31.03.21

[Домашняя]

Как-то при покупке чего-то полезного продавец в качестве бонуса подарил совершенно бесполезный, как потом выяснилось, фонарь. Работал он от двух гальванических элементов номинальным напряжением по 1,5 В типоразмера С (элементы 343, А343, R14, LR14). В качестве излучающего элемента в этом фонаре был применён небольшой светодиод белого свечения, питаемый от источника (драйвера) на микросхеме без маркировки в корпусе ТО92. Но то ли изготовитель сэкономил на светодиоде, то ли сама микросхема драйвера была бракованной, фонарь светил хуже, чем вспышка-подсветка смартфона. Попытки заменить светодиод более мощным ни к чему хорошему не привели, и фактически корпус фонаря был отложен до лучших времён. Не так давно я переделывал настенный светильник. Переделка заключалась в замене лампы с цоколем Е14 на светодиодные модули СОВ (Chip On Board). Несколько установленных трёхваттных светодиодных модулей позволили более равномерно осветить пространство около светильника и улучшить его внешний вид, поскольку сейчас отсутствовала выступающая часть ранее использовавшейся светодиодной или лампы накаливания. Светодиодные модули мне так понравились, что попавшийся на глаза корпус фонаря-подарка заставил потратить пару свободных выходных дней на его глубокую модернизацию. Тем более, что семиваттные СОВ-модули 2В7С с цветовой температурой 4000 К лежали на полочке рядом с микросхемой XL6005E1, ранее купленной в известном Интернет-магазине для проведения экспериментов. Применённый в фонаре семиваттный модуль рассчитан на напряжение питания 21...23 В и потребляемый ток 240...260 мА (рис. 1).

Корпус фонаря небольшой, внутренний диаметр немного меньше 35 мм, длина 120 мм. Разместить достаточное число аккумуляторов или аккумуляторных батарей, чтобы "набрать" сразу 23 В для питания светодиодного модуля, оказалось проблематично. Кроме того, известно, что чем больше аккумуляторов или батарей, тем хуже надёжность всего устройства. Выход из строя одного аккумулятора может привести к неработоспособности всего устройства. В корпусе фонаря могли свободно поместится два Li-ion аккумулятора типоразмера 16650 ёмкостью 2500 мАч или один большего типоразмера и большей ёмкости, например, типоразмера 26650 ёмкостью 5000 мА-ч. Необходимое напряжение для питания светодиодного модуля создаёт повышающий преобразователь на микросхеме XL6005E1 в корпусе TD252-5, которая представляет собой импульсный преобразователь для питания светодиодов (драйвер) с коммутирующим транзистором, рассчитанным на ток 4 А. Схема источника питания светодиодного фонаря показана на рис. 2.

За её основу взята рекомендуемая производителем микросхемы типовая схема её включения. Поскольку напряжение на входе FB микросхемы DA1 сравнивается с внутренним напряжением 0,22 В, сопротивление токоизмерительного резистора R2 (в омах) рассчитывают по формуле R2 = 0,22/Iсв.мод, где Iсв.мод — ток (в амперах), протекающий через светодиодный модуль. Напряжением на входе EN микросхемы можно управлять её включением и выключением. Если этот вход соединён с общим проводом, микросхема выключена, а если на этот вход подано напряжение больше 1,4 В, микросхема включена. Поэтому на вход EN через резистор R1 подано напряжение питания микросхемы. Чертёж печатной платы источника питания светодиодного модуля и расположение на ней элементов показаны на рис. 3.

Плата изготовлена из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Она размещена в крышке корпуса фонаря (рис. 4).

Все элементы, за исключением микросхемы, расположены со стороны печатных проводников (рис. 5).

Выводы микросхемы, предназначенной для поверхностного монтажа, отформованы — отогнуты под прямым углом в сторону, противоположную металлическому основанию корпуса, вставлены в отверстия и припаяны к соответствующим площадкам платы (рис. 6).

Микросхема XL6005E1, как наиболее нагревающийся элемент, своим металлическим основанием приклеена теплопроводным клеем "Радиал" к небольшому алюминиевому теплоотводу, который, в свою очередь, зафиксирован силиконовым герметиком 704 в прорезанном окне крышки корпуса (рис. 7, рис. 8).

Теплоотвод, выходящий из корпуса наружу, позволяет отвести лишнее тепло из внутреннего пространства фонаря. В источнике питания применён диод Шоттки SS54 (VD1) в корпусе DO-214AA. Резистор R1 и керамические конденсаторы С1, С4 — для поверхностного монтажа типоразмера 1206. Автор применил резистор R2 металлооксидный мощностью рассеяния 1 Вт, поскольку такой был в наличии. Можно использовать резистор меньшей мощности рассеяния, например, 0,125, 0,25 или 0,5 Вт. Конденсаторы С2 и СЗ — оксидные группы LOW ESR с малым эквивалентным последовательным сопротивлением. Дроссель индуктивностью 47 мкГн, намотанный на кольцевом магнитопроводе, приобретён в Интернет- магазине. Светодиодный модуль 2В7С приклеен теплопроводным клеем "Радиал" к ребристому теплоотводу из алюминиевого сплава (рис. 9).

Размеры теплоотвода подобраны так, чтобы он свободно помещался в корпусе фонаря. Токопроводящие площадки светодиодного модуля и места пайки проводов для защиты от влаги покрыты акриловым изоляционным лаком PLA- STIK71, так как в корпусе фонаря в месте расположения теплоотвода для его лучшего охлаждения сделаны отверстия, через которые возможно попадание влаги на электрические контакты (рис. 10).

Опыт эксплуатации фонаря показал, что поверхность светодиодного модуля в течение двух часов непрерывной работы нагревается не выше 62 °С при температуре окружающей среды 22 °С. В корпусе фонаря отсек с источником питания отделён от светодиодного модуля с теплоотводом прокладкой из вспененного полиэтилена, которая выполняет функцию тепло и влагозащиты. Первоначальное желание использовать источником питания один аккумулятор себя не оправдало. КПД преобразователя оказался слишком низким. Ему приходилось повышать напряжение с 3,7 до 22 В с током нагрузки 0,22 А. Ток через коммутирующий транзистор микросхемы был весьма большим, и тепловые потери, в том числе, давали о себе знать. И самое главное, производитель микросхемы XL6005E1 гарантировал её нормальную работу при входном напряжении от 3,6 В, хотя мой экземпляр работал уже от 3 В. Были приобретены два Li-ion аккумулятора UR16650ZTA типоразмера 16650 производства фирмы SANYO ёмкостью 2500 мА ч, напряжением 3,7 В и с приваренными выводами из никелевой ленты. Поскольку Li-ion аккумулятор может быть повреждён, если напряжение на его выводах окажется меньше 2,5...2,7 В, из давних запасов была извлечена плата защиты и балансировки зарядки для двух Li-ion аккумуляторов. На схеме рис. 2 она обозначена А1. К сожалению, плата была приобретена много лет назад, и на ней не было никакой информации об изготовителе и её типе. В качестве замены можно предложить контроллер зарядки—разрядки (РСМ) для Li-ion батареи напряжением 7,4 В с балансиром HCX-D148V1. Внешний вид аккумуляторов с подключённой платой показан на рис. 11.

Для зарядки аккумуляторов применено готовое промышленное сетевое импульсное зарядное устройство с выходным напряжением 8,4 В и током зарядки до 1,5 А. Подключается оно через разъём Х1. Для включения использован выключатель фонаря с минимальными доработками, на схеме рис. 2 он обозначен SA1. При питании от двух аккумуляторов КПД драйвера приблизительно равен 89%. Полной зарядки аккумуляторов хватает больше чем на два с половиной часа непрерывной работы. Поскольку в модернизированном фонаре нет фокусирующей линзы, апертура луча широкая, он позволяет осветить пространство вблизи существенно лучше, чем промышленные малогабаритные светодиодные фонари. По моим впечатлениям, модернизированный фонарь представляет собой автономную лампу-переноску, только без сетевого шнура. На рис. 12 показан пример освещения модернизированным фонарём затемнённой части технического помещения.

Радио №3 2020г стр. 31