Фонарь с преобразователем: вход 4.5В, выход СИД 1Вт.

[Pozharnik]

Пожалуйста, не пытайтесь повторить это решение. Оно содержит ошибки алгоритма и неверно определённые номиналы компонентов.

Чем кормить Барракуду?

Давно назревала идея объединить в фонаре дешевизну источника питания, светодиодный свет, равномерную яркость и высокий КПД, чтобы батарейки выжирать «в ноль».

В качестве ИП выбрал «плоскую» батарейку 3R12 на 4,5 В. Светодиод – «Барракуда», приобретал на «Митинке», впаял в цоколь от лампы накаливания. Монтаж всего проведен в корпусе фонаря «Альтурс-Макси».

Посмотрев все существующие схемы, решил собрать преобразователь напряжения (повышающий) на современной ИМС - МАХ1674 (http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/1878). Типовая схема, предлагаемая производителем, несколько изменена, согласно одной из публиковавшихся здесь: http://gogame.narod.ru/projects/fonarik/fonarik.html. К сожалению, ссылка уже не работает.

Получается вот такой преобразователь - повыситель напряжения с одновременной регуляцией тока:

Размыкатель S2 – стандартный в «Альтурсе» (контакты, замыкаемые при повороте).
Переключатель S1 нужен для отключения преобразователя при работе на свежей батарейке. Потому что она и так выдает достаточное напряжение, его еще надо понижать… Для этого служит резистор на 12 ом. При этом даже уже подсевшая батарейка выдает неплохую яркость при токе 70-120 мА. «Грубое» определение КПД на подсаженной батарее определил как отношение падений напряжения на диоде к общему: (2,85/3,65)*100=78%.
Включать преобразователь на свежей батарее не рекомендую – сама батарея запросто выдаст ток, много больший, чем нужно для работы связки диод-резистор (более 0,5 А), ИМС «не поймет», в чем дело, так как Uin>Uout, весь излишек тока шпарит через ИМС и она жутко греется… Так, что у меня под платой термоклей начал плавиться… Может перегореть ИМС. Но как плюс отмечу, что «сжечь» ее мне так и не удалось…

Далее. Через 3-4 часа работы фонаря напряжение падает, яркость снижается, и можно переключить S1. Теперь включается преобразователь, связка диод – резистор(12ом) выполняет функцию стабилизатора тока, подавая опорное напряжение на FB. «Грубое» определение КПД на подсаженной батарее по соотношению тока через диод к суммарному: (0,11/0,22)*100=50%. Кстати и в этом случае ИМС греется, но уже не фатально… Если увеличить R до 16 ом – то почти не греется, но ток меньше и яркость меня не устроила… Я бы оставил в районе 12-14 ом. Хотя это может быть индивидуально под диод надо подбирать.

В результате на подсевшей батарее (в работе около 6 часов под током 0,15 А), эта схема проработала еще около 8 часов, выдавая равномерный яркий свет, правда режим «щадящий» для солевой батарейки – 7-10 минут «отдыха» на каждый час работы. Но это пока грубый тест, настоящий будет под землей, где еще и другой температурный режим! Как он повлияет?...

О деталях:
Переключатель S1 – мини, под монтаж в отверстия, у него такие две ножки вниз торчат, я его приложил к корпусу головного блока фонаря и ножки подогрел паяльником… они и вплавились, ну и чуть закрепил термоклеем, вывод движка – на обратную сторону через небольшое отверстие (проплавил паяльником).
Индуктивность – я нашел BOURNS SDR 1006, под SMD монтаж, попадаются в каталоге «Чип и Дип», или аналогичные, 22 – 33 мкГ, смотрите только под ток не менее 500 мА (силовые), с сердечником, или смотать самому.
Конденсаторы – электролиты на 47 мкФ, 16 В, монтируются плашмя. Керамика – SMD в корпусе 1206, 0,1 мкФ.
Резисторы - SMD в корпусе 1206, кроме токозадающего – R 12 ом, тип C2-23, не менее 0,5 Вт, его навеской надо монтировать…
Микросхема MAX 1674 (в Чип и Дип 130 р.) в корпусе μMAX – «микро-макс», то есть это фигулька размером 3х3 мм… Чтобы такую припаять потребовалось развести мини-платку… Хорошо, что теперь стали доступны «лазерно-восковые технологии», где можно изготовить дорожки шириной 0,4 мм с контактными площадками 0,5 мм.

Вот как выглядит плата после травления (12х24 мм!!!):

А это со смонтированными деталями (тестовая версия):

Ну, осталось упихнуть все в налобник, подпаять выводы, приклеить термоклеем:

Горит! (тестовая версия):

Разводка платы в формате Sprint Layout здесь: http://sumin.hut.ru/altair/MAX1674.lay

Или для желающих в *.BMP 600 dpi:
С деталями: http://sumin.hut.ru/altair/MaxLF_lay.bmp – 120 kB.
Только дорожки: http://sumin.hut.ru/altair/MaxLF_pcb.bmp – 30 kB.

 

[Dhaitya]

Я недостаточно хорошо понял функцию преобразователя в схеме, действительно, при использовании только последовательного сопротивления 12R и батареи 3336, имеем: η(нач)~63%, η(кон)~89% (д/тока=.03А); преобразователь: себестоимость ~200р, батарея, положим, 22р, эффективная работа преобразователя будет происходить, основываясь на напряж. СИД, предоставленном вами, при входн. напряж. <3В12, т.е. 1В04 на элемент, т.е. на крутопадающей части разрядной кривой, что даст, интегрируя ф-цию разряда, на двух участках - до эффективной работы и во время её, более глубокий, на 5.25%, разряд.
Преобразователь, таким образом, окупит себя, разрядив 173 батареи.
Кроме того, на сопротивлении падает до 42% полезной мощности.
Эта ситуация возникает из-за противоречия между падением на СИДе и разрядной характеристикой батареи: можно использовать понижающе-повышающие преобразователи, как в Seminar Applications Book, MAXIM, 1989г, MAX641, стр. 78 или Lianer Databook, 1987г, стр. 195, LM1578, с соответствующей адаптацией, или поставьте на SHDN монитор перенапряжения - тогда исчезнет необходимость в сложной логике переключения и исчезнет 1 переключатель.

 

[Pozharnik]

...СИД, предоставленном вами, при входн. напряж. <3В12, т.е. 1В04 на элемент, т.е. на крутопадающей части разрядной кривой, ... на сопротивлении падает до 42% полезной мощности....
Эта ситуация возникает из-за противоречия между падением на СИДе и разрядной характеристикой батареи: можно использовать понижающе-повышающие преобразователи, ...тогда исчезнет необходимость в сложной логике переключения и исчезнет 1 переключатель.

Идея схемы, кстати, не моя, я дал ссылку...

Респект за профессиональный подход. Я ж просто радиолюбитель... Так что

можно использовать понижающе-повышающие преобразователи, как в Seminar Applications Book, MAXIM, 1989г, MAX641, стр. 78 или Lianer Databook, 1987г, стр. 195, LM1578

- это дело будущего, будем работать

Я конечно понимаю, что простейший преобразователь - сопротивление... Сам долго такой юзал, но с некоторых пор начал меня напрягать медленно гаснущий свет... Работай он хоть трое суток. Основной идеей была возможность включения яркого света на уже севшей батарее. Поэтому для меня и лишний выключатель - это плюс! Если не нужен яркий свет, я хожу не включая преобразователь, имея слабую яркость при высоком КПД, а если нужно хорохо подсветить вдаль - щелк! Ну теряю я на КПД... 100% не бывает все равно.

ЗЫ: Барракуда на радиаторе держит более 0,3 А - проверено...

С уважением.

 

[Pozharnik]

Я недостаточно хорошо понял функцию преобразователя в схеме, действительно, при использовании только последовательного сопротивления 12R и батареи 3336, имеем: η(нач)~63%, η(кон)~89% (д/тока=.03А); преобразователь: себестоимость ~200р, батарея, положим, 22р, эффективная работа преобразователя будет происходить, основываясь на напряж. СИД, предоставленном вами, при входн. напряж. <3В12, т.е. 1В04 на элемент, т.е. на крутопадающей части разрядной кривой, что даст, интегрируя ф-цию разряда, на двух участках - до эффективной работы и во время её, более глубокий, на 5.25%, разряд.

Я тут вернусь к своему старому посту. (http://www.caves.ru/index.php?topic=9958.msg66784#msg66784)
А то наворотил ошибок, а никто из гуру не заметил, все увлеклись разборками сравнения КПД ламп, потом светодиодов…

Кстати о КПД – я его неверно определил для случая работы преобразователя. Когда у меня ОДНА цепь (батарея-диод-резистор) я могу конечно сравнивать ΔU так как ток общий… Но при использовании преобразователя у меня ДВЕ цепи – преобразователь и собственно СИД с резистором, и сравнивать мне надо не токи, а мощности! Вспоминаем, что P=I^2*R =U*I…

Таким образом при работе на посаженной батарейке (после 6 часов работы), у меня получилось: общая мощность схемы Робщ = ΔUбат*Iобщ = (4,1-2,0)*0,25=0,525 В*А.

А мощность на диоде получается Рд = ΔUд*Iд = 2,9*0,15 = 0,435 В*А

КПД равен (0,435/0,525)*100 = 82,9%... Вообще вроде ништяк… Хотя рекомендуемое питание, кто хочет без гиммороя с переключением - лучше выбрать 2х1,5 В… Типа 2 пальчика и все.

На практике конструкция уже опробована, хватает на сутки нахождения под землей, ну то есть с учетом сна и отдыха на стоянке – гарантированно более 12 часов нормальной работы, и это на убогом 3R12 «Хамелеон» за 20 рэ… Когда батарейка уже окончательно подыхает, диод начинает изредка «мигать», то есть напряжение упало, ИМС не справляется и «сбивается», ток несколько падает, батарейка восстанавливается, и ИМС опять включается на максимум. В таком режиме «помигивания» еще около часа, потом некоторое время в режиме «электробычка»… Какой-никакой а свет…
В общем на мой взгляд – намного лучше, чем любой светодиодник на 3-х ААА (8 часов работы), или схемы только на сопротивлении (мой любимый медленно гаснущий свет)…

 

[Dhaitya]

Таким образом при работе на посаженной батарейке (после 6 часов работы), у меня получилось: общая мощность схемы Робщ = ΔUбат*Iобщ = (4,1-2,0)*0,25=0,525 В*А.

А мощность на диоде получается Рд = ΔUд*Iд = 2,9*0,15 = 0,435 В*А

Я не использовал η вашей схемы при расчёте целесообразности.

При работе от преобразователя: напряж. на выводах батареи, U(in), умноженное на потребляемый всей схемой ток, I(in): мощность P(in). U(in)xI(in)=P(in)=4V1x0A25=1W025

LED: 0W435=V(led)xI(led)=2V9X0A15

((0W435+0W270)/1W025)x100%=68.78% - "внутренний" η преобразователя = полная мощность нагрузки, состоящей из СИД и ток. рез. разделена на входную мощность.

(0W435/1W025)x100%=42.44%=η - конечный η с учётом токозадающего резистора, который не относится к полезной нагрузке.

Current res.: 12RX(I(led)^2)=0W270 - главный источник потерь.
Возможная ошибка выкладки может происходить из того, что параметр ΔUбат остался мною не понят.

Ваш расчёт: Робщ = ΔUбат*Iобщ = (4,1-2,0)*0,25=0,525 В*А
Выходная мощность=(мощность на СИД)+(мощность на рез. 12R)=(0W435+0W270)=0W705

Тогда, η=(0W705/0W525)x100%=134.29% - конечный η.
Т.е. >100%.

Проверка вашего расчёта: ток СИД=0A15, U(опорн.)=(1V3+ΔTx0.024mV/C)=1V3, ожидаемый ток ч/СИД: 1V3/12R=0A1083≠0A15, что указывает на возможную ошибку замера, нережимное включение или неисправность ИМС при условии корректно заданной схемы, косвенное подтверждение - малое напряжение на СИД, т.е. м.б. занижен ток СИД.

 

[Pozharnik]

При работе от преобразователя: напряж. на выводах батареи, U(in), умноженное на потребляемый всей схемой ток,…

Это не так, т.к. под нагрузкой напряжение на батарее естественно ниже. Поэтому и от 4,5 вольта мы питаем лампочку на 3,5… Разряженная батарея выдавала 1,8 – 2 В при токе 0,25-0,3 А, и это естественно – надо обеспечить подъем напряжения на СИД при меньшем токе на нем. Я использовал именно ПАДЕНИЕ напряжения между неработающей и работающей батареей. Если поставить в расчет абсолютное напряжение под нагрузкой, можно получить и η=98-99%, что я счел ошибочным.

… косвенное подтверждение - малое напряжение на СИД, т.е. м.б. занижен ток СИД.

Напряжение нормальное. Даже для однотипных диодов может разниться. Я тестировал разные на стабилизированном ИП с изменяемыми параметрами. От 2,8 до 3,0 – напряжение открытия, до 4,5 нормально работают, если принудительно занижать ток.

42.44%=η - конечный η с учётом токозадающего резистора, который не относится к полезной нагрузке.

Просто от резистора в данном случае, к сожалению, никуда не деться! Малейшее завышение напряжения, подаваемого на СИД без R ведет к эспоненциальному росту тока, что резко увеличивает не только свето- но и теплоотдачу при снижении КПД. К тому же этот резистор выполняет одновременно другую функцию: стабилизацию параметров работы преобразователя.

Тогда, η=(0W705/0W525)x100%=134.29% - конечный η.
Т.е. >100%.

Ага, я сделал вечный двигатель. Нарушаю законы термодинамики. Это потому что ИМС работает в биополе мозга, которое способно структурировать «максимонное поле» вокруг налобника с перекачкой дополнительной энергии обратно из физического вакуума вселенной в схему с минимизацией потерь на тепловое излучение, то есть избежать «теплового налога», вспоминайте также эффект «кипения вакуума» с порождением «виртуальных частиц»…
……………………………………….Гоню!
Конечно, не может быть 100%. Принцип «теплового налога»: «хочешь совершать работу – нагрей вселенную» (С.Сухонос, физик)

И вообще, чего мы уперлись в этот КПД! Во одних случаях важнее может оказаться кратковременный яркий свет, пусть на заниженном КПД, в других – слабый но крайне продолжительный при КПД близком к 100%, например на малом токе через моооощное сопротивление. Вывод: у фонаря нужно иметь несколько режимов работы на выбор пользователя. «Мы работаем над этим»….