Как отремонтировать фонарь на светодиодах?
Для нормальной жизнедеятельности человека в темное время суток ему всегда необходим был свет. С развитием технологий источники освещения усовершенствовались, начиная свой путь от огня факелов и керосиновых ламп, заканчивая фонариками на аккумуляторах. Настоящей революцией в мире осветительной техники было создание светодиода, который тотчас же вошел в бытовую жизнь.
Современные светодиодные фонари очень экономные, свет распространяется очень далеко и он очень яркий. Огромная доля таких литиевых фонарей на современном рынке – китайского производства, они очень дешевые и доступные. Именно из-за дешевизны часто возникают поломки различного рода. В данной статье рассмотрим основные проблемы ремонта светодиодных фонарей и способы их устранения своими руками.
Как работает светодиодный фонарик?
Классическое устройство фонариков очень простое (независимо от типа корпуса, будь это модели Космос или ДиК АН-005). К батарейке подключается светодиод, цепь разрывается кнопкой выключения. В зависимости от количества светодиодов, количества самих световых элементов (например, основной фонарь на передней части и вспомогательный в ручке) в схему добавляются более сильная батарея (или несколько), трансформатор, сопротивление, а также устанавливается более функциональный выключатель (фонарики Фо-ДиК).
Схема работы светодиодного фонаря
Почему ломаются фонарик?
Сейчас мы опустим проблемы, связанные с неправильной эксплуатацией китайского фонарика – «уронил его в тазик с водой, включил-выключил, а он почему-то не светит». Дешевизна фонарей достигается за счет упрощения электрических цепей внутри устройства. Это позволяет сэкономить на комплектующих (на их количестве и качестве). Это сделано для того, чтобы люди чаще покупали новые, а старые просто выбрасывали, даже не попробовав их починить своими руками.
Еще один пункт экономии – работающие на производстве люди, которые не обладают достаточной квалификацией для выполнения подобной работы. Как следствие – множество мелких и крупных ошибок в самой схеме, некачественная спайка и сборка комплектующих, что ведет к постоянному ремонту фонарей. В большинстве случаев все проблемы можно решить, правильно их диагностировав, этим мы и займемся далее.
Разнообразие светодиодных фонарей
Причина поломки фонаря
Скорее всего, при переключении выключателя светодиоды не хотят гореть по причине неисправности в электрической цепи. Самые распространенные из них:
- окисление контактов аккумулятора или батарейки;
- окисления на контактах, к которым батарейка подключается;
- повреждение проводов, идущих как от аккумулятора к светодиоду, так и обратно;
- неисправный элемент выключения;
- отсутствие питания в цепи;
- поломка в самих светодиодах.
Окисление. Чаще всего оно возникает в уже старых фонарях, которые часто используются в различных погодных условиях. Налет, который появляется на металле, мешает нормальному контакту, из-за чего фонарь на аккумуляторах может мигать или вообще не включаться. Если окисление наблюдается на батарейке или аккумуляторе, то нужно задуматься о замене.
Как починить контакты? Легкие загрязнения удаляются своими руками ваткой, смоченной в этиловом спирте. Когда загрязнения очень серьезные, даже ржавчина пошла по корпусу – использование такого элемента питания может быть опасно для здоровья и жизни. В магазинах сейчас можно найти достаточное количество новых батареек и аккумуляторов даже под старые типы фонарей.
Виды сменных аккумуляторов для ручных фонарей
Позаботьтесь об окружающей среде – не выбрасывайте старые аккумуляторы в мусорное ведро, наверняка у вас в городе есть пункты приема для утилизации.
Окисление также образуется и на контактах в самом фонаре. Здесь тоже нужно обращать внимание на их целостность. Если загрязнение все еще можно удалить ваткой со спиртом – остановитесь на этом варианте. Для труднодоступных мест можно воспользоваться ватной палочкой.
Если же контакты совсем проржавели или даже подгнили (что не редкость для старого фонаря), их придется менять. Спросите в магазине электроники, есть ли похожие контактные элементы (на протяжении как минимум десяти лет во всех фонарях они абсолютно идентичны за редкими исключениями). Если таких же нет – подберите как можно более похожий вариант. Вооружившись тонким паяльником, их без труда можно перепаять.
Очистка контактов фонарика ватной палочкой со спиртом
Повреждение контактов проводов. Помимо вышеописанных мест, контакты присутствуют в местах спайки проводов электрической цепи. Дешевое производство, спешка во время сборки и халатное отношение работников часто приводят к тому, что некоторые провода вообще забывают спаять, поэтому светодиодный фонарик не работает, даже если он только из коробки. Как отремонтировать фонарик в этом случае? Внимательно просмотрите всю цепь, аккуратно отодвигая провода медицинским пинцетом или другим тонким предметом. Если найдена несостоявшаяся спайка, ее нужно восстановить с помощью того же тонкого паяльника.
Это же можно проделать и с хлипкими соединениями, характерное состояние которых – надорванная оголенная жила, едва прикрепленная к месту спайки. Если у вас достаточно времени и ресурсов, и вы дорожите этим фонариком, можно методично и качественно перепаять вообще все контакты. Это значительно повысит эффективность такой цепи, защитит оголенные элементы от влаги и пыли (что актуально, если фонарик налобный), и при последующих случаях ремонта фонарика позволит исключить этот пункт. Ремонт маленьких налобных светодиодных фонарей выполняется абсолютно так же, размеры просто другие.
Повреждение проводов. После того, как вы убедились в чистоте контактов, можно приступить к просмотру всех проводов в цепи на предмет повреждений или замыканий. Распространенный случай, когда или во время сборки на заводе или после предыдущего ремонта проводки были повреждены неправильно установленной крышкой корпуса. Провод попал между двух деталей корпуса и был разрезан либо раздавлен во время затягивания болтов. Во время протекания тока электрическая схема могла перегреться или даже замкнуть, это неизбежно приведет к ремонту светодиодного фонарика.
Способы спаивания разорванных проводков в фонарике
Все разорванные участки необходимо спаять друг с другом для обеспечения лучшей проводимости, нежели при простом скручивании. Все оголенные места не забудьте заизолировать, лучше всего использовать тонкую термоусадку. Сильно поврежденные провода, которые уже могли взяться ржавчиной, желательно своими руками заменить полностью (подбирайте соответствующую жилу). После подобной доработки старые фонари могут светить гораздо ярче – выполненная модернизация улучшает протекание тока.
Неисправный выключатель. Также обратите внимание на контакты проводов с клеммами выключателя, устраните неполадки. Самый просто способ узнать, из-за выключателя ли не работает ваш фонарик – замкнуть цепь без него. Исключите его из схемы, напрямую выполнив подключение аккумулятор-светодиоды (можно попробовать и от сети с соответствующим аккумулятору напряжением). Если они загорятся – меняем выключатель. Возможно, он уже механически сломался от многоразового использования, фонарь просто так выключается, также возможен брак с производства. Если же светодиоды не хотят загораться напрямую от батарейки, следуем дальше.
Отсутствие тока в сети. Самая распространенная причина такой неисправности – разряженный или сильно старый литиевый аккумулятор. Светодиодный фонарь может светиться при зарядке, но если его отключить от розетки – сразу тухнет. Полная неисправность наблюдается тогда, когда фонарь совсем не заряжается и никак не реагирует на включение, хотя индикатор зарядки горит стабильно.
Литий-ионный аккумулятор для больших фонарей
Поломка светодиодов. Когда все проблемы с проводами устранены (или же их не было), обратите внимание на сами светодиоды. Аккуратно достаньте плату, на которую они припаяны. С помощью мультиметра узнайте ток, который входит и выходит с платы. Если есть возможность, проверьте контакты и на всей плате. Скорее всего, светодиоды соединены последовательно, поэтому при поломке одного остальные тоже не будут светить. Проверять каждый, если их 3 и более – дело достаточно длительное по времени, поэтому лучше сразу купить новые светодиоды.
Плата со светодиодами
Заключение
Множество дешевых китайских фонариков на светодиодах, собранных в условиях жесткой экономии, чаще всего подвержены поломкам электрической цепи. Туда устанавливаются провода с очень маленьким сечением, которые довольно проблематично перепаять даже хорошим прибором. Однако практически все проблемы с проводами и батарейками с легкостью устраняются в домашних условиях, при правильном и аккуратном подходе даже недорогой фонарь отремонтированным прослужит вам более трех лет постоянного использования.
Источник
Ремонт китайского фонарика TrustFire XM-L Z5
Анекдот (вместо эпиграфа). Профессор читает лекцию студентам:… как видите, данное технологическое решение простое, понятное, и очень надёжное. По этим причинам оно и не используется. На практике применяют другую технологию, которую мы с вами будем изучать в течение следующих пары месяцев.
Этот недешевый в общем-то фонарик принесли в практически идеальном внешне состоянии, что говорит о его явно безвременной кончине. И дважды сдохшим изнутри.
Первый раз он почил когда сгорела электроника токового драйвера — вполне закономерно для экстремального режима на предельных нагрузках. После чего над ним поработал видимо «умелец», пустив питание кристалла напрямую — в результате выгорел и сам светодиод.
Изготовители старательно запилили маркировку транзисторов и микросхем, наверное из чувства стыда за неоптимальный выбор компонентов. Но при этом не удосужились облудить медные ободки на плате выключателя (слева, показан красной стрелкой), и на «пятаке» платы драйвера — которые контачат с алюминиевым корпусом. Пришлось сделать это самому, чтоб предотвратить разрушение металлов в образовавшейся гальванопаре. Выгоревший кристалл был демонтирован при помощи промышленного фена. Вместо него запаял свежеприобретенный OS-Star-5W Warm White 3000K 300Lm, рассчитанный на ток 0.7А с падением напряжения 6v на светодиоде. В фонарике он будет использоваться на пониженной мощности, с целью продления ресурса светодиода и времени автономной работы фонаря от АКБ.
Тестируем новый кристалл. Его теплоотводный «пятак» тоже припаял к подложке для улучшения теплоотдачи, но как оказалось в дальнейшем, на выбранном рабочем токе 0.2А фонарь практически не греется. Вольтметр (слева) показывает падение напряжения на светодиоде, подключенном к лабораторному источнику питания через ограничительный резистор.
Драйвер восстанавливать заморочно и бессысленно, да и как показано ниже — даже вредно по факторам надежности и КПД в случае применения фонаря для повседневных целей. Поэтому пятак был очищен от радиодеталей, а для ограничения тока светодиода в районе 0.2А на полных батареях использован резистор сопротивлением 10 Ом.
На фото рядом два резистора по 5.1 Ом, аналогичные тем что упакованы в термоусадку. Там они соединены там последовательно, т.к. резистора на 10 Ом не оказалось под рукой.
После промывки от флюса и сборки светодиодного узла, фонарик был поставлен на испытания. Аккумуляторы 18650 не «родные», выдранные из батблока отслужившего свой срок ноутбука. Тем не менее какой-то запас емкости в них еще остался. Перед началом прогона они были заряжены до напряжения 4.12v каждый.
Потребляемый ток замерялся каждый час. Через 7 часов непрерывной работы напряжение аккумуляторов снизилось до 3.6v, что говорит о еще не окончательном их разряде, но уже близко к этому. При этом фонарик достаточно ярко освещает помещение, а на улице хорошо просвечивает более чем на полсотни меторв. Таким образом изделие восстановлено, и соответствует пожеланиям заказчика.
Расчеты и обоснование
В оригинале был применен светодиод с падением напряжения на нем 3v. В сводной таблице указан ток светодиода в различных режимах работы фонаря, и ток потребления от источника питания. Первоисточник информации из форума, и из вот этого обзора
На основе этих данных можно посчитать коэффициент экономии энергии батарей в оригинальной конструкции фонаря:
Kэ = Iсд / Iпит
Получаем (округленно) для режимов:
- максимальный — 2.05
- средний — 1.78
- минимальный — 1.63
Эти цифры показывают во сколько раз ток потребления от батарей ниже тока, который был бы в схеме с непосредственной запиткой через ограничительный резистор. Т.е. по сути характеризуют экономию питания, получаемую за счет импульсного драйвера питания светодиода.
На новом установленном светодиоде падение напряжения уже 6v, он конструктивно состоит из двух трехвольтовых секций, включенных последовательно. А значит и количество излучаемого света при одном и том же протекающем токе, у него в два раза больше чем у оригинального трехвольтового.
Ток потребления схемы с резисторным ограничителем находится в пределах от 0.21 до 0.13 А, в зависимости от степени разряда батарей. Но с учетом удвоения излучаемого света, световой поток даже на разряжающихся акб заметно больше, чем у оригинальной схемы в минимальном (экономичном) режиме. Для резисторного ограничителя ток потребляемый от батарей и ток СД — одинаковы. Но можно посчитать КПД, как отношение мощности подводимой к СД к общей мощности потребляемой всей схемой.
Итак КПД высоконадежного фонаря с резистором вместо импульсного драйвера, на полностью заряженной батарее — 74%, а на разряжающейся — 81%.
Для расчета КПД в оригинальной конструкции с импульсной запиткой, примем падение напряжения на СД 3.1v, а ток светодиода не меняется по мере разряда АКБ.
Получается что на небольшой мощности для повседневных нужд — оптимальнее правильный подбор светодиода, и применение простого и надежного резисторного ограничения тока. Такой подход обеспечивает больший КПД использования энергии батарей, по сравнению с запиткой через импульсный драйвер. А также многолетний ресурс безотказной работы, обусловленный надежностью схемы, и тем что в недогруженном режиме светодиод прослужит во много раз дольше.
Расчет КПД в схеме драйвером произведен без учета увеличения потребляемого тока по мере разряда батарей. Поэтому реальный КПД с импульсником на посаженных батареях окажется чуть меньше значений, указанных в последней таблице.
С драйвером ток светодиода поддерживается неизменным, и соответственно его яркость. Поэтому по мере разряда батарей, потребляемый от них ток начинает увеличиваться. Батареи будут садиться всё быстрее и быстрее.
С резистором же ситуация в точности наоборот — ток потребления снижается при разряде батарей, и т.о. позволяет протянуть на одной зарядке раза в полтора… два примерно дольше, чем если б было с драйвером. Конечно это достигается ценой некорого снижения яркости, но в такой ситуации лучше чтоб хоть немного да светило, чем вообще никак.
Вариант использовать вместо резистора проходной стабилизатор тока на ИМС или полевом транзисторе — рассматривал, но тоже отклонил т.к. сокращается время автономной работы по сравнению с резисторной схемой.
Выбор резистора был обусловлен разумным компромиссом между минимально необходимой освещенностью при разряде батарей, и стремлением по максимуму продлить время автономной работы фонаря. Что и было достигнуто — на посаженных батареях фонарь позволяет читать книжный текст, и дает вполне приемлимую освещенность для ориентирования на улице, «пробивая» десятки метров.
Источник
