http://gogame.narod.ru/projects/fonarik/fonarik.html
Как и в случаи с тетрисом не удержался и поддался общему направлению, и вот моя версия фонарика на сверхярких светодиодах (LED фонарик).
Их преимущества по сравнению с обычными фонариками с лампочкой очевидны, это во первых, экономичность, во вторых, долговечность, срок службы светодиодов несколько десятков лет. Недостатки тоже известны, это конечно их стоимость, но начальные затраты окупятся благодаря экономии на батарейках.
И так, вначале классическая схема (рис.1) на повышающем трансформаторе напряжения фирмы Analog Devices ADP1110. Выходное напряжение схемы будет равно Vout=(1+R1/R2)*0.22V. Микросхема будет работать при входном напряжении до 1В, что позволяет питать фонарик от двух или даже одной пальчиковой батарейки, КПД при этом обещают до 90%.
Рис. 1. Принципиальная схема фонарика на светодиодах с источником напряжения
Выходное напряжение схемы надо выбирать исходя из параметров светодиодов. Для нашего случая диоды светится при токе в 20мА и имеют разброс падения напряжения 3.3-3.9В, я выбрал максимальный в 3.9В.
В схеме, из за соображений экономии потребления энергии, нет токозадающих резисторов, поэтому диоды могут светить с разной интенсивностью, более того со временем эта разница будет увеличиваться, поэтому диоды следует выбирать с максимально схожими параметрами. Например, при покупке можно договорится с продавцом, и подключить сразу три светодиода к квадратной батарейке в 4.5V и сравнить яркость, кратковременное превышение тока им не повредит. Для удобства можно применять панельку для микросхем с шагом 2.54мм, к выводам которой припаять батарейку, и вставлять в нее диоды (длинный вывод к плюсу, у плюса больше "палочек" поэтому и вывод длинней, так проще запомнить). Технология сравнения такая, поднесите максимально близко к горящим светодиодам белую бумажку и по пятнам света определите интенсивность. Сравнивать нужно, именно, сразу три, вы не сможете сравнивать их по памяти, также не удастся сравнить интенсивность, направляя свет прямо в глаза, светодиоды все таки сверхяркие, можно получить "ожог".
Выбранный в схеме уровень напряжения в 3.9В явно завышен, он ориентирован на наихудший случай, когда диоды имеют максимальное сопротивление, чтобы обеспечить ток через каждый диод не меньше 20мА. Но из за того что диоды обычно имеют меньшее сопротивление ток в них будет выше номинального, и более того диоды во время работы нагреваются их сопротивления уменьшается, а ток еще больше увеличивается, все это приводит к снижению КПД фонарика, и к уменьшению срока службы диодов. Схему можно улучшить, приняв во внимание, что для работы светодиодам нужен источник тока, а не напряжения. Давайте попробуем изменить схему так что бы она выдавала 60мА (по 20 на каждый диод), а напряжение диоды нам выставят автоматически, те самые 3.3-3.9В.
Посмотрите на рис.2. резистор R1 служит для измерения тока. Наш преобразователь так устроен, что когда напряжение на выводе FB (Feed Back) превысит 0.22В, он закончит повышать напряжение и ток, значит номинал сопротивления R1 легко расчитать R1 = 0.22В/Iн, в нашем случаи 3.6Ом. Такая схема помогает застабилизировать ток, и автоматически выбрать необходимое напряжение. К сожалению, на этом сопротивлении будет падать напряжение, что приведет к снижению КПД, однако, практика показала, что оно меньше чем превышение которое мы выбрали в первом случаи. Я измерял выходное напряжение, и оно составило В. Параметры диодов в таком включении также должны быть по возможности одинаковыми, иначе суммарный ток в 60мА, распределился между ними не поровну, и мы опять, получим разную светимость.
Рис. 2. Фонарик на источнике тока
Но что делать если не удалось достать светодиодов с одинаковыми параметрами? Я например, покупал шесть, из расчета на два фонарика, но три благополучно сжег... С оставшимися тремя не повезло, два светились одинаково, третий не так ярко. В таком случаи для выравнивания тока в цепях можно использовать классическую схему токового зеркала. На рис.3. светодиод VD2 задает ток, который повторяют транзисторы VT2, VT3, таким образом токи в ветвях будут одинаковыми.
Рис. 3. Фонарик на источнике тока, с автоматическим выравниванием тока в светодиодах, так что светодиоды могут быть c любым разбросом параметров
Транзисторы конечно тоже должны быть одинаковыми, но разброс их параметров не так критичен, поэтому можно взять либо дискретные транзисторы, либо если сможете найти, три интегральных транзистора в одном корпусе, у них параметры максимально одинаковые. Поиграйтесь также с размещением светодиодов, нужно подобрать пару светодиод-транзистор так что бы выходное напряжение было минимально, это повысит КПД.
Введение транзисторов выровняло яркость, однако они имеют сопротивление и на них падает напряжение, что вынуждает преобразователь повышать уровень выходного напряжения, по моим измерениям до 4В. Если вам не жалко лишних трех сопротивлений и лишних проводочков, то для снижения падения напряжения на транзисторах можно предложить схему на рис.4, это слегка модифицированное токовое зеркало, вместо опорного напряжения Uбэ=0.7В в схеме на рис.3 можно воспользоваться встроенным в преобразователем источником 0.22В, и поддерживать его в коллекторе VT1 при помощи операционика, также встроенным в преобразователь.
Рис. 4. Фонарик на источнике тока, с автоматическим выравниванием тока в светодиодах, и с улучшенным КПД
Т. к. выход операционника имеет тип "открытый коллектор" его необходимо "подтянуть" к питанию, что делает резистор R2. Сопротивления R3, R4 выполняют функции делителя напряжения в точке V2 на 2, таким образом операционник поддержит в точке V2 напряжение 0.22*2 = 0.44В, что меньше чем в предыдущем случаи на 0.3В. Брать делитель еще меньше, чтобы понизить напряжение в точке V2, нельзя т. к. биполярный транзистор имеет сопротивление Rкэ и при работе на нем будет падать напряжение Uкэ, чтобы транзистор правильно работал V2-V1 должно быть больше Uкэ, для нашего случая 0.22В вполне достаточно. Однако биполярные транзисторы можно заменить полевыми, в которых сопротивление сток исток гораздо меньше, это даст возможность уменьшить делитель, так чтобы, сделать разность V2-V1 совсем незначительной.
В своем фонарике я использовал схему на рис.3. А схему на рис.4. только моделировал, поэтому если кто соберется и сделает, напишите, пожалуйста, мне о результатах ( *****@***ru).
Интересное решение для задания тока в светодиоды предложено фирмой MAXIM при помощи микросхемы специализированного токового зеркала MAX1916. Кто сделает, опять же, пожалуйста, сообщите о результатах( *****@***ru).
Выбор компонентов
Дроссель. Дроссель нужно брать с минимальным сопротивлением, особое внимание следует уделить максимальному допустимому току он должен быть порядка мА. Обычно это индуктивности из намотанного провода, на ферритовом сердечнике, например LQH43CN470K в магазине Чип-Дип.
Номинал не играет такой роли как максимальный ток, поэтому Analog Devices рекомендует, что то между 33 и 180мкГн. В данном случаи, теоретически, если не обращать внимание на габариты, то чем больше индуктивность, тем лучше по всем показателем. Однако на практике это не совсем так, т. к. мы имеем не идеальную катушку, она имеет активное сопротивление и не линейна, кроме того, ключевой транзистор при низких напряжениях уже не выдаст 1.5А. Поэтому лучше попробовать несколько катушек разного типа, конструкции и разного номинала, что бы выбрать катушку, при которой самый высокий КПД, и самое маленькое минимальное входное напряжение, т. е. катушку с которой фонарик будет светиться максимально долго.
Я выбрал катушку с малыми габаритами, но это сильно ограничивает ее максимальный ток, что бы ограничение сказывалось меньше пришлось ставить не очень большой номинал, т. к. для катушки на ферритовом сердечнике, чем меньше индуктивность тем больше максимальный ток.
Конденсаторы. C1 может быть любым. С2 лучше взять танталовым т. к. у него маленькое сопротивление это повышает КПД.
Диод Шотки. Любой на ток до 1А, желательно с минимальным сопротивлением и минимальным падением напряжения.
Транзисторы. Тоже подойдут любые с током коллектора до 30 мА, коэф. усиления тока порядка 80, и не слишком высокочастотные с частотой до 100Мгц, КТ318 подойдет.
Сверхяркие светодиоды. Я выбрал белые NSPW500BS со свечением в 8000мКд, которые поставляет фирма Power Light Systems . Желательно с одинаковыми параметрами тогда можно будет использовать схему на рис. 2, иначе придется на рис. 3.
Преобразователь напряжения. К сожалению преобразователь ADP1110 снимается с производства, на его замену приходит ADP1073 который пока не выпускается. Для его использования схему на рис.3 нужно будет изменить, взять дроссель 760мкГ, а R1 = 0.212/60мА = 3.5Ом.
Конструктив
Сверхяркие светодиоды обладают еще одним преимуществом, кроме экономичности это направленность излучения, поэтому при их применении в качестве фонарика не требуется отражателя, достаточно взять подходящею коробочку просверлить в боковой стенки три отверстия вставить туда диоды, и фонарик готов. Можно конечно использовать и корпус от старого фонаря. На мою версию можете взглянуть на рисунке 5.
Рис. 5. Фонарик со сверхякими светодиодами в качестве источника света. Светодиоды имеют узкую диаграмму направленности поэтому отражатель не нужен
"Сравнительные тесты"
Что бы сравнить на сколько светодиодный фонарик эффективней обычного, я купил четыре, самые дешевы, солевые пальчиковые батарейки две установил в обычный фонарик, две в светодиодный. В итоге обычный проработал на одном комплекте батареек 1 час, светодиодный при достаточной интенсивности 8 часов. Затем интенсивность начала снижаться, полного выключения я не дождался... Затем я севшие батарейки из обычного фонарика вставил в светодиодный, и ему удалось проработать от них еще 3 часа, потери интенсивности я опять не смог дождаться. Выводы делайте сами...
И на последок, дам один совет, не стоит так издеваться над солевыми батарейками, они не любят непрерывного разряда, желательно, что бы период непрерывной работы был не более 2 часов. Поэтому если вы собираетесь использовать фонарик достаточно долго, купите лучше два комплекта батареек и менять их поочередно каждые два часа. К щелочным или алколиновым батарейкам повышенной емкости это не относится.
26.10.2003
http://xyz-miem. *****/speleo/electronic/ledadp3000-adj. html
Спелеоэлектроника
Фонарь на ADP3000-ADJ
В рассылке CML получил вот такое письмо. Решил помочь добрым людям, ни сколько не претендуя на авторство. Далее текст, как я его получил:
Фонарь на ADP3000-ADJ был разработан в начале прошлого года из доступных на тот момент компонентов, и имеет следующие параметры: Питание В, КПД ок. 75%, два режима яркости - полный и половина. Ток через диоды 27 мА, в режиме половинной яркости - 13 мА. В схеме для получения высокого КПД желательно использовать чип-компоненты. Правильно собранная схема в настройке не нуждается. Недостатком схемы является высокое (1,25 В) напряжение на входе FB (вывод 8). В настоящее время выпускаются DC/DC конвертеры с напряжением FB около 0,3 В, в частности, фирмы Maxim, на которых реально достичь КПД выше 85%. Схему разработал Драчков Богдан, г. Новосибирск. |
Комментарий к схеме:
Более полугода пользую фонарь, собранный по этой схеме, впечатления - самые положительные! Плату со светодиодами и микросхемами, собранную автором схемы (Богдан Драчков, г. Новосибирск), поместил в корпус DUO Petzl, вместо лампочки ближнего света, питание - 4 батарейки размера D или - аккумуляторы того же размера, в основном использую режим половинной яркости, если не хватает, включаю режим полной, если нужно что-то высветить - включаю галогенку. На аккумуляторах 2,2А/ч отрабатываю 2 смены по 8 часов в режиме половинной яркости (т. е - 1 смена - полной). Насколько я понимаю, принцип работы схемы - тот же, что в широко разрекламированных чудо-фонарях г-на Франца (правда, из нескольких известных мне представителей торговых фирм, никто так и не смог заказать у него партию фонарей): схема, повышающая напряжение + широтно-импульсный модулятор, батарейки "высасываются" полностью, без изменения яркости света, если при переключении режимов яркость перестает меняться, значит - батарейки отработали свое, просветят еще несколько часов, постепенно тускнея. Так что - оченно рекомендую! Величко Сергей, г. Новокузнецк |
http://vvt. *****/light/
Когда более года назад, мы начали заниматься домашними сетями, возникла необходимость много времени проводить на чердаках домов. Естественно, потребовались автономные источники освещения - фонарики. Сначала мы пользовались фонариками на батарейках, но это было не слишком рационально. Затем появились аккумуляторы. Но всё равно это было не то - слишком малое время работы, необходимость заряжать. В общем я стал думать об использовании в качестве источника света белых светодиодов. Найдя в Интернет довольно много таких вроде TIKKA и ZIPKA, я понял что они меня априори не устраивают. Требовалось много батареек (> 2) для обеспечения достаточного тока через светодиоды, яркость их падала по мере разряда батарей. Т. е. в них не было преобразователей напряжения. Я стал изучать сведения о преобразователях напряжения. Быстро выяснил, что их довольно много, но у большинства есть один недостаток - их нельзя купить. Пришлось выбирать из того, что можно было без проблем пойти и купить. Оказалось, что выбора практически не было - весной 2002 года в Омске доступен был лишь КР1446ПН1.
Как известно, это преобразователь с фиксированным выходным напряжением 5 или 3.3 Вольта. Для светодиодов же требовалось напряжение от 3.5 до 3.9 Вольт, в зависимости от экземпляра. А точнее им требовался ток. Я решил выбрать ток 20 мА для одного светодиода. Конечно, можно было включить их через резисторы к напряжению 5 Вольт, но это было бы не слишком рационально - существенно уменьшился бы КПД. К тому же во время экспериментов я выяснил неприятный эффект - ток через светодиоды со временем увеличивался, особенно это было заметно в первое время после включения. С чем это связано, я не знаю, скорее всего с небольшим нагревом светодиодов во время работы. Я решил сделать стабилизатор тока из КР1446ПН1.
После изучения этого преобразователя, я выяснил, что напряжение на выходе можно плавно изменять, "подсаживая" на общий вывод REF. Т. о. стало возможным регулировать ток.
Результатом явилась вот эта схема: 
Несколько слов о схеме.
Резисторы R1 и R2 - датчик тока. Операционный усилитель U2B - усиливает напряжение, снимаемое с датчика тока. Коэффициент усиления = R4 / R3 + 1 и составляет примерно 19. Требуется такой коэффициент усиления, чтобы при токе через резисторы R1 и R2 60 мА напряжение на выходе открыло транзистор Q1. Изменяя эти резисторы, можно устанавливать другие значения тока стабилизации.
Кому-то схема может показаться громоздкой. В принципе операционный усилитель можно и не ставить. Просто вместо R1 и R2 ставится один резистор 10 Ом, с него сигнал через резистор 1кОм подаётся на базу транзистора и всё. Но. Это приведёт к уменьшению КПД. На резисторе 10 Ом при токе 60 мА напрасно рассеивается 0.6 Вольта - 36 мВт. В случае применения операционного усилителя потери составят:
на резисторе 0.5 Ома при токе 60 мА = 1.8 мВт
+
потребление самого ОУ 0.02 мА пусть при 4-х Вольтах = 0.08 мВт
=
1.88 мВт - существенно меньше, чем 36 мВт.
Можно вообще отказаться от стабилизации тока - поставить переменный резистор параллельно C3 и регулировать им яркость свечения светодиодов. Но долго ли проработает переменник в таком устройстве как фонарик, я не знаю.
О применённых компонентах.
Ну, с КР1446ПН1 всё понятно. На месте КР1446УД2 может работать любой малопотребляющий ОУ с низким минимальным значением напряжения питания. Просто этот недорогой и доступный. А так лучше подошёл бы OP193FS, но он достаточно дорогой. Транзистор в корпусе SOT23. Диод Шоттки лучше применить такой, у него меньше падение напряжения, хотя он и достаточно большой по сравнению, например, с BAT54A. Резисторы и неполярные конденсаторы я применил SMD размером 0805. Полярный конденсатор поменьше - типа SS на 10 Вольт. Индуктивность CW68 100мкГн на ток 710 мА. Хотя ток отсечки у преобразователя 1 А, она работает нормально. С ней получился наилучший КПД. Я поступил так - купил все какие были индуктивности CW68 в диапазоне от 22 до 150 мкГн и стал подставлять их в собранную схему ничего более при этом не меняя и измерял потребляемый ток. С такой индуктивностью он получился наименьшим. Светодиоды я подбирал по наиболее одинаковому падению напряжения при токе 20 мА. У имеющихся у меня оно было в диапазоне Вольта. Собран фонарик в корпусе для двух батарей AA. Место под батареи я укоротил под размер батарей AAA, а в освободившемся пространстве навесным монтажом собрал эту схему. Хорошо подойдёт корпус для трёх батарей AA. Ставить нужно будет только две, а на месте третьей разместить схему. Я пробовал применять корпус от обычного фонарика с отражателем, но результат был хуже, чем просто светодиоды без отражателя. Я считаю применение всяких линз и отражателей неоправданным и вижу в этом ещё один плюс светодиодов.
КПД получившегося устройства.
Входные U I P Выходные U I P КПД
Вольт мА мВт Вольт мА мВт %
362 219 80
1
1
Вроде правильно посчитал :-) Это при питании от стабилизированного источника. При каком-то уровне входного напряжения, когда преобразователь уже не может обеспечить требуемое выходное напряжение, потребляемый ток начинает уменьшаться. Мне трудно было проверить при каком именно - мой стабилизатор на LM317 не выдавал меньше 1.28 Вольта да и одним тестером мерить токи и напряжения неудобно. Может кто-нибудь сделает это и нарисует график потребляемого тока в зависимости от входного напряжения? При напряжении батарей 0.4 Вольта потребляемый ток примерно 15 мА. При этом светодиоды светятся достаточно для того, чтобы в полной темноте не стукнуться лбом об стенку :-). От батарей работает до 0.25 Вольта. Причём достаточно долго, т. к. потребляемый ток с уменьшением напряжения тоже уменьшается. До меньшего значения я не стал разряжать батареи - надоело ждать.
Перспективы.
Как я уже писал, есть много микросхем преобразователей напряжения с гораздо более высоким КПД. Вот, например, TK11850L, LM3355, LM2704, ADP1110, LTC1044CS8. Есть повышающие преобразователи с синхронным выпрямителем NCP1410, NCP1411, MAX1674-MAX1676. Я пытался приделать синхронный выпрямитель к КР1446ПН1, но, к сожалению, ничего не вышло. Из всех вышеперечисленных микросхем мне удалось купить MAX1674. Попробовать ещё не успел. Обещают КПД 94%. Как только попробую, так сообщу. На все эти микросхемы и применённые компоненты у меня есть документация. Немного попозже я её выложу, может кому-то будет интересно.
http://www. *****/zuk. htm
Новое лицо для старого фонарика.
Большой прорыв в технологиях производства сверхярких светодиодов позволил получить реальные светодиодные модули с к. п.д. в 8-10 раз выше, чем у ламп накаливания. Одним из лидеров в этой гонке является модуль фирмы Luxeon Lumiled LXHL-NW98.
Я попробовал заменить лампочку фонарика “Жучёк” производства Краснодарского завода ЗИП на этот светодиод. Для этого пришлось сделать умножитель напряжения на диодах с малым падением напряжения (диодами Шотки или германиевыми).
Эффект превзошёл все мои ожидания! Я получил ослепительно яркий фонарик, с очень легким жимом (по сравнению с ламповым вариантом).
Фотография диодного модуля и переделанного фонарика.
Схема переделки и параметры модуля.
RW6AT
цена
http://www. *****/shop/?topid=5&ggid=42100&gid=42101&ggid=42100&gid=42102
