Схема электрическая светодиодного фонаря облик 6002. Светодиодный аккумуляторный фонарь - схема, ремонт, как сделать

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.

В жизни каждого человека бывают моменты, когда необходимо наличие освещения, а электричества нет. Это может быть и банальное отключение электроэнергии, и необходимость ремонта проводки в доме, а возможно, и лесной поход или что-либо подобное.

И, конечно же, все знают, что в таком случае выручит только электрический фонарик – компактное и в то же время функциональное устройство. Сейчас на рынке электротехники множество различных видов данного товара. Это и обычные фонари с лампами накаливания, и светодиодные, с аккумуляторами и батарейками. Да и фирм, производящих эти приборы, великое множество – «Дик», «Люкс», «Космос» и т. п.

А вот каков принцип его работы, задумываются не многие. А между тем, зная устройство и схему электрического фонарика, можно при необходимости его починить или вообще собрать собственными руками. Вот в этом вопросе и попробуем разобраться.

Простейшие фонари

Так как фонарики бывают разные, то имеет смысл начать с самого простого – с батарейкой и лампой накаливания, а также рассмотреть его возможные неисправности. Схема подобного прибора элементарна.

По сути, в нем нет ничего, кроме батарейки, кнопки включения и лампочки. А потому и проблем с ним особых не бывает. Вот несколько возможных мелких неприятностей, которые могут повлечь за собой отказ такого фонаря:

• Окисление любого из контактов. Это могут быть контакты выключателя, лампочки или батареи. Нужно просто почистить эти элементы схемы, и приборчик снова заработает.
• Сгорание лампы накаливания – тут все просто, замена светового элемента решит эту проблему.
• Полный разряд батареек – замена элементов питания на новые (либо зарядка, если они аккумуляторные).
• Отсутствие контакта или перелом провода. Если фонарик уже не новый, в таком случае есть смысл поменять все провода. Сделать это совершенно не сложно.

Фонарик на светодиодах

Этот вид фонарей отличается более мощным световым потоком и при этом потребляет очень мало энергии, а значит, и элементы питания в нем прослужат дольше. Все дело в конструкции световых элементов – в светодиодах отсутствует нить накаливания, они не расходуют энергию на нагрев, ввиду этого коэффициент полезного действия таких приборов выше на 80–85%. Также велика роль дополнительного оборудования в виде преобразователя с участием транзистора, резистора и высокочастотного трансформатора.

Если аккумулятор фонарика встроенный, то с ним в комплекте обязательно идет и зарядное устройство.

Схема подобного фонаря состоит из одного или нескольких светодиодов, преобразователя напряжения, выключателя и элемента питания. В более ранних моделях фонариков количество потребления энергии светодиодами должно было соответствовать вырабатываемому источником.

Сейчас эта проблема решена при помощи преобразователя напряжения (его также называют умножителем). Собственно, он-то и является главной деталью, которую содержит электрическая схема фонарика.

При желании сделать такой прибор своими руками особых сложностей не возникнет. Транзистор, резистор и диоды – не проблема. Самым непростым моментом будет намотка высокочастотного трансформатора на ферритовом кольце, который называется блокинг-генератор.

Но и с этим можно справиться, взяв подобное колечко из неисправного электронного пускорегулирующего аппарата энергосберегающей лампы. Хотя, конечно, если не хочется возиться или нет времени, то в продаже можно найти высокоэффективные преобразователи, такие как 8115. С их помощью, при применении транзистора и резистора, и стало возможным изготовление светодиодного фонарика на одной батарейке.

Сама же схема светодиодного фонаря подобна простейшему прибору, и на ней останавливаться не стоит, т. к. собрать ее способен даже ребенок.

Кстати, при применении в схеме преобразователя напряжения на старом, простейшем фонаре, работающем от квадратной батареи в 4.5 вольт, которую сейчас уже не купить, можно будет спокойно ставить элемент питания в 1.5 вольт, т. е. обычную «пальчиковую» или «мизинчиковую» батарею. Никакой потери в световом потоке наблюдаться не будет. Основная задача при этом – иметь хотя бы малейшее представление о радиотехнике, буквально на уровне знания, что такое транзистор, а также уметь держать в руках паяльник.

Доработка китайских фонариков

Иногда бывает так, что купленный (с виду вполне качественный) фонарик с аккумулятором полностью отказывает. И вовсе не обязательно покупатель виноват в неправильной эксплуатации, хотя и это тоже встречается. Чаще – это ошибка при сборке китайского фонарика в погоне за количеством в ущерб качеству.

Конечно, в таком случае придется его переделать, как-то модернизировать, ведь потрачены деньги. Сейчас необходимо понять, как это сделать и возможно ли побороться с китайским производителем и выполнить ремонт такого прибора самостоятельно.

Рассматривая наиболее часто встречающийся вариант, при котором при включении прибора в сеть индикатор зарядки светится, но фонарь не заряжается и не работает, можно заметить вот что.

Обычная ошибка производителя – индикатор заряда (светодиод) включается в цепь параллельно с аккумулятором, чего допускать никак нельзя. При этом покупатель включает фонарь, и видя, что тот не горит, снова подает питание на заряд. В результате – перегорание всех светодиодов разом.

Дело в том, что не все производители указывают, что заряжать подобные устройства с включенными светодиодами нельзя, т. к. отремонтировать их будет невозможно, останется только заменить.

Итак, задача по модернизации – подключить индикатор заряда последовательно с аккумулятором.

Как видно из схемы, эта проблема вполне решаема.

А вот если китайцы в свое изделие поставили резистор 0118, то светодиоды придется менять постоянно, т. к. ток, поступающий на них, будет очень высоким, и какие бы световые элементы ни были установлены – они не выдерживают нагрузки.

Налобный светодиодный фонарь

В последние годы подобный световой прибор получил достаточно широкое распространение. Действительно, ведь очень удобно, когда руки свободны, а луч света бьет туда, куда смотрит человек, в этом как раз главное преимущество налобного фонарика. Раньше таким могли похвастаться только шахтеры, да и то для его ношения нужна была каска, на которую фонарь, собственно, и крепился.

Сейчас же крепление подобного прибора удобно, носить его можно при любых обстоятельствах, да и на поясе не висит довольно объемный и тяжелый аккумулятор, который, к тому же, еще и обязательно нужно раз в сутки заряжать. Современный намного меньше и легче, притом имеет очень маленькое энергопотребление.

Так что же представляет собой подобный фонарь? А принцип его работы нисколько не отличается от светодиодного. Варианты исполнения такие же – аккумуляторный или со съемными элементами питания. Количество светодиодов варьируется от 3 до 24 в зависимости от характеристик батареи и преобразователя.

К тому же обычно такие фонари имеют 4 режима свечения, а не один. Это слабый, средний, сильный и сигнальный – когда светодиоды моргают через короткие промежутки времени.

Режимами налобного светодиодного фонарика управляет микроконтроллер. Причем при его наличии возможен даже режим стробоскопа. К тому же светодиодам это совсем не вредит, в отличие от ламп накаливания, т. к. их срок службы не зависит от количества циклов включения-выключения по причине отсутствия нити накаливания.

Так какой же фонарь выбрать?

Конечно, фонарики могут быть различными и по потребляемому напряжению (от 1.5 до 12 В), и с различными выключателями (сенсорный или механический), с наличием звукового оповещения о разряде батареи. Это может быть оригинал или его аналоги. Да и не всегда можно определить, что же за прибор перед глазами. Ведь пока он не выйдет из строя и не начнется его ремонт, нельзя увидеть, какая в нем стоит микросхема или транзистор. Наверное, лучше выбирать тот, который нравится, а возможные проблемы решать уже по мере поступления.

Как-то давно подарили мне вот такой китайский фонарь

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

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

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

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

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

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

Сказано - сделано. Схема блока управления.

Вкратце опишу основные узлы схемы:

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

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

Демонтирую сгоревшие светодиоды.

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

Светодиодный блок восстановлен. Схема блока.

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

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

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

Теперь необходимо превратить выключатель в тактовую кнопку. Разбираю выключатель.

Штатный вырез закрываю куском чёрного пластика.

Cверлю отверстия.

Закрепляю мелкую платку с тактовой кнопкой.

Кнопка готова.

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

В пластиковой вставке необходимо просверлить отверстия для световодов.

Световоды снял со старого ЭЛТ монитора.

Модернизированная пластиковая вставка со световодами.

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

Внутри корпуса плата чувствует себя как родная.

Возвращаю на место пластиковые вставки.

Собираю корпус.

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

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

При постановке на зарядку загорается жёлтый индикатор.

По окончании процесса зарядки загорается зелёный индикатор.

Напоследок предлагаю посмотреть небольшое видео.

Список радиоэлементов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.