Эта заметка адресуется обладателям налобного фонаря с тремя батарейками и 3-5 маломощными (до 100мВт) светодиодами. Наверняка многие обращали внимание, насколько ярче светит фонарь при смене батареек, в то время как на старых батарейках вольтметр показывает 1,3 – 1,4 вольта, т.е., казалось бы, «им еще жить да жить». Цель – доступными средствами приблизиться к идеалу, т.е. добиться более-менее постоянной яркости свечения фонаря независимо от степени разрядки батареи. Суть доработки: замена токогасящего резистора на лампочку накаливания, замена электронного выключателя (если таковой имеется) на механический, и использование более современных литиевых батареек. Переделки эти могут показаться, мягко говоря, малотехнологичными, поэтому: Если позволяют средства, то проще купить какой-нибудь продвинутый Petzl с интеллектуальной электроникой и не читать дальше. Если же такая покупка не по бюджету, или просто интересно – тогда WELCOME Теория Известно, что сопротивление нити накала лампочки увеличивается с ростом температуры, что позволяет использовать ее в качестве стабилизатора тока (на этом принципе работали газонаполненные бареттеры). На следующих двух рисунках показаны измеренные вольтамперные характеристики маломощного «белого» светодиода и лампочки типа СМН (по горизонтали – милливольты, по вертикали – миллиамперы).
Пара замечаний. Диапазон изменения тока: на сайтах производителей рабочий ток светодиодов указывается 20мА, но кое-где упоминается 30мА как максимально допустимый долговременный. Собственно, во всех попадавшихся мне фонарях при свежих батарейках в светодиоды течет скорее 30мА (а то и больше) нежели 20. Характеристики светодиодов и, тем более, лампочек, могут сильно варьироваться, поэтому на практике придется потратить время на предварительные измерения. В частности, даже точное наименование лампочек неизвестно, скорее всего 9 Вольт / 60 мА (мне досталась кучка неизвестно чего, из которой отобрал то, что подошло). Я же предупредил, что «нетехнологично».
Практика Первый фонарь с 5 светодиодами я переделал в 2006 году, когда про литиевые батарейки мы еще даже не слышали. В фонаре был штатный механический выключатель, переключавший режимы «постоянный / моргающий». Выводы микросхемы просто отрезал на плате, а в качестве регулятора использовал лампочку МН 2,5В 0,15А. Чтобы хоть как-то разместить лампочку в фонаре, пришлось удалить ее юбку. На следующих двух рисунках показаны измеренные вольтамперные характеристики указанной лампочки, пяти светодиодов (зеленая линия), совокупная характеристика пары «светодиоды + лампочка» (синяя линия) и, для сравнения, пары «светодиоды + токогасящий резистор 11 Ом» (красная). По горизонтали – вольты, по вертикали – миллиамперы.
На переделку второго фонаря было потрачено намного больше усилий.
3. Замерил характеристики имеющихся лампочек СМН и светодиодов, подобрал пары «светодиод + лампочка» по принципу схожести совокупной характеристики. 4. В процессе измерений сжег один светодиод. Он вроде как и горит, но ток берет очень большой. Омметр показал примерно 25 Ом, причем независимо от полярности. Попытка найти замену успехом не увенчалась, слишком большая разница в световыходе. Пришлось извлечь светодиоды из другого аналогичного фонаря, благо таковой был. Как это случилось: снимая очередную характеристику, дошел до 5 вольт и все было нормально. Но вот при последующем включении не учел, что лампочки в холодном состоянии имеют намного меньшее сопротивление и получился бросок тока. Этот факт стал поводом для следующей доработки. 5. Поскольку предполагается использовать литиевые батарейки, не исключается возможность сжечь светодиоды в процессе эксплуатации. Проводим измерения тока в момент включения фонаря при напряжении, соответствующем «установившимся» после прогрева лампочек 70 мА на три светодиода. На следующих двух рисунках показана измеренная переходная характеристика.
Первый рисунок: 20мА/50мсек/деление. Есть зашкаливающий начальный выброс, потом прогрев лампочек с характерным временем ~200мсек и начальным током ~80мА. Можно считать, что за 400мсек лампочки прогрелись и ток упал до 70мА. Второй рисунок: та же кривая, но при 100мА/10мксек/деление. Начальный выброс ~300мА, и это не окончательная цифра, т.к. мы предварительно ограничились конечными 70мА, что соответствует питанию ~4В. Да, кратковременные провалы – это дребезг контактов геркона при замыкании.
Финальная переходная характеристика снята при конечных 80мА:
Первый рисунок: 20мА/100мсек/деление. Виден тоже зашкаливающий начальный выброс и прогрев лампочек при замкнутых ключах в течение ~ 220мсек. За это время лампочки разогреваются до состояния «сильнее чем конечное», поэтому после размыкания ключей ток составляет ~70мА. Далее, с охлаждением лампочек, ток плавно нарастает до конечных 80мА. Визуально, фонарь плавно «разгорается» в течение 1сек. Второй рисунок: та же кривая, но при 50мА/10мксек/деление. Начальный выброс ~170мА, что примерно соответствует расчетному значению.
Заключение Все три предложенные изменения можно вносить как вместе, так и отдельно. Единственное замечание, если захочется обойтись простой заменой батареек на литиевые. Однозначно, все станет намного лучше, но, по крайней мере, не поленитесь и проверьте, какой при этом будет течь ток в светодиоды, дабы не было потом грустно за испорченные светодиоды. Ведь даже на цинковых батарейках при продаже продавцы демонстрируют очень приличную яркость фонаря. |
