Jump to content
СофтФорум - всё о компьютерах и не только
Sign in to follow this  
Valery

Светодиодный фонарик

Recommended Posts

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.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

 

Edited by Valery

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Upd 30 сент. 2018.

Наблюдается такое явление: Если зарядить ионисторы от СБ под настольной лампой, или от стороннего БП, то светодиод светится ярко и долго. Но если это происходит "естественным" образом от Солнца, то увы. Скорее всего причина в том, что работа СБ прекращается до того времени, когда светодиоду следует загореться. И какое-то время ионистор должен удерживать заряд.Но он его не держит, и по мере того как падает освещенность, падает и напряжение. Куда именно уходит заряд так и не установил, может быть обратно на СБ, или может быть просто ионистор низкого качества, и не сохраняет заряд. Продолжу эксперименты, но что-то мне подсказывает что такая конструкция малоперспективна.

Edited by Valery

Share this post


Link to post
Share on other sites

Относительно садового фонарика на ионисторе (суперконденсаторе):
Начинает кое-что прорисовываться, и похоже получен более-менее годный прототип. Да, утечка точно идёт обратным ходом на СБ, причем ток может достигать 0,2-0,3 mA. В данном случае это очень ощутимый ток. Который соответственно вырастал в то время, когда я подключал две или три СБ параллельно, о чем я уже упоминал. При более чем одной СБ утечка была такая, что ионистор за период с момента наступления сумерек (прекращения заряда), к моменту зажигания светодиода успевал разрядиться в ноль. Что бы ликвидировать эту утечку в схему был введен диод VD1 (нумерация по новой схеме). Поначалу была мысль установить какой-нибудь диод Шоттки с малым падением, но потом решил не городить огород, и установить обычный советский КД521 (или КД522). Падение напряжения на диоде зависит от прямого тока, а токи тут маленькие, так что и падение будет небольшое. Хотя для лета и падение в 0,5 вольта было бы вполне допустимо. Диод остановил утечку на СБ, но она всё равно немного наблюдается в гораздо меньших масштабах. Это утечка через детали самого фонарика, очевидно по цепи R1> открытый на свету VD2, и тут вряд ли что-то можно сделать.
Так же есть и некоторые плюсы. Выше я говорил, что у фонарика описанного в первом посте светодиоды хоть как-нибудь, но светились всегда. Как оказалось такой эффект наблюдается с ионисторами на 4F, и не заметен на ионисторах на 1F, с которых я и начал текущие эксперименты. Так же я заметил что ионисторы склонны к "разгону", то есть по мере работы их характеристики улучшаются. Это следует помнить при использовании новых или "лежалых" ионисторов. Разгонять ионистор специально нет нужды, он со временем разгонится и сам.
Окончательный на данный момент вариант схемы выглядит так:

sad-ionistor-last.GIF.15d22c7834c6810d5cb262818806f264.GIF

Как можно заметить ионистор теперь имеет ёмкость 4 фарады, при тех же 5,5 вольт. Остальные детали без изменений. Светодиод правда хорошо бы установить матовый, или заматировать существующий, так как матовый светодиод в данном случае лучше заметен чем прозрачный. Но пока сойдет и так.
На данный момент ситуация такая: Поза-поза-вчера зарядил ионистор от стороннего БП до 5 вольт. Заряда хватило на несколько часов. По крайней мере с 18 до 0 часов светился довольно ярко. А дальше не знаю, дальше я сплю. :) Все последующие дни фонарик получал заряд только от СБ расположенной на подоконнике. На следующий день была очень пасмурная погода, напряжение на ионисторе в конце дня составляло 2,9 вольта. Фонарик проработал столько же, но уже при меньшей яркости. Вчера была еще более пасмурная погода, напряжение упало до 2,5 вольт. Подумал - вообще не загорится, но нет, загорелся, и проработал столько же, но при еще меньшей яркости. Сегодня солнечно, напряжение на ионисторе более 4 вольт. Что обеспечивает длительную работу с большой яркостью. Тут  как раз проявляется все качества резистора в качестве ограничителя тока, который в наше время явно недооценивается. Чем ниже напряжение питания, тем меньше ток, значит тем меньше нагрузка на источник питания, значит тем дольше всё работает. :) В общем это всё работает вполне нормально, можно построить какой-то законченный вариант.

Во сколько это примерно мне обошлось: Ионистор: 408,86 рублей за 5 штук. Значит цена одного - 82 руб. Солнечная батарея: 795,78 за 10 штук, значит 80 руб. Фотодиод, светодиод, транзистор рублей по 10, диод - 3 рубля, резисторы по рублю. Как видим цена одного комплекта деталей не такая большая.

UPD 20 янв. 2019. Впоследствии сделал еще один такой фонарик, только R2 взял на 4,7k, и матовый светодиод. Оба работают безотказно, светятся всю ночь, не зависимо от того насколько солнечный был день, естественно с разной яркостью. Так что собирать вполне можно. В настоящее время думаю о том, что раз уж всё так хорошо, то почему бы не сделать настоящий, более мощный фонарь, который будет что-то реально освещать, хотя бы некоторое время.

Edited by Valery

Share this post


Link to post
Share on other sites

Оба описанных фонарика с ионисторами на 4F показывают себя с наилучшей стороны. Как ни посмотри, - всё время ярко светятся. То есть мощности СБ для заряда ионистора, и самого заряда для питания светодиода хватает с избытком. Подумал - раз уж всё так хорошо, почему бы не сделать фонарик который мог бы не просто светиться, но и вообще хоть как-то, хоть что-то освещать. Прикидывал так и эдак, - сколько и каких нужно взять ионисторов, какой лучше выбрать светодиод, и т.д. После перебора разных вариантов не нашел ничего лучше как просто увеличить мощность в два раза, то есть взять две указанные СБ, и два ионистора параллельно. Ток светодиода поднять до 5 mA (при напряжении 5,5 вольт, реально будет меньше).

sad-ionistor-last-twin-one.GIF.2ccad0ac4888d0bb4ce093723df65cb3.GIF

Перед началом использования фонарика ионисторы следует обязательно зарядить от стороннего БП (например USB зарядки) с напряжением без нагрузки в пределах 5,0 - 5,5 вольт, в течение примерно 45 минут. Сначала я собрал только GB1,GB2,VD1,C1,C2, зарядил ионисторы, и выставил получившийся "накопитель" на подоконник. Испытания в течение недели показали что "энергетика" работает прилично, напряжение не снижается ниже 3,7, обычное - около 4 вольт. (Для февраля-то месяца). И я посчитал что теперь можно собирать остальную схему.

Остальная схема мало отличается от описанной выше, за исключением номинала резистора R2. Используется светодиод типа DFL-10003UWC-??, светодиоды такого типа уже упоминались в этой теме, хотя бы в посте о фонарике на "Кроне". В продаже имеется два типа таких светодиодов на 10 тыс. или 15 тыс. милликандел (знаки вопроса в обозначении). Честно говоря не знаю какие из них у меня. Как видим яркость такого светодиода меньше чем у DFL-5013UWC-20, использующихся в предыдущих фонариках, но за то он больше размером. Небольшая комната ночью освещается вполне прилично для того что бы например найти выход или выключатель. К утру свечение слабеет, но всё равно до конца не гаснет.

Немного вернусь к фотодиоду. Схема была обкатана с фотодиодом ARL-5013PT. Есть ли у него аналоги, и чем его можно заменить, сказать затрудняюсь. Могу однозначно посоветовать со всякими суррогатами типа транзисторов со спиленными крышками вообще не связываться. Если вдруг найти именно указанный не получается, или уже есть какой-то другой фотодиод, (фоторезистор) который хочется пустить в дело, то сперва схему нужно будет проверить, так как это важно, возможно потребуется подбор сопротивления R1. Этот резистор нужно подобрать так, что бы фонарик зажигался когда будет как можно темнее, так как незачем ему светиться когда и так светло, но одновременно хватало напряжения на затворе VT1 для полного открытия этого транзистора. Транзисторы 2N7000 так же можно попробовать заменить на какие-то другие. В общем-то должны подойти если не все, то многие типы обычных маломощных n-канальных полевиков.
Три моих "предсерийных" экземпляра, расположенные сверху вниз в том порядке, как появлялись на свет, два первых уже достаточно описаны в данной теме ранее:

fonar-2-ion.thumb.jpg.12b693461d2c94f4a81b6c6da93c4ab5.jpg

То есть это вполне работоспособные устройства, но не установленные ни в какой корпус, и не рассчитанные на это. Корпуса делать честно говоря лениво, да я еще и не определился, какие именно корпуса или светодиоды (в смысле рассеивающие или узконаправленные) использовать.

Share this post


Link to post
Share on other sites

В этом посте я рассказал как убил два светодиодных фонарика, установив в них Ni-Zn аккумуляторы. Пришла пора их починить. ТЗ такое: обеспечить насколько возможно длительную и безотказную работу фонариков как от Ni-Zn аккумуляторов, так и от обычных батареек. Было решено использовать светодиоды типа DFL-10003UWC диаметром 10 мм, уже много раз упомянутые в этой теме. А вот насчет того что будет устанавливать ток светодиода были разные мнения. Поначалу думал установить ИМС LM317LZ в режиме стабилизатора тока, но скорее всего напряжение для неё будет слишком низким, и она может работать нестабильно. И потому решил не городить огород, а использовать обычный резистор  такого сопротивления, что бы при свежезаряженных Ni-Zn аккумуляторах (пусть 1,8 для одного элемента, значит 3,6 для двух) ток светодиода был не более 30 mA. Сопротивление я не рассчитывал, а просто подобрал при помощи переменного резистора, этого самого светодиода, миллиамперметра (мультиметра) и регулируемого БП. Оказалось что нужен резистор сопротивлением 11 Ом. Тут бы хорошо было бы использовать резистор ом на 12-15 или типа того, но такого у меня не нашлось. Скрепя сердце поставил на 10 Ом. Так что при совсем-совсем свежезаряженном аккумуляторе ток будет немного превышать номинал. Замена Ni-Zn аккумуляторов на обычные батарейки не требует никаких изменений, фонарик спокойно будет работать, только свечение будет немного слабее.
Отверстие в рефлекторе было расточено под новый светодиод до 10 мм, а больше никаких особенных конструктивных переделок и не потребовалось, просто выпаял одно, впаял другое.

2019-09-23_210800.jpg.af6b9a48ae5452f68927e5a2bb4ea0c8.jpg

Слева (на обеих фотографиях) - до доработки, - справа - после.

Фонарики светят теперь конечно хуже, потому что и светодиод слабее того что был, и теперь он находится не в фокусе рефлектора. Но это не так уж и страшно. И уж конечно они светят лучше, чем если бы вообще не светили, а лежали на помойке. Сделал техпрогон в два часа одному и полтора часа другому, вроде работают. Хотя свет у того что горит два часа с зеленоватым оттенком, а это плохой признак. Если и эти сгорят, то уж не знаю что и думать, тогда наверно это будет привет от Эдисона придумавшего другое электричество, не подчиняющееся закону Ома. Сожгу тогда их где-нибудь на пустыре, ибо нефиг. :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Используя светодиоды со встроенными эффектами можно сделать очень простую и дешевую, но при том достаточно эффективную новогоднюю гирлянду. Никакой электроники в виде какого-то блока управления не требуется вообще. Рабочее напряжение - 5 вольт.

Понадобится:
- Гибкий монтажный провод, лучше с тёмной изоляцией. Даже подойдут куски разных проводов, какие найдутся. Но только сечение должно быть подходящим для выбранной нагрузки.
- Светодиоды со встроенными эффектами. Не знаю как где, но у нас они стоят по крайней мере не дешевле 10-15 рублей за штуку, так что вся затея теряет смысл, - дешевле будет купить готовую гирлянду. А в Китае можно найти и по ~1 рублю, особенно если купить большую партию, например 100 штук.

led-effect.thumb.jpg.964e93603a3ddf96ab5bca1f40b7dca2.jpg
И они наверняка разойдутся, если понаделать несколько гирлянд себе и знакомым.
Я уже выше говорил, такие светодиоды бывают с "быстрыми" и "медленными", эффектами, а так же отличаются различными "программами", то есть порядком переключения цветов. Не знаю, может быть более практично будет заказать светодиоды с разными эффектами из разных партий, а потом выбрать предпочтительные. Или установить вообще разные, и быстрые и медленные, исходя из желаний.
- Термотрубки, или изоляционные трубки (кембрики) или (нежелательно) изолента.
- USB вилка, разборная, или от какой-то ненужной USB аппаратуры (мыши и т.п.)
- Блок питания на 5 вольт имеющий порт USB, (USB зарядка) на необходимый ток. Можно использовать даже Power bank.
- Резисторы на 0,125 - 0,250 ватт, в количестве равном количеству светодиодов. От сопротивления этого резистора зависит яркость светодиода, по принципу чем больше сопротивление, тем меньше яркость, тем меньше ток. О конкретном сопротивлении будет сказано ниже.
- Паяльник с принадлежностями.

Схема:

1897193057_.GIF.2bc82849f71da945ee939073859e677d.GIF
Мне видится что конструктивно лучше сделать это так как описано ниже, хотя можно сделать и по-другому. Шина питания, подключенная к USB разъёму, это вроде как "ствол дерева". И к этой шине в виде "веток" параллельно подключаются светодиоды с резисторами. Нет разницы на каком выводе светодиода устанавливать резистор, но полярность нужно соблюдать, иначе светодиод не загорится. Длина "ствола", длина "веток", расстояние между "ветками", выбираются исходя из требуемых условий и наличия провода и количества светодиодов. Все соединения изолируются термотрубками. Перед сборкой гирлянды желательно заготовить необходимое количество "веток", проверить их и уже потом начинать сборку.

Одна "ветка":

vetka.jpg.89494de5653df957ce6d459c60569b53.jpg

Насчет резистора: Его номинал я подобрал экспериментально. Взял один светодиод, многооборотный подстроечный резистор, аналоговый мультиметр в режиме измерения тока, и блок питания на 5,0 вольт. При работе светодиода стрелка миллиамперметра будет "прыгать", я подобрал такое сопротивление резистора, при котором стрелка только изредка "допрыгивала" до 20 mA. Я так предполагаю что любой одиночный кристалл светодиода как раз и рассчитан на такой ток, как и большинство обычных маломощных светодиодов. Таким образом максимальным током любого светодиода будем считать 20 mA. Необходимое для такого режима работы сопротивление оказалось 61 Ом. Резисторов такого номинала нет, потому можно выбрать близкий резистор из стандартного ряда, например 62 или 68 Ом. Думаю ничего особо страшного не будет если установить и 56 Ом, не на века же это всё делается. :)
Ток гирлянды будет зависеть от количества светодиодов, так например 25 штук - 500 mA, 50 штук - 1А. Хотя конечно такой ток будет не всё время, из-за импульсного потребления тока светодиодами, а может и вообще никогда не будет, но всё равно, что бы не случилось чего-то нежелательного, БП нужно выбирать с запасом по току. Сам я делать такую гирлянду "в железе" не буду, но проверив на коленке могу сказать что работает это всё вполне прилично.

Edited by Valery
Перезаливка фотографий

Share this post


Link to post
Share on other sites

Небольшая поправка к предыдущему посту. Пораскинув мозгами, решил что внутренняя схема светодиода с эффектами должна выглядеть примерно так:

1988707516_.GIF.431e3df3e8c6f09980d893f95893d209.GIF

Где А1 - некая управляющая микросхема, а К1,К2,К3 - транзисторные ключи. Если принять что ток одного светодиода 20 mA, то значит суммарный ток всех трёх светодиодов в тот момент когда открыты все ключи одновременно может достигать 60 mA. Заново пересобрал схему о которой говорил выше: Последовательно БП -> подстроечный резистор -> светодиод -> миллиамперметр -> БП. И подбором резистора выяснил что сопротивление при котором ток периодически "допрыгивает" до 60 mA где-то в районе 4,7 - 10 Ом. (PS: При 5 вольтах). Это сопротивление не обязательно подбирать слишком уж точно. Если оно будет чуть меньше, то ничего особо страшного не произойдет, а больше - да сколько угодно, только яркость уменьшится.

Исходя из этого пиковый ток, (повторюсь - который вряд ли вообще возможен), будет для гирлянды из 25 светодиодов - 1,5 А. Номинальный по моим прикидкам где-то примерно в районе 0,8 А. Так что должна подойти USB зарядка способная без обмана развивать 1 А. Лучше конечно чуть побольше.

Edited by Valery
Перезаливка фотографий

Share this post


Link to post
Share on other sites

Небольшая статья о светодиодах, немного теории и практики. В этом тексте речь пойдет только о простых обычных маломощных "дискретных" светодиодах, не имеющих в своем составе каких-либо регуляторов или управляющих схем.

Пожалуй не в каждой области имеется столько заблуждений как в этой. Некоторые люди относятся к светодиодам как к лампочкам, но светодиоды - не лампочки. Не редки даже вопросы - "а на сколько вольт этот светодиод". Или наоборот, утверждения - "этот светодиод на [столько-то] вольт". Это конечно в какой-то мере корректно, но не совсем.

Что такое светодиод? Это такой хитрый кристалл кремния, с подключенными к нему выводами, который при прохождении через него тока начинает светиться. Подробности - на Википедии. Ключевое слово - тока. Светодиод светится при прохождении через него тока, а не от приложенного напряжения. Хотя конечно эти параметры взаимосвязаны.
Светодиод можно рассматривать и как обычный диод, и как стабилитрон. А значит у него есть по крайней мере два параметра - это его рабочий ток, или прямой ток, который он способен выдерживать длительное время, и собственное напряжение, напряжение падения, величина падения напряжения, прямое напряжение, или если угодно напряжение стабилизации. Вероятно именно его имеют в виду когда говорят что светодиод на столько-то вольт. Это всё равно что сказать что обычный выпрямительный диод, это диод на 0,6 вольт. Оно вроде и правильно, но всё равно как-то не так. :)
Рабочие токи у светодиодов могут быть самые разные, и собственные напряжения так же различаются. Прямое напряжение всегда можно измерить, а вот с током сложнее, ток следует узнать из справочников. Сперва продемонстрирую как отличаются собственные напряжения у светодиодов разных типов:

led-tester-voltage.thumb.jpg.7e3db59b2cb77a1bacb91eb3b464bf63.jpg
Для измерения использовался самодельный тестер стабилитронов, описанный здесь. Ток стабильный 5 mA.

Теперь проведем исследования на тему зависит ли прямое (собственное) напряжение от прямого тока. Проведу три эксперимента: 1. Измерение собственного напряжения светодиода, при изменении тока, путём изменения питающего напряжения :) при неизменном сопротивлении гасящего резистора (о том что это за резистор будет ниже). 2. Измерение собственного напряжения светодиода, при изменении тока, путём изменения сопротивления гасящего резистора, при неизменном питающем напряжении. 3. Измерение собственного напряжения при неизменном токе, (условно выбрано 10 mA), при изменяемых напряжении питания, и сопротивлении резистора. То есть сопротивление подбирается таким образом что бы при изменении напряжения удерживать ток на прежнем уровне. Тут у нас фактически будет изменяться падение напряжения на гасящем резисторе. Выходной параметр только один - падение напряжения на светодиоде (собственное напряжение). Делаю это только в порядке эксперимента, и для очистки совести. Светодиод при всех измерениях использован один и тот же, DFL-10003UWC диаметром 10 мм. С другими, даже может быть и точно такими же светодиодами будут другие данные, но общая "тенденция" будет той же самой.

1.
№ | Ток | Напряжение
1 | 5mA | 2,81V
2 | 10mA | 2,96V
3 | 15mA | 3,08V
4 | 20mA | 3,18V
5 | 25mA | 3,26V

2.
№ | Ток | Напряжение
1 | 5mA | 2,81V
2 | 10mA | 2,96V
3 | 15mA | 3,08V
4 | 20mA | 3,18V
5 | 25mA | 3,26V

3.
№ | Ток | Напряжение на светодиоде |Напряжение  питания
1 | 10mA | 2,96V | 5V
2 | 10mA | 2,96V | 7V
3 | 10mA | 2,96V | 9V
4 | 10mA | 2,96V | 12V
5 | 10mA | 2,96V | 15V
6 | 10mA | 2,96V | 20 V
7 | 10mA | 2,96V | 25V

Как видим собственное напряжение зависит только от тока, и при том не так уж и сильно. Причем не важно как именно этот ток будет организован, - через напряжение, причем не важно какое, или через сопротивление. Потому светодиоды часто используют в качестве низковольтных стабилитронов.
Теперь спрашивается, какое напряжение нужно подать на светодиод что бы он нормально работал. Исходя из таблицы, что бы установить ток 20 mA, нам нужно подать на него 3,18 вольт. Но такое решение не всегда удобно, потому для включения светодиодов используют драйверы, - различные устройства, сложные или не очень, которые будут ограничивать ток в цепи до приемлемого для светодиода уровня. Обо всех драйверах я рассказывать не буду, потому что их как конь навалял, для светодиодов разных типов. Но самое простое - это обычный резистор, подключенный последовательно со светодиодом. Резистор со светодиодом образуют простой резистивный делитель, в котором на светодиоде - собственное напряжение, а на резисторе - всё остальное.

1111134127_ledrez.GIF.15436a6ae422ba9ca9506eefb9ad3b44.GIF

Резистор не является стабилизатором, это просто ограничитель, таким образом если будет изменяться напряжение на входе, то будет изменяться и рабочий ток. Значит при выборе резистора нужно учитывать что бы при самом большом вероятном напряжении ток светодиода не превышал предельного.
А как вообще можно выбрать резистор для конкретного случая. Если светодиод индикаторный, то большой ток устанавливать не следует, будет достаточно 1-10 mA, в зависимости от желаемой яркости. Если осветительный, то нужно будет установить ток чуть меньше максимума. Это всё зависит от местных условий.  Резистор можно выбрать прикидочно по закону Ома. R=U/I. Предположим у меня есть напряжение, пусть 15 вольт, и я хочу установить ток 20 mA. 15/0,02 = 750 Ом. Но это сильно приближенно, реально ток будет меньше, так как светодиод с этой точки зрения так же обладает сопротивлением. А точнее, даже не знаю, я всегда банально подбирал сопротивление при помощи переменного резистора.

Более сложные варианты, это стабилизаторы тока, самые простые из которых можно собрать например на ИМС LM317, тогда ток будет удерживаться на постоянном значении независимо от входного напряжения, кроме случаев когда напряжение слишком мало, и ток не может развиться, или слишком велико, и на ИМС будет падать большое напряжение, отчего она будет сильно нагреваться, и рано или поздно выйдет из строя.

Деградация светодиодов:
Это такой случай, когда они уменьшают свою яркость. Деградацию ускоряет некорректный режим работы, например слишком большой рабочий ток, или использование некачественных дешевых импульсных блоков питания.

Параллельное соединение  светодиодов:
Светодиоды светятся по-разному, или вообще перегорают по одному после месяца работы, или деградируют быстрее чем следовало бы. Почему? Потому что у них были разные собственные напряжения, (см. табл 1 и 2) которые при параллельном соединении стали одинаковыми. Значит какой-то светодиод будет работать с перегрузкой, а другой с недогрузкой. Честно говоря я вообще не люблю параллельное соединение хоть чего, особенно конечно светодиодов (диодов, транзисторов) и батареек.
Как быть? Нужно взять светодиоды из одной партии, то есть из одной коробки или упаковки. Или на худой конец купить больше чем надо, и перемерить их транзистор-тестером, выбрав одинаковые, по крайней мере с разницей в несколько сотых вольта. Кто-то может сказать, - ой да ладно, у меня есть фонарик с таким соединением, и всё работает нормально. Производители фонариков покупают крупные партии светодиодов, а они внутри одной партии почти одинаковые. Ну и светодиоды наверно хорошие попались. Но всё равно, им было бы лучше если у каждого был собственный резистор.

Последовательное соединение светодиодов:
Тут особых ограничений нет, ток в цепи будет такой же как и для одного светодиода, а вот собственное напряжение просуммируется. Если мы хотим установить в цепи допустим из десяти последовательно соединенных указанных светодиодов ток 20 mA, то нам для этого потребуется минимум 31,8 вольт. Это при условии что они одинаковы, а так не бывает. :) Лишнее напряжение так же можно сбросить на резисторе или другом драйвере.

Edited by Valery
Перезаливка фотографий

Share this post


Link to post
Share on other sites

Иногда возникает такой вопрос, - а можно ли включить светодиод непосредственно в сеть 220V, и что для этого надо. Я еще кое-как допускаю прямое включение светодиода в сеть в качестве индикатора включения для того или иного прибора, но в случае с освещением надо изыскивать какие-то другие решения.

Первая проблема - высокое напряжение. Решается подбором гасящего сопротивления, которое бы устанавливало нужный ток при напряжении сети. Не забываем что у переменного тока есть действующее значение (220V), и есть амплитудное (310V), именно на которое нам и следует ориентироваться.
Рассмотрим простой пример, нам нужен индикатор включения, ну не знаю для чего, хоть для чего. Прикидываем что тока в 1, ну скрепя сердце  в 2 mA нам будет выше крыши. Как я выше говорил, считаем по закону Ома: R=U/I. Подставляем значения, R=310/0,002 (2 mA)=155000. Находим ближайший номинал, это будет 180 килоом, потому что все округления в подобных случаях всегда в бОльшую сторону.
Вторая проблема, не менее важная чем первая, - обратное напряжение. Дело в том что у светодиодов это напряжение крайне мало, - в районе единиц вольт, а ток в сети переменный. Значит нам нужно уничтожить обратную полуволну. Для этого нужны диоды, способные выдержать обратное напряжение 310 вольт, например популярные 1N4007. Существуют разные способы включения диодов, ну например хотя бы такие:

605573114_220.GIF.18d69dd265d437e091334209440bdf89.GIF

Рис.1: Прямая (положительная) полуволна пропускается диодом, а обратная (отрицательная) нет, диод при этом закрыт. Я всегда использую именно этот вариант.
Рис.2: При появлении отрицательной полуволны, диод откроется и тем зашунтирует светодиод.
Рис.3: Гибрид двух предыдущих схем.

Третья проблема, - большая рассеиваемая мощность на резисторе, потому поднимать ток свыше 1 mA надо уже с оглядкой.
Как именно размещать резистор, в смысле на разных с диодом выводах или на одном - не важно. Важно что бы полярность диода и светодиода были одинаковы. Светодиод будет немного мерцать с частотой 50 Гц, потому что работает на одной полуволне. Но это заметно если только специально приглядываться, да и то скорее всего заметят не все. И для индикатора это совершенно не важно.

Честно говоря когда у меня возникла такая нужда, я не парился, а просто взял резистор на 330k, и диод 1N4007, и всё работало нормально. Правда и светодиод был сам по себе яркий. Возможно сопротивление резистора придётся банально подобрать, смотря какой светодиод будет использоваться. Но слишком задирать ток не советую, потому что даже 1 mA для сетевого напряжения это уже 0,22 ватта. Не слишком много для простого индикатора? Тем более что для большего тока потребуется более мощный резистор.

Для примера сделал светодиод для включения в сеть:

led-22vac-1.jpg.67fe6adba7a6f04d902cad58f0ea7711.jpgled-22vac-2.jpg.ca5a5256a316ba44eb1510497353a1a4.jpg

Резистор на 430k, диод - 1N4007. Не забываем о надежной изоляции. Как видим работает, и яркость для индикатора вполне достаточная.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

×
×
  • Create New...