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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Lanterna LED recarregável. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação Os LEDs são muito superiores às lâmpadas incandescentes em termos de consumo de energia. Elas se tornaram tão populares que não é mais possível encontrar no mercado lanternas com lâmpadas incandescentes. As lâmpadas incandescentes de 2,5 V, 3,5 V, 6,3 V e 8 V usadas em lanternas exigirão fontes de alimentação de alta energia. A maioria deles utiliza células galvânicas de tamanho padrão 373 (D) - com diâmetro de 34,2 e altura de 61,5 mm. O número de elementos depende da potência da lanterna. Freqüentemente, são dois, três, quatro e seis elementos. Os mais comuns são os elementos manganês-zinco com eletrólito salino ou alcalino, também chamados de alcalinos - um derivado da palavra inglesa alcalino - “alcalino”. A capacidade elétrica de uma bateria alcalina é de cerca de 1700 - 3000 mA·h. Em termos de capacidade, as baterias alcalinas estão na liderança, em comparação com as baterias de sal, cuja capacidade elétrica é menor e chega a 550 - 1100 mA·h. No final, a linha de segurança de tensão e a capacidade das fontes de corrente, devido à autodescarga, são reduzidas em 15 - 30% para as salinas e em 10% para as alcalinas. A capacidade das células de manganês-zinco também cai visivelmente com a diminuição da temperatura. A uma temperatura de -40˚С, a duração de operação dos elementos é de cerca de 5 a 10% da duração de operação a uma temperatura de +20˚С. As células alcalinas têm características de capacitância significativamente mais altas quando operam em temperaturas abaixo de zero. Nas células de sal, nas últimas etapas da descarga e após seu término, pode ocorrer vazamento de eletrólito, o que leva a danos ao produto. Mas quanto mais elevados forem os indicadores das baterias, maior será o seu custo. No entanto, a prática quotidiana mostra que o preço nem sempre pode corresponder às características e qualidade declaradas [1,2]. A célula galvânica é considerada uma fonte primária de corrente que converte a energia química das substâncias ativas diretamente em energia elétrica. Infelizmente, as fontes de corrente primária permitem apenas o uso único de materiais ativos. Você pode prolongar a vida útil das células galvânicas se usar um LED (LEDs) em vez de uma lâmpada - fig. 1. Para isso, deve ser soldado na base E10 de uma lâmpada incandescente - fig. 2. Mas substituí-los por uma chamada fonte de corrente secundária - uma bateria - permitirá que você economize muito mais em células galvânicas. Uma qualidade distintiva das baterias é que elas podem ser carregadas e descarregadas muitas vezes.
A base da lâmpada consiste em uma luva - contato roscado, um isolador e um fundo - contato central. Nas lanternas, via de regra, o contato roscado da lâmpada é conectado ao pólo negativo da fonte de energia, e o contato central é conectado ao positivo (embora a polaridade não seja importante para uma lâmpada elétrica incandescente, funciona bem com tensão alternada). Outra coisa é o LED. Possui um terminal positivo - o ânodo, e um terminal negativo - o cátodo (Fig. 3). Portanto, eles o montam na base com o ânodo voltado para baixo e o cátodo para a luva - Fig. 4. Neste caso, será conectado às baterias de acordo com a polaridade. A potência do LED e seu número são selecionados em função da capacidade da fonte de alimentação e das necessidades operacionais necessárias (nível de brilho, tempo de operação). Deve-se notar que quando fontes de corrente química são conectadas em série, suas capacitâncias não se somam.
O refletor da lanterna tem o formato de um parabolóide truncado. Para formar um fluxo luminoso uniforme, é necessário que o elemento emissor de luz esteja no foco do parabolóide. Para fazer isso, encontre experimentalmente a posição do LED em relação à base. Ao fazer uma lâmpada com três ou quatro LEDs, as lentes próximas à saída do ânodo devem ser retificadas com natfil. Ao longo da linha de saída, uma face é formada com lados em um ângulo de 120˚ ou 90˚, respectivamente. A perna do ânodo é deixada em um diodo. No resto são encurtados para 5 mm. Depois disso, são colados com dicloroetano ou cola Secunda 505. Os ânodos são então soldados e isolados com PVC ou tubo termorretrátil. Em seguida, o terminal anódico é rosqueado no contato da parte inferior da base e soldado. Os terminais do cátodo são soldados no contato roscado da base - fig. 5.
Sabe-se que o LED não consegue controlar a corrente consumida. Como resultado, para o seu funcionamento normal é necessário conectar um resistor limitador em série. Para um LED branco, a tensão de alimentação é de 3,2 volts (a opção mais simples e melhor - uma lanterna com duas células galvânicas fornecerá energia adequada ao LED branco, sem quaisquer dispositivos adicionais). Mas à medida que a fonte de energia descarrega, a corrente que flui através do diodo diminuirá e, conseqüentemente, seu brilho diminuirá. Você pode contornar esse efeito negativo incluindo um estabilizador de tensão no circuito, que é necessário para a operação normal do LED, mas falaremos mais sobre isso mais tarde. As mais comuns e relativamente baratas são as baterias seladas de chumbo-ácido. A bateria é selecionada com base no tamanho do compartimento alocado para a fonte de alimentação no corpo da lanterna. Para uma lanterna com seis células galvânicas 373, pode-se usar uma de chumbo-ácido com tensão de 6 V e capacidade de 1,3 A·h, dimensões totais 97 x 54 x 51,5 mm - fig. 6. Uma descarga completa de uma bateria é definida como uma descarga de 1.95 - 2.03 V por célula à temperatura ambiente, ou seja, até 5.85 - 6,09 V para uma bateria de 6 V. A tensão de carga final a uma temperatura de 20 C˚ é igual a 2.05 - 2.15 volts por célula de bateria, 6.15 - 6.45 V para uma bateria de seis volts [3]. Quando descarregada abaixo das tensões permitidas, começa o envelhecimento prematuro irreversível da bateria. Portanto, será útil complementar o circuito com um indicador de bateria fraca.
O diagrama do circuito elétrico da lanterna convertida é mostrado na Fig. 7. Nos transistores VT1 - 2, resistores R1 - 5, capacitor C1, LED LED1 há um indicador de descarga da bateria. O resistor R2 regula o limite de resposta do LED. O valor da resistência R4 depende da potência do LED e da fonte de alimentação. Este indicador informará imediatamente que a bateria está fraca. A principal vantagem do circuito é a clareza de operação, ou seja, o LED de sinal acende imediatamente sem aumentar gradativamente o brilho. O dispositivo rastreia com bastante precisão o limite de resposta especificado [4].
O estabilizador integrado LM317, resistores R6, R7, capacitores C2 - C4 consiste em um estabilizador de tensão para o(s) LED(s). A seleção de resistores regula o modo de estabilização de tensão. Para determinar seus valores, utilize o programa "LM317 - calculadora v1.1" ou "Regulator design v1.2". A carga é uma lâmpada LED2-4 LEDs conectados em paralelo, consumindo uma corrente de 35 - 70 mA cada, com diâmetro de lente de 8 e altura de 7 mm. A uma tensão de 3,2 V, o consumo total de corrente é de 180 mA (a lâmpada incandescente de 8 volts desta lanterna consome 600 mA!). As partes do circuito são montadas em uma placa de circuito impresso – Fig. 8. O estabilizador integral LM317 é montado em um pequeno radiador. Os transistores KT315 podem ser substituídos por KT3102, BC546, 2N5551 e outros. Ao conectar uma fonte de alimentação de 12 volts, é necessário alterar os valores do resistor: R1 - 20 k, R2 - 1,5 k, R4 - 2,2 k.
Para um bom contato entre as pilhas e a lâmpada, existe um painel com molas na parede traseira da lanterna. Deve ser desmontado, mas apenas se a parede posterior for utilizada para fixação de uma placa com indicador de carga da bateria e tomada para ligação de carregador - fig. 9. O painel com molas é movido para outro local. Por exemplo, entre a placa e a bateria. Para isso, é fixado ao radiador por meio de parafusos auto-roscantes - fig. 10. Uma tomada para conectar o carregador e uma unidade de controle (Fig. 11) é inserida no corpo da lanterna e instalada na parede traseira e fixada com parafusos e acoplamentos roscados.
A bateria é conectada e inserida na caixa - fig. 12.
Conecte e instale a placa de contato. Pressione levemente e fixe-o com um suporte - fig. 13. Instale o refletor com LED(s) Fig. - 14.
Para recarregar a bateria é necessário um carregador, fácil de fazer com as próprias mãos, economizando bastante dinheiro sem adquirir um industrial. O equipamento mais simples e barato carrega com tensão constante (modo pociostático). Mas mais frequentemente eles usam um modo combinado, no qual a corrente inicial é limitada. E quando a tensão especificada é atingida, a carga é realizada quando se estabiliza. Geralmente é chamado de modo de carga I - U. A carga é realizada a uma corrente constante de 0,1 C (capacidade nominal da bateria em amperes-hora) no primeiro estágio e a uma tensão constante da fonte de corrente no segundo. A maioria dos fabricantes recomenda carregar baterias cicladas a uma tensão constante de 2,4 - 2,45 V por bateria (7,2 - 7,35 V para uma bateria de 6 volts) [3]. O carregador é montado de acordo com o circuito mostrado na Figura 15. É composto por um transformador abaixador Tr1, um retificador nos diodos VD1-4 e um capacitor de suavização C1, um estabilizador de corrente no estabilizador integrado DA1, resistor R1, capacitor C2 , indicador de carga da bateria no transistor VT1, resistores R2-4, diodo VD5 e LED LED1, estabilizador de tensão - no estabilizador integrado DA2, resistores R5-6, capacitor C3. O plugue Bu1 é fornecido para conectar o carregador à lanterna.
Os estabilizadores integrais são montados em uma caixa de metal para dissipar o calor. Todos os resistores, exceto os indicados no diagrama, são utilizados com potência de 0,125 W. Para carregar uma bateria de 1,3 A·h no primeiro estágio de carregamento, é necessária uma corrente ideal de 130 mA. Para garantir o fluxo de corrente da magnitude especificada, o resistor R1 é selecionado usando os programas acima. À medida que a bateria carrega, a corrente diminui e a tensão aumenta. É necessário limitar o valor final da tensão para uma bateria de 6 volts a 7,2 V. A tensão especificada é obtida selecionando a relação dos resistores R5 - 6. O brilho do LED1 indica que a bateria está carregando. Quando a bateria está totalmente carregada, o LED apaga. Para baterias com capacidade de 4,5 A·h e 7,5 A·h resistor R1 é usado com valor nominal de 2,7 Ohms e 1 Ohms, respectivamente, com potência de pelo menos 8 W. Para carregar uma bateria de 1 V, é usado o resistor R12 com resistência de 5 Ohms, R470 - 6 kOhms. Os diodos KD226A podem ser substituídos por qualquer retificador projetado para uma corrente de pelo menos 2 A e VD1-4 por um conjunto de diodos. Os estabilizadores integrados LM317 podem ser substituídos por 7805. Neste caso, é necessário alterar os valores do resistor: R1 - 39 Ohm 1 W para uma bateria com capacidade de 1,3 A·h, 12 Ohm 3 W para uma bateria de 4,5 A·h e 6,8 ohm 5 W - 7,5 A·h; R6 - 91 Ohms para bateria de 6 volts e R5 - 330 Ohms e R6 - 510 Ohms para bateria de 12 volts. O transistor KT3107 pode ser substituído pelo KT361, BC556, 2N5401 prontamente disponível. Literatura
Autor: V. Marchenko
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