» » Ремонт, модернізація світлодіодного ліхтаря своїми руками

Ремонт, модернізація світлодіодного ліхтаря своїми руками



Для безпеки і можливості продовжувати активну діяльність в темний час доби людина має потребу в штучному освітленні. Первісні люди розсували темінь, підпалюючи гілки дерев, далі придумали факел і керосинку. І тільки після винаходу французьким винахідником Жорджом Лекланше в 1866 році прототипу сучасної батареї, а в 1879 році Томсоном Едісоном лампи розжарювання, у Девіда Майзелла з'явилася можливість запатентувати 1896 році перший електричний ліхтар.

З тих пір в електричній схемі нових зразків ліхтарів нічого не змінювалася, поки в 1923 році російський вчений Олег Володимирович Лосєв не знайшов зв'язок люмінесценції в карбіду кремнію і p-n-переході, а в 1990 році вченим не вдалося створити світлодіод з більшою практически для всех, що дозволяє замінити лампочку розжарювання. Застосування світлодіодів замість ламп розжарювання, завдяки низькому енергоспоживанню світлодіодів, дозволило у багато разів збільшити час роботи ліхтарів при тій же ємності батарей і акумуляторів, підвищити надійність ліхтариків і практично зняти всі обмеження на область їх використання.

Однак через неграмотність розробників ліхтариків, китайських виробників, що прагнуть собівартість виготовлення ліхтаря наблизити до нуля і порушення правил експлуатації споживачами, ліхтарі ламаються і перестають світити.

Світлодіодний ліхтар Lentel GL01

Один з таких акумуляторних світлодіодних ліхтарів, який Ви бачите на фотознімку, і потрапив мені в ремонт з скаргою, що побачити, як світить куплений днями китайський ліхтарик Lentel GL01 за $3, не довелося, хоча індикатор заряду акумулятора світиться. Вирішив розібратися, в чому причина відмови цього китайського ліхтарика.

Висувна вилка

Зовнішній огляд ліхтаря справив позитивне враження. Якісне лиття корпусу, зручна ручка і вмикач. Стрижні вилки для підключення до побутової мережі для зарядки акумулятора зроблені висувними, що виключає необхідність зберігання мережевого шнура. Але, незважаючи на світіння індикатора зарядки акумулятора при підключенні до мережі, ліхтарик не хотів світити.

Як розібрати ліхтарик

Хоча ліхтарик підлягав гарантійного ремонту, але згадуючи свої ходіння при зверненні за гарантійним ремонтом з приводу відмовив електрочайника (чайник був дорогим і в ньому перегорів ТЕН, тому своїми руками його відремонтувати не представлялося можливим), вирішив розібратися з причиною поломки самостійно.

Розбирання ліхтаря

Розібрати ліхтар виявилося легко. Досить повернути на невеликий кут проти годинникової стрілки кільце, що фіксує захисне скло і відтягнути його, потім відгвинтити кілька саморізів. Виявилося кільце фіксується на корпусі ліхтарика з допомогою байонетного з'єднання.

Розкритий світлодіодний ліхтар

Після зняття однієї з половинок корпусу ліхтарика з'явився доступ до всіх його вузлів. Зліва на фотознімку видно друкована плата зі світлодіодами, до якої прикріплений за допомогою трьох саморізів рефлектор (відбивач світла). У центрі розташований акумулятор чорного кольору з невідомими параметрами, є тільки маркування полярності виводів. Правіше акумулятора знаходиться друкована плата зарядного пристрою та індикації. Праворуч встановлена мережева вилка з висувними стрижнями.

Згорілі світлодіоди

При уважному розгляді світлодіодів виявилося, що на випромінюючих поверхнях кристалів всіх світлодіодів були чорні плями або крапки. Стало ясно навіть без перевірки світлодіодів мультиметром, що ліхтарик не світить через їх перегорання.

Згорілі світлодіоди у вимикачі

Почорнілі області були також на кристалах двох світлодіодів, встановлених у якості підсвічування на платі індикації заряду акумулятора. У світлодіодних лампах і стрічках зазвичай виходить з ладу один світлодіод, і працюючи як запобіжник, що захищає інші від перегорання. А в ліхтарі вийшли з ладу всі дев'ять світлодіодів одночасно. Напруга на акумуляторі не могло збільшитися до величини, здатної вивести світлодіоди з ладу. Для з'ясування причини довелося накреслити електричну принципову схему ліхтаря.

Аналіз електричної принципової схеми ліхтаря

Електрична схема ліхтаря складається з двох функціонально закінчених частин. Частина схеми, розташована лівіше перемикача SA1, виконує функції зарядного пристрою. А частина схеми, що зображена праворуч від перемикача, забезпечує світіння ліхтаря.

Схема електрична світлодіодного ліхтаря

Працює зарядний пристрій ліхтаря наступним чином. Напруга від побутової мережі 220 В надходить на струмообмежуючий конденсатор С1, далі на мостовий випрямляч, зібраний на діодах VD1-VD4. З випрямляча напруга подається на клеми акумулятора. Резистор R1 служить для розряду конденсатора після вилучення вилки ліхтарика з мережі. Таким чином, виключається удар струмом від розряду конденсатора у разі випадкового дотику рукою одночасно двох штирів вилки.

Світлодіод HL1, включений послідовно з струмообмежувальних резистором R2 в протилежному напрямку з правим верхнім діодом мосту, як, виявилося, що світиться завжди при вставленій вилці ліхтаря в мережу, навіть якщо акумулятор несправний або від'єднано від схеми.

Перемикач режимів роботи ліхтаря SA1 служить для підключення до акумулятора окремих груп світлодіодів. Як видно зі схеми виходить, що якщо ліхтар підключений до мережі для зарядки і движок перемикач знаходиться в положенні 3 або 4, то напруга з зарядного пристрою акумулятора потрапляє і на світлодіоди.

Упаковка з інструкцією

Якщо людина увімкнув ліхтарик і виявив, що він не працює, і, не знаючи, що движок вимикача обов'язково необхідно встановити в положення «вимкнено», про що в інструкції по експлуатації ліхтаря нічого не сказано, підключить ліхтар до мережі на зарядку, то за рахунок кидка напруги на виході зарядного пристрою на світлодіоди потрапить напруга, що значно перевищує розрахункове. Через світлодіоди потече струм, що перевищує допустимий і вони перегорять. При старінні кислотного акумулятора за рахунок сульфітації свинцевих пластин напруга заряду акумулятора зростає, що теж призводить до перегорання світлодіодів.

Ще одне схемне рішення, яке здивувало, це паралельне включення семи світлодіодів, що неприпустимо, так як вольтамперні характеристики навіть світлодіодів одного типу дещо відрізняються і тому проходить струм через світлодіоди теж буде неоднаковим. З цієї причини при виборі номіналу резистора R4 з розрахунку протікання через світлодіоди максимально допустимого струму, один з них може перевантажуватися і вийти з ладу, а це призведе до перевантаження по струму паралельно включених світлодіодів, і вони теж перегорять.

Доопрацювання (модернізація) електричної схеми ліхтаря

Стало очевидним, що поломка ліхтаря пов'язана з помилками, допущеними розробниками його електричної принципової схеми. Щоб відремонтувати ліхтар і виключити його повторну поломку необхідно замінити світлодіоди і внести незначні зміни в електричну схему.

Електрична схема світлодіодного ліхтаря

Для того, щоб індикатор заряду акумулятора дійсно сигналізував про його зарядці, необхідно світлодіод HL1 включити послідовно з акумулятором. Для світіння світлодіода необхідний струм кілька міліампер, а видається струм зарядним пристроєм повинен становити близько 100 мА. Для забезпечення цих умов досить від'єднати HL1-R2 ланцюжок від схеми в місцях, зазначених червоними хрестиками і паралельно з нею встановити додатковий резистор Rd номіналом 47 Ом потужністю не менше 0,5 Вт. Струм заряду, протікаючи через Rd буде створювати на ньому падіння напруги близько 3, яке забезпечити необхідний струм для світіння індикатора HL1. Заодно точку з'єднання HL1 і Rd необхідно підключити до висновку 1 перемикача SA1. Таким простим способом буде виключена можливість подачі напруги з зарядного пристрою на світлодіоди EL1-EL10 під час заряду акумулятора.

Для вирівнювання величини струмів, що протікають через світлодіоди EL3-EL10, необхідно виключити зі схеми резистор R4 і послідовно з кожним світлодіодом включити окремий резистор номіналом 47-56 Ом.

Електрична схема модернізованого ліхтаря

Після модернізації електрична принципова схема світлодіодного ліхтаря прийме вигляд, як на малюнку вище. Якщо необхідно висвітлювати ліхтариком тривалий час і не потрібно великої яскравості її світіння, то можна додатково встановити струмообмежуючий резистор R5, завдяки якому час роботи ліхтарика без підзарядки збільшиться в два рази.

Внесені в схему незначні зміни підвищили інформативність індикатора заряду недорогого китайського світлодіодного ліхтаря і багаторазово підвищили його надійність. Сподіваюся, що китайські виробники світлодіодних ліхтарів після прочитання цієї статті модернізують електричні схеми моделей, що випускаються ліхтариків.

Ремонт світлодіодного ліхтаря

Після розбирання в першу чергу потрібно відновити працездатність ліхтаря, а потім вже займатися модернізацією.

Друкована плата ліхтаря

Перевірка світлодіодів мультиметром підтвердила їх несправність. Тому всі світлодіоди довелося випаяти і звільнити від припою отвори для установки нових діодів.

Плата з світлодіодами

Судячи по зовнішньому вигляду, на платі ліхтарика були встановлені лампові світлодіоди з серії HL-508H діаметром 5 мм. В наявності були світлодіоди типу HK5H4U від лінійної світлодіодної лампи. з близькими технічними характеристиками. Вони і стали в нагоді для ремонту ліхтаря. При запаювання світлодіодів на плату потрібно не забувати дотримуватися полярності, анод повинен бути з'єднаний з плюсовим висновком акумулятори або батареї.

Після заміни світлодіодів друкована плата була підключена до схеми ліхтарика. Яскравість світіння деяких світлодіодів з-за загального токоограничивающего резистора дещо відрізнялася від інших. Для усунення цього недоліку необхідно видалити резистор R4 і замінити його сім'ю резисторами, включивши послідовно з кожним світлодіодом.

Таблиця залежності величини протікаючого струму через світлодіод від номіналу резистора при U=3,6 B Величина опору, Ом 3234394447525761707585 Сила струму, мА 2019181716151413121110

Для вибору резистора, що забезпечує оптимальний режим роботи світлодіода, була виміряна залежність величини струму, що протікає через світлодіод, від величини послідовно включеного опору при напрузі 3,6 В, рівного напрузі акумуляторної батареї ліхтаря.

Виходячи з умов застосування ліхтаря (у разі перебоїв подачі в квартиру електроенергії) великий яскравості і дальності освітлення не було потрібно, тому резистор був обраний номіналом 56 Ом. З таким струмообмежувальних резистором світлодіод буде працювати в легкому режимі, і споживання електроенергії буде економним. Якщо від ліхтаря потрібно вичавити максимальну яскравість, то слід застосувати резистор, як видно з таблиці, номіналом 33 Ом і зробити два режими роботи ліхтарика, включивши ще один загальний струмообмежуючий резистор (на схемі R5) номіналом 5,6 Ом.

Захисний лак доріжки світлодіодного ліхтаря

Щоб включити послідовно з кожним світлодіодом резистор, необхідно попередньо підготувати друковану плату. Для цього на ній потрібно перерізати по одній будь струмоведучої доріжці, що підходить до кожного світлодіода і зробити додаткові контактні площадки. Струмопровідні доріжки на платі захищені шаром лаку, який необхідно зішкребти лезом ножа до міді, як на фотознімку. Потім оголені контактні майданчики залудити припоєм.

Готувати друковану плату для монтажу резисторів і припаювати їх краще і зручніше, якщо плату закріпити на штатному рефлекторі. У цьому випадку поверхня лінз світлодіодів не буде дряпатися, і зручніше буде працювати.

Перевірка роботи світлодіодів світлодіодного ліхтаря

Підключення діодної плати після ремонту і модернізації до акумулятора ліхтаря показало достатню для освітлення і однакову яскравість світіння всіх світлодіодів.

Ліхтар з 8 світлодіодами

Не встиг відремонтувати попередній ліхтар, як в ремонт потрапив другий, з такою ж несправністю. На корпусі ліхтарика інформації про виробника та технічних характеристиках не знайшов, але судячи по почерку виготовлення та причини поломки, виробник той же, китайський Lentel.

Попереджувальний напис

За датою на корпусі ліхтарика і на акумуляторі вдалося встановити, що ліхтаря вже чотири роки і зі слів його господаря ліхтар працював безвідмовно. Очевидно, що прослужив ліхтарик довго завдяки попереджувальним написом «Не вмикати під час зарядки!» на відкидній кришці, закриває відсік, в якому захована вилка для підключення ліхтаря до електромережі для зарядки акумулятора.

Друкована плата світлодіодного ліхтаря

У цій моделі ліхтаря світлодіоди включені в схему за правилами, послідовно з кожним встановлений резистор номіналом 33 Ом. Величину резистора легко дізнатися по колірній маркування за допомогою онлайн калькулятора. Перевірка мультиметром показала, що всі світлодіоди несправні, резистори теж опинилися в обриві.

Аналіз причини відмови світлодіодів показав, що за рахунок сульфатації пластин кислотного акумулятора його внутрішній опір збільшилася і як наслідок, напругу його зарядки зросла в кілька разів. Під час зарядки ліхтарик був включений, струм через світлодіоди і резистори перевищив граничний, що і призвело до виходу їх з ладу. Довелося замінити не тільки світлодіоди, але і всі резистори. Виходячи з вище обговорених умовах експлуатації ліхтаря були для заміни обрані резистори номіналом 47 Ом. Величину резистора для будь-якого типу світлодіода можна розрахувати за допомогою онлайн калькулятора.

Переробка схеми індикації режиму зарядки акумулятора

Ліхтар відремонтований, і можна приступати до внесення змін в схему індикації заряду акумулятора. Для цього необхідно перерізати доріжку на друкованій платі зарядного пристрою та індикації таким чином, щоб ланцюжок HL1-R2 зі сторони світлодіода від'єднати від схеми.

Електрична принципова схема ліхтаря

Далі потрібно паралельно ланцюжку HL1-R2 підключити резистор Rd, проходячи через який струм зарядки акумулятора буде створювати необхідний падіння напруги для забезпечення світіння світлодіода HL1.

Вимірювання струму і напруги зарядки акумулятора світлодіодного ліхтаря

Свинцево-кислотний AGM акумулятор ліхтаря був доведений до глибокого розряду, і спроба зарядити його штатним зарядним пристроєм не привела до успіху. Довелося заряджати акумулятор за допомогою стаціонарного блока живлення з функцією обмеження струму навантаження. На акумулятор було подано напругу 30 В, при цьому він в перший момент часу споживав струм всього кілька мА. З часом струм почав зростати і через кілька годин збільшився до 100 мА. Після повної зарядки акумулятор був встановлений у ліхтар.

Зарядка глибоко розряджених свинцево-кислотний AGM акумуляторів в результаті довгого зберігання підвищеним напругою дозволяє відновити їх працездатність. Спосіб перевірений мною на AGM акумулятори не один десяток разів. Нові акумулятори, неохочі заряджатися від стандартних зарядних пристроїв, при зарядці від постійного джерела при напрузі 30 В відновлюються практично до початкової ємності.

Акумулятор був кілька разів розряджений включенням ліхтарика в робочий режим і заряджений за допомогою штатного зарядного пристрою. Вимірюваний струм заряду склав 123 мА, при напрузі на виводах акумулятора 6,9 В. На жаль акумулятор зношений і його вистачало для роботи ліхтаря протягом 2 годин. Тобто ємність акумулятора становила близько 0,2 А-години та для тривалої роботи ліхтаря необхідна його заміна.

Доробка індикатора заряду акумулятора світлодіодного ліхтаря

HL1-R2 ланцюжок на друкованій платі була вдало розміщена, і знадобилося під кутом перерізати всього одну токоведущую доріжку, як на фотознімку. Ширина різу повинна бути не менше 1 мм. Розрахунок номіналу резистора і перевірка на практиці показала, що для стабільної роботи індикатора зарядки акумулятора необхідний резистор номіналом 47 Ом потужністю не менше 0,5 Вт.

Індикатор заряду акумулятора світлодіодного ліхтаря

На фотознімку представлена друкована плата з запаяним струмообмежувальних резистором. Після такого доопрацювання індикатор заряду акумулятора світиться тільки в разі, якщо дійсно відбувається заряд акумулятора.

Модернізація перемикача режимів роботи ліхтаря

Для завершення роботи з ремонту і модернізації ліхтарів необхідно виконати перепайку проводів на висновках перемикача.

В моделях ремонтованих ліхтарів для включення застосований чотирьох позиційний перемикач движкового типу. Лівий висновок на наведеній фотографії є загальним. При переміщенні движка перемикача з крайнього лівого положення на одну позицію вправо, загальний його висновок послідовно підключається до інших.

Модернізація перемикача режимів роботи світлодіодного ліхтаря

До першого загального висновку (див. фото вище) потрібно припаяти провід, що йде від позитивного висновку акумулятора. Таким чином з'явиться можливість підключати акумулятор до зарядного пристрою або світлодіодів. До другого висновку можна припаяти провід, що йде від точки з'єднання катода світлодіода HL1 з Rd. До решти виведення перемикача в залежності від уподобань підключаються дроти, що йдуть від додаткового підсвічування в ліхтарі і основної плати зі світлодіодами. До залишився вільним висновку можна припаяти струмообмежуючий резистор R5 величиною 5,6 Ом для можливості перемикання ліхтарика в енергозберігаючий режим роботи.

Чим замінити кислотний акумулятор у світлодіодному ліхтарі

Вийшов з ладу у світлодіодному ліхтарі кислотний акумулятор можна замінити аналогічним кислотних, так і нікель-металгидридными (Ni-MH) акумуляторів типорозміру АА або ААА.

Акумулятор

В ремонтованих китайських ліхтарях були встановлені свинцево-кислотні AGM акумулятори різних габаритних розмірів без маркування напругою 3,6 Ст. За розрахунком ємність цих акумуляторів становить від 1,2 до 2 А-годин.

Зовнішній вигляд акумулятора 4V 1Ah Delta DT 401

У продажу можна знайти аналогічний кислотний акумулятор російського виробника для ДБЖ 4V 1Ah Delta DT 401, який має напругу на виході 4 при ємності 1 А-години, вартістю пару доларів. Для заміни досить просто, дотримуючись полярності, перепаяти два дроти.

Але якщо немає можливості придбати акумулятор 4V 1Ah Delta DT 401, то його можна успішно можна замінити трьома будь-якими пальчиковими нікель-металгидридными (Ni-MH) акумуляторів типорозміру АА або ААА ємністю від 1 А-години, які мають напругу 1,2 Ст. Для цього достатньо з'єднати послідовно, дотримуючись полярності, три акумулятора проводами методом пайки. Однак економічно така заміна недоцільна, так як вартість трьох якісних пальчикових акумуляторів типорозміру АА може перевищувати вартість покупки нового світлодіодного ліхтаря.

Але де гарантія, що в електричній схемі нового світлодіодного ліхтаря не є помилки, і не доведеться його теж допрацьовувати. Тому вважаю, що заміна свинцевого акумулятора в допрацьованому ліхтарі доцільна, оскільки забезпечить надійну роботу ліхтаря ще кілька років. Та й завжди буде приємно користуватися ліхтариком, відремонтованим і модернізованим своїми руками.



27-05-2017, 01:05
Нашли ошибку?