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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Torcia LED ricaricabile. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / illuminazione I LED sono di gran lunga superiori alle lampade a incandescenza nel loro consumo energetico. Sono diventate così popolari che sul mercato non è più possibile trovare torce con lampade ad incandescenza. Le lampadine a incandescenza da 2,5 V, 3,5 V, 6,3 V e 8 V utilizzate nelle torce richiedono alimentatori ad alta energia. La maggior parte utilizza celle galvaniche di dimensioni 373 (D) - con un diametro di 34,2 e un'altezza di 61,5 mm. Il numero di elementi dipende dalla potenza della torcia. Spesso questi sono due, tre, quattro e sei elementi. Le più massicce sono le celle di manganese-zinco con un elettrolita salino o alcalino, sono anche chiamate alcaline - un derivato della parola inglese alkaline - "alkali". La capacità elettrica di una batteria alcalina è di circa 1700 - 3000 mA·h. In termini di capacità, le batterie alcaline sono in testa rispetto alle batterie al sale, la cui capacità elettrica è inferiore e ammonta a 550 - 1100 mA·h. Entro la fine della linea di sicurezza di tensione e la capacità delle sorgenti di corrente, a causa dell'autoscarica, è ridotta del 15 - 30% per il sale e del 10% per l'alcalino. Anche la capacità degli elementi manganese-zinco diminuisce notevolmente con una diminuzione della temperatura. Ad una temperatura di -40˚С, la durata degli elementi è circa il 5 - 10% della durata di funzionamento ad una temperatura di +20˚С. Le celle alcaline hanno caratteristiche di capacità significativamente più elevate quando operano nella regione di temperature negative. Nelle celle di sale nelle ultime fasi dello scarico e al termine di esso si può osservare una perdita di elettrolita che porta al danneggiamento del prodotto. Ma maggiori sono le prestazioni delle batterie, maggiore è il loro costo. Tuttavia, la pratica quotidiana mostra che il prezzo potrebbe non corrispondere sempre alle caratteristiche e alla qualità dichiarate [1,2]. Una cella galvanica è classificata come una sorgente di corrente primaria che converte l'energia chimica delle sostanze attive direttamente in energia elettrica. Sfortunatamente, le sorgenti di corrente primaria consentono solo l'uso una tantum di materiali attivi. Puoi estendere le loro linee di servizio delle celle galvaniche se usi un LED (LED) invece di una lampadina - fig. 1. Per fare ciò, deve essere saldato nella base E10 da una lampadina a incandescenza - fig. 2. Ma per risparmiare molto di più sulle celle galvaniche, saranno sostituite da una cosiddetta fonte di corrente secondaria: una batteria. Una qualità distintiva delle batterie è che possono essere caricate e scaricate molte volte.
La base della lampadina è costituita da un manicotto - un contatto filettato, un isolante e un fondo - il contatto centrale. Nelle torce, di norma, il contatto filettato della lampadina è collegato al polo negativo della fonte di alimentazione e il contatto centrale è collegato al positivo (sebbene la polarità non sia importante per una lampadina elettrica a incandescenza, funziona bene con alternanza voltaggio). Un'altra cosa è il LED. Ha un terminale positivo - l'anodo e uno negativo - il catodo (Fig. 3). Pertanto, lo montano nella base con l'anodo sul fondo e il catodo sul manicotto - fig. 4. In questo caso, verrà collegato alle batterie rispettando la polarità. La potenza dei LED e il loro numero vengono selezionati in base alla capacità della fonte di alimentazione e alle esigenze operative necessarie (livello di luminosità, durata del funzionamento). Va notato che quando le sorgenti di corrente chimica sono collegate in serie, le loro capacità non si sommano.
Il riflettore della torcia ha la forma di un paraboloide tronco. Per formare un flusso luminoso uniforme, è necessario che l'elemento che emette luce sia nel fuoco del paraboloide. Per fare ciò, trova sperimentalmente la posizione del LED rispetto alla base. Quando si realizza una lampadina su tre o quattro LED, le lenti vicino all'uscita dell'anodo devono essere rettificate con una lima. Lungo la linea di uscita, viene formata una faccia con i lati a un angolo rispettivamente di 120˚ o 90˚. La gamba dell'anodo su un diodo è rimasta. Sul resto, sono accorciati a 5 mm. Successivamente, vengono incollati insieme con dicloroetano o colla Secunda 505. Quindi gli anodi vengono saldati e isolati con PVC o guaina termoretraibile. Successivamente, il cavo dell'anodo viene infilato nel contatto del fondo della base e saldato. I fili del catodo sono saldati al contatto filettato della base - fig. 5.
È noto che il LED non è in grado di controllare la corrente consumata. Di conseguenza, per il suo normale funzionamento, è necessario collegare in serie un resistore limitatore. Per un LED bianco, la tensione di alimentazione è di 3,2 volt (l'opzione più semplice e migliore: una torcia con due celle galvaniche fornirà l'alimentazione corrispondente al LED bianco, senza dispositivi aggiuntivi). Ma quando la fonte di alimentazione viene scaricata, la corrente che scorre attraverso il diodo diminuirà e, di conseguenza, la sua luminosità diminuirà. Puoi aggirare questo effetto negativo includendo un regolatore di tensione nel circuito, necessario per il normale funzionamento del LED, ma ne parleremo più avanti. Le più comuni e relativamente economiche sono le batterie al piombo sigillate. La batteria viene selezionata in base alle dimensioni del vano riservato alla fonte di alimentazione nel corpo della torcia. Per una torcia su sei celle galvaniche 373, è possibile utilizzare acido al piombo, con una tensione di 6 V e una capacità di 1,3 A·h, dimensioni di ingombro 97 x 54 x 51,5 mm - fig. 6. Una scarica completa della batteria è definita come una scarica a 1.95 - 2.03 V per cella a temperatura ambiente, ad es. fino a 5.85 - 6,09 V per una batteria da 6 V. La tensione di carica finale a una temperatura di 20 C˚ è di 2.05 - 2.15 volt per cella della batteria, 6.15 - 6.45 V per una batteria a sei volt [3]. Quando viene scaricata al di sotto delle tensioni consentite, inizia l'invecchiamento prematuro irreversibile della batteria. Pertanto, sarà utile integrare il circuito con un indicatore di scarica della batteria.
Lo schema elettrico della lampada convertita è mostrato in fig. 7. Sui transistor VT1 - 2, resistori R1 - 5, condensatore C1, LED1, viene realizzato un indicatore di scarica della batteria. Il resistore R2 regola la soglia per il LED. Il valore della resistenza R4 dipende dalla potenza del LED e dalla fonte di alimentazione. Questo indicatore ti informerà in tempo che la batteria è scarica. Il vantaggio principale del circuito è la chiarezza di funzionamento, ad es. il LED di segnalazione si accende immediatamente senza un aumento graduale della luminosità. Il dispositivo monitora abbastanza accuratamente la soglia di risposta specificata [4].
Lo stabilizzatore integrale LM317, resistori R6, R7, condensatori C2 - C4 è costituito da un regolatore di tensione per l'alimentazione del LED (LED). La selezione dei resistori regola la modalità di stabilizzazione della tensione. Per determinare il loro valore, utilizzare il programma "LM317 - calcolatrice v1.1" o "Regulator design v1.2". Il carico è una lampadina su LED2-4 LED collegati in parallelo, la corrente consumata è di 35 - 70 mA ciascuno, con un diametro della lente di 8 e un'altezza di 7 mm. A 3,2 volt, il loro consumo di corrente totale è di 180 mA (la lampadina a incandescenza da 8 volt di questa torcia consuma 600 mA!). I dettagli del circuito sono montati su un circuito stampato - fig. 8. Lo stabilizzatore integrale LM317 è montato su un piccolo radiatore. I transistor KT315 possono essere sostituiti con KT3102, BC546, 2N5551 e altri. Quando si collega un alimentatore a 12 volt, è necessario modificare i valori del resistore: R1 - 20 k, R2 - 1,5 k, R4 - 2,2 k.
Per un buon contatto tra le batterie e la lampadina, sul retro della torcia è previsto un portalampada con molle. Deve essere smontato, ma solo se la parete posteriore viene utilizzata per montare la scheda con l'indicatore di carica della batteria e la presa per il collegamento del caricabatterie - fig. 9. Il pannello con molle viene trasferito in un altro luogo. Ad esempio, tra la scheda e la batteria. Per fare ciò, viene fissato con viti autofilettanti al radiatore - fig. 10. Una presa per il collegamento del caricabatterie, una centralina (Fig. 11) sono inserite nel corpo della torcia e installate sulla parete posteriore e fissate con viti e raccordi filettati.
La batteria è collegata e inserita nella custodia - fig. 12.
Collegare e installare la scheda dei contatti. Premerlo leggermente e fissarlo con una staffa - fig. 13. Installare il riflettore con i LED fig. - 14.
Per ricaricare la batteria è necessario un caricabatterie, facile da realizzare con le proprie mani, risparmiando fondi piuttosto consistenti senza acquistarne uno industriale. L'attrezzatura più semplice ed economica si carica a tensione costante (modalità pociostatica). Ma più spesso viene utilizzata una modalità combinata, in cui la corrente iniziale è limitata. E quando viene raggiunta la tensione specificata, la carica viene eseguita quando si stabilizza. Di solito è chiamata modalità di carica I - U. La carica viene effettuata a una corrente costante di 0,1 C (capacità nominale della batteria in ampere-ora) nel primo stadio ea una tensione della sorgente di corrente costante nel secondo. La maggior parte dei produttori consiglia di caricare le batterie ricaricate a una tensione costante di 2,4 - 2,45 V per batteria (7,2 - 7,35 V per una batteria da 6 volt) [3]. Il caricabatterie è assemblato secondo il circuito mostrato in Figura 15. È costituito da un trasformatore step-down Tr1, un raddrizzatore con diodi VD1-4 e un condensatore di livellamento C1, un regolatore di corrente sullo stabilizzatore integrale DA1, un resistore R1, un condensatore C2, un indicatore di carica della batteria su un transistor VT1, resistori R2-4, diodo VD5 e LED LED1, stabilizzatore di tensione - sullo stabilizzatore integrale DA2, resistori R5-6, condensatore C3. La spina Bu1 è fornita per collegare il caricabatterie alla torcia.
Gli stabilizzatori integrati sono montati su una custodia metallica per la dissipazione del calore. Tutti i resistori, ad eccezione di quelli indicati nello schema, utilizzano una potenza di 0,125 W. Per caricare una batteria da 1,3 A·h nella prima fase di carica è richiesta una corrente ottimale di 130 mA. Per garantire il flusso di corrente del valore specificato, il resistore R1 viene selezionato utilizzando i programmi di cui sopra. Man mano che la batteria si carica, la corrente diminuisce e la tensione aumenta. È necessario limitare il valore di tensione finale per una batteria da 6 volt a 7,2 V. La tensione specificata si ottiene selezionando il rapporto tra i resistori R5 - 6. L'accensione del LED1 indica che la batteria è in carica. Quando la batteria è completamente carica, il LED si spegne. Per batterie con una capacità di 4,5 A·h e 7,5 A·h il resistore R1 viene utilizzato con un valore nominale di 2,7 ohm e 1 ohm, rispettivamente, con una potenza di almeno 8 watt. Per caricare una batteria da 1 V, viene utilizzato il resistore R12 con una resistenza di 5 Ohm, R470 - 6 kOhm. I diodi KD226A possono essere sostituiti con qualsiasi raddrizzatore fornito per una corrente di almeno 2 A e VD1-4 con un gruppo diodi. Gli stabilizzatori integrati LM317 possono essere sostituiti da 7805. In questo caso, è necessario modificare i valori del resistore: R1 - 39 Ohm 1 W per una batteria con una capacità di 1,3 A·h, 12 ohm 3 W per batteria da 4,5 A·h e 6,8 ohm 5 W - 7,5 A·H; R6 - 91 ohm per una batteria da 6 volt e R5 - 330 ohm e R6 - 510 ohm per una batteria da 12 volt. Il transistor KT3107 può essere sostituito con KT361, BC556, 2N5401 prontamente disponibili. Letteratura
Autore: V. Marchenko
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