Как сделать фонарик с зарядкой

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 30.08.2024

Неизвестно почему, но каждый раз, когда возникает необходимость воспользоваться фонариком, батарейки в нем оказываются подсевшими. Знакомая ситуация? Видимо, многие из нас пользуются фонариком так редко, что батарейки постепенно саморазряжаются, и в результате когда они становятся нужными, оказывается, что они уже израсходовали свою энергию.

В этом случае негодные марганец-цинковые батарейки заменяются никель-кадмиевыми элементами. Остроумный выход, пока не потребуется фонарик и не обнаружится, что элементов в нем нет. Хорошо еще, если они со времени последнего использования были подключены к зарядному устройству или в крайнем случае если удастся отыскать их в темноте.

Короче говоря необходим всегда готовый к работе фонарик, т. е. батареи в нем должны быть свежезаряженными. Этому требованию удовлетворяет фонарик, подзаряжаемый от солнца. Нет необходимости вынимать из него батареи, они всегда находятся в заряженном состоянии.

Хитроумной частью устройства является сам фонарик, который включает в себя магнитный держатель, который притягивается ко многим металлическим поверхностям. Держатель состоит из двух магнитных стержней, запрессованных в пластмассовый корпус. К каждому магниту был прикреплен изолированный провод и пропущен внутри трубки к элементам.

Никель-кадмиевые батареи, обычно называемые никель-кадмие-выми элементами, несколько отличаются от большинства сухих элементов, например марганец-цинковой батареи, обычно используемой в фонариках. Разряжаясь, батарея теряет часть своего напряжения. Этот эффект проявляется в яркости свечения лампочки фонарика. С разрядом батареи свечение становится все более тусклым, пока совсем не прекратится.

В отличие от этого никель-кадмиевые элементы довольно стабильно держат напряжение в течение разряда. Это можно заметить по постоянству свечения вплоть до глубокого заряда. После того как элемент разрядится, напряжение на нем быстро падает и свечение прекращается. На рис. 1 для сравнения приведена зависимость напряжения от степени разряда элементов двух упомянутых типов.

Как можно видеть, для определения оставшегося срока службы марганец-цинкового элемента необходимо просто измерить напряжение на нем. Для никель-кадмиевого элемента это не так Просто сделать. Элемент, разрядившийся на 80%, выдает такое же напряжение, как только что подзаряженный элемент.

Таким образом, при подзарядке никель-кадмиевого элемента возникает некоторая сложность. Пока элемент полностью не разрядится, мы не можем судить об его состоянии. Кроме того, никель-кадмиевые элементы весьма чувствительны к перезаряду, который может вывести их из строя. Таким образом, частично разряженный элемент ставит действительно сложный вопрос: какой заряд он может принять?

Чтобы лучше понять принцип работы зарядного устройства, необходимо прежде всего ознакомиться с работой самого никель-кад-миевого элемента. Можно начать рассмотрение с полностью разряженного элемента. Чтобы его зарядить, необходимо через него пропустить ток.

Благодаря своей конструкции никель-кадмиевый элемент имеет довольно большое внутреннее сопротивление, которое обратно пропорционально количеству заряда, накопленного в элементе: чем меньше заряд, тем выше сопротивление.

Из-за наличия внутреннего сопротивления часть энергии зарядного тока превращается в тепло. Следовательно, необходимо начинать заряд с малого тока, иначе энергия, рассеиваемая на внутреннем сопротивлении в виде тепла, приведет к выходу элемента из строя. По мере заряда внутреннее сопротивление элемента уменьшается. Чем меньше сопротивление, тем меньше рассеивается тепло и тем эффективнее протекает заряд элемента. Кроме того, теперь через элемент можно пропускать больший зарядный ток, что еще более ускорит процесс заряда. Практически можно закончить цикл заряда при токе, значительно превышающем начальный ток.

Однако весьма сложно регулировать и поддерживать такой режим заряда. Для простоты фирмы-изготовители рекомендуют максимально безопасную величину тока независимо от состояния батареи.

Для дисковых никель-кадмиевых элементов этот ток не превышает величины 330 мА. Даже полностью разряженный элемент, имеющий высокое внутреннее сопротивление, можно не опасаясь заряжать таким током. Однако до сих пор не получен ответ на вопрос: какое количество заряда не принесет вреда элементу?

Упомянутый выше зарядный ток можно поддерживать только до тех пор, пока батарея полностью не зарядится. Обычно на это требуется 4 ч. Если продолжить подзарядку, возникает опасность перезаряда элемента, которая может повлечь за собой снижение срока службы батереи или хуже — разрушение элемента. Таким образом, если батарея разряжена только наполовину, ее можно легко перезарядить, даже не зная об этом.

Вот почему фирмой-изготовителем рекомендуется медленная подзарядка. Для дискового элемента подзарядный ток не должен превышать 100 мА. При медленной подзарядке можно, не опасаясь перезаряда, заряжать элемент в течение рекомендованных 14 ч, необходимых для зарядки полностью разряженного элемента. Фактически можно постоянно слегка заряжать элемент, не опасаясь его разрушения: скорость заряда достаточно низка и избыточная энергия легко рассеивается элементом.

В данном случае было решено выбрать малую скорость заряда батареи. Полная схема зарядного устройства и фонарика представлена на рис. 2. Для ограничения зарядного тока, протекающего через никель-кадмиевые элементы, в цепь была включена лампа накаливания. Лампы накаливания с вольфрамовой нитью имеют специфическую характеристику. Холодная нить обладает весьма низким сопротивлением. По мере нагрева нити ее сопротивление увеличивается более чем в 10 раз. Включив такую лампу последовательно с никель-кадмиевыми элементами, можно частично скомпенсировать внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи.

При подключении полностью разряженной аккумуляторной батареи к солнечной батарее процесс заряда происходит слеующим образом. Солнечная батарея создает в цепи ток, протекающий через никель-кадмиевые элементы и лампу накаливания. Ток ограничивается суммарным сопротивлением аккумуляторных элементов и нити лампы.

Сначала большая часть энергии поглощается батареей благодаря ее высокому внутреннему сопротивлению. Меньшая часть энергии выделяется на лампе, поскольку в этот момент ее нить имеет сравнительно низкое сопротивление порядка 7 Ом.

Независимо от внутреннего сопротивления никель-кадмиевые батареи имеют собственное предельное напряжение 1,5 В на элемент. Другими словами, полное напряжение на аккумуляторной батарее в процессе заряда при любых условиях ограничено величиной порядка 3 В. При небольшом ограничивающем резисторе (сопротивление нити накала лампы 7 Ом) аккумуляторные батареи быстро уменьшают выходное напряжение солнечной батареи примерно до 3 В.

По мере заряда аккумуляторной батареи ее внутреннее сопротивление уменьшается, что в свою очередь вызывает увеличение тока, протекающего через аккумуляторные элементы и через лампу, а также сопротивление лампы. Фактически лампа восполняет потерю сопротивления аккумуляторной батареи, и зарядный ток остается более или менее постоянным. С увеличением сопротивления лампы напряжение на ней увеличивается. Но поскольку напряжение на батарее фиксировано, это приводит к постепенному увеличению выходного напряжения солнечной батареи.

Такая тенденция сохраняется до тех пор, пока аккумуляторная батарея не зарядится полностью. К этому моменту рабочая точка на вольт-амперной характеристике солнечной батареи сместится таким образом, что напряжение 2 В будет приложено к ограничивающей ток лампе. При этом напряжении сопротивление нити составляет 25 Ом, ограничивая зрядный ток величиной 80 мА. Никакого дальнейшего увеличения тока или напряжения происходить не будет, так как рабочая точка находится на изгибе вольт-амперной кривой фотоэлектрического преобразователя (рис. 3). Можно сказать больше: данный ток до того мал, что никель-кадмиевые элементы могут находиться под зарядом сколь угодно долго.

Помимо ограничения зарядного тока лампа является индикатором наличия процесса заряда. Яркое свечение соответствует большому току, протекающему через элементы. Слабое свечение или его отсутствие свидетельствует почти об отсутствии зарядного тока.

5-вольтовая батарея прекрасно подходит по двум причинам: напряжения 5 В достаточно для зарядки никель-кадмиевых элементов и, кроме того, остается электроэнергия для световой индикации.

Простейшая солнечная батарея, состоящая из 11 элементов, более или менее соответствует приведенным выше требованиям. Для подобных устройств можно использовать небольшие серповидные элементы, так как они очень дешевы и развивают достаточную мощность. Такие элементы обычно генерируют ток 80—100 мА.

Требования к солнечной батарее достаточно мягкие, тем не менее она должна совместно с лампой обеспечивать регулирование. Хотя солнечная батарея позволяла генерировать 5 В при токе 80 мА, выбор был достаточно произволен. Если имеется солнечная батарея, генерирующая 6 В при токе 100 мА или более, то она будет прекрасно работать. Дополнительное напряжение рассеется на лампе, поддерживая ток на требуемом уровне.

Основание зарядного устройства изготавливается из прямоугольного куска древесины размером 5х 10 см2 (подойдет любой короткий брусок). Если предпочтение отдается теплым тонам, то можно выбрать брусок из красного дерева или использовать окрашенный сосновый или еловый брусок. Окончательно изделие выглядит, как показано на рис. 4.

На лицевой поверхности основания закреплены две стальные полоски. Подойдет любой магнитный материал, например стальная лента, используемая для окантовки деревянной тары. Такая сталь тонка, упруга и является хорошим проводником электричества.

Сначала к нижним сторонам полосок необходимо припаять проводники, а затем просверлить для них отверстия в бруске. Полоски располагаются на том же расстоянии, что и магниты на фонарике, и приклеиваются к основанию клеем или эпоксидной смолой.

Один из проводников подсоединяется к солнечной батарее, другой припаивается к цоколю лампы. Оставшийся вывод солнечной батареи присоединяется к внешней (резьбовой) части индикаторной лампы. Наконец, в нижней части основания просверливается отверстие диаметром 0,9 см, в него вставляется и приклеивается сигнальная лампа.

Для проверки устройства необходимо просто накоротко соединить контактные полоски проволокой, при этом должна загореться лампа. Если фотоэлектрический преобразователь освещается солнцем, лампа будет ярко светиться.

Наконец необходимо видоизменить конструкцию фонарика. Принцип ясен из рис. 5. Сначала нужно присоединить к каждому магнитному стержню по гибкому проводнику. Это можно сделать по-разному, в зависимости от конструкции конкретного фонарика. Можно припаять проводники, используя достаточное количество флюса и стараясь не расплавить пластмассовый корпус. Можно прсверлить отверстия в магнитных стержнях (если, конечно, к ним имеется доступ) и закрепить в них проводники небольшими винтиками или заклепками.

После этого необходимо в корпусе фонарика просверлить отверстие, чтобы можно было протянуть проводники внутрь. Если корпуо фонарика металлический, проводники для предотвращения истирания изоляции и короткого замыкания защищаются с помощью изоляционной втулки (или другого подходящего элемента). С пластмассовым фонариком работы, конечно, меньше.

Один проводник припаивается к центральному выводу патрона лампы фонарика так, чтобы после повторной сборки был обеспечен прежний надежный контакт между положительным выводом батареи и цоколем лампы (проводник прокладывается на некотором расстоянии от вращающихся частей).

Второй проводник от магнитного стержня пропускается в основание корпуса фонарика, где расположена пружина. Необходимо обрезать его по длине и вынуть пружину. В цепь включается диод. Маркированный полоской вывод диода припаивается к проводнику, а анодный (немаркированный) вывод — к пружине. Диод размещается вблизи более широкого конца пружины так, чтобы при сжатии она не могла его повредить. На диод надевается кусочек гибкой пластмассовой трубочки, чтобы избежать короткого замыкания на корпус фонарика.

Диод выполняет две функции. Во-первых, он предохраняет аккумуляторную батарею от разрядки через солнечную батарею в ночное время. Во-вторых, при подключении фонарика к зарядному устройству в обратной полярности диод не пропустит тока и предохранит батареи от противозаряда. Теперь необходимо окончательно собрать фонарик, он готов н работе. Лучше всего разместить зарядное устройство на стене так, чтобы линза фонарика была обращена вниз и не загрязнялась.

Необходимо удостовериться в соблюдении полярности при подключении фонарика к зарядному устройству. При одной полярности будет иметь место заряд, при другой — отсутствовать из-за блокирующего диода.

Чтобы избежать этого, необходимо периодически включать фонарик и полностью разряжать батареи, а затем снова подключать их к зарядному устройству. Полный заряд батарей должен длиться в течение 2 ч.

Список деталей

Фонарик с магнитным держателем 2 круглых никель-кадмиевых элемента

Зарядное устройство Деревянный брусок размером 5х 10Х Х20 см3

2 стальные полоски (длиной примерно 5—6 см)

Сигнальная лампа 11 кремниевых солнечных элементов, генерирующих в обычных условиях 80—100 мА (см. текст)

Литература: Байерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988 год.

Светодиодные фонари считаются одним из наиболее удачных вариантов, демонстрирующих высокую работоспособность, эффективность, обладающих длительным ресурсом. Единственным недостатком таких светильников является довольно высокая цена. Кроме того, рынок наводнен изделиями неизвестных производителей, которые работают максимум неделю. Однако, вполне возможно собрать светодиодный фонарь своими руками, и подобных конструкций достаточно много. Рассмотрим порядок изготовления внимательнее.

Основные составляющие

Конструкция светодиодного фонарика будет состоять из одних и тех же узлов вне зависимости, самодельный он, или изготовлен на фабрике. Важным требованием для него станет мобильность, т.е. это должен быть аккумуляторный фонарь с зарядкой от сети 220 В (самый простой и доступный вариант), или от USB компьютера, ноутбука. Этот способ позволяет подзарядить светодиодный прибор в полевых условиях, что весьма важно в походе.

Основные узлы и детали такого устройства:

мощный светодиод или матрица;
радиатор для отвода тепла;
аккумулятор;
модуль зарядки;
отражатель с линзой;
корпус.

Большинство деталей изготовить своими руками невозможно. Обычно используют готовые узлы, приобретенные специально для такого случая или взятые из сломанных устройств. Единственный вариант, допускающий творческий подход — корпус фонарика, так как сделать его можно из различных деталей-доноров.

Принцип работы устройства

Светодиодный фонарик работает на обычном для подобных устройств принципе:

Вариант с использованием микромодуля зарядки представляется более удачным. Устройство выполняет функции контроллера заряда и не допускает избыточного накопления энергии. Кроме того, размеры этого модуля позволяют установить его в маленький корпус, что важно при изготовлении компактных устройств. Наличие разъема микро USB позволяет использовать отдельный шнур, который вставляется только на время зарядки.

Внимание! Стандартные светодиодные фонари питаются от аккумуляторов 12 вольт, что увеличивает срок зарядки и требует наличия сети 220 В. Вариант, который предлагается сделать своими руками, позволяет использовать аккумулятор от смартфона или мобильного телефона, а зарядить его можно в полевых условиях от гнезда USB ноутбука.

Необходимые детали

Для сборки светодиодного фонаря своими руками понадобятся:

Вместо пластикового шприца можно использовать любую трубку из диэлектрического материала тог же диаметра.

паяльник с припоем;
ножницы;
острый нож или устройство для снятия изоляции;
бормашина;
набор надфилей, напильник;
зажигалка, строительный фен.

Могут потребоваться и другие инструменты, доступные пользователю и позволяющие выполнить некоторые операции с более удачным результатом.

Собираем мощный светодиодный фонарик

Рассмотрим порядок сборки светодиодного фонаря своими руками. Для удобства процесс будет отображен поэтапно.

Подготовка светодиода с линзами

На алюминиевой пластинке отмечается диаметр колпака с рассеивающей линзой. На получившейся окружности отмечаются посадочные гнезда и прочие элементы радиатора. Затем по разметке вырезают и надфилем подгоняют по размеру теплоотвод для имеющегося светодиода. Затем с колпачка временно удаляют рассеивающую линзу и приклеивают радиатор с тыльной стороны. Для этого подойдет суперклей или иной быстросхватывающийся состав. Необходимо контролировать процесс склейки и обеспечить соосность всех отверстий на колпачке и алюминиевом теплоотвод

Залудить контакты ЛЕД элемента и припаять к ним соединительные провода. Их длина должна быть около 150 мм каждый, чтобы с гарантией превысить размер корпуса от шприца. Места пайки закрыть термоусадочной трубкой, которую нагреть феном или зажигалкой (что опасно, так как можно по неопытности перегреть светодиод). После этого светильник вставляют в колпачок и выводят провода наружу.

Обработка корпуса фонарика из шприца

Важно! Главным условием станет хорошая адгезия к пластику шприца, иначе колпачок фонарика может отвалиться в самый неподходящий момент.

Подключение микромодуля зарядки и аккумулятора

Литиевый цилиндрический аккумулятор по диаметру подходит для установки внутрь корпуса. Устанавливают клеммы с соединительными проводами и вставляют устройство в корпус так, чтобы они оказались в передней части. Все провода — от светодиода и от аккумулятора — выводят наружу по боковой стенке источника питания.

Трубка свободно вмещает батарею, но для установки модуля подзарядки места уже не хватит. Проблема решается просто — плата микромодуля надрезается ножом и аккуратно ломается пополам. Половинки соединяют с помощью двустороннего скотча, а контакты соединяют пайкой с медным проводом. Процедура достаточно тонкая и деликатная, не допускающая неаккуратности. Важно не разрушить элементы схемы, надрезая плату перед тем, как ее сломать.

Окончательная сборка

На плату модуля припаивают токоограничительный резистор, соединение сразу же изолируют термоусадочной трубкой. Вторую ножку паяют на кнопку включения фонаря. Три провода, выходящие из корпуса, припаиваются к плате модуля согласно схеме подключения. Четвертый подсоединяют к кнопке. На этом сборка электрической части считается завершенной. Перед тем, как завершить процедуру, надо проверить работоспособность кнопки и всего устройства. Если фонарь работает нормально, плату микромодуля вставляют внутрь так, чтобы гнездо USB оставалось снаружи. Кнопка также должна находиться в прямом доступе.

Торец трубки со стороны гнезда закрывают с помощью термоклея, что дает герметичность всей конструкции. С лицевой стороны вклеивают рассеивающие линзы. Теперь можно установить светодиодный фонарь заряжаться от USB компьютера или ноутбука. Через некоторое время индикаторный светодиод на плате микромодуля даст знать о ее завершении. Теперь фонарь можно использовать по прямому назначению. Пользователи утверждают, что одной зарядки хватает на 10 часов работы, что нереально для традиционной лампы накаливания.

Основные выводы

Для создания своими руками светодиодного фонаря понадобится приготовить набор элементов, из которых основными являются:

аккумулятор на 3,7 В;
микромодуль зарядки;
колпачок с линзой и светодиод.

Порядок сборки не представляет существенной сложности. Понадобится хотя бы начальный навык владения паяльником и прочими инструментами. В результате получается вполне качественный и эффективный светодиодный фонарик. Свои уточнения и варианты излагайте в комментариях.

Светодиодные ленты сейчас применяются повсеместно и порой попадают в руки отрезки таких лент, ленты со сгоревшими местами светодиодами. А целых, рабочих светодиодов полным-полно и жалко выбрасывать такое добро, хочется где-то их применить. Так же попадаются различные аккумуляторные элементы. В частности мы рассмотрим элементы "сдохшей" Ni-Cd (никель-кадмиевой) батареи. Из всего этого хлама можно соорудить добротный самодельный фонарь, с большой вероятностью лучше заводского.

Светодиодная лента, как проверить

Как правило, светодиодные ленты рассчитаны на напряжение 12 вольт и состоят из множества независимых сегментов, соединенных параллельно в ленту. Это означает, что если выходит из строя какой-то элемент, работоспособность теряет только соответствующий элемент, остальные сегменты светодиодной ленты продолжают работать.

Собственно, нужно лишь подать питающее напряжение 12 вольт на специальные точки-контакты, которые имеются на каждом кусочке ленты. При этом, напряжение поступит на все сегменты ленты и станет ясно, где неработающие участки.

Каждый сегмент состоит из 3-х светодиодов и токоограничивающего резистора, включенных последовательно. Если разделить 12 вольт на 3 (количество светодиодов), то получим 4 вольта на светодиод. Это напряжение питания одного светодиода - 4 вольта. Подчеркну, так как всю цепь ограничивает резистор, то диоду вполне хватит напряжения 3,5 вольта. Зная это напряжение, мы можем проверить непосредственно любой светодиод на ленте по отдельности. Сделать это можно, коснувшись выводов светодиода щупами, подключенными к блоку питания с напряжением 3,5 вольта.

Для этих целей можно использовать лабораторный, регулируемый блок питания или зарядное устройство мобильного телефона. Зарядное устройство не рекомендуется подключать напрямую к светодиоду, ибо его напряжение около 5 вольт и теоретически светодиод может сгореть от большого тока. Чтобы этого не произошло, подключать зарядное устройство нужно через резистор 100 Ом, так мы ограничим ток.

Я сделал себе такое простое устройство - зарядка от мобильного с крокодилами вместо штекера. Очень удобна для включения сотовых без батареи, подзарядки батарей вместо "лягушки" и прочего. Для проверки светодиодов тоже сойдет.

Для светодиода важна полярность напряжения, если перепутать плюс с минусом, диод не загорится. Это не проблема, на ленте обычно указанна полярность каждого светодиода, если нет, то нужно пробовать и так и так. От перепутанных плюсов или минусов диод не испортится.

Лампа из светодиодов

Для фонарика необходимо изготовить светоизлучающий узел, лампу. Собственно, нужно светодиоды с ленты демонтировать и сгруппировать на свой вкус и цвет, по количеству, яркости и питающему напряжению.

Для снятия с ленты я использовал концелярский нож, акуратно срезая светодиоды прямо с кусочками токопроводящих жил ленты. Пробовал выпаивать, но что-то у меня плохо это удавалось. Наковыряв штук 30-40, я остановился, для фонарика и прочих поделок более чем достаточно.

Соединять светодиоды следует по простому правилу: 4 вольта на 1 или несколько запараллеленных диодов. То есть, если сборка будет запитываться от источника не более 5 вольт, сколько бы не было светодиодов, их нужно спаивать параллельно. Если же планируется питать сборку от 12 вольт - нужно сруппировать 3 последовательных сегмента с равным количеством диодов в каждом. Вот например сборка, которую я спаял из 24 светодиодов, разделив их на 3 последовательные секции по 8 штук. Рассчитана она на 12 вольт.

Каждая из трех секций этого элемента рассчитана на напряжение около 4-х вольт. Секции соединены последовательно, поэтому вся сборка питается от 12 вольт.

Кто-то пишет, что светодиоды не следует включать в параллель без индивидуального ограничивающего резистора. Может это и правильно, но я не ориентируюсь на такие мелочи. Для продолжительного срока службы, на мой взгляд, важнее подобрать токоограничительный резистор для всего элемента и подбирать его следует не измеряя ток, а щупая работающие светодиоды на предмет нагрева. Но об этом позже.

Я решил делать фонарь, работающий от 3-х никель-кадмиевых элементов из отработавшей батареи шуруповерта. Напряжение каждого элемента 1.2 вольта, следовательно 3 элемента, соединенных последовательно, дают 3.6 вольт. На это напряжение и будем ориентироваться.

В качестве основания я взял кусочек фольгированного стеклотекстолита примерно 1смХ1см, на него поместится 8 светодиодов в два ряда. В фольге прорезал 2 разделяющих полосы - средний контакт будет "-", два крайних будут "+".

Для пайки таких мелких деталей моего 15-ваттного паяльника многовато, точнее слишком большое жало. Можно сделать жало для пайки SMD-компонентов из куска электромонтажного провода 2.5мм. Чтобы новое жало держалось в большом отверстии нагревателя, можно согнуть проволоку пополам или добавить дополнительные кусочки проволоки в большое отверстие.

Основание залуживается припоем с канифолью и светодиоды впаиваются с соблюдением полярности. К средней полосе припаиваются катоды ("-"), а к крайним аноды ("+"). Припаиваются соединительные провода, крайние полосы соединяются перемычкой.

Нужно проверить спаянную конструкцию, подключив ее к источнику 3.5-4 вольта или через резистор к зарядному устройству телефона. Не забываем про полярность включения. Остается придумать отражатель фонаря, я взял отражатель от галогеновой лампы. Светоэлемент нужно надежно зафиксировать в отражателе, например клеем.

К сожалению, фото не может передать яркости свечения собранной конструкции, от себя скажу: слепит весьма не плохо!

Аккумулятор

Для питания фонаря я решил использовать аккумуляторные элементы из "сдохшей" батареи шуруповерта. Достал из корпуса все 10 элементов. Шуруповерт работал от этой батареи 5-10 минут и садился, по моей версии, для работы фонаря вполне могут подойти элементы этой батареи. Ведь для фонаря нужны токи, гораздо меньшие, чем для шуруповерта.

Я сразу отцепил три элемента от общей связки, они как раз будут давать напряжение 3.6 вольт.

Я замерил напряжение на каждом элементе по отдельности - на всех было около 1,1 В, только одна показывала 0. Видимо это неисправная банка, ее в мусорку. Остальные еще послужат. Для моей светодиодной сборки будет достаточно трех банок.

Проштудировав интернет, я вывел для себя важную информацию о никель-кадмиевых аккумуляторах: номинальное напряжение каждого элемента 1.2 вольт, заряжать банку следует до напряжения 1.4 вольт (напряжение на банке без нагрузки), разряжать следует не ниже 0.9 вольт - если составленно несколько элементов последовательно, то не ниже 1 вольта на элемент. Заряжать можно током десятой доли емкости (в моем случае 1.2А/ч=0.12А), но по факту можно и большим (шуруповерт заряжается не более часа, значит токи зарядки не менее 1.2А). Для тренировки/востановления полезно разрядить аккумулятор до 1 В какой-либо нагрузкой и зарядить заново, так несколько раз. Заодно оценить примерное время работы фонаря.

Итак, для трех элементов, соединенных последовательно, параметры таковы: напряжение зарядки 1.4X3=4.2 вольта, номинальное напряжение 1.2X3=3.6 вольт, ток заряда - какой даст зарядное мобильного со стабилизатором моего изготовления.

Единственный не ясный момент: как мерять минимальное напряжение на разряженных аккумуляторах. До подключения моего светильника на трех элементах было напряжение 3.5 вольт, при подключении - 2.8 вольт, напряжение быстро восстанавливается при отключении опять до 3.5 вольт. Я решил так: на нагрузке напряжение не должно падать ниже 2.7 вольт (0.9 В на элемент), без нагрузки желательно чтобы было 3 вольта (1 В на элемент). Однако, разряжать придется долго, чем дольше разряжаешь, тем стабильнее напряжение, перестает быстро падать на зажженых светодиодах!

Свои и без того разряженные аккумуляторы я разряжал несколько часов, иногда отключая лампу на несколько минут. В итоге получилось 2.71 В с подключенной лампой и 3.45 В без нагрузки, разряжать дальше не рискнул. Замечу, светодиоды продолжали светить, хоть и тускловато.

Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов

Теперь следует соорудить зарядное устройство для фонарика. Основное требование - напряжение на выходе не должно превышать 4.2 В.

Если планируется питать зарядное от какого-либо источника более 6 вольт - актуальна простая схема на КР142ЕН12А, это очень распространенная микросхема для регулируемого, стабилизированного питания. Зарубежный аналог LM317. Вот схема зарядного устройства на этой микросхеме:

Но эта схема не вписывалась в мою задумку - универсальность и максимальное удобство для зарядки. Ведь для этого устройства понадобится делать трансформатор с выпрямителем или использовать готовый блок питания. Я решил сделать возможность заряда аккумуляторов от зарядного устройства мобильника и USB порта компьютера. Для реализации потребуется схемка посложнее:

Полевой транзистор для этой схемы можно взять с неисправной материнской платы и другой компьютерной периферии, я срезал его со старой видеокарты. Таких транзисторов полно на материнке возле процессора и не только. Чтобы быть уверенным в своем выборе, нужно вбить номер транзистора в поиск и убедиться по даташитам, что это полевой с N-каналом.

В качестве стабилитрона я взял микросхему TL431, она встречается практически в каждом заряднике от мобилы или в других импульсных блоках питания. Выводы этой микросхемы нужно соединить как на рисунке:

Я собрал схему на кусочке текстолита, для подключения предусмотрел сразу гнездо USB. В дополнение к схеме впаял один светодиод возле гнезда, для индикации зарядки (что на USB-порт поступает напряжение).

Немного пояснений к схеме Так как зарядная схема будет все время присоединена к батарее, диод VD2 необходим, чтобы батарея не разряжалась через элементы стабилизатора. Подбором R4 нужно добиться на указанной контрольной точке напряжения 4.4 В, мерять нужно при отцепленной батарее, 0.2 вольта - это запас на просадку. Да и вообще, 4.4 В не выходит за пределы рекомендуемого напряжения для трех аккумуляторных банок.

Схему зарядного можно существенно упростить, однако заряжать придется только от источника 5 В (USB-порт компьютера удовлетворяет этому требовванию), если зарядное телефона выдает большее напряжение - использовать его нельзя. По упрощенной схеме, теоретически, аккумуляторы могут перезаряжаться, на практике же так заряжают аккумуляторы во многих заводских изделиях.

Ограничение тока светодиодов

Чтобы исключить перегрев светодиодов, а заодно уменьшить потребляемый ток от батареи, нужно подобрать токоограничительный резистор. Я подбирал его без каких-либо приборов, на ощупь оценивая нагрев и на глаз контролировал яркость свечения. Подбор нужно производить на заряженной батарее, следует найти оптимальное значение между нагревом и яркостью. У меня получился резистор 5.1 Ом.

Время работы

Я производил несколько зарядок-разрядок и получил следующие результаты: время зарядки - 7-8 часов, при непрерывно включенной лампе аккумулятор разряжается до 2.7 В примерно за 5 часов. Однако, при выключении на несколько минут, батарея немного восстанавливает заряд и может проработать еще полчаса, и так несколько раз. Это означает, что фонарик достаточно долго проработает, если светить не все время, а на практике так и выходит. Даже если пользоваться практически не выключая, на пару ночей должно хватить.

Конечно, ожидалось более продолжительное время работы без перерыва, но не стоит забывать, что аккумуляторы были взяты из "сдохшей" батареи шуруповерта.

Корпус для фонаря

Получившееся устройство нужно куда-то поместить, сделать какой-то удобный корпус.

Хотел расположить аккумуляторы со светодиодным фонарем в полипропиленовой водопроводной трубе, но банки не лезли даже в 32 мм трубу, ведь внутренний диаметр трубы намного меньше. В итоге остановился на соединительных муфтах для полипропилена 32 мм. Взял 4 соединительных муфты и 1 заглушку, склеил их вместе клеем.

Склеив все в одну конструкцию, получился весьма массивный фонарь, диаметром около 4 см. Если использовать какую-либо другую трубу, то можно существенно уменьшить размеры фонаря.

Обмотав все это дело изолентой для лучшего вида, мы получили вот такой фонарь:

Послесловие

В заключение хочется сказать несколько слов о получившемся обзоре. Не каждый USB порт компьютера может заряжать этот фонарь, все зависит от его нагрузочной способности, 0.5 А должно вполне хватить. Для сравнения: сотовые телефоны при подключении к некоторым компьютерам могут показывать зарядку, однако на самом деле никакой зарядки нет. Другими словами, если компьютер заряжает телефон, то и фонарь тоже будет заряжаться.

Схему на полевом транзисторе можно использовать для заряда от USB 1-го или 2-х аккумуляторных элементов, нужно лишь подстроить напряжение соответственно.

Уже давно известно, что фонарики на светодиодах очень экономичны, малогабаритны и имеют более продолжительный срок службы. Светодиодный фонарик можно легко сделать своими руками или переделать имеющийся ламповый. Для этого нужны яркие светодиоды повышенной мощности.

Светодиоды потребляют меньший ток, долговечней и надежней по сравнению с лампочкой. К тому же они не боятся ударов и тряски.

КПД при преобразовании электроэнергии в свет у светодиодов значительно выше, чем у обычной лампочки накаливания.

Принципиальная схема фонарика

Для выполнения фонарика достаточно трех светодиодов, подключаемых параллельно к трем аккумуляторам типоразмера LR6 (АА) или батарейки (AAA). Можно также использовать аккумулятор от любого сотового телефона.

Схема подключения светодиодов повышенной яркости.

Светодиоды напрямую подключать к обычным батарейкам (типоразмер АА) или более мощным аккумуляторам нельзя! У таких элементов из-за малого внутреннего сопротивления ток через каждый светодиод может превысить 100 мА, что больше допустимого. Для надежной длительной работы в непрерывном режиме общий ток через три светодиода (включенных параллельно) не должен превышать 90 мА.

При необходимости питать фонарик от более мощных элементов питания ток через светодиоды можно ограничить при помощи внешнего добавочного резистора. Смотрите схему выше. Его величину лучше подобрать экспериментально, так как обычно неизвестно внутреннее сопротивление источника питания.

Все три светодиода от аккумуляторов при номинальном напряжении 3,6 В потребляют ток не более 75…80 мА (по мере разряда элементов ток будет снижаться, но все равно свечение будет достаточно ярким для подсветки).

Аналогичная по светоотдаче лампа потребляет ток не менее 250…350 мА. Простейший расчет показывает, что такой фонарик на светодиодах будет значительно экономичней.

Устройство заряда аккумуляторов для фонаря

Для подзаряда аккумуляторов от бортовой сети автомобиля можно воспользоваться схемой, показанной на рисунке ниже. При этом аккумуляторы не придется вынимать из отсека фонарика, если на его корпусе установить соединительный разъем Х2.

Схема зарядного устройства для аккумуляторов фонарика от автомобильной сети

Схема зарядного устройства может подключаться в автомобиле через гнездо прикуривателя. Микросхема DA1 за счет резистора R2 имеет ограничение выходного тока на уровне 90…95 мА (при коротком замыкании нагрузки), а напряжение на выходе не превысит 4 В (устанавливается резистором R1 на холостом ходу). За счет ограничения максимального выходного напряжения полностью исключено получение элементами избыточного заряда, правда, это увеличивает время заряда элементов. Ток заряда будет находиться в интервале 30…20 мА, снижаясь по мере заряда аккумуляторов. Диод VD2 предотвращает повреждение микросхемы при отключенном входе, но подключенном аккумуляторе.

Рисунок печатной платы и расположение элементов

Все элементы могут быть размещены на печатной плате с размерами 42,5x25 мм. Выбор типов деталей не критичен. Микросхему КР142ЕН12А можно заменить на LM317T или LM317MP.

Конструкция фонарика

Большой отражатель для светодиодов не нужен — сами они уже имеют нужную диаграмму направленности. А располагать светодиоды удобнее в линейку, на расстоянии около 5 мм друг от друга, например, как это показано в конструкции на рисунке ниже. Для изготовления корпуса можно воспользоваться стандартным отсеком для размещения шести элементов питания (в три отсека установить сами элементы питания, а в неиспользуемой части закрепить отражатель и включатель SA1).

Возможный вариант конструкции фонаря на светодиодах.

Такой фонарик сможет непрерывно давать свет около ста часов и будет полезен не только на рыбалке, но пригодится и в быту. А если его закрепить при помощи ремня на голове или прищепкой к карману на груди, в темноте света будет вполне достаточно для чтения книги, карты или распутывания лески. Причем спектр света подсветки, приближенный к естественному, — белый, в отличие от обычной лампы.

Аналогичные фонари уже давно делают. На фото показан вариант выполнения конструкции, предусматривающей закрепление фонаря на голове (в показанном корпусе размещены 3 батарейки типоразмера AAA).

Повысить время непрерывной работы у фонаря можно, если использовать импульсное питание для светодиодов.
Импульсный режим питания позволяет светодиодам работать на большем токе, то есть можно добиться увеличения яркости света при той же самой потребляемой мощности, что и в непрерывном режиме. Но это уже другая история.