Светодиодные фонарики с подзарядкой от сети схема. Переделка налобного фонаря на батарейкам в аккумуляторный. Электрическая принципиальная схема

Приходится очень часто мотаться по командировкам, интернет стараюсь взять с собой. Конечно хорошо когда в гостинице есть wi-fi или нормальный 3g сигнал для USB модема, а в помещение он есть не всегда, тогда и придет на помощь 5-6 метровый USB удлинитель из .

Подготовительный этап: Посмотрев в куче домашнего хлама, обнаружил сгоревшую материнскую плату из которой аккуратно демонтировал USB гнездо паяльным феном и отрезок кабеля с УСБ вилкой на конце, оставшийся от предыдущих экспериментов.

Неудачный опыт сборки удлинителя : Вначале, я попытался соединить USB разъемы пяти метровым отрезком аудио-видео кабеля, но когда я вставил модем, окно «сказало», что устройство работает неправильно. Самое интересное, что принтер при этом работал вполне нормально.

Попытка номер 2 . Для сборки своими руками удлинителя решил применить витую пару, тем более что у меня имелось дофига Ethernet кабеля, оставшегося со времен монтажа локальных сетей. Сетевые кабеля к сожалению оказались без защитных экранов и имели по четыре витые пары в пластиковой изоляции. Для передачи сигнала и питания стандарта USB 2.0, на расстояние до пяти метров, можно использовать всего две витые пары. Однако в случае 10-метрового удлинителя лучше пустить питание по двум или трем витым парам.

Для питания можно взять одну или все из оставшихся витых пар, включённые параллельно.

Крепим розетку USB на жестком Ethernet кабеле . Сначала изолируем контакты от задней и нижней стенки корпуса. Затем с помощью швейных ниток крепим к кабелю отрезок полихлорвиниловой трубки или кембрика. Конец нити фиксируем расплавленной канифолью или клеем. На кембрике и изоляции делаем по 2 продольных разреза. Образовавшиеся «лепестки» должны быть похожи на крест. Припаиваем концы витых пар к нужным выводам. Крепим «лепестки» к корпусу розетки нитками. Конец нитки фиксируем. В завершении операции можно облагородить УСБ розетку, надев термоусадочную трубку.

Для придания большей жесткости можно намотать на край кабеля медный провод. Потом припаять его концы к боковым стенкам гнезда и покрыть место соединения низкотемпературным термоклеем, а уж только потом термоусадка.

Соединяем два кабеля . Концы кабеля и отрезка с вилкой обрезаем до разной длины, чтобы избежать замыкания проводов. Для снижения нагрузки в месте соединения, изоляцию сетевого кабеля надеваю на отрезок с вилкой. Окончательное соединение и придание подобающего вида, произвожу с помощью термоусадки подходящего размера.

Результат работы можно посмотреть на самом верхнем фото.

Если собирать своими руками USB удлинитель длиной более 10-15 метром без дополнительного питания, то устройство подключенное через него будет работать нестабильно. Поэтому необходимо использовать вариант схемы удлинителя с внешним питанием. Т.е к красному проводу (+5В) нужно подать +5В от внешнего источника питания, на черный провод, подключаем «-».

Данный вариант схемы полностью работоспособен на расстояниях до 15 метров.

В этом видео показан процесс сборки своими руками очень длинного УСБ удлинителя из витой пары. Устройство подключенное к нему способно работать на удалении от ПК или ноутбука до 50 метров!

5 вольт = синий, оранжевый, бело-оранжевый
-DATA (информационный) = бело-зелёный
+DATA = зелёный
GND (земля) = коричневый, бело-коричневый, бело-синий

Рынок светодиодных фонариков на сегодняшний день имеет широкий ассортимент, поэтому покупателю сложно определиться с выбором. Важно понимать для каких целей вы приобретаете фонарик, чтобы выбрать подходящую форму и материал рукоятки, а так же не ошибиться с выбранной мощностью светодиодов.

Достоинства и недостатки

Рынок китайских товаров предлагает изделия, которые способны порадовать своей функциональностью и удобством, не смотря на то, что десятилетие назад, товары из поднебесной не имели высокого качества. Конечно, можно довериться моде и приобрести европейский фонарик, но он будет намного дороже, а по своим характеристикам, скорее всего, не уступать китайскому аналогу.

Современные светодиодные фонарики, произведенные в Китае, имеют следующие преимущества:

Ударостойкие и влагозащитные;
Радиаторы из алюминия, предотвращающие нагрев;
Большая емкость аккумулятора;
Удобная и универсальная ручка;
Возможность регулирования подачи света;
Сравнительно невысокая цена.

Не все виды китайских светодиодных фонариков имеют данные преимущества, безусловно, всё зависит от выбранного экземпляра. Некоторые не имеют встроенного аккумулятора, другие не включают в себя влагостойкий корпус. К недостаткам относят только неприятный внешний вид и зачастую не долговечную работу. Однако, срок эксплуатации можно увеличить правильно эксплуатируя изделие.

Как выбрать подходящий

Выбор следует осуществлять согласно с вашими пожеланиями. Китайские фонари приобретают для разнообразных целей – поэтому и ассортимент видов широк. К примеру, для охотника нужен качественный, с прочным и надежным корпусом, желательно с возможностью установки на оружие.

Для рыбаков лучше всего приобретать светодиодные китайские фонарики, которые не нужно держать руками, таким образом, не будет упущена важная поклевка. Например, отлично подойдут налобные фонарики. Свет в рыбацких светодиодных фонариках должен быть теплым, либо комбинированным.

Для автомобилиста подойдут небольших размеров, со сменной AA батарейкой. Можно подобрать экземпляр в виде брелока.

Для дачи лучше подобрать конструкцию с защитой от пыли, влаги, падения, с мощным аккумулятором, желательно подзаряжаемым от обычной розетки, либо со сменными АА батарейками.

Выбор рукоятки

Отлично себя зарекомендовали светодиодные китайские фонарики с рукояткой из алюминия, но может подойти и пластиковая ручка. Дюралюминий так же неплох, он считается легким и прочным материалом, который не подвергается коррозии. Рукоятка должна иметь обязательно антискользящую поверхность, желательно с напылением, которое предотвратит рукоятку от царапин и других повреждений. В больших фонарях на корпус устанавливают ручку, таким образом, его удобнее держать одной рукой.

Зачастую рукоятка является и корпусом фонаря. В этом случае важно подобрать его из качественного материала, с хорошими креплениями. Если вы приобретаете китайский светодиодный фонарик для рыбалки, охоты или туризма, то корпус должен иметь защитную систему от жидкостей, ударов, огня.

Схема китайского LED фонаря

По схеме строения он не отличается от европейских или российских аналогов.

Электрическая схема простого светодиодного фонарика выглядит так:

При таком строении, в конструкции могут возникнуть неисправности:

Окисление контактов патрона, лампочки, соединений;
Неисправность кнопки включения;
Перегоревшая лампочка;

К неисправностям можно отнести и повреждения корпуса.

Модернизация своими руками

Мощности света или аккумулятора китайского светодиодного фонарика может не хватить, в таком случае поможет его модернизация. Подробная видео инструкция по модернизации налобного LED фонарика:

Этот видеоролик поможет доработать корпус для возможности использования меньших по размеру аккумуляторов:

Ремонт своими руками

Если устройство перестало работать или функционирует неправильно, то следует произвести его ремонт, в видео ниже рассмотрим, как отремонтировать китайский LED фонарик, например после того как внутрь его конструкции попала влага:

В этом видео рассмотрим, как отремонтировать кнопку включения на светодиодном фонарике китайского производства:

Таким образом, мы разобрались в схеме китайского светодиодного фонарика, как производить его ремонт и как сделать модернизацию. Так же мы рассмотрели достоинства перед аналогами из Европы и как сделать правильный выбор в том или ином случае.

Поступил мне тут заказ от одного хорошего знакомого, который увлекается рыбалкой. У него был простенький налобный фонарик, который обладал рядом недостатков, но полностью устраивал по размерам и внешнему виду. Ну что ж, для хорошего человека - хорошее дело, ну а для меня - просто тренировка мозгов и рук.

Приступим. Для начала выделю преимущества данного фонарика:

компактный и легкий корпус;
возможность регулировки фокуса;
удобное расположение органов управления (кнопка), учитывая что фонарик налобный.

Теперь недостатки, которых куда больше:

неудобное управление - три режима которые переключаются по циклическому алгоритму (четвёртый режим "выключено"), то есть если нужный режим пропустил, то надо "прощелкивать" все режимы по кругу, пока не "дощелкаешь" до нужного режима;
один из режимов - мигающий - вообще бесполезный, только мешает управлению;
нет контроля состояния аккумулятора, то есть при каждом цикле разряда портит аккумулятор, сильно разряжая его (если не выключить, может посадить аккумулятор до 1...2 вольт);
нет стабилизации тока, то есть с разрядом аккумулятора яркость постепенно падает;
заряд аккумулятора идет тупо через резистор, нет никакого контроля зарядного тока и отсутствует правильный алгоритм заряда литий-ионного аккумулятора (при каждом цикле заряда гробит аккумулятор);
стоИт китайский светодиод с низкой эффективностью;
стоИт китайский аккумулятор с завышенной емкостью на этикетке.

Теперь о том, что бы хотелось получить в итоге:

удобное управление режимами, убрать мигающий режим;
ввести стабилизацию тока через светодиод (поставить драйвер);
заменить светодиод на более эффективный и надежный (CREE XPG), тёплого свечения (вместо штатного холодного);
сделать контроль разряда аккумулятора, при разряде аккумулятора выключать фонарик;
добавить контроллер заряда литий-ионного аккумулятора;
заменить аккумулятор на нормальный.

Вскрываем корпус фонарика.

Здесь мы видим, что его "мозги" сделаны на основе БИС микросхемы, поэтому они не поддаются никакой модификации.

При замене светодиода на другой светодиод, выходной ток изменился почти на 50%, что говорит об отсутствии какой либо стабилизации тока. Решено выкинуть родную плату и сделать свою. В качестве управляющего контроллера я выбрал ATtiny13A-SSU ввиду следующих основных преимуществ:

малая цена - около 30 рублей (на момент написания статьи, май 2014г.);
компактный корпус поверхностного монтажа;
в режиме сна потребляет менее 500 наноампер (!!!);
возможность работы при низких напряжениях питания (вплоть до 1.8в);
возможность работы при температуре ниже 0 градусов.

В качестве драйвера светодиода выбор пал на AMC7135 благодаря следующим характеристикам:

возможность работы при низких напряжениях питания;
минимальное падение напряжения на микросхеме - всего 0.15в;
возможность ШИМ-регулировки яркости светодиода;
компактный корпус.

Схема драйвера:

Небольшие пояснения о работе схемы и применяемых компонентах. Для измерения уровня заряда аккумулятора, используется АЦП микроконтроллера и внешний источник опорного напряжения (далее ИОН) REF3125 с выходным напряжением 2,5В. Внешний ИОН используется не просто так - с его помощью достигается измерение напряжения аккумулятора с минимальными погрешностями, так как точность встроенного в микроконтроллер ИОН"а оставляет желать лучшего. Управление AMC7135 производится при помощи ШИМ-сигнала, частотой 500 Гц. При отключении драйвера, микроконтроллер отключает AMC7135, обесточивает ИОН, и переходит в спящий режим "Power Down", потребляя менее 1 мкА . Устройство не требует какой-либо настройки и корректировки, и после сборки и прошивки начинает работать сразу. Чтобы можно было выбрать напряжение отключения драйвера "под себя", в конце статьи прилагается архив с прошивками под напряжения 3,1...3,6 Вольт с шагом 0,1В.

Развожу печатку, травлю, запаиваю, пишу софт в AVR Studio 5, прошиваю микроконтроллер. На этапе изготовления платы нужно просверлить отверстия, и соединить перемычками дорожки с обеих сторон платы. Я взял медную жилу от витой пары, залудил её, и сделал из неё перемычки.

Вот что из этого получилось. Печатку и набор прошивок можно скачать в конце статьи.

На одной стороне платы (двусторонняя диаметром 18 мм) разместились все управляющие мозги, на другой стороне платы расположился драйвер светодиода с полигоном из меди для должного охлаждения. Опционально на плату может быть установлена вторая микросхема-драйвер AMC7135 для увеличения максимального выходного тока с 350 мА до 700 мА. Небольшие размеры платы выбраны не случайно - необходимо было уместить драйвер на родное место в корпусе. Вот фотка для оценки размеров получившейся платки:

Родной контроллер управления давал на светодиод следующий ток в режимах:

1 режим, примерно 200 мА;
2 режим, примерно 60 мА;
3 режим, примерно 60 мА (мигающий).

Родной контроллер управляется по следующему алгоритму. При нажатии на кнопку выполнялся переход на следующий режим. 1 --> 2 --> 3 --> ВЫКЛ и так по циклу. Если нужный режим случайно пропустил, то придётся сидеть и "нащёлкивать" пока не дойдёшь до нужного режима. Также для выключения фонарика нужно "прощёлкать" все режимы. О быстром включении/отключении фонарика можно даже и не мечтать.

Моя плата контроллера с драйвером выдает следующие токи в разных режимах:

1 режим, 30 мА;
2 режим, 130 мА;
3 режим, 350 мА (будет использоваться кратковременно, так как в корпусе фонарика не предусмотрено должного охлаждения для светодиода).

Мой контроллер управляется по следующему алгоритму. Однократное (короткое) нажатие выполняет включение/отключение фонарика (с сохранением последнего выбранного режима). Длительное удерживание кнопки выполняет переключение режима на следующий. Таким образом, мы имеем возможность как быстро включать/отключать фонарик, так и менять режимы. Надоедливого и бесполезного режима "мигалки" теперь нету. При снижении напряжения аккумулятора до заданного в "прошивке" уровня, фонарик переходит на предыдущий режим. Тоесть если стоял режим 3, то сначала контроллер включит режим 2, затем фонарик поработает какое-то время, затем включится режим 1, фонарик поработает ещё какое-то время, и только потом он выключится. В интернете уже есть аналогичные конструкции, но они либо имеют управление при помощи разрыва цепи питания, что не всегда оправданно, либо у них не используется режим сна, а это очень важно!!

Итак, выкидываем старые мозги, а также убираем конденсатор, зачем-то подключенный параллельно кнопке. Наверно китайцы боролись с дребезгом контактов. У меня обработка дребезга будет программная, поэтому конденсатор больше не нужен.

Также достаём штатный светодиод, будем менять его на эффективный светодиод CREE XPG с тёплым свечением.

Готовим наш новый светодиод:

Собираем оптический блок:

Теперь встраиваем новую плату управляющего контроллера и драйвера светодиода:

Cобираем корпус:

Таким образом, на внешний вид не произошло никаких изменений, но внутри теперь всё как и должно быть. Контроль разряда аккумулятора, стабилизация тока, нормальное управление режимами, и "правильный" светодиод. В выключенном состоянии контроллер потребляет мало энергии, так как микроконтроллер переводится в режим сна.

Позже был установлен нормальный контроллер заряда аккумулятора на микросхеме MAX1508, а также родной китайский аккумулятор был заменён на внешний блок аккумуляторов, состоящий из 2 оригинальных банок Sanyo UR18650.

В активном режиме микроконтроллер ATtiny13A потребляет менее 500 мкА благодаря работе на тактовой частоте 128 кГц. Также в активном режиме добавляется потребление AMC7135, потребление внешнего ИОН, и потребление внутреннего АЦП микроконтроллера. Суммарный ток потребления в активном режиме зависит от используемого ИОН, и может составлять от 0,1 мА до 1 мА. Я применил ИОН REF3125, суммарное потребление схемы в рабочем режиме составило 0,5...0,8 мА.

ИОН REF3125 можно заменить на аналоги:

ADR381
CAT8900B250TBGT3
ISL21010CFH325Z-TK
ISL21070CIH325Z-TK
ISL21080CIH325Z-TK
ISL60002BIH325Z
MAX6002
MAX6025
MAX6035BAUR25
MAX6066
MAX6102
MAX6125
MCP1525-I/TT
REF2925
REF3025
REF3125
REF3325AIDB
TS6001

Прилагаю небольшое видео, демонстрирующее управление режимами. Видео снято давно, светодиод ещё тогда стоял родной, позже он был заменён на CREE XPG, также стоял родной аккумулятор. Лень было заново снимать видео. Также хочу предупредить, что не каждый программатор поддерживает прошивку микроконтроллеров на частоте 128 кГц. Для прошивки я использовал программатор "USBAsp" со включенной опцией "Slow SCK". Всем удачных самоделок!!

Внимание! Прошивка управляющего микроконтроллера была полностью переписана. Алгоритм работы программы стал более корректным, устранены некоторые недочёты в работе устройства. Ниже Вы сможете скачать пробную версию прошивки с ограничением по времени работы 10 минут. По истечении тестового времени, гаснет светодиод и блокируется управление. После переподключения аккумулятора, вновь получаем 10 минут тестового времени.

Полную версию прошивки можно приобрести .

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
МК AVR 8-бит	ATtiny13A	1	корпус SOIC 208 mil	В блокнот
Конденсатор	1 мкФ	1	не менее 1 мкФ	В блокнот
Резистор	4.7 кОм	2	или 3...10 кОм

Схема фонарика с аккумулятором

Как радиомеханику мне интересны самые простые электронные устройства. На этот раз речь пойдёт о фонарике с аккумулятором.

Вот схема фонарика с аккумулятором.

Фонарик состоит из двух частей. В одной части размещён аккумулятор и сетевое зарядное устройство, а в другой - выключатель и лампа накаливания. Для зарядки аккумулятора одна часть фонарика отсоединяется от головной (где лампа и выключатель) и подключается к сети 220V.

На фото виден разъём-переходник, который соединяет аккумулятор и выключатель с лампой накаливания.

Устройство такого фонарика предельно простое. Для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора G1 ёмкостью 1 А/h (1 ампер-час) и напряжением 4V используется схема с гасящим конденсатором C1. На нём падает большая часть сетевого напряжения сети 220V. Затем переменное напряжение после гасящего конденсатора выпрямляется диодным мостом на диодах VD1 - VD4 (1N4001).

Для сглаживания пульсаций после диодного моста устанавливается электролитический конденсатор C2. Нагрузкой для всего этого выпрямителя является аккумулятор G1. Если его отключить, то на выходе выпрямителя будет напряжение около 300 вольт, хотя при подключенном аккумуляторе напряжение на его выходе составляет 4 - 4,5 вольта.

Стоит отметить, что схема с гасящим (балластным) конденсатором проста, но довольно опасна. Дело в том, что такая схема гальванически не развязана от сети 220 вольт. При использовании трансформатора схема становится более электробезопасной, но из-за дороговизны этой детали применяется схема с гасящим конденсатором.

Диод VD5 необходим для того, чтобы при отключении схемы от сети, аккумулятор не разряжался через схему выпрямителя и индикации на красном светодиоде HL1, и резисторе R2. А вот лампа накаливания EL1 (или схема из светодиодов) подключается к аккумулятору только через выключатель SA1. Получается, что диод VD5 служит неким барьером, который пропускает ток к аккумулятору от сетевого выпрямителя, а обратно нет. Вот такая простая защита. Также стоит сказать, что на диоде VD5 теряется небольшая часть от выпрямленного напряжения - за счёт падения напряжения на диоде при прямом включении (V F ). Оно составляет где-то 0,5 - 0,7 вольт.

Отдельно хотелось бы сказать об аккумуляторе. Как уже было сказано, он герметичный свинцово-кислотный (Pb). Состоит из двух ячеек по 2 вольта, соединённых последовательно. Т.е аккумулятор, как говорят, состоит из 2 банок.

На аккумуляторе указано, что максимальный ток заряда - 0,5 ампера. Хотя для свинцовых Pb аккумуляторов рекомендуется ограничивать ток заряда на уровне 0,1 от его ёмкости. Т.е. для данного аккумулятора лучшим зарядным током будет - 100mA (0,1A).

Типовыми неисправностями фонариков с аккумулятором являются:

Выход из строя элементов сетевого выпрямителя (диодов, электролитического конденсатора, резистора в цепи индикации);

Неисправность кнопки-выключателя (легко чинится любой подходящей кнопкой с фиксацией или же рокерным выключателем);

Деградация (старение) аккумулятора;

Износ контактных разъёмов.