01.04.21

[Домашняя]

Большой популярностью у рыбаков и охотников пользуются фонари с питанием от шестивольтовой гелевой аккумуляторной батареи — надежные, легкие, мощные. Но они имеют существенный недостаток: сравнительно малую продолжительность работы без перезарядки батареи, обусловленную применением галогенной лампы накаливания мощностью 75 Вт. Значительно продлить это время позволяет замена лампы фонаря мощным светодиодом, обладающим значительно более высоким КПД. Замене мешает то, что питать светодиод с прямым падением напряжения 3...3.3 В непосредственно от шестивольтной батареи крайне невыгодно. На требующемся для этого гасящем резисторе будет бесполезно рассеиваться, превращаясь в тепло, значительная часть энергии батареи. Например, при номинальном напряжении батареи 6,3 В КПД не превысит 50 %. Нужно учесть и то, что напряжение батареи после полной зарядки достигает 7,1 В, но уменьшается до 6 В в конце разрядки. По этой причине изменение тока через светодиод в процессе эксплуатации может достигать 30 %. Если сопротивление гасящего резистора рассчитать исходя из номинального напряжения батареи, то после ее полной зарядки светодиод будет работать с перегрузкой, что неблагоприятно скажется на его надежности, а в конце цикла разрядки — со значительным "недокалом". Выход из этой ситуации заключается в замене гасящего резистора стабилизатором тока. Но линейный стабилизатор неприемлем, поскольку КПД при его использовании остается низким. В предлагаемом фонаре применен импульсный стабилизатор тока светодиода, что позволило достичь КПД более 90 %. На рис. 1 изображена схема фонаря.

Коммутирующий элемент стабилизатора — полевой транзистор VT5, обладающий очень маленьким сопротивлением в открытом состоянии. Дроссель L1 — накопитель энергии, конденсатор СЗ сглаживает пульсации. В связи с тем, что напряжение на светодиоде очень слабо зависит от протекающего тока, последовательно со светодиодом EL1 включен резистор R4, падение напряжения на котором незначительно ухудшает КПД, но делает зависимость суммарного напряжения от тока достаточной для работы стабилизатора тока. При включении питания выключателем SA1 начинает работать генератор импульсов на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Транзисторы VT1 и VT2 закрыты, поэтому логический уровень напряжения на входе 9 элемента DD1.3 высокий. Этот элемент пропускает импульсы генератора, и через инвертор DD1А они поступают на базы транзисторов VT3 и VT4, поочередно открывая их. Когда открыт транзистор VT3, через его низкое сопротивление быстро заряжается входная емкость полевого транзистора VT5, который открывается. При закрывании VT3 и открывании VT4 входная емкость транзистора VT5 быстро разряжается, он закрывается. Вследствие быстрого переключения коммута­ционные потери энергии в транзисторе VT5 становятся очень незначительными, что и позволяет получить высокий КПД. При открытом транзисторе VT5 ток течет через дроссель L1, заряжая конденсатор СЗ. При закрывании транзистора ток дросселя не прерывается, а замыкается через диод VD1, продолжая заряжать конденсатор СЗ. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога включения светодиода EL1, через светодиод и резистор R4 потечет ток, увеличивающийся по мере продолжающейся зарядки конденсатора. Номиналы резисторов R4, R6 и R7 выбраны таким образом, что при достижении током светодиода номинального значения напряжение на базе транзи­стора VT1 становится достаточным для его открывания. Вместе с ним откроется и транзистор VT2, уровень напряжения на входе 9 элемента DD1.3 станет низким, импульсы на выходе этого элемента прекратятся. В результате транзистор VT5 не будет открываться, а пополнение запасов энергии в дросселе L1 и конденсаторе С3 прекратится. Конденсатор С3 будет разряжаться, пока напряжение на нем не уменьшится настолько, что транзистор VT1 закроется. Далее процесс повторится. В связи с тем, что применены транзисторы VT1 и VT2 с коэффициентом тока базы более 200, гистерезис (разность значений напряжения на конденсаторе С3, при которых преобразователь включа­ется и выключается) не превышает нескольких милливольт, а через светодиод ELI течет практически неизменный ток. Аккумуляторная батарея GB1 и выключатель SA1 — от фонаря подвергаемого доработке. В его рефлектор вместо патрона с лампой накаливания вклеен держатель светодиода EL1. Светодиод снабжен теплоотводом — алюминиевой пластиной размерами 40x40 мм и толщиной 1 мм. Остальные детали смонтированы на "макетной" плате размерами 45x20 мм (рис. 2).

Места для нее в корпусе фонаря вполне достаточно. Резисторы (кроме R4) и конденсаторы могут быть любого типа. Резистор R4 — отрезок нихромового провода соответствующей длины, намотанный на корпус резистора МЛТ-0,25 любого номинала. Магнитопровод дросселя L1 — два сложенных вместе полукольца размерами 15x10x4,5 мм из материала МП140 (молибденовый пермаллой). Обмотка дросселя состоит из 19 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм. Используемые в преобразователе биполярные транзисторы могут быть как в металлических (КТ3102Д, КТ3107Д), так и в пластмассовых (КТ3102ДМ, КТ3107ДМ) корпусах. Возможна их замена на КТ315Б и КТ361Б, но придется подобрать экземпляры таких транзисторов с коэффициентом передачи тока базы не менее 150. Диод Шоттки 1N5818 можно заменить обычным диодом КД212А, однако при этом на несколько процентов уменьшится КПД преобразователя. Прежде чем устанавливать свето­диод EL1 и резистор R4 в фонарь, необходимо подключить их к регулируемому источнику постоянного напряжения по схеме, изображенной на рис. 3.

Плавно повышая напряжение, устанавливают по амперметру РА1 ток через светодиод 0,34 А (максимальный прямой ток светодиода 1006LXHLNWE8 — 0,35 А). Цифровым милливольтметром PV1 (например, мультиметром на соответствующем пределе измерения) определяют падение напряжения на резисторе R4. Если оно заметно отличается от 70 мВ, необходимо подобрать длину провода, из которого изготовлен этот резистор. Запомнив измеренное значение падения напряжения, светодиод и резистор монтируют в фонарь. Постоянный резистор R7 временно заменяют подстроечным номиналом 3,3 кОм. Подключив питание, уменьшают введенное сопротивление этого резистора, контролируя падение напряжения на резисторе R4. При достижении значения, измеренного ранее, питание отключают и заменяют подстроечный резистор постоянным найденного сопротивления. Оставлять здесь подстроечный резистор не рекомендуется из-за ненадежности его подвижного контакта. После налаживания и проверки плату фонаря рекомендуется покрыть несколькими слоями влагозащитного лака. В результате переделки продолжительность работы фонаря без зарядки аккумуляторной батареи увеличилась почти в 50 раз при незначительной потере яркости.

Радио №7 2010г стр. 50