Схема светодиодного фонарика с зарядкой на аккумуляторе. Ремонт и модернизация светодиодных фонарей Lentel, Фотон, Smartbuy Colorado и RED своими руками. Как разобрать светодиодный аккумуляторный фонарь Lentel GL01

В эксплуатации у населения находится достаточно много светодиодных аккумуляторных фонарей со встроенными зарядными устройствами (ЗУ), которые часто выходят из строя. В настоящей статье авторы делятся своим опытом ремонта светодиодных фонарей ФО-ДИК АН-0-005 и Космос А618LX.

Светодиодный фонарь ФО-ДИК АН-0-005 (фото 1 ) российского производства содержит пять светодиодов, аккумулятор на рабочее напряжение 4…4,5 В и встроенное сетевое зарядное устройство (ЗУ).

Принципиальная схема зарядного устройства фонаря ФО-ДИК АН-0-005 показана на рис.1 .

После непродолжительной эксплуатации фонарь перестал функционировать. При разборке устройства было обнаружено, что дорожки на миниатюрной печатной плате фонаря полностью выгорели, а высоковольтный диод VD2 (рис.1 ) вышел из строя. К сожалению, позиционные номера деталей на плате не указаны. Поэтому авторы, создавая схему рис.1 , указали эти номера на ней произвольно.

• высоковольтные диоды VD1, VD2 типа 1N4007 можно заменить КД105Б, В, Г или КД209Б, В; КД226В, Г, Д;
• высоковольтный конденсатор С1 номиналом 0,68…1,5 мкФ х 400…630 В;
• резисторы, типа МЛТ-0,25, R1 номиналом 560…620 кОм, R2 — 220…330 Ом;
• светодиод HL1 любой миниатюрный.

При подключении к сети 220 В напряжение на аккумуляторе должно быть 4,5…5 В, а светодиод НL1 должен светиться.

На рис.2 показана схема зарядного устройства фонаря «Космос А618LX», в котором вышли из строя сверхъяркие светодиоды. Как видно из рис.2 , схема этого фонаря отличается от схемы рис.1 только двухполупериодным выпрямителем на диодах VD1-VD4. Номиналы элементов аналогичны рис.1 .

Проанализировав обе схемы, можно сделать вывод, что если по какой-то причине вышел из строя аккумулятор фонаря или отпаялись его электроды, то при включении заряжаемого фонаря сетевое напряжение 220 В выведет из строя все сверхъяркие светодиоды фонаря. По этой причине при зарядке фонарей не рекомендуется включать (проверять) заряжаемый фонарь.

Как-то давно подарили мне вот такой китайский фонарь

Спустя полгода эксплуатации он перестал включаться. Вскрываю корпус, чтобы установить причину выхода из строя.

Фонарь после использования забыли отключить. Ввиду отсутствия каких-либо цепей защиты, свинцовые аккумуляторы были разряжены в ноль. Видимо произошла сульфатация пластин, и при постановке на зарядку аккумуляторы практически не потребляли ток. Затем сетевое напряжение от бестрансформаторной зарядки, через включенный тумблер, кинулось на светодиоды. В результате все 15 светодиодов вышли из строя, а в рабочем состоянии остался только корпус.

Посмотрев на внутренности этого китайского фонарика, сразу отмечу его основные недостатки:

• нет защиты от глубокого разряда АКБ (разряжается в ноль)
• отсутствует контроль процесса зарядки АКБ (заряжается до бесконечности)
• нет индикации низкого заряда АКБ
• ужасная конструкция выдвижной сетевой вилки

Я решил отремонтировать фонарик, сделав полную модернизацию с заменой всех внутренностей. Итак, что хотелось бы получить в итоге:

• питание от литий-ионного аккумулятора (для облегчения веса)
• зарядка АКБ через специализированный контроллер (с индикацией и автоматическим отключением)
• включение/отключение фонаря тактовой кнопкой
• индикация скорого разряда АКБ (напряжение 3,7В)
• отключение при полном разряде АКБ (напряжение 3,6В)
• возможность зарядки от USB
• автоматическое отключение фонаря при постановке на зарядку
• конструкция без применения редких, дорогостоящих компонентов и микроконтроллеров

Сказано - сделано. Схема блока управления.

Вкратце опишу основные узлы схемы:

• Компоненты DA4, VT3, R17, R24, C16 образуют узел вторичной защиты от разряда АКБ. Этот узел отключает нагрузку от АКБ при снижении напряжения до 2,5 Вольт. Узел вторичной защиты можно не устанавливать, при этом потребуется установка перемычки R12.
• Компоненты DA3, R16, R18, R21, HL2, HL3, C9, C13 образуют узел зарядки АКБ с автоматическим отключением, контролем тока, и индикацией процесса зарядки.
• Компоненты DD1, C11, R19, VD1 образуют триггер, необходимый для управления фонарём при помощи тактовой кнопки.
• На компонентах C12, R20, R22 собрана схема подавления дребезга контактов кнопки SB1.
• Цепь R15, VD3 сбрасывает триггер при постановке фонаря на зарядку.
• Компоненты VT1, VT2, R13, R14 организуют подачу питания на схему и светодиоды.
• Компоненты DA1, C1, C3, R5, R6, R7, C4, C5 образуют источник опорного напряжения 1,25 Вольт.
• Компоненты DA2, HL1, C2, R2, R3, R4, R8 образуют узел индикации низкого заряда АКБ.
• Компоненты DA2, R9, R10, C8, VD2 образуют узел первичной защиты от разряда АКБ.
• Резисторы R1, R11, R23 выполняют роль предохранителей.

Переходим к железу. Для начала займусь восстановлением светодиодного блока. Откручиваю отражатель.

Демонтирую сгоревшие светодиоды.

Запаиваю исправные светодиоды, взятые со старого неисправного фонарика. Также меняю все резисторы на номинал 100 Ом.

Светодиодный блок восстановлен. Схема блока.

Теперь займусь изготовлением платы управления. Для этого снимаю все размеры и печатаю импровизированную плату на принтере.

Развожу печатную плату, изготавливаю её при помощи ЛУТ-технологии, запаиваю компоненты.

Слева видно, что узел вторичной защиты от разряда АКБ не запаян на плату, вместо него установлена перемычка R12.

Теперь необходимо превратить выключатель в тактовую кнопку. Разбираю выключатель.

Штатный вырез закрываю куском чёрного пластика.

Cверлю отверстия.

Закрепляю мелкую платку с тактовой кнопкой.

Кнопка готова.

Изначально фонарик был снабжён единственным индикатором, который загорался при включении в сеть. По сути данный индикатор был абсолютно бесполезен. Модернизированная плата содержит три индикатора - красный, зелёный, жёлтый.

В пластиковой вставке необходимо просверлить отверстия для световодов.

Световоды снял со старого ЭЛТ монитора.

Модернизированная пластиковая вставка со световодами.

Устанавливаю плату с аккумулятором в корпус фонаря. Аккумулятор крепится к плате при помощи двустороннего скотча.

Внутри корпуса плата чувствует себя как родная.

Возвращаю на место пластиковые вставки.

Собираю корпус.

Фонарик стал надёжным, и удобным. Пользоваться им - одно удовольствие.

Красный индикатор означает, что аккумулятор практически разряжен, и фонарик скоро отключится.

При постановке на зарядку загорается жёлтый индикатор.

По окончании процесса зарядки загорается зелёный индикатор.

Напоследок предлагаю посмотреть небольшое видео.

Список радиоэлементов

В качестве образца возьмём аккумуляторный фонарик фирмы "ДиК", «Люкс» или «Космос» (см. на фото). Этот карманный фонарик, малогабаритный, удобный в руке и с достаточно большим рефлектором - 55,8 мм в диаметре, светодиодная матрица которого имеет 5 белых светодиодов, что обеспечивает хорошее и большое пятно освещения.

Кроме того форма фонарика всем знакома, а многим ещё с детства, одним словом - бренд. Зарядное устройство находится внутри самого фонарика, стоит только снять сзади крышку и воткнуть его в розетку. Но, ни что не стоит на месте и эта конструкция фонарика тоже претерпела изменений, особенно его внутренняя начинка. Последняя модель на данный момент - ДИК АН 0-005 (или ДиК-5 ЕВРО).

Более ранние версии - это ДИК АН 0-002 и ДИК АН 0-003 отличаются тем, что в них стояли дисковые аккумуляторы (3 шт), Ni-Cd серии Д-025 и Д-026, ёмкостью 250 мА/часов, или в модели АН 0-003 - сборка уже более новых аккумуляторов Д-026Д с большей емкостью, 320 мА/ч и лампочки накаливания на 3,5 или 2,5 В, с током потребления 150 и 260 мА соответственно. Светодиод, для сравнения, потребляет около 10 мА и даже матрица из 5 штук - это 50 мА.

Конечно, при таких характеристиках фонарик не мог долго светить, его максимум хватало на 1 час, особенно первые модели.

Что же такого есть в последней модели фонарика ДИК АН 0-005?

Ну во-первых - светодиодная матрица из 5 светодиодов, в отличие от 3-х или лампочки накаливания, что даёт значительно больше света при меньшем токе потребления, а второе - в фонарике стоит всего лишь 1 пальчиковый современный Ni-MH аккумулятор на 1,2-1,5 В и ёмкостью от 1000 до 2700 мА/ч.

Некоторые спросят, а как же пальчиковый аккумулятор на 1,2 В может «зажечь» светодиоды, ведь чтобы они ярко светили надо примерно 3,5 В? По этой причине в более ранних моделях ставили последовательно 3 аккумулятора и получали 3,6 В.

Но, тут уже не знаю кто первый придумал, китайцы или кто-то другой, сделать преобразователь (умножитель) напряжения с 1,2 В до 3,5 В. Схема простая, в китайских фонариках это всего лишь 2 детали - резистор и радиодеталь похожая на транзистор с маркировкой - 8122 или 8116, или SS510, или SK5B. SS510 - это диод Шоттки.

Светит такой фонарик хорошо, ярко, и что не маловажно - долго, а циклов заряд-разряд не 150, как в предыдущих моделях, а на много больше, что увеличивает срок службы в разы. Но!! Чтобы светодиодный фонарик служил долго, надо вставлять его в розетку с 220 В в выключенном состоянии! Если этого правила не придерживаться то при зарядке можно легко сжечь диод Шоттки (SS510), а часто заодно и светодиоды.

Мне однажды пришлось ремонтировать фонарик ДИК АН 0-005. Не знаю точно, что послужило причиной выхода его из строя, но предполагаю, что воткнули его в розетку и забыли на несколько суток, хотя по паспорту заряжать надо не более 20 часов. Короче - вышел из строя аккумулятор, потёк, и сгорело 3 светодиода из 5, плюс преобразователь (диод) тоже перестал работать.

Аккумулятор пальчиковый на 2700 мА/ч у меня был, остался от старого фотоаппарата, светодиоды тоже, а вот найти деталь - SS510 (диод Шоттки), оказалось проблематично. Этот светодиодный фонарик скорее всего китайского происхождения и такую деталь наверное можно купить только там. И тогда решил слепить преобразователь напряжения из тех деталей что есть, т.е. из отечественных: транзистора КТ315 или КТ815, в/ч трансформатора и других (см. схему).

Схема не нова, она давно уже существует, я её только использовал в этом фонарике. Правда, вместо 2 радиодеталей, как у китайцев, у меня получилось 3, зато дармовые.

Электрическая схема, как видите, элементарная, самая сложная вещь - это намотать ВЧ-трансформатор на ферритовом кольце. Кольцо можно использовать со старого импульсного блока питания, от компьютера, или от энергосберегающей нерабочей лампочки (см. фото).

Внешний диаметр ферритового кольца 10-15 мм, толщина примерно 3-4 мм. Надо намотать 2 обмотки по 30 витков проводом 0,2-0,3 мм, т. е. мотаем сначала 30 витков, затем делаем отвод от середины и ещё 30. Если ферритовое кольцо берёте с платы люминесцентной лампочки - лучше использовать 2 штуки, сложить их вместе. На одном кольце тоже схема будет работать, но свечение будет слабее.

Сравнивал 2 фонарика на свечение, оригинальный (китайский) и переделанный по выше указанной схеме - различий в яркости почти не увидел. Преобразователь, кстати, можно вставить не только в аккумуляторный фонарик, а и в обычный, который работает от батареек, тогда можно будет запитывать его всего от 1 батарейки 1,5 В.

Схема зарядного устройства фонарика изменений почти не претерпела, за исключением номиналов некоторых деталей. Ток зарядки примерно 25 мА. При зарядке, фонарь надо отключать! И не клацать выключателем во время зарядки, поскольку напряжение зарядки более чем в 2 раза выше напряжения аккумулятора, и если оно пойдёт на преобразователь и усилится - светодиоды частично или полностью придётся менять...

В принципе, по выше указанной схеме, светодиодный фонарик легко можно сделать и своими руками, вмонтировав его, например, в корпус какого-нибудь старого, даже самого древнего фонарика, а можно сделать корпус и самому.

А чтобы не менять структуру выключателя старого фонарика, где использовалась маленькая лампочка накаливания на 2,5-3,5 В нужно разбить уже сгоревшую лампочку и к цоколю, вместо стеклянной колбы, припаять 3-4 белых светодиода.

А также, для зарядки, вмонтировать разъём под сетевой шнур, от старого принтера или приёмника. Но, хочу заострить ваше внимание, если корпус фонарика металлический - зарядное устройство туда не монтируйте, а сделайте его выносным, т.е. отдельно. Совсем не сложно вынуть пальчиковый аккумулятор из фонарика и вставить его в ЗУ. И не забывайте всё хорошо изолировать! Особенно в тех местах, где присутствует напряжение 220 В.

Думаю, после переделки старый фонарик прослужит вам ещё не один год...

Схема фонарика с аккумулятором

Как радиомеханику мне интересны самые простые электронные устройства. На этот раз речь пойдёт о фонарике с аккумулятором.

Вот схема фонарика с аккумулятором.

Фонарик состоит из двух частей. В одной части размещён аккумулятор и сетевое зарядное устройство, а в другой - выключатель и лампа накаливания. Для зарядки аккумулятора одна часть фонарика отсоединяется от головной (где лампа и выключатель) и подключается к сети 220V.

На фото виден разъём-переходник, который соединяет аккумулятор и выключатель с лампой накаливания.

Устройство такого фонарика предельно простое. Для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора G1 ёмкостью 1 А/h (1 ампер-час) и напряжением 4V используется схема с гасящим конденсатором C1. На нём падает большая часть сетевого напряжения сети 220V. Затем переменное напряжение после гасящего конденсатора выпрямляется диодным мостом на диодах VD1 - VD4 (1N4001).

Для сглаживания пульсаций после диодного моста устанавливается электролитический конденсатор C2. Нагрузкой для всего этого выпрямителя является аккумулятор G1. Если его отключить, то на выходе выпрямителя будет напряжение около 300 вольт, хотя при подключенном аккумуляторе напряжение на его выходе составляет 4 - 4,5 вольта.

Стоит отметить, что схема с гасящим (балластным) конденсатором проста, но довольно опасна. Дело в том, что такая схема гальванически не развязана от сети 220 вольт. При использовании трансформатора схема становится более электробезопасной, но из-за дороговизны этой детали применяется схема с гасящим конденсатором.

Диод VD5 необходим для того, чтобы при отключении схемы от сети, аккумулятор не разряжался через схему выпрямителя и индикации на красном светодиоде HL1, и резисторе R2. А вот лампа накаливания EL1 (или схема из светодиодов) подключается к аккумулятору только через выключатель SA1. Получается, что диод VD5 служит неким барьером, который пропускает ток к аккумулятору от сетевого выпрямителя, а обратно нет. Вот такая простая защита. Также стоит сказать, что на диоде VD5 теряется небольшая часть от выпрямленного напряжения - за счёт падения напряжения на диоде при прямом включении (V F ). Оно составляет где-то 0,5 - 0,7 вольт.

Отдельно хотелось бы сказать об аккумуляторе. Как уже было сказано, он герметичный свинцово-кислотный (Pb). Состоит из двух ячеек по 2 вольта, соединённых последовательно. Т.е аккумулятор, как говорят, состоит из 2 банок.

На аккумуляторе указано, что максимальный ток заряда - 0,5 ампера. Хотя для свинцовых Pb аккумуляторов рекомендуется ограничивать ток заряда на уровне 0,1 от его ёмкости. Т.е. для данного аккумулятора лучшим зарядным током будет - 100mA (0,1A).

Типовыми неисправностями фонариков с аккумулятором являются:

Выход из строя элементов сетевого выпрямителя (диодов, электролитического конденсатора, резистора в цепи индикации);

Неисправность кнопки-выключателя (легко чинится любой подходящей кнопкой с фиксацией или же рокерным выключателем);

Деградация (старение) аккумулятора;

Износ контактных разъёмов.

В тёмное время суток карманный фонарь - незаменимая вещь. Однако имеющиеся в продаже образцы на аккумуляторной батарее с зарядкой от сети вызывают лишь разочарование. Некоторое время после покупки они ещё работают, но затем гелевая свин-цово-кислотная аккумуляторная батарея деградирует и одной её зарядки начинает хватать всего лишь на несколько десятков минут свечения. А нередко во время зарядки при включённом фонаре светодиоды перегорают один за другим. Конечно, учитывая невысокую цену фонаря, можно каждый раз покупать новый, но целесообразнее один раз разобраться в причинах отказов, устранить их в имеющемся фонаре и забыть о проблеме на долгие годы.

Рассмотрим подробно показанную на рис. 1 схему одного из вышедших из строя фонарей и определим её основные недостатки. Слева от аккумуляторной батареи GB1 здесь расположен отвечающий за её зарядку узел. Ток зарядки задан ёмкостью конденсатора С1. Резистор R1, установленный параллельно конденсатору, разряжает его после отключения фонаря от сети. Светодиод HL1 красного цвета свечения подключён через ограничительный резистор R2 параллельно нижнему левому диоду выпрямительного моста VD1-VD4 в обратной полярности. Ток через светодиод протекает в те полупериоды сетевого напряжения, в которых открыт верхний левый диод моста. Таким образом, свечение светодиода HL1 свидетельствует лишь о подключении фонаря к сети, а не об идущей зарядке. Он будет светиться даже при отсутствующей или неисправной аккумуляторной батарее.

Потребляемый фонарём от сети ток ограничен ёмкостным сопротивлением конденсатора С1 приблизительно до 60 мА. Поскольку часть его ответвляется в светодиод HL1, ток зарядки батарей GB1 получается около 50 мА. Гнёзда XS1 и XS2 предназначены для измерения напряжения батареи.

Резистор R3 ограничивает ток разрядки батареи через соединённые параллельно светодиоды EL1-EL5, но его сопротивление слишком мало, и через светодиоды течёт ток, превышающий номинальный. Яркость от этого увеличивается незначительно, а скорость деградации кристаллов све-тодиодов заметно возрастает.

Теперь о причинах перегорания све-тодиодов. Как известно, при зарядке старого свинцового аккумулятора, пластины которого сульфатировались, возникает дополнительное падение напряжения на его повышенном внутреннем сопротивлении. В результате при идущей зарядке напряжение на выводах такого аккумулятора или их батареи может в 1,5...2 раза превысить номинальное. Если в этот момент, не прекращая зарядки, замкнуть выключатель SA1, чтобы проверить яркость свечения светодиодов, то повышенное напряжение окажется достаточным для значительного превышения текущим через них током допустимого значения. Светодиоды поочерёдно выйдут из строя. В результате к непригодной к дальнейшей эксплуатации аккумуляторной батарее добавляются сгоревшие светодиоды. Отремонтировать такой фонарь невозможно - запасные батареи в продаже отсутствуют.

Предлагаемая схема доработки фонаря, показанная на рис. 2, позволяет устранить описанные недостатки и исключить вероятность выхода из строя его элементов при любых ошибочных действиях. Она заключается в таком изменении схемы подключения светодиодов к аккумуляторной батарее, чтобы её зарядка прерывалась автоматически. Это обеспечивается заменой выключателя SA1 на переключатель. Ограничительный резистор R5 подобран таким, что общий ток через светодиоды EL1-EL5 при напряжении батареи GB1 4,2 В равен 100 мА. Поскольку переключатель SA1 использован трёх-позиционный, появилась возможность реализовать экономичный режим пониженной яркости фонаря, добавив в него резистор R4.

Индикатор на светодиоде HL1 также переделан. Последовательно с аккумулятором включён резистор R2. Падающее на нём при протекании тока зарядки напряжение приложено к свето-диоду HL1 и ограничительному резистору R3. Теперь происходит индикация именно текущего через батарею GB1 тока зарядки, а не просто наличия сетевого напряжения.

Негодная гелевая батарея заменена составленной из трёх Ni-Cd аккумуляторов ёмкостью 600 мА-ч. Продолжительность её полной зарядки - около 16 ч, причём испортить батарею, не прекратив зарядку вовремя, невозможно, поскольку зарядный ток не превышает безопасного значения, численно равного 0,1 номинальной ёмкости аккумулятора.

Вместо сгоревших установлены светодиоды HL-508H238WC диаметром 5 мм белого свечения номинальной яркостью 8 кд при токе 20 мА (максимальный ток - 100 мА) и угле излучения 15°. На рис. 3 показана экспериментальная зависимость падения напряжения на таком светодиоде от текущего через него тока. Его значение 5 мА соответствует практически полностью разряженной батарее GB1. Тем не менее яркость фонаря и в этом случае оставалась достаточной.

Переделанный по рассмотренной схеме фонарь успешно работает уже несколько лет. Заметное снижение яркости свечения происходит лишь при почти полной разрядке аккумуляторной батареи. Это как раз и служит сигналом о необходимости зарядить её. Как известно, полная разрядка Ni-Cd аккумуляторов перед зарядкой повышает их долговечность.

Из недостатков рассмотренного способа доработки можно отметить довольно большую стоимость батареи из трёх Ni-Cd аккумуляторов и сложность её размещения в корпусе фонаря вместо штатной свинцово-кислотной. Автору пришлось разрезать внешнюю плёночную оболочку новой батареи, чтобы более компактно разместить образующие её аккумуляторы.

Поэтому при доработке ещё одного фонаря с четырьмя светодиодами было решено использовать только один Ni-Cd аккумулятор и драйвер светодиодов на микросхеме ZXLD381 в корпусе SOT23-3 http://www.diodes.com/datasheets/ ZXLD381.pdf. Она при входном напряжении 0,9...2,2 В обеспечивает светодиоды током до 70 мА.

На рис. 4 показана схема питания светодиодов HL1-HL4 с применением этой микросхемы. График типовой зависимости их суммарного тока от индуктивности дросселя L1 приведён на рис. 5. При его индуктивности 2,2 мкГн (использован дроссель DLJ4018-2.2) на каждый из четырёх параллельно соединённых светодиодов EL1-EL4 приходится по 69/4=17,25 мАтока, что вполне достаточно для их яркого свечения.

Из других навесных элементов для работы микросхемы в режиме сглаженного выходного тока требуются лишь диод Шоттки VD1 и конденсатор С1. Интересно, что на типовой схеме применения микросхемы ZXLD381 указана ёмкость этого конденсатора 1 Ф. Узел зарядки аккумулятора G1 такой же, как на рис. 2. Имеющиеся там же ограничительные резисторы R4 и R5 теперь не нужны, а переключателю SA1 достаточно двух положений.

Ввиду малого числа деталей доработка фонаря была выполнена навесным монтажом. Аккумулятор G1 (Ni-Cd типоразмера АА ёмкостью 600 мА-ч) установлен в соответствующий держатель. По сравнению с фонарём, доработанным по схеме рис. 2, яркость получилась субъективно несколько меньшей, но вполне достаточной.