Перейти к публикации
СофтФорум - всё о компьютерах и не только
Valery

Светодиодный фонарик

Рекомендованные сообщения

Подозреваю что у кого-то имеется большое количество поломанных покупных садовых фонариков. У меня тоже остались кой-какие запчасти, и я решил их пристроить к делу. По сути я просто приделал аккумуляторы и солнечные батареи (далее по тексту СБ) к фонарику описанному выше. СБ и аккумуляторы от садовых фонариков, датчиком у меня теперь является всё тот же фототранзистор ARL-5013PT, ключевой транзистор всё тот же 2N7000, и светодиод со встроенными эффектами. Я просто взял собранную плату от одного из готовых фонариков оставшуюся без батарейки.

5942b2d00a6de_.GIF.65f381f1ae1ee9fcc323a6d6deb2a8fa.GIF

Как видно на схеме, солнечные батареи подключаются к аккумуляторам напрямую, это в данном случае совершенно нормально, так как взаимно навредить друг другу они просто не смогут. СБ (из трёх элементов) у меня развивают напряжение 5-7 вольт, при токе короткого замыкания 2-5 mA (в зависимости от освещения). Схему нужно разрабатывать так, что бы в ней всегда был положительный энергетический баланс, - энергии приходить должно больше чем уходить. Таким образом нагрузка не может быть выше тока СБ, (условно примем его равным 3 mA), иначе это рано или поздно приведет к разряду аккумуляторов, несмотря на наличие СБ. Хотя и так приведёт, не стоит забывать что для заряда аккумулятора ему нужно сообщить примерно на 50% больше энергии, чем он потом сможет выдать. Так что лучше если ток потребления будет поменьше, например 1-2 mA.
Аккумуляторы перед установкой в схему должны быть полностью заряжены сторонним ЗУ, так как СБ вряд ли смогут их зарядить, они просто замедляют их разряд, хотя может быть на довольно долгое время.
Аккумуляторы никель-кадмиевые (NiCd), типоразмера AAA, напряжением 1,2V, и ёмкостью 600 mah. Аккумуляторы эти от рождения не особо качественные, тем более некоторое время проработали в покупных фонариках, а затем некоторое время провалялись. Так что особых надежд я на них не возлагал. Такие аккумуляторы по характеристикам похожи на популярные NiMH акккумуляторы, и тоже обладают очень заметным эффектом памяти.
Прежде чем собирать всё по месту, я сначала полностью зарядил аккумуляторы, собрал всё на соплях, и выставил на балконе. Было это еще в апреле.

solar-fonar.thumb.jpg.b72af886e15dd983a6c3738452ed67df.jpg

Схема отработала так два месяца, которые были в общем всегда пасмурными и холодными. Сейчас занес домой, померил напряжение на аккумуляторах - примерно 1,3V на элемент. Так что заряжены они нормально. Но есть одно но. Аккумулятор GB1 приказал долго жить. На всех блин 1,3V, а на нём - 0,4. Предельно низкий заряд, в общем наверно ему кранты. Сейчас заменил этот элемент, выставил всё это обратно на балкон. Не пойму почему это произошло, то ли от каких-то особенностей работы схемы, то ли само собой, из за дефекта. Но тем не менее схема вполне рабочая.
Защиты аккумуляторов от глубокого разряда в схеме нет. Её роль условно играет сам светодиод, который сам погаснет при слишком уж низком напряжении, и таким образом снимет нагрузку с аккумуляторов. Прекращение работы СБ (прекращение заряда) и зажигание светодиода не синхронизированы, так как для зажигания светодиода имеется отдельный датчик. Недолгая работа фонарика будет являться сигналом того что аккумуляторы разряжены, и уже давно требуется их заряд при помощи стороннего ЗУ. Собирался сделать какое-то законченное устройство, в какой-то прозрачной банке, но наверно так всё и останется.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Попался на глаза купленный в ранние 2к года аккумуляторный фонарик фирмы Supermax (фотографии в сборе нет). Яркими светодиодами тогда не пахло, потому он оснащен двумя 6-вольтовыми лампочками накаливания примерно на 10 и 6 ватт. 10 - ваттная лампочка установлена в фокусе рефлектора. То есть фонарик по аналогии с автомобилями имел как бы дальний и ближний свет. Питался он от свинцово-кислотного аккумулятора на 4,5 А*ч при 6 вольт. Аккумулятор на данный момент полностью вышел из строя. Заряжался аккумулятор от встроенного зарядного устройства состоящего из понижающего трансформатора и диодного выпрямителя.

ishod.thumb.jpg.84d28dadac1b5f87757fddaf3d65bcd2.jpg

Поскольку жалко было этот фонарик выбрасывать было решено его восстановить, конечно хоть как-нибудь, без каких-то особых претензий.
Казалось бы - что удивительного в светодиодном фонарике? Да полная ерунда, делать нечего! Да, именно так, если у тебя есть готовая схема и все уже отработанные запчасти, и её нужно просто собрать. Но у меня такого пока еще не было. :) В этом посте расскажу о всех не реализованных задумках, и проблемах которые возникали по ходу дела, а не только об исходном и конечном вариантах, как я это обычно делал. Потому что изготовление любого простого устройства любителем, кроме собственно его изготовления требует еще и навыков проектирования, часто путем проб и ошибок. Много сил уходит на "натягивание" каких-то новых частей на существующие, например на впихивание новых внутренностей в старый корпус, когда порой приходится от чего-то отказываться, и по ходу дела менять старые задумки на 180 градусов. Например пока пытался впихнуть невпихуемое, помял одну батарейку, хотя она и работала, но на всякий случай решил пойти покупать замену. :) Уже тут заметил, что у меня нечем вклеивать светодиоды в рефлектор, значит нужен клей. А какой, и какой лучше? Наверно становится понятно, почему у меня некоторые казалось бы совершенно простые проекты тянутся годами. :)

Первой мыслью было, - заменить аккумулятор на такой же, и пусть себе работает, как работал раньше. Но этот фонарик собственно никогда нормально и не работал, всегда светился "вполнакала". Лампочка дальнего света жрет примерно 1,8А, ближнего света где-то 1,4А. (Замерено при питании 6,0 вольт от БП). К тому же мне вспоминается раньше он светил куда ярче. Возможно лампочки со временем частично потеряли свои свойства, что мне вспоминается бывало замечено с тогдашними китайскими лампами накаливания, наверно в нитях не вольфрам, а какой-то более дешевый сплав. Тем более если родной аккумулятор распух и лопнул, то значит имеющаяся зарядка как-то не очень.

Второй мыслью было - купить автомобильные светодиодные лампочки с такими же цоколями, и просто установить их вместо существующих. Аккумулятор заменить на 12-вольтовый. Но цена у этих двух лампочек оказалась соизмеримой с ценой нового аналогичного фонарика. К тому же надо думать о защите от разряда, и зарядном устройстве для этого аккумулятора. К тому же 12-вольтовый аккумулятор в аналогичном корпусе уже имеет вдвое меньшую ёмкость чем родной 6-вольтовый.
PS: Когда пошел покупать клей и батарейку, встретил эти лампочки по низкой цене там где и не думал их искать. Фейл, как всегда. Хотя одно радует, теперь не нужно покупать довольно дорогой 12-вольтовый аккумулятор, и изобретать ему зарядку. Хе :)

Потом решил использовать светодиодные ленты, наклеить их кусочки внутри рефлектора радиально, то есть вроде такой ромашки. Но зато бы уничтожил рефлектор, заклеив его лентами. Тогда проще было бы наклеить ленты на стекло, а рефлектор вообще убрать.

Потом был еще один вариант, почти доведенный до завершения, - использование светодиодной лампочки уже испытанной конструкции, сделанной из светодиодной ленты намотанной на трубку (см. тему про светодиодные ленты). Специально для этого на Алиэкспрессе купил катушку светодиодной ленты с желаемыми на первый взгляд характеристиками, и ждал её месяц. :) Это лента со светодиодами 5054, (т.е. 5,0 х 5,4 мм) в количестве 120 штук на метр. Длина сегмента (т.е. минимального отрезка) - 2,5 см.

tape.jpg.a633bc1c3863b3a009f1416223a618c0.jpg
Эта лента (на мой взгляд) имеет наиболее плотное размещение светодиодов, и одновременно довольно большую мощность (по моим измерениям около 12 ватт на метр). Лента намотана на подходящую по размеру трубку, точнее крышку. (Диаметр 50, высота 25 мм). Отрезок длиной 27,5 см намотан на боковую сторону, получилось примерно 1,7 оборота. И еще 4 кусочка по 2,5 см расположены на торце. Эти кусочки держались не очень надежно, и потому были приклеены при помощи двустороннего скотча. Лампочка была приклеена к рефлектору термоклеем по всему периметру снаружи и изнутри. Лента не имеет практически никакой защиты (IP10), потому полученная лампочка покрыта прозрачным цапон-лаком. Лампа была установлена в рефлектор и испытана. Встала на место она хорошо, и рефлектор работал нормально:

led-lamp-refl.thumb.jpg.70e2751d2e577bb50f3cfea3a9713f4b.jpg
Работала вообще замечательно, фонарик давал очень яркий ровный широкий поток света без каких-либо неоднородностей, (получился т.н. прожектор заливающего света) но когда замерил потребляемый ток как-то передумал. Примерно 650 mA при 12 вольтах. А поскольку планировалось использовать 6-вольтовый совсем не волшебный источник питания и повышающий преобразователь, нагрузка на батарею должна быть примерно в районе 1,5 А. Такой вариант не влазил ни в какие ворота. Короче перемудрил я с мощностью, а всё проверить до сборки видимо религия не позволила. :) Использование других имеющихся лент не представилось возможным, так как у всех них длина минимального сегмента 5 см. При отдирании лампочки от рефлектора он был заметно поцарапан. А при дальнейшей работе еще и заляпан. Но куда уж мы без этого, с повышенной криворукостью. Но лес рубят - щепки летят. Лампочка была сохранена и возможно будет установлена куда-то еще. Такая штука может пригодиться на автомобиле, например в качестве какого-то плафона. А если добавить небольшой рефлектор, то можно сделать компактные дневные ходовые огни.

Ну и последний вариант, - использование отдельных светодиодов.

5a6f32ea6b2b2_LED.thumb.GIF.42d8dd98fea2328b92a6ca72be189a78.GIF

У меня нашелся рефлектор от малогабаритного карманного фонарика на 15 светодиодов. Конечно было бы хорошо если бы он был побольше. Было решено установить светодиоды в этот рефлектор, а уже его самого вклеить в центр рефлектора данного фонарика. Хотя в таком случае большой рефлектор работать уже не будет. Ну да и фиг с ним, надоел уже, надо как-то это всё заканчивать. Светодиоды типа DFL-5013UWC-20, диаметром 5 мм. Собственное напряжение у них около 3 вольт, ток - 20 mA. Это очень яркие узконаправленные светодиоды, яркость у них (если верить продавцу) 20000 милликандел, для сравнения обычные популярные яркие светодиоды имеют яркость где-то 3000-5000.
Тут возник вопрос, - как соединить светодиоды, если планируется использовать 6-вольтовый источник питания. Поскольку светодиодов 15, возможно их разделение на одинаковые группы по 1, 3, 5 и 15 штук.
В случае с параллельным подключением одиночных светодиодов каждый из 15 штук требует 20 mA тока, значит в сумме 300 mA. Слишком много. Если соединить светодиоды по три последовательно в пять параллельных групп, то уже каждая из пяти групп требует по 20 mA, но при более высоком напряжении, - не менее 9 вольт. Но это не беда, можно использовать повышающий преобразователь. Таким образом суммарный ток у меня будет 100 mA, с учетом преобразователя по грубым прикидкам пусть 200 mA. Уже лучше. Просто тут полнее используется напряжение источника питания, которое раньше просто сбрасывалось бы на резисторах.
Если соединить последовательно три цепочки по пять светодиодов последовательно, вся сборка будет требовать не менее 15 вольт, но зато ток трёх групп снизится до 60 mA. С учетом преобразователя это опять будет примерно около 200 mA. Как видим снизить ток уже не удаётся, и потому было решено соединять светодиоды в матрицу 3х5. Пять параллельных групп, каждая из трех последовательно соединенных светодиодов. Группы соединены параллельно с использованием гасящих резисторов небольшого сопротивления (22 ом), для балансировки тока между группами, так как светодиоды в группах всё равно немного разные, и требуют немного разного тока, и разница должна гаситься на резисторах.
При сборке светодиодов в группы нельзя ошибаться. Если например перепутать полярность на одном светодиоде, то не будут гореть три, а что-то исправить после того как сборка закончена будет очень трудно. Я собирал по одной цепочке, и начинал новую только после проверки предыдущей. Было куплено 30 светодиодов, и из них при помощи "транзистор-тестера" были выбраны 15 светодиодов с наиболее близкими параметрами. Что интересно, 5 из 30 вообще не определялись тестером, хотя и светились. Эти светодиоды на всякий случай были отбракованы.
После окончательной сборки и проверки все светодиоды вместе с малым рефлектором с тыльной стороны, и всеми соединениями были зафиксированы клеем.

Преобразователь настроил следующим образом: подал на него питание, и до подключения нагрузки установил пониженное напряжение, где-то 7-8 вольт. Затем в разрыв провода между преобразователем и светодиодами (отмечено на схеме), подключил амперметр (мультиметр). И начал повышать напряжение на преобразователе до достижения тока 100 mA. Какое при этом будет напряжение на выходе модуля уже не важно. Ток на входе модуля будет выше, и скорее всего будет только расти по мере разряда источника питания, и в какой-то момент преобразователь уже не сможет работать. Скорее всего яркость фонарика с течением времени будет поддерживаться на одном уровне, а затем он довольно резко погаснет. Это достаточно уверенно я смогу сказать только через некоторое время.

Не хотелось возиться с аккумуляторами, их защитой и зарядкой, потому питание теперь идёт от четырех последовательно соединенных батареек типа D (R20, LR20) то есть самых больших круглых. Батареи устанавливаются в две покупные кассеты (отсека) каждая на две батарейки, склеенные тыльными сторонами, и соединяются последовательно.

cass-1.jpg.7ed59affea46c0d1d57c0ea5665f1276.jpgcass-2.jpg.49a313088097789f49ef81bc9e407cc4.jpg
Две кассеты, потому что одна кассета на 4 батарейки не помещается в корпусе. Почему именно 4 батарейки? 2 или 3 мало для преобразователя. Точнее может и хватит, но на них будет очень большая нагрузка, и долго они не протянут. 5 или 6 батареек было бы неплохо, но их уже невозможно разместить внутри корпуса.
Питание светодиодов обеспечивает повышающий преобразователь. Идентичный модуль уже описан тут, и тут. Преобразователь и соединительные платы закреплены с тыльной стороны рефлектора. Выключатель используется штатный. Он имеет четыре положения, из которых задействовано только одно, причем не крайнее, для того что бы затруднить случайное включение, например при перевозке. Выключатель имеет две независимые группы контактов, из них необходимые были включены параллельно. Запараллеленные контакты на схеме не показаны. Измеренный ток свежих батареек 180 mA, ток светодиодов 100 mA, как видно нагрузка на батарейки не запредельная, что обещает их длительную работу, если конечно не вытекут раньше. :)
Для замены батареек теперь придётся полностью разобрать корпус, потому что кассета оказалась плотно зажата между его половинами, и её не получается вытащить через переднее отверстие. Но это вероятно будет требоваться не так часто.
Светит такой фонарик не то что бы очень, луч формируется в основном только за счет маленького рефлектора. Но из-за хороших светодиодов он светит получше чем малогабаритный карманный фонарик, но похуже чем планировалось. Но в общем достаточно, сделал всё что мог, и рефлектор поставил какой нашел. Как видим труда затрачено немерено, мозг сломан напрочь, а получилось не то что бы хотелось. Жалко конечно что малый рефлектор слишком маленький, светодиоды находятся не в фокусе, и потому большой рефлектор почти не работает, жалко что не получилось с лентой. Но для чего-нибудь в хозяйстве пригодится всё равно.

gotov.thumb.jpg.514cd90efb9a8a8e69956bb5a7b60876.jpg

 

Изменено пользователем Valery

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Подумал - а чего бы не попытаться сделать садовый фонарик на ионисторе (суперконденсаторе). Тем более что это мне представлялось хоть и дохловатой, но довольно надежной вещью, где не надо ни за чем следить и что-то помнить. Тем более что цена всех необходимых деталей будет довольно невысокой, примерно 200 рублей без учета корпуса. При указанных номиналах и деталях длительность работы фонарика составляет примерно час - полтора, что мне представляется вполне достаточным. При желании можно попробовать добавить еще СБ или ионисторов параллельно, но я этого не делал. На фото ниже схема и внешний вид. Какого-то законченного устройства пока нет, не сезон, так что буду тестировать до весны. Батарейка для масштаба.

sad-ionistor.GIF.b89597ba61c53423992b02d08e728a09.GIFsad-ionistor-plata.thumb.jpg.8ad623265554075362cde75285cd1198.jpg

Потребовались: один ионистор 1F х 5,5V, в корпусе "V-типа" для монтажа на плату стоймя. Одна солнечная батарея (далее по тексту СБ),  размером 53х30х3 мм. Измеренные характеристики СБ (для моего частного случая): среднее напряжение в пасмурный день - 3-4 вольта. Максимальное (под прямым солнечным светом в ясный день) - до 5,5 вольт. Ток короткого замыкания средний около 5 mA, максимальный - 8-9 mA.
В качестве собственно схемы фонарика используется уже описанная схема с фототранзистором ARL-5013PT, и полевиком 2N7000. Ток светодиода прижат сильнее, чем в предыдущих схемах, R2 вместо обычных 1-2k, имеет сопротивление  6,8k. Но это компенсируется установкой очень яркого светодиода типа DFL-5013UWC-20 (из оставшихся от предыдущего фонарика, который кстати жив-здоров). После сборки мне показалось что светодиод светится излишне ярко, так что можно было бы увеличить R2 где-нибудь до 10k, ну уж ладно.

После сборки схемы ионистор желательно зарядить от какого-то стороннего БП напряжением 5,0-5,5 вольт. Для чего подключить БП к ионистору соблюдая полярность, и подождать примерно пять минут. Если вдруг фонарик перестал работать, то скорее всего случился глубокий разряд ионистора. Произошло это скорее всего из-за загрязнения СБ, или установки фонарика в слишком затененном месте. Страшного в этом ничего нет, просто желательно устранить причину и снова зарядить ионистор от стороннего БП, как это описано выше. Отключать СБ при заряде ионистора не нужно. Элементы внутри СБ соединены последовательно, и таким образом затенение самого малого участка равнозначно затенению всей СБ.
Немного об ионисторах. Ионисторы это не силовые приборы, они нужны скорее для поддержки памяти, настроек, или часов в каких-то сложных устройствах при выключении питания. Если сказать проще, то ведут они себя как дохлая батарейка, которая всё никак не сдохнет окончательно. Умный человек сказал бы, что хоть и ёмкость у них очень большая, но и очень большой ESR, или по-русски ЭПС.
Поскольку источник энергии тут слабый, при сборке следует соблюдать аккуратность. На плате не должно быть никакой грязи, иначе через неё может утекать заряд ионистора. Да и шунтирование R1 или VT1 через грязь и влагу не особо желательно. Для защиты от влаги и грязи, после сборки и проверки плату полезно протереть спиртом и покрыть прозрачным цапонлаком.
На месте фонарик следует располагать так, что бы СБ была направлена вверх, и по возможности не затенялась в течении всего светового дня. Периодически СБ следует очищать от посторонних предметов, пыли, грязи. Как и у описанного выше аккумуляторного фонарика на СБ, момент прекращения заряда и начала работы не синхронизированы.

  • Upvote 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Насчет предыдущей схемы - оказалось не всё так просто. Я выбрал именно эти детали не опираясь ни на какие расчеты, а просто на свои представления и опыт постройки первого фонарика (см. первый пост этой темы). С тем фонариком вообще не возникало ситуации что бы он погас, один раз проверял в течении недели, всё равно хоть как-то, но светился. Но там другая ситуация.

Фонарик описанный в предыдущем посте работает примерно дня 3-4, время свечения светодиода всё меньше и меньше. Замечено что если затенить батарею, напряжение на ионисторе начинает медленно падать, куда-то утекая. Наконец ионистор разряжается в ноль, что в принципе быть не должно, но по видимому из-за низкого качества деталей купленных на Алиэкспрессе, ионистор либо разряжается сам на себя из-за внутренних утечек, либо обратным ходом на солнечную батарею, чего тоже быть не должно. Решил попробовать добавить еще один точно такой же ионистор параллельно первому. Ситуация улучшилась, фонарик не гаснет довольно долго, по крайней мере полчаса, и работает уже несколько дней без подзарядки. Указанная СБ очевидно из-за того что на дворе сентябрь, выдает напряжение не выше 3,5 - 3,7 вольта, что маловато. Летом конечно ситуация была бы лучше, и фонарик работал бы дольше. Решил добавить еще одну СБ в параллель существующей, и всё, фонарик заряжался от двух СБ весь день, но не работает. Напряжение на ионисторах менее 2,5 вольта, что недостаточно для зажигания светодиода. Похоже что всё таки заряд утекает на СБ обратным ходом.

Ну и общее мнение: В принципе так сделать можно, СБ подойдет и такая, а вот ионистор лучше взять на 2F. Либо два ионистора по 1F.  Конечно на какие-то серьёзные качества надеяться не стоит.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

×