Как отремонтировать аккумуляторный фонарик. Светодиодный аккумуляторный фонарь - схема, ремонт, как сделать
Для нормальной жизнедеятельности человека в темное время суток ему всегда необходим был свет. С развитием технологий источники освещения усовершенствовались, начиная свой путь от огня факелов и керосиновых ламп, заканчивая фонариками на аккумуляторах. Настоящей революцией в мире осветительной техники было создание светодиода, который тотчас же вошел в бытовую жизнь.
Современные светодиодные фонари очень экономные, свет распространяется очень далеко и он очень яркий. Огромная доля таких литиевых фонарей на современном рынке – китайского производства, они очень дешевые и доступные. Именно из-за дешевизны часто возникают поломки различного рода. В данной статье рассмотрим основные проблемы ремонта светодиодных фонарей и способы их устранения своими руками.
Как работает светодиодный фонарик?
Классическое устройство фонариков очень простое (независимо от типа корпуса, будь это модели Космос или ДиК АН-005). К батарейке подключается светодиод, цепь разрывается кнопкой выключения. В зависимости от количества светодиодов, количества самих световых элементов (например, основной фонарь на передней части и вспомогательный в ручке) в схему добавляются более сильная батарея (или несколько), трансформатор, сопротивление, а также устанавливается более функциональный выключатель (фонарики Фо-ДиК).
Почему ломаются фонарик?
Сейчас мы опустим проблемы, связанные с неправильной эксплуатацией китайского фонарика – «уронил его в тазик с водой, включил-выключил, а он почему-то не светит». Дешевизна фонарей достигается за счет упрощения электрических цепей внутри устройства. Это позволяет сэкономить на комплектующих (на их количестве и качестве). Это сделано для того, чтобы люди чаще покупали новые, а старые просто выбрасывали, даже не попробовав их починить своими руками.
Еще один пункт экономии – работающие на производстве люди, которые не обладают достаточной квалификацией для выполнения подобной работы. Как следствие – множество мелких и крупных ошибок в самой схеме, некачественная спайка и сборка комплектующих, что ведет к постоянному ремонту фонарей. В большинстве случаев все проблемы можно решить, правильно их диагностировав, этим мы и займемся далее.
Причина поломки фонаря
Скорее всего, при переключении выключателя светодиоды не хотят гореть по причине неисправности в электрической цепи. Самые распространенные из них:
- окисление контактов аккумулятора или батарейки;
- окисления на контактах, к которым батарейка подключается;
- повреждение проводов, идущих как от аккумулятора к светодиоду, так и обратно;
- неисправный элемент выключения;
- отсутствие питания в цепи;
- поломка в самих светодиодах.
Окисление. Чаще всего оно возникает в уже старых фонарях, которые часто используются в различных погодных условиях. Налет, который появляется на металле, мешает нормальному контакту, из-за чего фонарь на аккумуляторах может мигать или вообще не включаться. Если окисление наблюдается на батарейке или аккумуляторе, то нужно задуматься о замене.
Как починить контакты? Легкие загрязнения удаляются своими руками ваткой, смоченной в этиловом спирте. Когда загрязнения очень серьезные, даже ржавчина пошла по корпусу – использование такого элемента питания может быть опасно для здоровья и жизни. В магазинах сейчас можно найти достаточное количество новых батареек и аккумуляторов даже под старые типы фонарей.
Позаботьтесь об окружающей среде – не выбрасывайте старые аккумуляторы в мусорное ведро , наверняка у вас в городе есть пункты приема для утилизации.
Окисление также образуется и на контактах в самом фонаре. Здесь тоже нужно обращать внимание на их целостность. Если загрязнение все еще можно удалить ваткой со спиртом – остановитесь на этом варианте. Для труднодоступных мест можно воспользоваться ватной палочкой.
Если же контакты совсем проржавели или даже подгнили (что не редкость для старого фонаря), их придется менять. Спросите в магазине электроники, есть ли похожие контактные элементы (на протяжении как минимум десяти лет во всех фонарях они абсолютно идентичны за редкими исключениями). Если таких же нет – подберите как можно более похожий вариант. Вооружившись тонким паяльником, их без труда можно перепаять.
Повреждение контактов проводов. Помимо вышеописанных мест, контакты присутствуют в местах спайки проводов электрической цепи. Дешевое производство, спешка во время сборки и халатное отношение работников часто приводят к тому, что некоторые провода вообще забывают спаять, поэтому светодиодный фонарик не работает, даже если он только из коробки. Как отремонтировать фонарик в этом случае? Внимательно просмотрите всю цепь, аккуратно отодвигая провода медицинским пинцетом или другим тонким предметом. Если найдена несостоявшаяся спайка, ее нужно восстановить с помощью того же тонкого паяльника.
Это же можно проделать и с хлипкими соединениями, характерное состояние которых – надорванная оголенная жила, едва прикрепленная к месту спайки. Если у вас достаточно времени и ресурсов, и вы дорожите этим фонариком, можно методично и качественно перепаять вообще все контакты. Это значительно повысит эффективность такой цепи, защитит оголенные элементы от влаги и пыли (что актуально, если фонарик налобный), и при последующих случаях ремонта фонарика позволит исключить этот пункт. Ремонт маленьких налобных светодиодных фонарей выполняется абсолютно так же, размеры просто другие.
Повреждение проводов. После того, как вы убедились в чистоте контактов, можно приступить к просмотру всех проводов в цепи на предмет повреждений или замыканий. Распространенный случай, когда или во время сборки на заводе или после предыдущего ремонта проводки были повреждены неправильно установленной крышкой корпуса. Провод попал между двух деталей корпуса и был разрезан либо раздавлен во время затягивания болтов. Во время протекания тока электрическая схема могла перегреться или даже замкнуть, это неизбежно приведет к ремонту светодиодного фонарика.
Все разорванные участки необходимо спаять друг с другом для обеспечения лучшей проводимости, нежели при простом скручивании. Все оголенные места не забудьте заизолировать, лучше всего использовать тонкую термоусадку. Сильно поврежденные провода, которые уже могли взяться ржавчиной, желательно своими руками заменить полностью (подбирайте соответствующую жилу). После подобной доработки старые фонари могут светить гораздо ярче – выполненная модернизация улучшает протекание тока.
Неисправный выключатель. Также обратите внимание на контакты проводов с клеммами выключателя, устраните неполадки. Самый просто способ узнать, из-за выключателя ли не работает ваш фонарик – замкнуть цепь без него. Исключите его из схемы, напрямую выполнив подключение аккумулятор-светодиоды (можно попробовать и от сети с соответствующим аккумулятору напряжением). Если они загорятся – меняем выключатель. Возможно, он уже механически сломался от многоразового использования, фонарь просто так выключается, также возможен брак с производства. Если же светодиоды не хотят загораться напрямую от батарейки, следуем дальше.
Отсутствие тока в сети. Самая распространенная причина такой неисправности – разряженный или сильно старый литиевый аккумулятор. Светодиодный фонарь может светиться при зарядке, но если его отключить от розетки – сразу тухнет. Полная неисправность наблюдается тогда, когда фонарь совсем не заряжается и никак не реагирует на включение, хотя индикатор зарядки горит стабильно.
Поломка светодиодов. Когда все проблемы с проводами устранены (или же их не было), обратите внимание на сами светодиоды. Аккуратно достаньте плату, на которую они припаяны. С помощью мультиметра узнайте ток, который входит и выходит с платы. Если есть возможность, проверьте контакты и на всей плате. Скорее всего, светодиоды соединены последовательно, поэтому при поломке одного остальные тоже не будут светить. Проверять каждый, если их 3 и более – дело достаточно длительное по времени, поэтому лучше сразу купить новые светодиоды.
Плата со светодиодами
Заключение
Множество дешевых китайских фонариков на светодиодах, собранных в условиях жесткой экономии, чаще всего подвержены поломкам электрической цепи. Туда устанавливаются провода с очень маленьким сечением, которые довольно проблематично перепаять даже хорошим прибором. Однако практически все проблемы с проводами и батарейками с легкостью устраняются в домашних условиях, при правильном и аккуратном подходе даже недорогой фонарь отремонтированным прослужит вам более трех лет постоянного использования.
Поработав около года, мой налобный фонарь LED Headlight XM-L T6 стал включаться через раз, а то и вообще отключаться без команды. Вскоре перестал включаться совсем.
Первым делом я подумал, что отходит аккумулятор в батарейном отсеке.
Для подсветки тылового индикатора LED HEADLIGHT используется обычный SMD-светодиод красного цвета свечения. На плате обозначен, как LED. Он подсвечивает пластину из белого пластика.
Так как батарейный отсек находится с тыльной части головы, то в ночное время суток такой индикатор хорошо заметен.
Явно не помешает при велопрогулках и ходьбе вдоль дорожных трасс.
Через резистор в 100 Ом плюсовой вывод красного SMD-светодиода подключается к стоку MOSFET-транзистора FDS9435A. Таким образом, при включении фонаря напряжение поступает и на основной светодиод Cree XM-L T6 XLamp, и на маломощный SMD-светодиод красного цвета свечения.
С основными детальками разобрались. Теперь расскажу, что же сломалось.
При нажатии на кнопку включения фонаря было видно, что красный SMD светодиод начинает светить, но очень тускло. Работа светодиода соответствовала штатным режимам работы фонаря (максимальная яркость, низкая яркость и стробоскоп). Стало ясно, что управляющая микросхема U1 (FM2819) скорее всего исправна.
Раз она штатно реагирует на нажатие кнопки, то, возможно, проблема кроется в самой нагрузке - мощном белом светодиоде. Отпаяв провода, идущие на светодиод Cree XM-L T6, и подключив его к самодельному блоку питания, я убедился в его исправности.
При замерах оказалось, что в режиме максимальной яркости, на стоке транзистора FDS9435A всего 1,2V. Естественно, этого напряжения не хватало для питания мощного светодиода Cree XM-L T6, а вот красному SMD-светодиоду его было достаточно, чтобы его кристалл начал тускло светиться.
Стало ясно, что неисправен транзистор FDS9435A, который задействован в схеме как электронный ключ.
В замену транзистору ничего подбирать не стал, а купил оригинальный P-канальный PowerTrench MOSFET FDS9435A фирмы Fairchild. Вот его внешний вид.
Как видим, на этом транзисторе присутствует полная маркировка и отличительный знак фирмы Fairchild (F ), выпустившей данный транзистор.
Сравнив оригинальный транзистор с тем, что установлен на плате, мне в голову закралась мысль о том, что в фонаре установлена подделка или менее мощный транзистор. Возможно, даже брак. Всё-таки фонарь не успел отслужить и года, а силовой элемент уже "отбросил копыта".
Цоколёвка транзистора FDS9435A выглядит следующим образом.
Как видим, внутри корпуса SO-8 находится всего лишь один транзистор. Выводы 5, 6, 7, 8 объединены и являются выводом стока (D rain). Выводы 1, 2, 3 также соединены вместе и являются истоком (S ource). 4-ый вывод - это затвор (G ate). Именно на него приходит сигнал с управляющей микросхемы FM2819 (U1).
В качестве замены транзистору FDS9435A можно использовать APM9435, AO9435, SI9435. Всё это аналоги.
Выпаять транзистор можно как привычными методами, так и более экзотическими, например, сплавом Розе. Также можно применить метод грубой силы - подрезать ножом выводы, демонтировать корпус, а затем отпаять оставшиеся на плате выводы.
После замены транзистора FDS9435A налобный фонарь стал работать исправно.
На этом рассказ о ремонте закончен. Но, не будь я любопытным радиомехаником, то так и оставил бы всё, как есть. Работает и ладно. Но мне не давали покоя некоторые моменты.
Так как изначально я не знал, что микросхема с маркировкой 819L (24) это FM2819, то вооружившись осциллографом, я решил посмотреть, какой сигнал подаёт микросхема на затвор транзистора при разных режимах работы. Интересно же.
При включении первого режима на затвор транзистора FDS9435A с микросхемы FM2819 подаётся -3,4...3,8V, которое практически соответствует напряжению на аккумуляторе (3,75...3,8V). Естественно, на затвор транзистора подаётся отрицательное напряжение, так как он P-канальный.
При этом транзистор полностью открывается и напряжение на светодиоде Cree XM-L T6 достигает 3,4...3,5V.
В режиме минимального свечения (1/4 яркости) на транзистор FDS9435A с микросхемы U1 приходит около 0,97V. Это если проводить замеры рядовым мультиметром без наворотов.
На самом же деле в этом режиме на транзистор приходит сигнал ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Подключив щупы осциллографа между "+" питания и выводом затвора транзистора FDS9435A, я увидел вот такую картину.
Картинка ШИМ-сигнала на экране осциллографа (время/деление - 0,5; V/деление - 0,5). Время развёртки - mS (миллисекунды).
Так как на затвор поступает отрицательное напряжение, то "картинка" на экране осциллографа переворачивается. То есть сейчас на фото в центре экрана показан не импульс, а пауза между ними!
Сама пауза длится около 2,25 миллисекунд (mS) (4,5 деления по 0,5mS). В этот момент транзистор закрыт.
Затем транзистор открывается на 0,75 mS. При этом на светодиод XM-L T6 поступает напряжение. Амплитуда каждого импульса составляет 3V. А, как мы помним, мультиметром я намерил всего лишь 0,97V. В этом нет ничего удивительного, так как мультиметром я мерил постоянное напряжение.
Вот этот момент на экране осциллографа. Переключатель время/деление установил на 0,1, чтобы лучше определить длительность импульса. Транзистор открыт. Не забываем про то, что на затвор приходит минус "-". Импульс перевёрнут.
S = (2,25mS + 0,75mS) / 0,75mS = 3mS / 0,75mS = 4. Где,
S - скважность (безразмерная величина);
Τ - период следования (миллисекунды, mS). В нашем случае период равен сумме включения (0,75 mS) и паузы (2,25 mS);
τ- длительность импульса (миллисекунды, mS). У нас это 0,75mS.
Также можно определить коэффициент заполнения (D), который в англоязычной среде называют Duty Cycle (часто встречается во всяких даташитах на электронные компоненты). Обычно он указывается в процентах %.
D = τ/Τ = 0,75/3 = 0,25 (25%). Таким образом, в режиме пониженной яркости светодиод включен лишь на четверть периода.
Когда делал подсчёты первый раз, то коэффициент заполнения у меня вышел 75%. Но потом, увидев в даташите на FM2819 строчку про режим 1/4 яркости, понял, что где-то облажался. Я просто перепутал паузу и длительность импульса местами, поскольку по привычке принял минус "-" на затворе за плюс "+". Поэтому и вышло всё наоборот.
В режиме "STROBE" мне не удалось посмотреть ШИМ сигнал, так как осциллограф аналоговый и довольно старый. Синхронизировать сигнал на экране и получить чёткое изображение импульсов мне не удалось, хотя было видно его наличие.
Типовая схема включения и цоколёвка микросхемы FM2819. Может, кому пригодится.
Не давали мне покоя и некоторые моменты, связанные с работой светодиода. Со светодиодными фонарями я раньше, как-то не имел дела, а тут захотелось разобраться.
Когда я полистал даташит на светодиод Cree XM-L T6, который установлен в фонаре, то понял, что номинал токоограничительного резистора маловат (0,13 Ом). Да, и на плате одно посадочное место под резистор было свободно.
Когда шерстил по интернетам в поисках информации о микросхеме FM2819, то видел фото нескольких печатных плат аналогичных фонарей. На одних были запаяны четыре резистора по 1 Ому, а на некоторых вообще SMD-резистор с маркировкой "0" (перемычка), что, на мой взгляд, вообще является преступлением.
Светодиод - это нелинейный элемент, и, поэтому, последовательно с ним необходимо включать токоограничивающий резистор.
Если заглянуть в даташит на светодиоды серии Cree XLamp XM-L, то можно обнаружить, что их максимальное напряжение питания составляет 3,5V, а номинальное 2,9V. При этом ток через светодиод может достигать величины в 3А. Вот график из даташита.
Номинальным током для таких светодиодов считается ток в 700 mA при напряжении в 2,9V.
Конкретно в моём фонаре ток через светодиод составил 1,2 A при напряжении на нём в 3,4...3,5V, что явно многовато.
Чтобы уменьшить прямой ток через светодиод я запаял вместо прежних резисторов четыре новых номиналом в 2,4 Ом (типоразмер 1206). Получил общее сопротивление в 0,6 Ом (мощность рассеивания 0,125W * 4 = 0,5W).
После замены резисторов прямой ток через светодиод составил 800 mA при напряжении в 3,15V. Так светодиод будет работать при более мягком тепловом режиме, и, надеюсь, прослужит долго.
Поскольку резисторы типоразмера 1206 рассчитаны на мощность рассеивания в 1/8W (0,125 Вт), а в режиме максимальной яркости на четырёх токоограничивающих резисторах рассеивается мощность около 0,5Вт, то от них желательно отвести излишнее тепло.
Для этого зачистил от зелёного лака медный полигон рядом с резисторами и напаял на него каплю припоя. Такой приём частенько применяется на печатных платах бытовой электронной аппаратуры.
После доработки электронной начинки фонаря покрыл печатную плату лаком PLASTIK-71 (электроизоляционный акриловый лак) для защиты от конденсата и влаги.
При расчётах токоограничительного резистора я столкнулся с некоторыми тонкостями. За напряжение питания светодиода стоит принимать напряжение на стоке MOSFET транзистора. Дело в том, что на открытом канале MOSFET-транзистора теряется часть напряжения из-за сопротивления канала (R (ds)on).
Чем выше ток, тем большее напряжение "оседает" по пути Исток-Сток транзистора. У меня при токе в 1,2А оно составило 0,33V, а при 0,8А - 0,08V. Также часть напряжения падает на соединительных проводах, которые идут с клемм аккумулятора на плату (0,04V). Казалось бы, такая мелочь, а в сумме набегает 0,12V. Так как под нагрузкой напряжение на Li-ion аккумуляторе проседает до 3,67...3,75V, то на стоке MOSFET"а уже 3,55...3,63V.
Ещё 0,5...0,52V гасит цепь из четырёх параллельных резисторов. В итоге на светодиод приходит напряжение в районе 3-ёх с небольшим вольт.
На момент написания этой статьи в продаже появилась обновлённая версия рассмотренного налобного фонаря. В нём уже встроена плата контроля заряда/разряда Li-ion аккумулятора, а также добавлен оптический датчик, который позволяет включать фонарь жестом ладони.
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
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| R1, R11, R23 | Резистор | 0 Ом | 3 | 1206 | В блокнот | |
| R2 | Резистор | 10 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R3 | Резистор | 1 МОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R4 | Резистор | 5.1 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R5, R18, R21 | Резистор | 300 Ом | 3 | 0805 | В блокнот | |
| R8 | Резистор | 300 Ом | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R6, R7, R15 | Резистор | 100 кОм | 3 | 1206 | В блокнот | |
| R13, R19 | Резистор | 100 кОм | 2 | 0805 | В блокнот | |
| R9 | Резистор | 6.8 кОм | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R10 | Резистор | 3.6 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R14 | Резистор | 330 Ом | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R16 | Резистор | 3 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R17 | Резистор | 1 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R22 | Резистор | 1 кОм | 1 | 1206 | В блокнот | |
| R20 | Резистор | 20 кОм | 1 | 0805 | В блокнот | |
| R24 | Резистор | 100 Ом | 1 | 0805 | В блокнот | |
| C1, C3, C9, C13 | Конденсатор | 10 мкФ 10 В | 4 | 1206 | В блокнот | |
| C2, C4, C6, C8, C11, C15, C16 | Конденсатор | 100 нФ 10В | 7 | 0805 | В блокнот | |
| C5, C7, C10, C12 | Конденсатор | 1 мкФ 10В | 4 | 0805 | В блокнот | |
| C14 | Конденсатор танталовый | 47 мкФ 10В | 1 | D | В блокнот | |
| DA1 | Линейный регулятор | AMS1117-ADJ | 1 | SOT-223 | В блокнот | |
| DA2 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | SOIC-8 | В блокнот | |
| DA3 | Контроллер заряда | TP4056 | 1 | SOIC-8EP | В блокнот | |
| DA4 | Контроллер защиты | DW01p | 1 | SOT-23-6 | В блокнот | |
| DD1 | Десятичный счётчик | HEF4017 | 1 | SOIC-16 | В блокнот | |
| VT1 | MOSFET-транзистор |
Посвящается всем тем, кто имеет аналогичные светодиодные фонари.
Типовая проблема последних - свинцовый (AGM) аккумулятор на 4 Вольта, который «неожиданно» перестает работать.
Недавно был обзор с решением аналогичной проблемы. .
Я пошел немного по другому пути, позже будет понятно почему.
Сначала немного о фонарях:
Бюджетные фонари имеющие приличные размеры и посредственные характеристики. Но их продолжают покупать и использовать. Фонарь содержит в себе множество сверхъярких светодиодов 3-5мм.
Включены светодиоды как правило параллельно, через токоограничивающие резисторы.
Сердцем фонаря является свинцовая (AGM) аккумуляторная батарея емкостью до 4.5Ач.
Положительным моментом можно считать неприхотливость аккумулятора. Возможность подзарядки в любое время и работа при отрицательных температурах. Последний момент в моей переделке не учитывается, поскольку эксплуатация фонаря при значительной отрицательной температуре не планируется.
Забегая вперед скажу, что времени на переделку фонаря потребовалось около 2х часов.
Вскрываем фонарь и извлекаем дохлую батарею:
Для начала произвел замер потребляемого тока при напряжении на батарее 3.84 В:
Последовательно светодиодам установлены резисторы для ограничения тока. Из за изменившегося напряжения фонаря можно было бы понизить сопротивления резисторов, но делать этого я не стал. Яркость упала незначительно, с этим можно смириться, да и хлопотно это по времени.
При напряжении 4.2В ток превышал 1 А. Это стало отправной точкой при решении проблемы. Использование кит набора дешевого повербанка отпадает из за неспособности последнего выдать необходимый ток.
Решение было на поверхности:
Два варианта плат, одна с защитой от переразряда, другая без защиты:
Немного о платах. Контроллер один из самых распространенных TP4056. Я использовал аналогичную плату . Документация на контроллер . Контроллер обеспечивает ток заряда до 1 Ампера, поэтому можно примерно рассчитать время заряда аккумуляторов.
Какую плату использовать в вашем фонаре зависит от типа применяемых элементов 18650. Если есть защита от переразряда, тогда ту что справа. Иначе можно возложить функцию защиты аккумулятора на плату с коей она замечательно справляется. Платы отличаются между собой наличием дополнительных деталей, таких как контроллер разряда DW01 и силовой ключ 8205(сдвоенный полевой транзистор) для отключения в нужный момент аккумулятора от нагрузки или защиты от перезаряда.
Места внутри много, можно установить хоть десяток аккумуляторов, но я для пробы обошелся одним.
Последний был извлечен из старой батареи ноутбука и протестирован на зарядном устройстве IMAX B6:
При токе разряда 1 Ампер, остаточная емкость 1400 мАч. Этого хватит примерно на час- полтора непрерывной работы фонаря.
Пробуем подключить аккумулятор к плате:
Провода к аккумулятору паять надо аккуратно, не перегревая последний. Если не уверены, то можно использовать холдер для аккумулятора.
Так же желательно соблюдать цветовую дифференциацию штанов использовать провода разного цвета для подключения питания.
Подключаем плату через кабель micro USB к блоку питания:
Загорелся красный светодиод, заряд пошел.
Теперь надо установить плату- контроллер заряда в фонарь. Специальных креплений не предусмотрено, поэтому делаем колхоз используя любимый всеми суперклей.
Склеить хоть раз пальцы святая обязанность каждого, кто пользовался .
Изготавливаем кронштейн из подходящей металлической пластинки (подойдет элемент из детского металлического конструктора).
Для того, что бы избежать замыкания используем изоляционный материал. Я применил кусочек термоусадочной трубки.
Закрепил плату предварительно подключив провода что шли ранее к свинцовому АКБ:
Снаружи выглядит так:
Видны мелкие дефекты по бокам от разъема. Исправляются следующим образом: ямка или щель засыпается пищевой содой и потом 1-2 капли суперклея. Клей схватывается мгновенно. Через 30 секунд можно надфилем обработать поверхность.
Аккумулятор внутри закрепляем любым доступным способом. Я применил герметик, кому то удобнее клеевой пистолет.
Отверстие разъема подзарядки будет позже закрыто резиновым колпачком.
Собираем и включаем:
Работает.
Upd:
Если планируется подключение нескольких аккумуляторов параллельно, то перед соединением, во избежание порчи последних необходимо привести все аккумуляторы к единому ЭДС (по простому напряжение).
Выводы:
Расходы по деньгам примерно 100 рублей и 2 часа времени. Аккумулятор в расчет не беру, использовал полудохлый с большим внутренним сопротивлением. Получаю рабочий фонарь. Описываемые мной процедуры не панацея, существуют и другие варианты доработки фонарей. Индикацию процесса зарядки/готовности выводить на корпус не стал. Свечение светодиодов синий/красный видно сквозь корпус.
Плата кстати может иметь любой разъем какой вам понравится mini или micro USB. Все зависит от наличия нужных кабелей. Кроме всего прочего у нас на руках остается блок питания для зарядки свинцового аккумулятора - можно будет с пользой пристроить куда нибудь.
Плюсы:
Рабочий фонарь, меньший вес (хотя это малозначительный факт). заряжать можно в любом доступном месте при наличии USB зарядки или компьютера.
Минусы:
Аккумулятор боится мороза, меньшая яркость (примерно на 10-15%) по отношению к заводскому варианту. В конце разряда яркость падает, заметно на глаз. Для решения этой проблемы можно поставить более емкий (или несколько) аккумулятор.
У многих имеются различные китайские фонарики, работающие от одной батарейки. Типа такого:
К сожалению, они весьма недолговечны. О том, как вернуть фонарик к жизни и о некоторых простых доработках, способных улучшить подобные фонари - я расскажу далее.
Самое слабое место у подобных фонарей - кнопка. У неё окисляются контакты, в результате чего фонарик начинает светить тускло, а затем, может вообще перестать включаться.
Первый признак - фонарь с нормальной батареей светит слабо, но если несколько раз пощёлкать кнопкой, яркость увеличивается.
Самый простой способ заставить такой фонарь светить - поступить следующим образом:
1. Берём тонкий многожильный провод, отрезаем одну жилку.
2. Накручиваем проводок на пружину.
3. Изгибаем провод, чтобы батарейка не порвала его. Провод должен слегка выступать
над закручивающейся частью фонарика.
4. Плотно закручиваем. Излишек провода обламываем (отрываем).
В результате, провод обеспечивает хороший контакт с минусовой частью батарейки и фонарик
засияет с должной яркостью. Разумеется, кнопка при таком ремонте остаётся не удел, поэтому
включение - выключение фонарика производится поворотом головной части.
Мой китаец так проработал пару месяцев. Если нужно поменять батарейку, заднюю часть фонаря
трогать не следует. Отворачиваем голову.
ВОССТАНАВЛИВАЕМ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КНОПКИ.
Сегодня я решил вернуть кнопку к жизни. Кнопка находится в пластиковом корпусе, который
просто впрессован в заднюю часть фонаря. В принципе, её можно вытолкнуть обратно, но я поступил немного иначе:
1. Делаем свёрлышком 2 мм пару отверстий на глубину 2-3 мм.
2. Теперь можно пинцетом выкрутить корпус с кнопкой.
3. Извлекаем кнопку.
4. Кнопка собрана без клея и защелок, поэтому её легко разобрать канцелярским ножиком.
На фото видно, что подвижный контакт окислился (круглая фигня в центре, похожая на кнопку).
Его можно почистить ластиком или мелкой шкуркой и собирать кнопку обратно, но я решил дополнительно облудить и эту часть, и неподвижные контакты.
1. Зачищаем мелкой шкуркой.
2. Облуживаем тонким слоем места отмеченные красным цветом. Протираем спиртом от флюса,
собираем кнопку.
3. Для увеличения надёжности, я припаял пружину к нижнему контакту кнопки.
4. Собираем всё обратно.
После ремонта, кнопка работает отлично. Конечно, олово тоже окисляется, но поскольку олово - довольно мягкий металл, я надеюсь, что окисная плёнка при работе кнопки будет
легко разрушаться. Недаром же на лампочках центральный контакт делают из олова.
УЛУЧШАЕМ ФОКУСИРОВКУ.
Что такое «хотспот», мой китаец представлял весьма смутно, поэтому я решил его просветить.
Откручиваем головную часть.
1. В плате есть небольшое отверстие (стрелка). С помощью шила выкручиваем начинку,
при этом слегка давим пальцем на стекло снаружи. Так выкручивается легче.
2. Снимаем отражатель.
3. Берём обыкновенную офисную бумагу, пробиваем офисным дыроколом 6-8 отверстий.
Диаметр отверстий дырокола замечательно совпадает с диаметром светодиода.
Вырезаем 6-8 бумажных шайбочек.
4. Кладём шайбы на светодиод и прижимаем отражателем.
Тут придётся поэкспериментировать с количеством шайб. Я таким способом улучшал фокусировку у пары фонариков, количество шайб было в диапазоне 4-6. На текущем пациенте их потребовалось 6.
Что получилось в итоге:
Слева - наш китаец, справа - Fenix LD 10 (на минимуме).
Результат вполне приятный. Хотспот стал ярко выраженным и равномерным.
УВЕЛИЧИВАЕМ ЯРКОСТЬ (для тех, кто немного разбирается в электронике).
Китайцы экономят на всём. Пара лишних деталек - увеличение себестоимости, поэтому не ставят.
Основная часть схемы (отмеченная зелёным) может быть различной. На одном-двух транзисторах или на специализированной микросхемке (у меня схема из двух деталей:
дроссель и микросхема с 3-мя ногами, похожая на транзистор). А вот на части отмеченной красным - экономят. Я добавил конденсатор и пару диодов 1n4148 параллельно (шотки у меня не нашлось). Яркость светодиода увеличилась процентов на 10-15.
1. Так выглядит светодиод в подобных китайцах. Сбоку видно, что внутри толстая и тонкая ножки. Тонкая ножка - это плюс. Ориентироваться нужно по этому признаку, потому что цвета проводов могут быть совершенно непредсказуемыми.
2. Так выглядит плата, к которой припаян светодиод (с обратной стороны). Зелёным цветом обозначена фольга. Провода, идущие от драйвера, припаивают к ножкам светодиода.
3. Острым ножом или треугольным надфилем разрезаем фольгу на плюсовой стороне светодиода.
Всю плату зашкуриваем, для снятия лака.
4. Припаиваем диоды и конденсатор. Диоды я взял из сломанного компьютерного блока питания, танталовый конденсатор выпаял из какого-то сгоревшего винчестера.
Плюсовой провод теперь нужно припаивать к площадке с диодами.
В результате, фонарик выдаёт (на глаз) 10-12 люмен (см. фото с хотспотами),
если судить по фениксу, который в минимальном режиме выдаёт 9 люмен.
И последнее: преимущество китайца над фирменным фонариком (да-да, не смейтесь)
Фирменные фонари рассчитаны на то, что в них могут использоваться аккумуляторы, поэтому
с батарейкой разряженной до 1 вольта, мой Fenix LD 10, попросту не включается. Совсем.
Я взял севшую щелочную батарейку, которая отработала свой срок в компьютерной мышке. Мультиметр показал, что она села до 1.12в. Мышка на ней уже не работала, Fenix, как я и сказал, не запустился. А вот китаец - работает! 
Слева - китаец, справа - Fenix LD 10 на минимуме (9 люмен). К сожалению, баланс белого сбит.
У феникса температура 4200К. Китаец синит, но не так фигово, как на фото.
Ради интереса я попробовал добить батарейку. На этом уровне яркости (на глаз 5-6 люмен) фонарь проработал около 3-х часов. Яркости вполне достаточно, чтобы подсветить себе под ноги в тёмном подъезде\лесу\подвале. Потом еще часа 2 яркость снижалась до уровня «светлячка». Согласитесь, 3-4 часа с приемлемым светом, могут многое решить.
За сим позвольте откланяться.
Stari4ok.
З.Ы. Статья - не копипаст. Маде ин я, специально для «НЕПРОПАДУ»!
