация в точности наоборот - ток потребления снижается при разряде батарей, и т.о. позволяет протянуть на одной зарядке раза в полтора… два примерно дольше, чем если б было с драйвером. Конечно это достигается ценой некорого снижения яркости, но в такой ситуации лучше чтоб хоть немного да светило, чем вообще никак.

Вариант использовать вместо резистора проходной стабилизатор тока на ИМС или полевом транзисторе - рассматривал, но тоже отклонил т.к. сокращается время автономной работы по сравнению с резисторной схемой.

Выбор резистора был обусловлен разумным компромиссом между минимально необходимой освещенностью при разряде батарей, и стремлением по максимуму продлить время автономной работы фонаря. Что и было достигнуто - на посаженных батареях фонарь позволяет читать книжный текст, и дает вполне приемлимую освещенность для ориентирования на улице, «пробивая» десятки метров.