Ремонт и модернизация светодиодных фонарей Lentel, Фотон, Smartbuy Colorado и RED своими руками. Как сделать экономичный светодиодный фонарик на одной батарейке Для чего в фонариках светодиодных транзисторы

Принцип работы
Нижеприведенная схема ("") позволяет питать светодиод белого или синего свечения, требующий напряжения питания 3 - 3,5 В, от одного гальванического элемента или аккумулятора NiCD ,NiMH , даже разряженных до напряжения 0,8 В под нагрузкой.

Для красных и желтых светодиодов напряжение питания при токе 20 мА составляет 1,8 - 2,4 В, а для синих, белых и зеленых - 3 - 3,5 В, поэтому запитать синий или белый светодиод от пальчиковой батарейки напрямую невозможно .
Схема представляет вариант блокинг-генератора и была описана из города Swindon в Великобритании в журнале "Everyday Practical Electronics " за ноябрь 1999 года. Ниже можно ознакомится с этой статьей:
(щелкните по рисунку мышкой для просмотра в крупном масштабе )

Питание схемы осуществляется от элемента LR6/AA/AAA напряжением 1,5 В - схема может непрерывно работать неделю от одной батарейки до ее разряда до 0,8 В!!! Примечание: AA или AAA (R6) - солевые батарейки, LR6 - щелочные (alkaline) батарейки.

Приведенная схема работает как управляемый током генератор. Всякий раз при выключении транзистора VT спадающее магнитное поле в обмотке трансформатора T вызывает возникновение положительного импульса напряжения (до 30 В) на коллекторе транзистора. Это напряжение вместе с напряжением источника питания (батарейки) прикладывается к светодиоду. Переключение происходит с очень высокой частотой и низким коэффициентом заполнения. Уменьшение сопротивления резистора R приводит к увеличению тока через светодиод и, соответственно, увеличивает яркость его свечения.
приводит вначале значение сопротивления 10 кОм (средний ток через светодиод 18 мА) и затем указывает, что уменьшение сопротивления до 2 кОм приводит к увеличению среднего тока до 30 мА. Также указывает, что коэффициент полезного действия зависит от использованного транзистора VT - к лучшим результатам приводит применение транзистора с низким напряжением насыщения между коллектором и эмиттером V CE (SAT) . Он указывает, что для транзистора ZTX450 (V CE (SAT) = 0,25 В) КПД равен 73 %, при использовании ZTX650 (V CE (SAT) < 0,12 В) возрастает до 79 %, а при применении BC550 падает до 57 %.

Упоминание подобной конструкции в статье М. Шустова "Низковольтное питание светодиодов" в журнале "Радиомир" №8 за 2003 год:

А вот конструкция японского радиолюбителя: http://elm-chan.org/works/led1/report_e.html

Моделирование
Для моделирования такого устройства можно использовать свободно распространяемый симулятор электрических цепей . Вот модель этого генератора:

При напряжении питания 1,5 В и индуктивности каждой из обмоток трансформатора 200 мкГн потребление мощности от батареи составляет 197 мВт, а на светодиоде выделяется 139 мВт. Потери мощности составили 58 мВт, из них в транзисторе 55 мВт, а в резисторе 3 мВт. Таким образом, КПД оказался равен 71%.

При напряжении питания 1,5 В и транзисторе BC547C (V CE (SAT) = 0,2 В) зависимость среднего тока светодиода от индуктивности обмотки трансформатора (с идентичными обмотками) представлена ниже:

При индуктивности обмотки меньше 17 мкГн преобразователь не запускается.

Зависимость среднего тока светодиода от напряжения питания приведена ниже:

Трансформатор
Также вместо самостоятельно намотанного трансформатора на ферритовом колечке можно использовать промышленный импульсный трансформатор, например,
М - малогабаритный, И - импульсный, Т - трансформатор, В - высота с выводами 55 мм.

МИТ-4В выпускается в корпусе коричневого или черного цвета.

Этот трансформатор имеет три обмотки (одну первичную и две вторичные) с единичным коэффициентом трансформации. Омическое сопротивление каждой обмотки составляет около 5 Ом, индуктивность около 16 мГн.
Обмотки содержат по 100 витков, намотанных проводом ПЭЛШО 0,1 на колечке К17,5х8х5 из феррита марки М2000НМ1-Б.
Обозначение ферритового колечка расшифровывается так: К - кольцо; 17,5 - внешний диаметр кольца, мм; 8 - внутренний диаметр кольца, мм; 5 - высота кольца, мм.
Марка феррита М2000НМ-1Б расшировывается так: 2000 - начальная магнитная проницаемость феррита; Н - низкочастотный феррит; М - марганец-цинковый феррит (до 100 кГц).
Первый вывод отмечен цифрой "1" на корпусе трансформатора, а нарисованная стрелка указывает направление отсчета оставшихся выводов. Я использовал обмотки с выводами 1-4 и 2-3.

Также можно использовать трансформатор согласующий низкой частоты ТОТ:

Этот трансформатор рассчитаны на работу на частоте до 10 кГц.
Обозначение "ТОТ" расшифровывается как: Т - трансформатор; О - оконечный; Т - транзисторный.
Броневой сердечник трансформатора ТОТ изготавливается из холоднокатаной ленты с высокой магнитной проницаемостью и повышенной индукцией технического насыщения марки 50H.
Расположение выводов трансформаторов ТОТ напоминает цоколевку электровакуумных ламп - имеется ключ и дополнительная маркировка первого вывода на боковой поверхности трансформатора (красная точка). При этом отсчет выводов производится по часовой стрелке со стороны монтажа, а первый вывод расположен в левом верхнем углу.

Цоколевка трансформаторов типов: а - ТОТ1 - ТОТ35; б - ТОТ36 - ТОТ189, ТОЛ1 -ТОЛ54; в - ТОТ202 - ТОТ219, ТОЛ55 - ТОЛ72

Германиевые транзисторы
Для снижения порогового напряжения батарейки, при котором светодиод еще светится, можно использовать германиевые транзисторы, например, советский n-p-n транзистор МП38А:

У этого транзистора прямое падение напряжения на p-n переходах составляет около 200 мВ .
Для проверки я собрал макетную конструкцию на транзисторе МП38А и трансформаторе МИТ-4В:

Довольно сильно разряженная литиевая батарейка CR2032 в этой схеме питает цепочку из пяти светодиодов. При этом напряжение батареи под нагрузкой составляет около 1,5 вольт.

Варианты улучшения схемы
1) Можно добавить конденсатор, включенный параллельно резистору.

Я оценил влияние конденсатора на КПД преобразователя, выполнив моделирование в :

Как видно из графика, после некоторого подъема КПД при дальнейшем увеличении емкости конденсатора КПД преобразователя начинает снижаться.
2) Также можно добавить последовательно со светодиодом диод Шоттки и включить параллельно светодиоду конденсаторы.

3) Для ограничения верхнего предела напряжения на нагрузке можно дополнительно включить стабилитрон (диод Зенера) параллельно светодиоду.

p-n-p транзисторы
Наряду с на n-p-n транзисторах, можно применять и транзисторы p-n-p структуры. Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp -транзистора ГТ308В (VT ) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 - выводы 2-3, L2 - выводы 5-6) :

Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) - целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.

мой преобразователь на p-n-p транзисторе

Я исследовал работу этого преобразователя с помощью цифрового осциллографа. При этом преобразователь питался от полуразряженного никель-кадмиевого аккумулятора, а в качесте нагрузки использовались два зеленых светодиода, подключенных через германиевый диод.

напряжение на нагрузке

Пиковое напряжение на нагрузке превышает 5 вольт, чего вполне хватает для свечения двух зеленых светодиодов даже с учетом падения напряжения на германиевом диоде.
Такая же форма кривой напряжения на нагрузке получается и при моделировании преобразователя в симуляторе :

напряжение на резисторе

напряжение между выводами 6-5 МИТ

Напряжение на нагрузке складывается из напряжения на обмотке 6-5 трансформатора и напряжения аккумулятора.

напряжение между выводами 3-2 МИТ

Как можно заметить, напряжения на обмотках трансформатора практически идентичны (с учетом расположения одноименных зажимов).

определение периода

Период следования импульсов составил 1,344 мс, т.е. частота генерации составила 744 Гц.

Для питания такого преобразователя можно использовать не только батарейку, но и ионистор (суперконденсатор):

Долго пылился на полке старый фонарик - ручка «Duracell». Работал он от двух батареек формата ААА, на лампочку накаливания. Очень удобен был, когда нужно посветить в какую-либо узкую щель в корпусе электронного прибора, но всё удобство от применения перечеркивал «жор» батареек. Можно было бы выкинуть этот раритет и поискать в магазинах что-то современнее, но… Это не наш метод... © Потому на Али была куплена микросхема светодиодного драйвера, которая помогла перевести фонарик на светодиодный свет. Переделка очень простая, которую сможет осилить, даже начинающий радиолюбитель, умеющий держать в руках паяльник… Так что, кому интересно, велком под Кат…

Микросхема драйвер покупалась давно, больше года назад, и ссылка на магазин уже ведет в «пустоту», потому я нашел аналогичный товар, у другого продавца. Сейчас этот драйвер стоит дешевле, чем я покупал его. Что же это за «клоп» с тремя ножками, давайте рассмотрим подробнее.
Для начала ссылка на даташит:
Микросхема представляет собой Led драйвер способный работать от низкого напряжения, к примеру, одной батарейки 1.5В формата ААА. Микросхема драйвера имеет высокую эффективность (КПД) 85% и способна «высосать» батарейку практически полностью, до остаточного напряжения 0,8В.
Характеристики микросхемы драйвера

под спойлером

Схема драйвера очень проста…

Как вы видите, кроме этой микросхемы «клопа» нужна всего одна деталь - дроссель (индуктор), и именно индуктивностью дросселя задается ток светодиода.
Для фонарика в место лампочки, я подобрал яркий белый светодиод, потребляющий ток 30мА, соответственно мне нужно было намотать дроссель индуктивностью 10мкГн. Эффективность драйвера составляет 75-92% в диапазоне 0.8-1.5В, что очень неплохо.

Приводить здесь чертеж печатной платы не буду, т.к нет смысла, плату можно изготовить за пару минут, просто процарапав фольгу в нужных местах.

Дроссель можно намотать, или взять готовый. Я намотал на гантельке, которая попалась под руку. При самостоятельном изготовлении необходимо контролировать индуктивность при помощи LC метра. В качестве корпуса для платы драйвера был использовать двух кубовый одноразовый шприц, внутри которого вполне достаточно места, что бы разместить все необходимые компоненты. С одной стороны шприца -резиновая пробка с светодиодом и контактной площадкой, с другой стороны вторая контактная площадка. Размер отрезка шприца подбирается по месту и приблизительно равен размеру батарейки ААА (мизиньчиковой, как её называют в народе)

Собственно собираем фонарик

И видим, что светодиод ярко светит от одной батарейки…

Ручка-фонарик в сборе выглядит вот так

Светит хорошо и вес фонарика стал меньше, потому как используется всего одна батарейка, а не две, как было изначально…

Вот такой получился коротенький обзор… При помощи микросхемы драйвера, вы можете переделать почти любой раритетный фонарик, на питание от одной батарейки 1.5В. Если есть вопросы спрашивайте…

Планирую купить +74 Добавить в избранное Обзор понравился +99 +185

Изменено в августе 2018 г.

Эта поделка может стать первым самостоятельно сделанным генератором, с которого может проявиться интерес к свободной энергии. Для уроков физики это видео будет отличным пособием для школьников.

Лучшее объяснение со сборкой рабочей модели генератора тока

В этом уроке рассказали про электромагнитную индукцию и покажу, как сделать простой генератор переменного тока.

Комментарии

Кайф. Хороший генератор. Для зарядки гаджетов или даже для светодиодного освещения вполне хватит если найти чем его крутить. Кстати, вот раз ты такой мудрый изобретатель идея – создай вибрационный генератор. Наши дороги способствуют тому, чтобы ток вырабатывался от тряски).

Yuriru05
8 месяцев назад
Все очень грамотно. Единственно, для генераторов я бы не стал использовать магниты от жестких дисков. Дело в том, что на нем 2 полюса на плоскости, а не с разных сторон, поэтому напряженность максимальная по краям магнита, а в середине нулевая. Желательно неодимовые магниты – таблетки, – будет значительное увеличение параметров тока и ЭДС. Но для демонстрации работы генератора и это нормально.

Самый простой эффективный генератор с магнитами

Чтобы создать простейший генератор тока для светодиодов, нужно взять неодимовые магниты, медную проволоку, светодиодные лампочки. Неодимовый магнит приобрести можно в интернет-магазине.

Однако, можно взять и готовый электрогенератор в китайском интернет-магазине.

На квадратный блок приклейте компакт-диск. На другом диске крепим с помощью клея четыре неодимовых магнита. Далее изготовим 5 катушек и соединим каждую из них со светодиодами. Для этого намотаем катушку из изолированного медного провода. Зачищаем концы катушки ножом. Концы катушки соединяем со светодиодом. Все 5 катушек с присоединенными к ним светодиодами приклеим к компакт-диску.

К центру устройства положим катушку от швейной машины. К обратной стороне диска с магнитами приклеим пробку от тюбика зубной пасты. На другой стороне приклеим шайбу. Теперь установим диск на ось, на который уже одет диск с катушками (с приклеенной на него катушкой от швейной машины). Расстояние между магнитами и катушками следует сделать минимальным.

Генератор электричества для светодиодов готов к работе. Осталось его запустить в темном помещении, чтобы увидеть световой эффект.

Перевод инструкции авторов самоделки. Для этого многократного генератора вам понадобятся 5 сильных неодимовых магнитов, 5 изолированных тонких катушек медной проволоки с 1000 оборотами и 5 светодиодов. Поместите 5 модулей с каждой катушкой, прикрепленной к одному светодиоду на деревянном основании. В центре находится вертикальный стержень. Компакт-диск с 5 сильными магнитами может вращаться на этом стержне. Зазор между магнитами и катушками составляет около 2-3 мм. Когда вы вращаете компакт-диск, движущееся магнитное поле создает EMF, и все светодиоды светятся ярко!

Иногда требуется использовать флюоресцентную лампу с холодным катодом из подсветки старого ЖК монитора, но нет в наличии инвертора. Нам поможет самодельный блокинг - генератор! Схема довольно проста:

Я взял готовый дроссель из электронного балласта компактной люминесцентной лампы. Эта обмотка, содержащая самое большое число витков, будет выдавать высокое напряжение для лампы.

Нужно аккуратно снять сердечник с дросселя, изолировать скотчем обмотку и намотать сверху обмотку коллектора проволокой примерно такой же толщины. У меня получилось где-то 24 витка. Необходимо мотать виток к витку. Как раз получается один слой.

Поверх нашей обмотки наклеиваем слой скотча и на него мотаем обмотку базы - около 6 витков проводом такой же толщины. Надеваем назад сердечник. У нас получилась катушка с 6 выводами.

Транзистор КТ835А. Можно использовать другие, но не любой. Из моих запасов многие транзисторы давали плохой результат, либо вообще не генерировали высокое напряжение.

Транзистор обязательно надо ставить на радиатор - сильно нагревается! Резистор тоже сильно греется, поэтому использовал 5 штук по 10 Ом. И 2 конденсатора. Как всё выглядит и работает ниже в фотографиях.

Данное устройство запускалось от компьютерного блока питания. Ток потребления 1А. Если лампа не полностью светится от 5 вольт, то можно постепенно повышать напряжение. После зажигания по всей длине, напряжение можно уменьшить, чтобы лампа меньше грелась.

Также блокинг - генератор позволяет включать люминесцентные лампы даже с перегоревшей спиралью.

Вот пример работы компактной люминесцентной лампы. Кстати, дроссель был взят именно из такой лампы.

И на этом не заканчивается применение данного изобретения! К высоковольтным проводам вместо ламп можно подключить умножитель напряжения. Тогда на его выходах получается высокое напряжение, способное пробивать воздух, т.е. мы увидим небольшие молнии!

Только у множитель не должен находится рядом с блокинг - генератором!!! Высокое напряжение выводит из строя транзистор!!! У меня несколько сгорело, пока я не понял в чём дело.

Для просмотра в большем размере нужно нажать на ссылку с названием видео, или на кнопку YouTube во время проигрывания!

И схема умножителя напряжения. Конденсаторы подходят только такого типа, как на фото, диоды любые.

Ещё можно сделать более экономичный блокинг - генератор , используя трансформатор строчной развёртки (ТДКС) от старого телевизора или монитора. Из-за способности работать от низкого напряжения, его ещё называют похититель джоулей или joule thief. Я использовал один аккумулятор 1,2 В. Но устройство можно питать и большим напряжением - подключал максимум 19 Вольт. Примерная схема:

Только я использовал транзистор MJE13003 и переменный резистор 680 Ом. Чтобы правильно подключить трансформатор, нужно найти два вывода с наименьшим сопротивлением (у меня это 0,5 Ом) и два с наибольшим сопротивлением (у меня 1 Ом). В разных строчниках расположение и сопротивление выводов будет разным. Испытания схемы на видео:

Для тех из вас, кто не знает, о чем идёт речь, блокинг генератор — это крошечная схема с самозапиткой, которая позволит вам зажигать светодиоды от старых батареек, напряжение которых упало вплоть до 0.5 Вольт.

Вы думаете, что батарейка уже отжила свое? Подключите её к блокинг генератору и выжмите из неё всё до последней капли энергии своими руками!

Шаг 1: Компоненты и инструмент

Для проекта понадобится всего несколько вещей, которые видны на фотографии, но для тех из вас, кто любит читать, я приложу вариант списка в текстовом виде:

Паяльник
Припой
Светодиод
Транзистор 2N3904 или его эквивалент
Резистор 1К
Тороидная бусина
Тонкий провод, двух цветов

Если вы найдёте транзистор 2N4401 или BC337, то светодиод будет гореть ярче, так как они рассчитаны под большую силу тока.

Шаг 2: Обмотайте тороид проводом

Сначала нужно обмотать проводом тороид. Свой я нашел в старом блоке питания. Тороиды похожи по форме на пончик и притягиваются магнитом.

Возьмите два провода, скрутите вместе их концы (вам необязательно делать так, но это немного упростит обмотку тороида).

Пропустите скрученные концы через тороид, затем возьмите два других (нескрученных конца) и обмотайте вокруг тороида. Не перекручивайте провода, убедитесь, что по всей обмотке нет места, где два повода с одинаковым цветом находятся рядом. В идеале нужно сделать 8-11 витков, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга и плотно прилегающих к тороиду. Как только вы завершите обмотку, отрежьте излишнюю длину провода, оставив около 5 см для соединения с другими компонентами схемы.

Снимите с концов проводов немного изоляции, затем возьмите по одному проводу с каждой стороны, убедившись что они разных цветов. Скрутите их и ваш тороид готов.

Шаг 3: Припаиваем компоненты

Пришло время спаять всё в одно устройство. Вы можете поместить всё на макетную плату, но в инструкции я решил собрать всё на коленке. Можете следовать текстовой инструкции или спаять всё по картинкам — там всё отлично отображено.

Сначала возьмите два внешних контакта транзистора и слегка отогните их наружу, а средний загните внутрь. Контакты светодиода также согните наружу. Это необязательный шаг, но он поможет проще спаять компоненты.

Возьмите один из проводов тороида, которые остались несоединёнными (всё правильно, один из нескрученных вместе проводов). Припаяйте его к одной из сторон резистора. Припаяйте другой конец резистора к среднему контакту транзистора.

Возьмите второй одиночный провод тороида и припаяйте его к коллектору транзистора. Припаяйте положительный контакт светодиода также к коллектору, а отрицательный контакт к эмиттеру.

Всё, что осталось сделать — это припаять удлинительный провод к отрицательному контакту светодиода. Возьмите кусок провода, который у вас был до этого, и припаяйте его к эмиттеру транзистора.

Шаг 4: Пробуем девайс в действии

Всё готово! Вы завершили ваш блокинг генератор на одном транзисторе. Приложите скрученные провода тороида к положительному контакту батарейки, а удлинительный провод к отрицательному контакту. Если всё собрано правильно, то светодиод загорится. Если светодиод не загорится, то попробуйте обмотать тороид более тонким проводом.