Модернизация аккумуляторного фонаря

В. КЕЛЕХСАШВИЛИ, г. Волгодонск Ростовской обл.
Автор статьи предлагает заменить лампу накаливания в фонаре на светодиоды повышенной яркости свечения. Для их питания использован повышающий преобразователь напряжения, а для контроля за состоянием батареи аккумуляторов — индикатор ее разрядки. Это позволило получить стабильную яркость фонаря при разрядке батареи.

Ручные фонари "Электроника В6-03" с батареей из трех дисковых Ni-Cd аккумуляторов Д-0.26 (и их модификациями) получили широкое распространение благодаря удобству использования и возможности экономить ма покупке гальванических элементов. Но им присущи определенные недостатки, такие как малая яркость свечения, быстрая разрядка и небольшой срок эксплуатации аккумуляторов. Основная причина перечисленных недостатков заложена в самой конструкции фонаря, поскольку используемая в нем лампа накаливания (3.5 В/0.17 А или 2.5 В/0.15 А) потребляет ток в три. а то и более раз больше рекомендуемого разрядного тока для аккумулятора Д-0,26 (50 мА). Использование других ламп накаливания не решает этих проблем.
Для частичного устранения указанных недостатков была проведена модернизация фонаря, заключающаяся в замене лампы накаливания на три сверхъярких светодиода. Хотя напряжения батареи аккумуляторов (3,6 В)достаточно для свечения светодиодов, при выборе способа их питания был исключен вариант параллельного соединения. Обусловлено это тем, что в таком случае в процессе разрядки аккумуляторной батареи яркость свечения существенно уменьшается. Поэтому был выбран вариант последовательного соединения светодиодов и их питания от повышающего преобразователя со стабилизацией выходного напряжения. Последовательное соединение светодиодов обеспечивает их более равномерное свечение, поскольку через них протекает одинаковый ток.
Схема устройства показана на рис. 1. На транзисторах VT1, VT2 и светодиоде HL1 собран индикатор разрядки аккумуляторной батареи, на транзисторах VT3—VT5 — повышающий преобразователь напряжения, который построен по схеме блокинг-генератора с цепью отрицательной обратной связи для стабилизации выходного напряжения [IJ. Блокинг-генератор собран на транзисторе VT4. Первичная обмотка трансформатора Т1 выполняет роль накопительного дросселя, а со вторичной обмотки на базу транзистора VT4 поступает сигнал положительной обратной связи. Резистор R8 ограничивает базовый ток транзистора VT4. При подаче питающего напряжения через резистор R7 начинается зарядка конденсатора СЗ, по мере которой постепенно открывается транзистор VT3. плавно увеличивая частоту следования импульсов блокинг-генератора.
Импульсы напряжения, возникающие на коллекторе транзистора VT4. выпрямляются диодом VD1, и конденсаторы С5, С6 заряжаются. Когда напряжение на них превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2. через подстроечный резистор R9 станет протекать ток, транзистор VT5 начнет открываться, закрывая транзистор VT3, что. в свою очередь, приведет к снижению частоты блокин г-генератора и в конечном итоге — к снижению выходного напряжения преобразователя. Сее-тодиоды EL1—EL3 подключены непосредственно к выходу преобразователя, поэтому перемещением движка резистора R9 можно регулировать напряжение на светодиодах. ток, протекающий через них, а значит, и яркость свечения. При номинальном напряжении аккумуляторной батареи (3,6 В) через светодиоды протекает рекомендуемый для них ток 25 мА [2]. Снижение напряжения до 3 В приводит к плавному уменьшению тока до 20 мА, а при напряжении 4,2 В он не превышает 30 мА.
Индикатор разрядки аккумуляторной батареи сигнализирует о снижении напряжения питания и позволяет предотвратить чрезмерную разрядку батареи, а следовательно, увеличить срок ее эксплуатации. Работа индикатора подробно описана е [3J, при указанном на схеме значении сопротивления резистора R5 светодиод HL1 начинает мигать при напряжении питания 3.3 В, при дальнейшем снижении напряжения частота вспышек увеличивается, и при напряжении 3,1 В свечение становится практически постоянным.
Все элементы установлены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм, чертеж которой показан на рис. 2. Постоянные резисторы — МЛТ. С2-23, подстроенный резистор R9 — малогабаритный импортный, например SH-655MCL Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, конденсаторы С4, С5 также импортные, причем С4 — металлоплемочный. а С5 — керамический. Светодиод АЛ307БМ заменим на КИПД21А-К. диод ДЗЮ - на диоды с барьером Шотки 1N5817, 1N5618, IN5819. Помимо указанного на схеме, можно применить стабилитрон 2С182Ц или   импортный   серий   RD7.5ESxxx, RD8 2ESxxx, где ххх — АВ, АВ1. АВ2. а также аналогичный малогабаритный с напряжением стабилизации 7,5...8.2 В и минимальным током стабилизации не более 0,25 мА. Если подходящего стабилитрона нет, то. смирившись с небольшим снижением КПД, можно использовать стабилитрон с большим значением минимального тока стабилизации, соответственно уменьшив сопротивление резистора R9. Транзисторы серий КТ3107 и КТ3102 подойдут с любым буквенным индексом, транзистор КТ645А заменим на КТ645Б.
Для изготовления трансформатора Т1 использован ферритовый магнитопровод диаметром 3,8 мм и длиной 20 мм от дросселя ДПМ или ДМ соответствующей длины. Имеющуюся обмотку удаляют и наматывают в качестве первичной обмотки 60 витков провода ПЭВ-2 0,21. затем поверх нее — вторичную, содержа щую 14 витков того же провода Гнезда XS1—XS6 для све-тодиодов EL1—EL3 использованы от панели для микросхем в корпусе DIP. Их изолируют друг от друга отрезками термоусадочной трубки диаметром 2 мм и устанавливают на плату через прокладку из стеклотекстолита            толщиной 1,5 мм. Последовательность монтажа показана на рис. 3. Перед установкой светодио-дов их выводы укорачивают, причем вывод катода должен быть на 0,2...0,3 мм короче вывода анода, этим обеспечивается более равномерное распределение излучаемого света за счет углового смещения светодиодов относительно Друг друга.
Внешний вид смонтированной печатной платы показан на рис. 4 Она установлена в свободном от отражателя пространстве фонаря (рис. 5). Напротив светодиода HL1 в корпусе сделано отверстие. Такое же отверстие делают в резьбовом кольце, фиксирующем стекло и отражатель фонаря. Соединительные провода припаивают со стороны печатных проводников и через отверстие для пампы накаливания пропускают внутрь корпуса фонаря. Поскольку лампа накаливания выполняла функцию одного из контактов выключателя питания фонаря, необходимо предусмотреть установку дополнительного контакта для выключателя и припаять к нему "минусовый" провод питания устройства (рис. 6).
Перед включением устройства подвижный контакт резистора R9 устанавливают в нижнее по схеме положение Правильно собранное из исправных деталей устройство начинает работать сразу, а если преобразователь не работает, необходимо поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора Т1. При напряжении аккумуляторной батареи 3,6 В резистором R9 устанавливают через свето-диоды ELI— EL3 ток 25 мА. Налаживание индикатора разрядки аккумуляторной батареи осуществляют подборкой резистора R5 так. чтобы при напряжении на ней 3,1 В све-тодиод HL1 горел постоянно.
Эксперимент показал, что при уменьшении напряжения аккумуляторной батареи от 4 до 3 В потребляемый ток возрастает с 72 до 82 мА, а КПД изменяется незначительно и составляет около 82 %.








 ЛИТЕРАТУРА
1. Зайцев В. Низковольтный преобразователь напряжения. Радио. 2000, № 8. с. 43
2. Оэолин М. Преобразователь напряжения для светодиодного фонаря. — Радио, 2005. № 10. с. 52. 53
3. Нечаев И. Индикатор снижения питающего напряжения — Радио. 2005. № 11. с. 57.