Питание светодиодного светильника «Эра К48» от Li-lon аккумулятора

Для автономного электропитания различных электронных устройств часто применяют химические источни­ки тока, например, гальванические элементы или составленные из них батареи. Учитывая относи­тельно высокую стоимость «бата­реек», их целесообразно исполь­зовать лишь в случаях, если устройство потребляет очень незначительный ток (например, часы с ЖК-дисплеем) или нахо­дится в рабочем режиме эпизоди­чески (например, пульт ИК дис­танционного управления). В ос­тальных случаях целесообразно рассмотреть возможность авто­номного питания устройств от аккумуляторных батарей.

Несколько лет назад автор приобрёл два «кемпинговых” све­тодиодных светильника «Эра К48».

Один из них был переделан для питания от сети переменного тока 230 В [1], второй, после не­сложной доработки, эксплуати­ровался с гальванической батареей, состоящей из трёх включённых после­довательно элементов типоразмера LR6. За пять лет накопилась статистика его использования. Всего было израсходовано четыре комплекта дорогих   щелочных гальванических элементов — 12 шт., общая стоимость которых пре­высила стоимость светильника. Первый комплект отработал 2 ч — как един­ственный источник света при видеосъёмке в зимнем ночном лесу. Ос­тальные три комплекта отработали не более 10 мин каждый: элементы второ­го потекли через несколько недель после установки, третий и четвёртый комплекты пришли в негодность из-за саморазрядки.

Поскольку в настоящее время широко распространены Li-lon аккумуляторы, применяемые для питания различной мобильной техники, например, телефонных аппаратов, навигаторов, было решено переделать светильник для питания от такого аккумуля­тора.

Схема светодиодного светиль­ника с питанием от Li-lon аккуму­лятора показана на рис. 1. Устройство может работать в трёх режимах. В первом, когда аккуму­лятор G1 заряжается от подклю­чённого к розетке XS1 внешнего зарядного устройства, все 48 све­тодиодов EL1—EL48 светят с по­ниженной яркостью — светильник может выполнять функцию ночни­ка. Во втором режиме, когда аккумулятор заряжен, но светильник ещё подключён к внешнему зарядному устройству, яркость свечения свето­диодов автоматически увеличивается. В третьем режиме светодиоды пи­таются от аккумулятора, их яркость свечения в этом режиме максимальна.

Когда контакты выключателя пита­ния SB1 замкнуты, параллельно вклю­чённые светодиоды ELI — EL48 питают­ся от аккумулятора G1. Резисторы R7, R10 — токоограничивающие.

При подключении устройства к внешнему источнику постоянного тока напряжением 4.8…6,5 В (например, к зарядному устройству, описанному в [2]) аккумулятор G1 заряжается через последовательно включённые токоог­раничивающие резисторы R1, R5 и диод Шотки VD1. Отключение аккумуля­тора встроенным контроллером заряд­ки в применённом экземпляре происхо­дит при напряжении 4,33 В. На транзис­торах VT2—VT4, собран компенсацион­ный стабилизатор напряжения посто­янного тока отрицательной полярнос­ти. Включённые последовательно дио­ды VD3—VD5 использованы в качестве маломощных стабисторов. Нагрузкой стабилизатора являются светодиоды ЕL1—ЕL48. Когда входное напряжение повышается, выходное напряжение стабилизатора также стремится увели­читься. Это приводит к более сильно­му открыванию транзистора VТЗ, кото­рый шунтирует эмиттерный переход транзистора VТ2. В результате напря­жение на затворе (относительно исто­ка) транзистора VT4 понижается, со­противление его открытого канала воз­растает. Таким образом, осуществляет­ся стабилизация выходного напряже­ния. Конденсаторы С2, С3 предотвращают самовозбуждение стабилизато­ра. Выходное напряжение регулируют подстроечным резистором R9. Конденсаторы С1, С4 — блокировочные в це­пях питания.

Во время зарядки аккумулятора G1 германиевый транзистор VT1 открыт, что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора, ток через светодиоды уменьшается. Такой режим работы предусмотрен для того, чтобы не перегружать зарядное устройство большим током. Если зарядное устрой­ство относительно маломощное или режим работы светильника с понижен­ной примерно до 20 % яркостью не нужен, то вместо указанного на схеме устанавливают резистор R3 номиналь­ным сопротивлением 6,8 кОм, а канал транзистора VT4 шунтируют резисто­ром сопротивлением 1 кОм. В этом слу­чае о подключении светильника к за­рядному устройству светодиоды будут сигнализировать слабым свечением.

Все детали устройства размещены в пластмассовом корпусе светильника (рис. 2) без применения монтажных плат (они приклеены к корпусу клеями «Квинтол-люкс», БФ, цианакриловым и самодельным, представляющим собой раствор полистирола в ацетоне). Постоянные резисторы — С1-14, С2-14, С1-4, МЛТ, ОМЛТ, РПМ или импортные аналоги, подстроенный R9 — малогаба­ритный импортный. Неполярный кон­денсатор С2 — керамический К10-17, К10-50, КМ-5 или аналог, оксидные кон­денсаторы — аналоги К50-68, К53-19. Диоды КД521В (VD3—VD6) заменимы любыми маломощными кремниевы­ми. Вместо диодов Шотки КД270АС (VD1) и 1N5822 (VD2) можно приме­нить SBL1040CT, SR340, МВRS340Т3, МВRS360Т3, МВRD835L, 1N5820 — 1N5822, МВR320—МВR360, SB360 (в диодных сборках оба диода соединяют параллельно).

Германиевый транзистор МП36А (VT1) можно заменить любым из МП35—МП38, при формовке выводов этого транзистора следите за тем, чтобы не повредить стеклянные изоляторы. Вместо транзисторов КТ3107Ж могут работать любые из серий КТ3107, КТ345, КТ352, КТ6112, КТ6115, SS9012, SS9015, ВС557, ВС558, 2SА992 (с учётом ’’цоколёвки»). Мощ­ный полевой n-канальный транзистор HUF76137S3S (максимальные значе­ния напряжения сток-исток — 30 В, то­ка стока — 75 А, напряжения затвор- исток — ±16 В, рассеиваемой мощ­ности — 145 Вт, сопротивление откры­того канала — не более 0,0125 Ом при напряжении затвор—исток 5 В) заме­ним аналогичным по параметрам.  В описываемом устройстве этот транзи­стор припаян к медному теплоотводу размерами 20x20x1 мм. На время монтажа его выводы необходимо соединить проволочной перемычкой.

Литий-ионный аккумулятор ВL8001 (G1) приклеен к корпусу двухсторон­ней липкой лентой. Для его установки в корпусе были срезаны пластмассовые фиксаторы, ранее предназначавшиеся для гальванических элементов. Также было заклеено полистиролом большое круглое отверстие в центре корпуса светильника. Реальная ёмкость акку­мулятора при разрядке током 0,5 А составила около 1200 мА·ч. Подой­дёт любой аналогичный плоский с встроенным контроллером, чем боль­ше ёмкость и чем меньше самораз­рядка — тем лучше. Гнездо ХS1 — miniUSВ. Кнопочный выключатель SВ1 — штатный, вместо него подой­дут, например, П2К, ПКн-61 (одно­имённые контакты групп соединяют параллельно).

Используемые в «Эра  К48” свето­диоды (белого цвета свечения, диаметр линзы — 5 мм) светят довольно тускло, поэтому их целесообразно заменить, например, значительно более яркими АRL-5113UWC-17СD, АRL-5213UWC-17сd-ВS, АRL-5213UWC-20сd-ВS, АRL-5213UWC-20сd-NS, АRL-5213UWC-25сd, АRL-5213UWC-35сd, которые при том же токе светят ярче.

Безошибочно изготовленное из исправных деталей устройство начи­нает работать сразу. Подстроечным резистором R9 устанавливают общий ток через светодиоды около 500 мА. Желаемой пониженной яркости свече­ния светодиодов во время зарядки аккумулятора добиваются подбором резистора R3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бутов А. Сетевое питание светодиод­ного светильника «К48». — Радио, 2013, № 1. с. 31.32.
2. Бутов А. Импульсный источник питания на базе блока из DVD-проигрывателя. — Радио. 2015, № 11, с. 31.32.

                                                                                                                               Автор: А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.
                                                                                                                               Источник: Радио №6/2016