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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Lampe torche LED rechargeable. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / éclairage Les LED sont bien supérieures aux lampes à incandescence dans leur consommation d'énergie. Ils sont devenus si populaires qu'il n'est plus possible de trouver des lampes de poche avec des lampes à incandescence sur le marché. Les ampoules à incandescence de 2,5 V, 3,5 V, 6,3 V et 8 V utilisées dans les lampes de poche nécessitent des alimentations à haute énergie. La plupart d'entre eux utilisent des cellules galvaniques de taille 373 (D) - avec un diamètre de 34,2 et une hauteur de 61,5 mm. Le nombre d'éléments dépend de la puissance de la lampe de poche. Souvent, ce sont deux, trois, quatre et six éléments. Les plus massives sont les cellules manganèse-zinc à électrolyte salin ou alcalin, elles sont aussi appelées alcalines - un dérivé du mot anglais alcalin - "alkali". La capacité électrique d'une pile alcaline est d'environ 1700 - 3000 mA·h. En termes de capacité, les piles alcalines sont en tête par rapport aux piles au sel, dont la capacité électrique est inférieure et s'élève à 550 - 1100 mA·h. À la fin de la ligne de sécurité de tension et la capacité des sources de courant, en raison de l'autodécharge, est réduite de 15 à 30% pour le sel et de 10% pour l'alcaline. La capacité des éléments manganèse-zinc diminue également nettement avec une diminution de la température. À une température de -40˚С, la durée des éléments est d'environ 5 à 10% de la durée de fonctionnement à une température de +20˚С. Les piles alcalines ont des caractéristiques de capacité nettement plus élevées lorsqu'elles fonctionnent dans la région de températures négatives. Dans les cellules à sel dans les dernières étapes de la décharge et à la fin de celle-ci, une fuite d'électrolyte peut être observée, ce qui endommage le produit. Mais plus les performances des batteries sont élevées, plus leur coût est élevé. Cependant, la pratique courante montre que le prix peut ne pas toujours correspondre aux caractéristiques et à la qualité déclarées [1,2]. Une cellule galvanique est classée comme source de courant primaire qui convertit l'énergie chimique des substances actives directement en énergie électrique. Malheureusement, les sources de courant primaires ne permettent qu'une seule utilisation des matériaux actifs. Vous pouvez étendre leurs lignes de service de cellules galvaniques si vous utilisez une LED (LED) au lieu d'une ampoule - fig. 1. Pour ce faire, il doit être soudé dans la base E10 à partir d'une ampoule à incandescence - fig. 2. Mais pour économiser beaucoup plus sur les cellules galvaniques, elles seront remplacées par une source de courant dite secondaire - une batterie. Une caractéristique distinctive des batteries est qu'elles peuvent être chargées et déchargées plusieurs fois.
La base de l'ampoule se compose d'un manchon - un contact fileté, d'un isolant et d'un fond - le contact central. Dans les lampes de poche, en règle générale, le contact fileté de l'ampoule est connecté au pôle négatif de la source d'alimentation et le contact central est connecté au positif (bien que la polarité ne soit pas importante pour une ampoule électrique à incandescence, cela fonctionne bien avec une alternance tension). Une autre chose est la LED. Il a une borne positive - l'anode et une borne négative - la cathode (Fig. 3). Par conséquent, ils le montent dans la base avec l'anode vers le bas et la cathode vers le manchon - fig. 4. Dans ce cas, il sera connecté aux batteries en respectant la polarité. La puissance des LED et leur nombre sont choisis en fonction de la capacité de la source d'alimentation et des besoins opérationnels nécessaires (niveau de luminosité, durée de fonctionnement). Il convient de noter que lorsque des sources de courant chimiques sont connectées en série, leurs capacités ne s'additionnent pas.
Le réflecteur de la lampe torche a la forme d'un paraboloïde tronqué. Pour former un flux lumineux uniforme, il est nécessaire que l'élément émetteur de lumière soit au foyer du paraboloïde. Pour ce faire, trouvez expérimentalement la position de la LED par rapport à la base. Lors de la fabrication d'une ampoule sur trois ou quatre LED, les lentilles près de la sortie de l'anode doivent être meulées avec une lime. Le long de la ligne de sortie, une face est formée avec des côtés à un angle de 120˚ ou 90˚, respectivement. La jambe d'anode sur une diode est à gauche. Sur le reste, ils sont raccourcis à 5 mm. Après cela, ils sont collés avec du dichloroéthane ou de la colle Secunda 505. Ensuite, les anodes sont soudées et isolées avec du PVC ou de la gaine thermorétractable. Ensuite, le fil d'anode est enfilé dans le contact du bas de la base et soudé. Les fils cathodiques sont soudés au contact fileté de la base - fig. 5.
On sait que la LED n'est pas capable de contrôler le courant consommé. Par conséquent, pour son fonctionnement normal, il est nécessaire de connecter une résistance de limitation en série. Pour une LED blanche, la tension d'alimentation est de 3,2 volts (l'option la plus simple et la meilleure - une lampe de poche avec deux cellules galvaniques fournira la puissance correspondante à la LED blanche, sans aucun dispositif supplémentaire). Mais à mesure que la source d'alimentation est déchargée, le courant traversant la diode diminue et, par conséquent, sa luminosité diminue. Vous pouvez contourner cet effet négatif en incluant un régulateur de tension dans le circuit, ce qui est nécessaire au fonctionnement normal de la LED, mais nous en reparlerons plus tard. Les batteries plomb-acide scellées sont les plus courantes et les moins chères. La batterie est sélectionnée en fonction de la taille du compartiment réservé à la source d'alimentation dans le corps de la lampe torche. Pour une lampe de poche sur six cellules galvaniques 373, vous pouvez utiliser du plomb-acide, avec une tension de 6 V et une capacité de 1,3 A·h, dimensions hors tout 97 x 54 x 51,5 mm - fig. 6. Une décharge complète de la batterie est définie comme une décharge à 1.95 - 2.03 V par cellule à température ambiante, c'est-à-dire jusqu'à 5.85 - 6,09 V pour une batterie 6 V. La tension de charge finale à une température de 20 C˚ est de 2.05 - 2.15 volts par cellule de batterie, 6.15 - 6.45 V pour une batterie de six volts [3]. Lorsqu'elle est déchargée en dessous des tensions admissibles, un vieillissement prématuré irréversible de la batterie commence. Par conséquent, il sera utile de compléter le circuit avec un indicateur de décharge de batterie.
Le schéma du circuit électrique de la lampe convertie est illustré à la fig. 7. Sur les transistors VT1 - 2, résistances R1 - 5, condensateur C1, LED1, un indicateur de décharge de batterie est créé. La résistance R2 régule le seuil de la LED. La valeur de la résistance R4 dépend de la puissance de la LED et de la source d'alimentation. Cet indicateur vous informera à temps que la batterie est faible. Le principal avantage du circuit est la clarté de fonctionnement, c'est-à-dire que la LED de signalisation s'allume immédiatement sans augmentation progressive de la luminosité. L'appareil surveille assez précisément le seuil de réponse spécifié [4].
Le stabilisateur intégré LM317, résistances R6, R7, condensateurs C2 - C4 se compose d'un régulateur de tension pour l'alimentation de la LED (LED). La sélection des résistances régule le mode de stabilisation de la tension. Pour déterminer leur valeur, utilisez le programme "LM317 - calculateur v1.1" ou "Regulator design v1.2". La charge est une ampoule sur LED2-4 LED connectées en parallèle, le courant consommé est de 35 à 70 mA chacune, avec un diamètre de lentille de 8 et une hauteur de 7 mm. À 3,2 volts, leur consommation totale de courant est de 180 mA (l'ampoule à incandescence de 8 volts de cette lampe de poche consomme 600 mA !). Les détails du circuit sont montés sur une carte de circuit imprimé - fig. 8. Le stabilisateur intégral LM317 est monté sur un petit radiateur. Les transistors KT315 peuvent être remplacés par KT3102, BC546, 2N5551 et autres. Lors de la connexion d'une alimentation 12 volts, il est nécessaire de modifier les valeurs des résistances : R1 - 20 k, R2 - 1,5 k, R4 - 2,2 k.
Pour un bon contact entre les piles et l'ampoule, une douille à ressorts est prévue au dos de la lampe torche. Il doit être démonté, mais uniquement si la paroi arrière est utilisée pour monter la carte avec l'indicateur de charge de la batterie et la prise pour connecter le chargeur - fig. 9. Le panneau avec ressorts est transféré à un autre endroit. Par exemple, entre la carte et la batterie. Pour ce faire, il est fixé avec des vis autotaraudeuses au radiateur - fig. 10. Une prise pour connecter le chargeur, une unité de commande (Fig. 11) sont insérées dans le corps de la lampe de poche et installées sur la paroi arrière et fixées avec des vis et des raccords filetés.
La batterie est connectée et insérée dans le boîtier - fig. 12.
Connectez et installez la carte de contact. Appuyez légèrement dessus et fixez-le avec un support - fig. 13. Installez le réflecteur avec LED(s) fig. - 14.
Pour recharger la batterie, vous avez besoin d'un chargeur, facile à fabriquer de vos propres mains, tout en économisant des fonds assez substantiels sans en acheter un industriel. L'équipement le plus simple et le moins cher se charge à tension constante (mode pociostatique). Mais le plus souvent, un mode combiné est utilisé, dans lequel le courant initial est limité. Et lorsque la tension spécifiée est atteinte, la charge est effectuée lorsqu'elle se stabilise. Il est généralement appelé mode de charge I - U. La charge est effectuée à un courant constant de 0,1 C (capacité nominale de la batterie en ampères-heures) dans la première étape et à une tension de source de courant constante dans la seconde. La plupart des fabricants recommandent de charger les batteries cyclées à une tension constante de 2,4 à 2,45 V par batterie (7,2 à 7,35 V pour une batterie de 6 volts) [3]. Le chargeur est assemblé selon le circuit illustré à la figure 15. Il se compose d'un transformateur abaisseur Tr1, d'un redresseur à diodes VD1-4 et d'un condensateur de lissage C1, d'un régulateur de courant sur le stabilisateur intégré DA1, d'une résistance R1, d'un condensateur C2, un indicateur de charge de batterie sur un transistor VT1, résistances R2-4, diode VD5 et LED1 LED, stabilisateur de tension - sur le stabilisateur intégré DA2, résistances R5-6, condensateur C3. La prise Bu1 est fournie pour connecter le chargeur à la lampe torche.
Les stabilisateurs intégrés sont montés sur un boîtier métallique pour la dissipation de la chaleur. Toutes les résistances, sauf celles indiquées sur le schéma, utilisent une puissance de 0,125 W. Pour charger une batterie 1,3A·h à la première étape de charge, un courant optimal de 130 mA est requis. Pour assurer le flux de courant de la valeur spécifiée, la résistance R1 est sélectionnée à l'aide des programmes ci-dessus. Lorsque la batterie se charge, le courant diminue et la tension augmente. Il est nécessaire de limiter la valeur de tension finale d'une batterie de 6 volts à 7,2 V. La tension spécifiée est obtenue en sélectionnant le rapport des résistances R5 - 6. La lueur de la LED1 indique que la batterie est en charge. Lorsque la batterie est complètement chargée, la LED s'éteint. Pour batteries d'une capacité de 4,5 A·h et 7,5 A·h la résistance R1 est utilisée avec une valeur nominale de 2,7 ohms et 1 ohms, respectivement, avec une puissance d'au moins 8 watt. Pour charger une batterie 1 V, la résistance R12 est utilisée avec une résistance de 5 Ohms, R470 - 6 kOhm. Les diodes KD226A peuvent être remplacées par n'importe quel redresseur prévu pour un courant d'au moins 2 A, et VD1-4 par un ensemble de diodes. Les stabilisateurs intégrés LM317 peuvent être remplacés par des 7805. Dans ce cas, il faut changer les valeurs des résistances : R1 - 39 Ohm 1 W pour une batterie d'une capacité de 1,3 A·h, 12 ohm 3 W pour batterie 4,5 A·h et 6,8 ohms 5 W - 7,5 A·h; R6 - 91 ohms pour une batterie de 6 volts et R5 - 330 ohms et R6 - 510 ohms pour une batterie de 12 volts. Le transistor KT3107 peut être remplacé par KT361, BC556, 2N5401 facilement disponible. littérature
Auteur : V. Marchenko
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