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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Linterna LED recargable. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / iluminación Los LED son muy superiores a las lámparas incandescentes en su consumo de energía. Se han vuelto tan populares que ya no es posible encontrar linternas con lámparas incandescentes en el mercado. Las bombillas incandescentes de 2,5 V, 3,5 V, 6,3 V y 8 V utilizadas en las linternas requerirán fuentes de alimentación de alta energía. La mayoría de ellos utilizan celdas galvánicas de tamaño 373 (D), con un diámetro de 34,2 y una altura de 61,5 mm. El número de elementos depende de la potencia de la linterna. A menudo, estos son dos, tres, cuatro y seis elementos. Las más masivas son las celdas de manganeso-zinc con un electrolito de sal o alcalino, también se denominan alcalinas, un derivado de la palabra inglesa alcalino, "alkali". La capacidad eléctrica de una pila alcalina es de unos 1700 - 3000 mA·h. En términos de capacidad, las pilas alcalinas están a la cabeza en comparación con las pilas de sal, cuya capacidad eléctrica es menor y asciende a 550 - 1100 mA.·h. Al final de la línea de seguridad de voltaje y la capacidad de las fuentes de corriente, debido a la autodescarga, se reduce en un 15 - 30% para sal y 10% para alcalino. La capacidad de los elementos de manganeso-zinc también disminuye notablemente con la disminución de la temperatura. A una temperatura de -40˚С, la duración de los elementos es aproximadamente del 5 al 10% de la duración de la operación a una temperatura de +20˚С. Las celdas alcalinas tienen características de capacitancia significativamente más altas cuando operan en la región de temperaturas negativas. En las celdas de sal en las últimas etapas de la descarga y al final de la misma, se puede observar una fuga de electrolito, lo que provoca daños en el producto. Pero cuanto mayor sea el rendimiento de las baterías, mayor será su costo. Sin embargo, la práctica diaria muestra que el precio puede no siempre corresponder a las características y calidad declaradas [1,2]. Una celda galvánica se clasifica como una fuente de corriente primaria que convierte la energía química de las sustancias activas directamente en energía eléctrica. Desafortunadamente, las fuentes de corriente primaria solo permiten el uso de materiales activos una sola vez. Puede extender sus líneas de servicio de celdas galvánicas si usa un LED (LED) en lugar de una bombilla - fig. 1. Para hacer esto, debe soldarse en la base E10 de una bombilla incandescente - fig. 2. Pero para ahorrar mucho más en celdas galvánicas, serán reemplazadas por una llamada fuente de corriente secundaria: una batería. Una cualidad distintiva de las baterías es que pueden cargarse y descargarse muchas veces.
La base de la bombilla consta de un manguito, un contacto roscado, un aislante y un fondo, el contacto central. En las linternas, por regla general, el contacto roscado de la bombilla está conectado al polo negativo de la fuente de alimentación y el contacto central está conectado al positivo (aunque la polaridad no es importante para una bombilla eléctrica incandescente, funciona bien con alternancia). Voltaje). Otra cosa es el LED. Tiene un terminal positivo, el ánodo, y uno negativo, el cátodo (Fig. 3). Por lo tanto, lo montan en la base con el ánodo hacia abajo y el cátodo hacia el manguito - fig. 4. En este caso, se conectará a las baterías según la polaridad. La potencia del LED y su número se seleccionan según la capacidad de la fuente de alimentación y las necesidades operativas necesarias (nivel de brillo, duración de la operación). Cabe señalar que cuando las fuentes de corriente química se conectan en serie, sus capacidades no se suman.
El reflector de la linterna tiene la forma de un paraboloide truncado. Para formar un flujo de luz uniforme, es necesario que el elemento emisor de luz esté en el foco del paraboloide. Para hacer esto, encuentre experimentalmente la posición del LED en relación con la base. Al hacer una bombilla con tres o cuatro LED, las lentes cerca de la salida del ánodo deben pulirse con una lima. A lo largo de la línea de salida, se forma una cara con lados en un ángulo de 120˚ o 90˚, respectivamente. Queda la pata del ánodo en un diodo. En el resto, se acortan a 5 mm. Después de eso, se pegan con dicloroetano o pegamento Secunda 505. Luego, los ánodos se sueldan y se aíslan con PVC o tubería termorretráctil. A continuación, el cable del ánodo se enrosca en el contacto de la parte inferior de la base y se suelda. Los cables catódicos están soldados al contacto roscado de la base - fig. 5.
Se sabe que el LED no es capaz de controlar la corriente consumida. En consecuencia, para su funcionamiento normal, es necesario conectar en serie una resistencia limitadora. Para un LED blanco, el voltaje de suministro es de 3,2 voltios (la opción más simple y mejor: una linterna con dos celdas galvánicas proporcionará la energía correspondiente al LED blanco, sin ningún dispositivo adicional). Pero a medida que se descarga la fuente de alimentación, la corriente que fluye a través del diodo disminuirá y, en consecuencia, su brillo disminuirá. Puede evitar este efecto negativo al incluir un regulador de voltaje en el circuito, que es necesario para el funcionamiento normal del LED, pero hablaremos de eso más adelante. Las más comunes y relativamente baratas son las baterías selladas de plomo-ácido. La batería se selecciona en función del tamaño del compartimento reservado para la fuente de alimentación en el cuerpo de la linterna. Para una linterna en seis celdas galvánicas 373, puede usar plomo-ácido, con un voltaje de 6 V y una capacidad de 1,3 A·h, dimensiones totales 97 x 54 x 51,5 mm - fig. 6. Una descarga completa de la batería se define como una descarga de 1.95 - 2.03 V por celda a temperatura ambiente, es decir, hasta 5.85 - 6,09 V para una batería de 6 V. El voltaje de carga final a una temperatura de 20 C˚ es de 2.05 - 2.15 voltios por celda de batería, 6.15 - 6.45 V para una batería de seis voltios [3]. Cuando se descarga por debajo de los voltajes permitidos, comienza un envejecimiento prematuro irreversible de la batería. Por lo tanto, será útil complementar el circuito con un indicador de descarga de batería.
El diagrama del circuito eléctrico de la lámpara convertida se muestra en la fig. 7. En los transistores VT1 - 2, resistencias R1 - 5, condensador C1, LED1, se realiza un indicador de descarga de batería. La resistencia R2 regula el umbral del LED. El valor de la resistencia R4 depende de la potencia del LED y de la fuente de alimentación. Este indicador le informará a tiempo que la batería está baja. La principal ventaja del circuito es la claridad de funcionamiento, es decir, el LED de señal se enciende inmediatamente sin un aumento suave del brillo. El dispositivo monitorea con bastante precisión el umbral de respuesta especificado [4].
El estabilizador integral LM317, las resistencias R6, R7, los condensadores C2 - C4 consisten en un regulador de voltaje para el suministro de LED (LED). La selección de resistencias regula el modo de estabilización de voltaje. Para determinar su valor, utilice el programa "LM317 - calculadora v1.1" o "Regulator design v1.2". La carga es una bombilla en LED2-4 LED conectados en paralelo, la corriente consumida es de 35 - 70 mA cada uno, con un diámetro de lente de 8 y una altura de 7 mm. A 3,2 voltios, su consumo de corriente total es de 180 mA (¡la bombilla incandescente de 8 voltios de esta linterna consume 600 mA!). Los detalles del circuito están montados en una placa de circuito impreso - fig. 8. El estabilizador integral LM317 está montado en un pequeño radiador. Los transistores KT315 se pueden reemplazar con KT3102, BC546, 2N5551 y otros. Al conectar una fuente de alimentación de 12 voltios, es necesario cambiar los valores de resistencia: R1 - 20 k, R2 - 1,5 k, R4 - 2,2 k.
Para un buen contacto entre las pilas y la bombilla, se proporciona un portalámparas con resortes en la parte posterior de la linterna. Debe ser desmontado, pero solo si la pared posterior se utiliza para montar la placa con el indicador de carga de la batería y el enchufe para conectar el cargador - fig. 9. El panel con resortes se transfiere a otro lugar. Por ejemplo, entre la placa y la batería. Para ello, se fija con tornillos autorroscantes al radiador - fig. 10. Un enchufe para conectar el cargador, una unidad de control (Fig. 11) se insertan en el cuerpo de la linterna y se instalan en la pared posterior y se sujetan con tornillos y acoplamientos roscados.
La batería está conectada e insertada en la caja - fig. 12
Conecte e instale la placa de contactos. Presione ligeramente y fíjelo con un soporte - fig. 13. Instale el reflector con LED(s) fig. - 14.
Para recargar la batería, necesita un cargador, que es fácil de hacer con sus propias manos, mientras ahorra una cantidad considerable de dinero sin comprar uno industrial. El equipo más sencillo y económico se carga a tensión constante (modo pociostático). Pero con mayor frecuencia, se usa un modo combinado, en el que se limita la corriente inicial. Y cuando se alcanza el voltaje especificado, la carga se lleva a cabo cuando se estabiliza. Por lo general, se denomina modo de carga I - U. La carga se lleva a cabo a una corriente constante de 0,1 C (capacidad nominal de la batería en amperios-hora) en la primera etapa y a una tensión de fuente de corriente constante en la segunda. La mayoría de los fabricantes recomiendan cargar las baterías cicladas a un voltaje constante de 2,4 - 2,45 V por batería (7,2 - 7,35 V para una batería de 6 voltios) [3]. El cargador se ensambla de acuerdo con el circuito que se muestra en la Figura 15. Consta de un transformador reductor Tr1, un rectificador con diodos VD1-4 y un condensador de filtrado C1, un regulador de corriente en el estabilizador integral DA1, una resistencia R1, un condensador C2, un indicador de carga de la batería en un transistor VT1, resistencias R2-4, diodo VD5 y LED1 LED, estabilizador de voltaje: en el estabilizador integral DA2, resistencias R5-6, condensador C3. El enchufe Bu1 se proporciona para conectar el cargador a la linterna.
Los estabilizadores integrales están montados en una caja de metal para disipar el calor. Todas las resistencias, excepto las indicadas en el diagrama, utilizan una potencia de 0,125 W. Para cargar una batería de 1,3A·h en la primera etapa de carga, se requiere una corriente óptima de 130 mA. Para garantizar el flujo de corriente del valor especificado, la resistencia R1 se selecciona utilizando los programas anteriores. A medida que la batería se carga, la corriente disminuye y el voltaje aumenta. Es necesario limitar el valor de voltaje final para una batería de 6 voltios a 7,2 V. El voltaje especificado se logra seleccionando la relación de resistencias R5 - 6. El brillo del LED1 indica que la batería se está cargando. Cuando la batería está completamente cargada, el LED se apaga. Para baterías con una capacidad de 4,5 A·h y 7,5 A·h resistencia R1 se utiliza con un valor nominal de 2,7 ohmios y 1 ohmios, respectivamente, con una potencia de al menos 8 vatio. Para cargar una batería de 1 V, la resistencia R12 se usa con una resistencia de 5 ohmios, R470 - 6 kOhm. Los diodos KD226A se pueden reemplazar con cualquier rectificador proporcionado para una corriente de al menos 2 A, y VD1-4 con un conjunto de diodos. Los estabilizadores integrados LM317 se pueden reemplazar por 7805. En este caso, es necesario cambiar los valores de resistencia: R1 - 39 Ohm 1 W para una batería con una capacidad de 1,3 A·h, 12 ohmios 3 W para batería de 4,5 A·h y 6,8 ohmios 5 W - 7,5 A·h; R6 - 91 ohmios para una batería de 6 voltios y R5 - 330 ohmios y R6 - 510 ohmios para una batería de 12 voltios. El transistor KT3107 se puede reemplazar con KT361, BC556, 2N5401 fácilmente disponibles. Literatura
Autor: V Marchenko
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