Ручной фонарик – необходимый в быту и на производстве инструмент. Там, где освещения недостаточно, он поможет выполнить работу, найти неисправность, отыскать упавший или закатившийся предмет. Чтобы отремонтировать вышедший из строя светильник или модернизировать его, необходимо знать его электрическую схему.
Как устроен ручной фонарик
Устройство фонарика несложное. Он состоит из батарейного отсека и отсека с излучателем и рефлектором, а также выключателя питания.
Такое наполнение не изменилось со дня изобретения карманного электрического светильника, хотя элементная база поменялась кардинально.
Схема простейшего фонарика
Электрическая принципиальная схема простого карманного фонарика состоит всего из трех элементов:
- батарейки (или нескольких);
- выключателя питания;
- лампочки накаливания.
Схема фонарика на светодиодах
В современных условиях лампы накаливания интенсивно вытесняются светодиодами. Они не выдержали конкуренции из-за более низкого КПД и меньшего срока службы. В переносных ручных светильниках полупроводниковые светоизлучающие элементы также получили широкое распространение. Но просто взять и заменить лампочку светодиодом (или матрицей из светодиодов) не получится. Нужно устройство, которое ограничило бы ток через полупроводниковые элементы. Оно называется драйвером и представляет собой электронный стабилизатор тока.
Недостатком такой схемы является невысокая ремонтопригодность такого фонаря – для восстановления электронной схемы потребуется квалифицированный мастер и соответствующее лабораторное оборудование.
Драйвером может служить обычный резистор, который ограничит ток и погасит излишки напряжения. Но на сопротивлении будет бесполезно теряться достаточно большая мощность. Для фонаря с питанием от сети этот факт не важен, а для светильника с батарейным или аккумуляторным питанием такой недостаток может оказаться критическим.
Важно! В конструкцию светодиодного фонаря добавляется еще один элемент – теплоотводящий радиатор. Хотя излучение светодиодов принципиально не связано с нагревом, но закон Джоуля-Ленца не обойти. При прохождении тока через излучающие элементы выделяется тепло. Если не принять мер, то перегрев LED заметно снизит срок их службы.
Схема налобного фонаря
Популярная конструкция светодиодного фонаря – налобная. Такой светильник позволяет полностью освободить руки и направлять луч света в нужное место поворотом головы: вслед за взглядом. Это удобно при ремонте автомобиля, при прогулках по затемненным территориям и т.д.
Схема такого светильника строится по принципу:
- управляющая схема (отвечает за переключение режимов);
- буферный усилитель;
- транзисторный ключ для включения светодиода.
Один из вариантов такого устройства – когда блок управления выполнен на стандартном микроконтроллере (например, ATtiny85), в который зашита программа управления режимом излучателя, промежуточным усилителем служит операционный усилитель OPA335, а в качестве ключа используется полевой транзистор IRLR2905.
Такая схема недорога, надежна, но имеет технологический недостаток: перед установкой надо программировать контроллер. Поэтому при массовом производстве в качестве блока управления используется специализированная микросхема FM2819 (на корпус может быть нанесено сокращенное обозначение 819L). Этот чип может включать и выключать светоизлучающий элемент, и запрограммирован на четыре режима:
- максимальная яркость;
- средняя яркость;
- минимальная яркость;
- стробоскоп (мигающий свет).
Режимы переключаются циклически коротким нажатием на кнопку. Длительное нажатие переводит фонарь в режим SOS. Изменить программу нельзя (по крайней мере, в даташите не говорится о такой возможности). Микросхема не требует промежуточного усилителя, но очень мощные светодиоды подключать напрямую к выходу нельзя – есть ограничение по нагрузке (и есть защита от ее превышения).
Поэтому мощные элементы подключаются через ключ. В большинстве случаев им служит полевой транзистор, допускающий длительную работу с большим током в цепи стока, например FDS9435A производства Fairchild или других аналогичных, которые можно выбрать по параметрам из таблицы характеристик FDS9435A.
| Структура | Максимальное напряжение затвор-исток, В | Сопротивление канала в открытом состоянии | Максимальная рассеиваемая мощность, Вт | Наибольшй ток стока в постоянном режиме, А |
| Р-канал | 25 | 0,05 Ом при 5,3 А, 10 В | 2,5 | 5,3 |
Схема фонарика сводится всего к двум активным элементам и обвязке из нескольких конденсаторов и резисторов (плюс аккумуляторные элементы и матрица из светодиодов, само собой).
Схема аккумуляторного фонарика с зарядкой от сети 220
Удобнее и экономнее питать фонарь не от батареек, а от аккумуляторов, которые можно заряжать. Еще удобнее иметь такой светильник, возобновлять заряд элементов которого можно не извлекая их из корпуса. Достаточно просто подключить фонарик к однофазной сети 220 В.
Здесь к обычной схеме добавлены элементы:
- двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1, VD2 (также может быть собран по мостовой схеме);
- балластный конденсатор для гашения излишнего напряжения С1 с разрядным сопротивлением R1;
- резистор R2 для ограничения тока заряда аккумулятора;
- цепочка R4VD5 для индикации подключения к питающей сети.
Важно! У таких бестрансформаторных схем есть существенный недостаток. При случайном прикосновении к любой точке цепи есть риск оказаться под напряжением. Применение же сетевого понижающего трансформатора приведет к значительному увеличении массогабаритных характеристик.
Поэтому такая схема встречается все реже. Для зарядки аккумуляторов без их извлечения используются внешние источники питания с низким выходным напряжением (включая зарядку от устройства, совместимого со стандартом USB).
Модернизация фонарей
При внимательном рассмотрении схемы фонаря из предыдущего раздела становится очевидным, что светодиод VD5 горит всегда при подключении к сети 220 В. Его свечение не зависит от заряда и даже наличия аккумуляторов. Чтобы устранить этот недостаток, индицирующую цепочку надо включить в цепь заряда батареи. Для этого надо установить резистор R5 мощностью 0,5 Вт с таким расчетом, чтобы при токе в 100 мА на нем падало около 3 В (около 30 Ом). Индицирующую цепочку надо подключить параллельно с соблюдением полярности.
Все изменения и дополнения показаны синей линией. После переделок светодиод будет гореть только при наличии тока заряда (при выключенном питании излучающей матрицы!)
Проверка работоспособности
Если китайский фонарик вышел из строя, можно попытаться найти неисправный элемент и заменить его либо отремонтировать. Алгоритм поиска показан на примере светильника с зарядкой от сети.
- Если фонарь не светит, при включении в сеть индикатор не горит, надо проверить, приходит ли 220 В на схему. Для этого надо измерить переменное напряжение в точке 1. Если напряжения нет, надо проверить сетевой шнур и разъем.
- Если все в порядке, светодиод должен гореть. Если нет – проверить его цепь, а также диод VD2 на предмет короткого замыкания.
- Далее надо извлечь аккумуляторы и проверить постоянное напряжение в точке 2 – оно должно быть примерно равно напряжению аккумуляторов. Если нет – проверить исправность диодов VD1, VD2.
- Если все в порядке, вероятно, неисправны аккумуляторы. Надо проверить напряжение на них.
- Если дело не в этом, надо проверить исправность выключателя, прозвонив его тестером в режиме звуковой проверки (при выключенном из сети устройстве и извлеченных аккумуляторах!).
- Если и тут все нормально, неисправность надо искать в драйвере или в светодиодной матрице.
При наличии небольших знаний в электротехнике модернизировать или починить ручной фонарик несложно. Главное, разобраться в его устройстве.
