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無線電子工学および電気工学の百科事典 LED充電式懐中電灯。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
LED は、エネルギー消費量において白熱灯よりもはるかに優れています。 あまりに人気が高かったため、市場では白熱灯を備えた懐中電灯を見つけることができなくなりました。 懐中電灯で使用される 2,5V、3,5V、6,3V、および 8V の白熱電球には高エネルギー電源が必要です。 それらのほとんどは、直径 373、高さ 34,2 mm のサイズ 61,5 (D) のガルバニ電池を使用します。 要素の数は懐中電灯の出力によって異なります。 多くの場合、これらは XNUMX つ、XNUMX つ、XNUMX つ、XNUMX つの要素です。 最も重いのは塩電解質またはアルカリを含むマンガン亜鉛電池で、英語のアルカリという「アルカリ」の派生語でアルカリとも呼ばれます。 アルカリ電池の電気容量は約1700～3000mAです。·h. 容量の点では、アルカリ電池は塩電池に比べて優れていますが、塩電池の電気容量は 550 ～ 1100 mA です。·h. 電圧安全ラインの終わりまでに、自己放電により電流源の容量は、塩の場合は 15 ～ 30%、アルカリの場合は 10% 減少します。 マンガン - 亜鉛要素の容量も温度の低下とともに著しく低下します。 -40˚С の温度では、要素の持続時間は +5˚С の温度での動作持続時間の約 10 ～ 20% です。 アルカリ電池は、負の温度領域で動作すると、著しく高い静電容量特性を持ちます。 塩電池では、放電の最終段階および放電の終わりに電解液の漏れが観察され、製品の損傷につながります。 しかし、バッテリーの性能が高ければ高いほど、価格も高くなります。 しかし、日常の経験から、価格が宣言された特性や品質に必ずしも対応するとは限らないことがわかります [1,2、XNUMX]。 ガルバニ電池は、活性物質の化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する一次電流源として分類されます。 残念なことに、一次電流源では、活物質は XNUMX 回しか使用できません。 電球の代わりに LED (LED) を使用すると、ガルバニ電池のサービス ラインを拡張できます (図 1)。 10. これを行うには、白熱電球から E2 口金にはんだ付けする必要があります - 図。 XNUMX. しかし、ガルバニ電池をさらに節約するために、それらはいわゆる二次電流源、つまりバッテリーに置き換えられるでしょう。 電池の特徴は、何度でも充放電ができることです。
電球のベースは、スリーブ (ねじ付き接点)、絶縁体、底部 (中央接点) で構成されています。 懐中電灯では、原則として、電球のネジ付き接点が電源のマイナス極に接続され、中央の接点がプラス極に接続されます（白熱電球の場合、極性は重要ではありませんが、交流で正常に動作します）。電圧）。 もう一つはLEDです。 プラス端子（アノード）とマイナス端子（カソード）があります（図3）。 したがって、アノードが底部に、カソードがスリーブにくるようにベースに取り付けます（図）。 4. この場合、極性に従って電池に接続されます。 LED の電力とその数は、電源の容量と必要な動作ニーズ (輝度レベル、動作時間) に応じて選択されます。 化学電流源が直列に接続されている場合、それらの静電容量は加算されないことに注意してください。
懐中電灯の反射板は、切頭放物面の形状をしています。 均一な光束を形成するには、発光素子が放物面の焦点にある必要があります。 これを行うには、ベースに対する LED の位置を実験的に見つけます。 120 つまたは 90 つの LED で電球を作成する場合、アノード出力近くのレンズをヤスリで研磨する必要があります。 出力ラインに沿って、側面がそれぞれ 5° または 505° の角度で面が形成されます。 5 つのダイオードのアノード脚は残ります。 残りの部分はXNUMX mmに短縮されます。 その後、ジクロロエタンまたは Secunda XNUMX 接着剤を使用して接着します。 次に、陽極がはんだ付けされ、PVC または熱収縮チューブで絶縁されます。 次に、陽極リードをベースの底部の接点にねじ込み、はんだ付けします。 カソードリード線はベースのネジ付き接点にはんだ付けされています - 図。 XNUMX.
LED は消費電流を制御できないことが知られています。 したがって、通常の動作のためには、制限抵抗を直列に接続する必要があります。 白色 LED の場合、供給電圧は 3,2 ボルトです (最も単純で最良のオプション - XNUMX つのガルバニ電池を備えた懐中電灯が、追加のデバイスなしで白色 LED に対応する電力を供給します)。 しかし、電源が放電されるとダイオードに流れる電流が減少し、それに応じて輝度が低下します。 この悪影響は、回路に電圧レギュレータを組み込むことで回避できます。これは LED の通常の動作に必要ですが、詳細は後ほど説明します。 最も一般的で比較的安価なのは密閉型鉛蓄電池です。 バッテリーは、懐中電灯本体の電源用に確保されているコンパートメントのサイズに基づいて選択されます。 373 個のガルバニ電池 6 の懐中電灯の場合、電圧 1,3 V、容量 XNUMX A の鉛酸を使用できます。·h、全体寸法 97 x 54 x 51,5 mm - 図。 6. バッテリーの完全放電は、室温、つまり 1.95 セルあたり 2.03 ～ 5.85 V までの放電として定義されます。 6,09 V バッテリーの場合は最大 6 ～ 20 V。 温度 2.05℃ での最終充電電圧は、バッテリー セルあたり 2.15 ～ 6.15 ボルト、6.45 ボルト バッテリーの場合は 3 ～ XNUMX V です [XNUMX]。 許容電圧以下で放電すると、バッテリーの不可逆的な早期劣化が始まります。 したがって、回路にバッテリー放電インジケーターを追加すると便利です。
変換されたランプの電気回路図を図に示します。 7. トランジスタ VT1 ～ 2、抵抗 R1 ～ 5、コンデンサ C1、LED1 で、バッテリ放電インジケータが作成されます。 抵抗 R2 は LED のしきい値を調整します。 抵抗 R4 の値は LED の電力と電源によって異なります。 このインジケーターは、バッテリーが低下していることを適時に通知します。 この回路の主な利点は動作の明瞭さです。つまり、信号 LED は輝度を滑らかに増加させずにすぐに点灯します。 デバイスは、指定された応答しきい値を非常に正確に監視します [4]。
一体型スタビライザ LM317、抵抗 R6、R7、コンデンサ C2 ～ C4 は、LED (LED) の電源用の電圧レギュレータで構成されています。 抵抗の選択により、電圧安定化モードが調整されます。 それらの値を決定するには、プログラム「LM317 - 計算機 v1.1」または「レギュレーター設計 v1.2」を使用します。 負荷は並列接続された LED2 ～ 4 個の LED 上の電球で、消費電流はそれぞれ 35 ～ 70 mA、レンズ直径 8、高さ 7 mm です。 3,2 ボルトでは、合計消費電流は 180 mA です (この懐中電灯の 8 ボルトの白熱電球は 600 mA を消費します!)。 回路の詳細はプリント基板に実装されています - 図。 8. 一体型スタビライザー LM317 は小型ラジエーターに取り付けられています。 KT315 トランジスタは、KT3102、BC546、2N5551 などに置き換えることができます。 12 ボルト電源を接続する場合、抵抗値を変更する必要があります: R1 - 20 k、R2 - 1,5 k、R4 - 2,2 k。
電池と電球の接触を良好にするために、懐中電灯の背面にはバネ付きのソケットが付いています。 分解する必要がありますが、バッテリー充電インジケーターと充電器を接続するためのソケットを備えたボードを背面の壁に取り付けるために使用されている場合に限ります。 9. バネ付きパネルを別の場所に移動します。 たとえば、基板とバッテリーの間。 これを行うには、セルフタッピングネジでラジエーターに固定します（図）。 10. 充電器を接続するためのソケット、制御ユニット (図 11) が懐中電灯本体に挿入され、後壁に取り付けられ、ネジとねじ継手で固定されます。
バッテリーが接続され、ケースに挿入されます-図。 12。
接点基板を接続して取り付けます。 軽く押してブラケットで固定します - 図。 13. LED 付きリフレクターを取り付けます（図）。 - 14.
バッテリーを充電するには充電器が必要ですが、工業用の充電器を購入せずにかなりの資金を節約しながら、自分の手で簡単に作ることができます。 最も単純で安価な機器は、定電圧 (ポシオスタティック モード) で充電します。 ただし、多くの場合、初期電流が制限される複合モードが使用されます。 そして規定の電圧に達し、安定したところで充電を行います。 これは通常 I - U 充電モードと呼ばれ、充電は最初の段階では 0,1C (公称バッテリー容量、アンペアアワー単位) の定電流で実行され、2,4 番目の段階では定電流源電圧で実行されます。 ほとんどのメーカーは、サイクル済みのバッテリーをバッテリーあたり 2,45 ～ 7,2 V の定電圧 (7,35 ボルト バッテリーの場合は 6 ～ 3 V) で充電することを推奨しています [XNUMX]。 充電器は、図 15 に示す回路に従って組み立てられます。これは、降圧トランス Tr1、ダイオード VD1 ～ 4 を備えた整流器、平滑コンデンサ C1、内蔵安定器 DA1 の電流レギュレータ、抵抗 R1、コンデンサ C2、トランジスタ VT1 のバッテリ充電インジケータ、抵抗 R2 ～ 4、ダイオード VD5 および LED1 LED、電圧安定器 - 統合安定器 DA2、抵抗 R5 ～ 6、コンデンサ C3。 Bu1 プラグは、充電器を懐中電灯に接続するために提供されます。
一体型スタビライザーは放熱のために金属ケースに取り付けられています。 図に示されているものを除くすべての抵抗は、0,125 W の電力を使用します。 1,3Aバッテリー充電用·充電の最初の段階では、130 mA の最適な電流が必要です。 指定された値の電流を確実に流すために、上記のプログラムを使用して抵抗 R1 を選択します。 バッテリーが充電されると、電流が減少し、電圧が上昇します。 6 ボルトのバッテリーの最終電圧値を 7,2 V に制限する必要があります。指定された電圧は、抵抗 R5 ～ 6 の比を選択することによって達成されます。 LED1 の点灯は、バッテリーが充電されていることを示します。 バッテリーが完全に充電されると、LED が消灯します。 容量4,5Aのバッテリーの場合·h および 7,5 A·h 抵抗 R1 は、それぞれ 2,7 オームと 1 オームの公称値で、少なくとも 8 ワットの電力で使用されます。 1 V バッテリーを充電するには、抵抗 R12 を 5 オーム、R470 - 6 kオームで使用します。 ダイオード KD226A は、少なくとも 2 A の電流用に提供される任意の整流器と置き換えることができ、VD1 ～ 4 はダイオード アセンブリと置き換えることができます。 統合スタビライザー LM317 は 7805 に置き換えることができます。この場合、抵抗値を変更する必要があります: R1 - 39 オーム 1 W (容量 1,3 A のバッテリーの場合)·h、12 オーム 3 W、4,5 A バッテリー用·hおよび6,8オーム5W-7,5A·h; 6 ボルトバッテリーの場合は R91 - 6 オーム、5 ボルトバッテリーの場合は R330 - 6 オームと R510 - 12 オームです。 KT3107 トランジスタは、すぐに入手できる KT361、BC556、2N5401 と置き換えることができます。 文学
著者：V。マルチェンコ
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