Схема фонарика на светодиодах с зарядкой аккумулятора. Характеристики светодиодов для фонариков

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.

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.

Сегодня мы поговорим о том, как самостоятельно починить светодиодный китайский карманный фонарик. Также рассмотрим инструкции по ремонту светодиодных фонарей своими руками с наглядными фото и видео

Как видно, схема простая. Основные элементы: токоограничивающий конденсатор, выпрямительный диодный мост на четырех диодах, аккумулятор, выключатель, сверхяркие светодиоды, светодиод индикации зарядки аккумулятора фонарика.

Ну а теперь по порядку о назначении всех элементов в фонарике.

Токоограничивающий конденсатор. Он предназначен для ограничения тока заряда аккумулятора. Его емкость для каждого типа фонарика может быть разной. Применяется неполярный слюдяной конденсатор. Рабочее напряжение должно быть не меньше 250 вольт. В схеме он должен обязательно шунтирован, как показано, резистором. Он служит для разряда конденсатора после того, как вы вытащите фонарик с зарядки из розетки. В противном случае вас может ударить током, если вы случайно прикоснетесь к сетевым выводам 220 вольт фонарика. Сопротивление этого резистора должно составлять не менее 500 кОм.

Выпрямительный мост собирается на кремниевых диодах с обратным напряжением не менее 300 вольт.

Для индикации зарядки аккумулятора фонарика применяется простой светодиод красного или зеленого свечения. Он подключен параллельно одному из диодов выпрямительного моста. Правда в схеме я забыл указать указать резистор, включенный последовательно с этим светодиодом.

Про остальные элементы говорить не имеет смысла, так все и так должно быть понятно.

Хочется обратить ваше внимание на основных моментах ремонта светодиодного фонарика. Рассмотрим основные неисправности и способы их устранения.

1. Фонарик перестал светить. Здесь вариантов не так уж и много. Причиной может служить выход из строя сверхярких светодиодов. Это может произойти к примеру в следующем случае. Вы поставили фонарик на зарядку и нечаянно включили выключатель. В этом случае произойдет резкий скачок тока и один или несколько диодов выпрямительного моста могут быть пробиты. А за ними может быть и конденсатор не выдержит и замкнет. Напряжение на аккумуляторе резко возрастет и светодиоды выйдут из строя. Так что ни в коем случае не включайте при зарядке фонарик, если не хотите его выбросить.

2. Фонарик не включается. Ну здесь нужно проверить выключатель.

3. Фонарик очень быстро разряжается. Если ваш фонарик со “стажем”, то скорее всего аккумулятор отработал свой срок службы. Если вы активно пользуетесь фонарем, то после одного года эксплуатации аккумулятор уже не держит.

Проблема 1. Не включается светодиодный фонарик или мерцает при работе

Как правило, это причина плохого контакта. Самый простой способ лечения - плотно закрутить все резьбы.
Если фонарь не работает совсем, начните с проверки аккумулятора. Возможно он разряжен или вышел из строя.

Открутите задняя крышку фонаря и с помощью отвертки замкните корпус с минусовой контакт батареи. Если фонарик загорелся, значит проблема в модуле с кнопкой.

90% Кнопок всех светодиодных фонарей выполнены по одной схеме:
Корпус кнопки из алюминия с резьбой, туда вставляется колпачок из резины, далее сам модуль кнопку и прижимное кольцо для контакта с корпусом.

Проблема чаще всего решается в слабо зажатом прижимном кольце.
Для устранения этой неисправности достаточно найти круглогубцы с тонкими жалами или тонкие ножницы которые нужно вставить в отверстия, как на фото, и провернуть по часовой стрелке.

Если кольцо двигается, то проблема устранена. Если кольцо стоит на месте, значит проблема кроится в контакте модуля кнопки с корпусом. Выкрутите прижимное кольцо против часовой стрелки и вытащите модуль кнопки наружу.
ЧАсто плохой контакт бывает из за окисления алюминиевой поверхности кольца или каемки на печатной плате Указаны стрелками)

Достаточно просто протереть эти поверхности спиртом и функционал будет восстановлен.

Модули кнопок бывают разные. Одни у которых контакт идет через печатную плату, другие, у которых контакт идет через боковые лепестки на корпус фонаря.
Просто отогните такой лепесток вбок, чтобы контакт был плотнее.
Как вариант, можно сделать напайку из олова, чтобы поверхность была толще, и прижимался контакт лучше.
Все светодиодные фонари, в принципе устроены одинаково

Плюс идет через плюсовой контакт батареи в центр светодиодного модуля.
Минус идет через корпус и замыкается кнопкой.

Не лишним будет проверить плотность прилегания модуля светодиода внутри корпуса. Это так же частая проблема светодиодных фонарей.

Круглогубцами или щипцапи прокрутите модуль по часовой стрелке до упора. Будьте аккуратны, в этот момент легко повредить светодиод.
Этих действий должно быть вполне достаточно, чтобы восстановить функционал фонаря светодиодного.

Хуже, когда фонарь работает и режимы переключаются, но пучок очень тусклы, или фонарь вообще не работает и внутри запах гари.

Проблема 2. Фонарь работает нормально, но тускло, или не работает совсем и внутри запах гари

Скорее всего вышел из строя драйвер.
Драйвер - это электронная схема на транзисторах, которая управляет режимами фонаря а так же отвечает за постоянный уровень напряжения вне зависимости от разрядки аккумулятора.

Вам нужно выпаять сгоревший драйвер и впаять новый драйвер, либо соединить светодиод напрямую с аккумулятором. В этом случае вы теряете все режимы и остаетесь только с максимальным.

Иногда (гораздо реже) выходит из строя светодиод.
Проверить это можно очень просто. поднести к контактным площадкам светодиода напряжение 4.2 V/. Главное не перепутать полярность. Если светодиод горит ярко, то вышел из строя драйвер, если наоборот, то нужно заказывать новый светодиод.

Выкрутите модуль со светодиодом из корпуса.
Модули бывают разные, но как правило, они сделаны из меди или латуни и

Самое слабое место у подобных фонарей — кнопка. У неё окисляются контакты, в результате чего фонарик начинает светить тускло, а затем, может вообще перестать включаться.
Первый признак — фонарь с нормальной батареей светит слабо, но если несколько раз пощёлкать кнопкой, яркость увеличивается.

Самый простой способ заставить такой фонарь светить — поступить следующим образом:

1. Берём тонкий многожильный провод, отрезаем одну жилку.
2. Накручиваем проводок на пружину.
3. Изгибаем провод, чтобы батарейка не порвала его. Провод должен слегка выступать
над закручивающейся частью фонарика.
4. Плотно закручиваем. Излишек провода обламываем (отрываем).
В результате, провод обеспечивает хороший контакт с минусовой частью батарейки и фонарик
засияет с должной яркостью. Разумеется, кнопка при таком ремонте остаётся не удел, поэтому
включение — выключение фонарика производится поворотом головной части.
Мой китаец так проработал пару месяцев. Если нужно поменять батарейку, заднюю часть фонаря
трогать не следует. Отворачиваем голову.

ВОССТАНАВЛИВАЕМ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КНОПКИ.

Сегодня я решил вернуть кнопку к жизни. Кнопка находится в пластиковом корпусе, который
просто впрессован в заднюю часть фонаря. В принципе, её можно вытолкнуть обратно, но я поступил немного иначе:

1. Делаем свёрлышком 2 мм пару отверстий на глубину 2-3 мм.
2. Теперь можно пинцетом выкрутить корпус с кнопкой.
3. Извлекаем кнопку.
4. Кнопка собрана без клея и защелок, поэтому её легко разобрать канцелярским ножиком.
На фото видно, что подвижный контакт окислился (круглая фигня в центре, похожая на кнопку).
Его можно почистить ластиком или мелкой шкуркой и собирать кнопку обратно, но я решил дополнительно облудить и эту часть, и неподвижные контакты.

1. Зачищаем мелкой шкуркой.
2. Облуживаем тонким слоем места отмеченные красным цветом. Протираем спиртом от флюса,
собираем кнопку.
3. Для увеличения надёжности, я припаял пружину к нижнему контакту кнопки.
4. Собираем всё обратно.
После ремонта, кнопка работает отлично. Конечно, олово тоже окисляется, но поскольку олово — довольно мягкий металл, я надеюсь, что окисная плёнка при работе кнопки будет
легко разрушаться. Недаром же на лампочках центральный контакт делают из олова.

УЛУЧШАЕМ ФОКУСИРОВКУ.

Что такое «хотспот», мой китаец представлял весьма смутно, поэтому я решил его просветить.
Откручиваем головную часть.

1. В плате есть небольшое отверстие (стрелка). С помощью шила выкручиваем начинку,
при этом слегка давим пальцем на стекло снаружи. Так выкручивается легче.
2. Снимаем отражатель.
3. Берём обыкновенную офисную бумагу, пробиваем офисным дыроколом 6-8 отверстий.
Диаметр отверстий дырокола замечательно совпадает с диаметром светодиода.
Вырезаем 6-8 бумажных шайбочек.
4. Кладём шайбы на светодиод и прижимаем отражателем.
Тут придётся поэкспериментировать с количеством шайб. Я таким способом улучшал фокусировку у пары фонариков, количество шайб было в диапазоне 4-6. На текущем пациенте их потребовалось 6.

УВЕЛИЧИВАЕМ ЯРКОСТЬ (для тех, кто немного разбирается в электронике).

Китайцы экономят на всём. Пара лишних деталек — увеличение себестоимости, поэтому не ставят.

Основная часть схемы (отмеченная зелёным) может быть различной. На одном-двух транзисторах или на специализированной микросхемке (у меня схема из двух деталей:
дроссель и микросхема с 3-мя ногами, похожая на транзистор). А вот на части отмеченной красным — экономят. Я добавил конденсатор и пару диодов 1n4148 параллельно (шотки у меня не нашлось). Яркость светодиода увеличилась процентов на 10-15.

1. Так выглядит светодиод в подобных китайцах. Сбоку видно, что внутри толстая и тонкая ножки. Тонкая ножка — это плюс. Ориентироваться нужно по этому признаку, потому что цвета проводов могут быть совершенно непредсказуемыми.
2. Так выглядит плата, к которой припаян светодиод (с обратной стороны). Зелёным цветом обозначена фольга. Провода, идущие от драйвера, припаивают к ножкам светодиода.
3. Острым ножом или треугольным надфилем разрезаем фольгу на плюсовой стороне светодиода.
Всю плату зашкуриваем, для снятия лака.
4. Припаиваем диоды и конденсатор. Диоды я взял из сломанного компьютерного блока питания, танталовый конденсатор выпаял из какого-то сгоревшего винчестера.
Плюсовой провод теперь нужно припаивать к площадке с диодами.

В результате, фонарик выдаёт (на глаз) 10-12 люмен (см. фото с хотспотами),
если судить по фениксу, который в минимальном режиме выдаёт 9 люмен.