Фонарик на батарейках переделать от сети. Переделка фонариков на литиевые аккумуляторы

Уже не раз упомянутый фонарь PopLite устраивал всем, кроме источника питания и всего с этим связанного: батарейки ААА дорого и неэффективно, Ni-MH аккумуляторы же имеют меньшее напряжение, отчего фонарь с ними светит заметно хуже. Да и время работы не радует - емкость такого аккумулятора в лучшем случае 1000ма*ч, а значит на полной мощности их хватает всего на 2 часа.

И самое неприятное - большинство зарядных устройств рассчитаны на одновременную зарядку 2-х или 4-х аккумуляторов, а значит один придется заряжать в паре с аккумулятором из другого комплекта. А так как вряд ли степень разряда у них одинакова, то один из них будет недозаряжен, а второй потеряет немного емкости из-за имеющегося у Ni-MH аккумуляторов так называемого "эффекта памяти". В результате комплекта аккумуляторов не хватает и на два сезона...

Так что после с современными литиевыми аккумуляторами было решено переделывать эти фонари на литий: напряжение литиевого элемента 3.7-4.2 вольта, то есть в точности как у 3-х обычных батареек! Осталось дело за малым - найти литиевые аккумуляторы размера ААА (модель 10440), и как всегда найдены они были у китайцев на АлиЭкспресс. Месяц ожидания - и пачка аккумуляторов у меня в руках. Что ж, сразу же начнем переделку. Ведь для этого даже не придется сильно разбирать фонарь! Все что понадобится - пара кусочков медного провода, пинцет, ножницы и паяльник.

Для начала надо открыть батарейный отсек фонаря и вынуть батарейки.

Теперь пинцетом аккуратно вынимаем сдвоенные контактные площадки - они никуда не подсоединены

Ответственный момент - режем ножницами контактные планки ровно пополам. Я резал ножницами по металлу, но при их отсутствии можно и обычными, планки изготовлены из мягкой латуни.

Теперь пинцетом приподнимаем оставшиеся контактные планки. Аккуратно - они подпаяны проводами к плате!

Теперь устанавливаем половинки планок на свои новые места, не утапливая их до конца

Подготавливаем тонкий провод - формируем "волну" так, чтобы планки могли двигаться независимо.

Аккуратно подпаиваем провод к планкам и утапливаем их на место. Паять надо осторожно, чтобы не перегреть контакт и не поплавить корпус фонаря.

Вот и все готово, можно ставить аккумуляторы - причем произвольное количество!

Так как аккумуляторы в фонаре соединены параллельно, то во избежание компенсационных токов не следует смешивать заряженные и разряженные аккумуляторы.

С полным набором аккумуляторов общая емкость составила 1800ма*ч, то есть почти вдвое больше максимально возможной на Ni-MH аккумуляторов, и в 2.5 раза больше чем было. А время работы фонаря увеличилось аж в 3 раза, но теперь заканчивается не тусклым светом, а полным и неожиданным выключением - у защищенных аккумуляторов устройство защиты аккумулятора отключает его во избежание переразряда. (именно по этой причине надо покупать именно защищенные - литиевые аккумуляторы очень не любят переразряда!) Так что несколько запасных аккумуляторов будут очень кстати.

Таким же образом можно переделать любой 3-батареечный фонарь, как на AAA, так и на AA элементах. Получаемые плюсы - вес, время работы и стоимость цикла, минусы же - худшая работа лития при отрицательных температурах, так что для лыжного похода в -30 переделаные фонари не подойдут.

В статье «Ремонт и модернизация светодиодных фонарей» подробно рассмотрен вопрос ремонта и доработки электрических схем китайских светодиодных фонарей, замены вышедшего из строя кислотного аккумулятора аналогом.

Но есть еще один вариант замены аккумулятора при ремонте фонаря – замена его литий-ионным аккумулятором от неисправных электронных устройств. Например, сотового телефона, фотоаппарата, ноутбука или шуруповерта. Подойдут также аккумуляторы, которые уже не обеспечивают необходимую продолжительность работы устройства, но еще работоспособны.

Первый литий-ионный аккумулятор был выпущен в 1991 году японской корпорацией Sony. Номинальное напряжение одного элемента аккумулятора составляет 3,7 В. Минимально-допустимое – 2,75 В. Напряжение заряда не должно превышать 4,2 В при токе заряда от 0,1 до 1 емкости аккумулятора (С). Литий-ионные аккумуляторы практически не обладают эффектом памяти и имеют малый ток саморазряда, при комнатной температуре не более 20% за год. На текущий момент по техническим характеристикам являются самыми лучшими.

Ранее мне пришлось ремонтировать и модернизировать LED фонарь , в котором перегорели все светодиоды. После ремонта через несколько лет работы он перестал светить по причине выхода из строя свинцового аккумулятора. Как видно на фотографии корпус его вздулся.

Так фонарь и пылился на полке, пока не вышел из строя литий-ионный аккумулятор от фотоаппарата. Анализ показал, что в аккумуляторе отказал контроллер балансировки и заряда. Два элемента аккумулятора были в хорошем техническом состоянии, которые я и решил установить в фонарь вместо кислотного аккумулятора.

Штатное зарядное устройство фонаря для зарядки литий-ионного аккумулятора не подходило, так как оно обеспечивало постоянство тока заряда с неконтролируемым напряжением. А для литий-ионного аккумулятора при зарядке необходимо обеспечить ток зарядки величиной 0,1-1С при напряжении, не превышающем 4,2 В на один элемент.

Выбор контроллера
для зарядки литий-ионного аккумулятора

Можно изготовить контроллер самостоятельно, но в продаже, например, на Алиэкспресс, продаются готовые по цене 0,2-0,3 цента, собранные на микросхеме TP4056 или ее аналогах (ACE4054, BL4054, CX9058, CYT5026, EC49016, MCP73831, LTC4054, LC6000, LP4054, LN5060, TP4054, SGM4054, U4054, WPM4054, IT4504, PT6102, PT6181, Y1880, VS6102, HX6001, Q7051).

На Алиэкспресс был куплен самый простой модуль контроллера, технические характеристики которого полностью удовлетворяют требованиям для зарядки литий-ионного аккумулятора, установленного в фонаре. Его внешний вид представлен на фотографии.

Контроллер собран по приведенной выше электрической схеме. Изменяя номинал резистора, идущего со второго вывода микросхемы на общий провод можно ограничить максимальный ток зарядки.

Выбор величины тока зарядки Li-ion аккумулятора определяется исходя из двух ограничений. Величина тока должна находиться в пределах 0,1-1 от емкости аккумулятора (принято обозначать буквой С). Например, для аккумулятора емкостью 600 мА×час ток не должен превышать 0,6 А. Следовательно, нужно, чтобы номинал токозадающего резистора составил 2 кОм (на резисторе должна стоять маркировка 202). И не превышать величины тока, который способно обеспечить зарядное устройство. Для данного случая ток должен быть более 0,6 А. Ток всегда указывается на этикетке ЗУ.

Стоит заметить, что если попутать полярность подключения аккумулятора к выходу контроллера, то чип сразу пробьется и на выводы аккумулятора начинает поступать подводимое к контроллеру напряжение, что может вывести его из строя.

После зарядки Li-ion аккумулятор от контроллера отключать не обязательно. В режиме сна или когда на контроллер не подается напряжение, он аккумулятор не разряжает.

В данной схеме контроллера не задействована функция отключения при нагреве аккумулятора выше допустимой температуры. Но ее можно включить, если вывод 1 микросхемы отсоединить от общего провода и подключить к выводу датчика температуры аккумулятора (такие есть в аккумуляторах всех сотовых телефонов).

Если есть необходимость использовать контроллер, имеющий защиту от переполюсовки при подключении аккумулятора и короткого замыкания выхода, то можно применить контроллер, изображенный на фотографии.

В дополнение к микросхеме TP4056 установлена DW01A (схема защиты) и чип с двумя ключевыми полевыми транзисторами SF8205A. Время защиты составляет несколько минут при токе 3А. Остальные технические характеристики не изменились.

В фонаре аккумуляторы с контроллером соединяются с помощью пайки. Поэтому был выбран контроллер без схемы защиты, представленный в статье первым.

Установка литий-ионного аккумулятора
в LEL фонарь

Прежде, чем приступать к работе нужно проверить работоспособность контроллера и аккумулятора.

На контроллер можно подавать напряжение без нагрузки. В таком случае на выходе устанавливается напряжение 4,2 В и на плате светит синий светодиод. Далее нужно проверить аккумулятор, подключив его к выходу контроллера и зарядив полностью. Во время зарядки будет светить красный светодиод, а когда аккумулятор зарядится – синий.

Целесообразно после зарядки провести ходовые испытания аккумулятора, подключить его вместо кислотного и посмотреть сколько времени просветит фонарь. У меня проработал 10 часов и продолжал светить. Больше не стал ждать, так как этого времени для моих задач вполне достаточно.

Новая электрическая схема LED фонаря

На следующем шаге разрабатывается новая электрическая принципиальна схема фонаря. Отрицательный провод является общим для всех узлов и аккумулятора. В левом положении переключателя SA1 общий его контакт соединяет аккумулятор с положительным выводом контроллера. При соединении среднего вывода с выводом 3 напряжение подается на плату узкого луча, а с выводом 4 на планку светодиодов рассеянного света.

Переключатель типа тумблер SA2 служит для выбора аккумулятора, от которого будут работать светодиоды. Так как в наличии имелось два аккумулятора, то решил в фонарь установить оба. На вопрос о допустимости параллельного включения литий-ионных аккумуляторов без специального контроллера однозначного ответа нет. Поэтому я решил пойти проверенным путем и предусмотрел возможность подключать аккумуляторы по отдельности.

Отдельное подключение каждого аккумулятора позволило не только обеспечить их работу и зарядку в оптимальных условиях, но и в процессе эксплуатации фонаря знать сколько времени он еще проработает. Зная сколько времени хватило для работы от одного аккумулятора, будет известно, сколько еще сможет просветить фонарь.

В дополнение, если выйдет из строя один из аккумуляторов, то это не приведет к потере работоспособности фонаря. Два отдельных блока светодиодов и два аккумулятора гарантируют, что вы никогда не останетесь в темноте.

Сборка фонаря на литий-ионном аккумуляторе

Теперь все подготовлено и можно приступать к модернизации фонаря – переделке его схемы для работы с литий-ионным аккумулятором.

Сначала от переключателя отпаиваются все провода и удаляется прежняя плата зарядного устройства.

В корпусе модернизируемого фонаря имелся отсек, предназначенный для короткого сетевого шнура, который закрывается откидной планкой со светодиодами рассеянного света. В него и был выведен рычаг тумблера SA2 выбора аккумулятора.

Для фиксации аккумуляторов был использован двух сторонний скотч, в виде двух полосок. Закрепить аккумуляторы можно и с помощь силикона.

Перед закреплением аккумуляторов и платы контроллера к ним были предварительно припаяны паяльником провода требуемой длины. В связи с тем, что два аккумулятора в одной половинке корпуса фонаря удобно не размещались, установил их по одному в каждой половинке корпуса. Плата контроллера к корпусу была закреплена с помощью двух винтов с гайками М2.

При припайке проводов к выводам аккумулятору нужно соблюдать осторожность, чтобы свободные концы проводов случайно не соприкоснулись и не закоротили его выводы.

На фото показан фонарь после окончания монтажа. Осталось проверить его работу узлов и собирать.

Измерять ток зарядки включением амперметра в разрыв цепи после контроллера невозможно, так как внутреннее сопротивление прибора большое и результаты измерения будут не верными. У меня в наличии имеется USB тестер, с помощью которого можно узнать напряжение, подаваемое с зарядного устройства, текущий ток заряд, время заряда и емкость энергии, которую принял аккумулятор. Тестер показал, что контроллер заряжает аккумулятор током 0,42 А. Следовательно, контроллер заряжает аккумулятор нормально.

После сборки фонаря оказалось, что его красный корпус не пропускает свет синего цвета и узнать об окончании зарядки невозможно.

Пришлось фонарь разобрать и в зоне расположения индикаторных светодиодов сделать щелевое отверстие.

Теперь, когда аккумулятор зарядился, хорошо стало видно свечение светодиода синего цвета.

О выборе литий-ионного аккумулятора для фонаря

Для модернизации фонаря подойдет любой литий-ионный аккумулятор в независимости от материала, из которого изготовлен его положительный электрод и форм-фактора (формы и геометрических размеров). Емкость аккумулятора (выражается в А×час) тоже не имеет значения, просто чем она больше, тем дольше будет светить фонарь.

Следует заметить, что если в фонарь устанавливается аккумулятор, бывший в употреблении длительное время, то его фактическая емкость, как правило, значительно меньше, чем указано на его этикетке.

Проверить целесообразность установки старого аккумулятора в фонарь можно измеряв его емкость при зарядке, что потребует наличие измерительных приборов, хотя бы USB тестера. Или зарядить аккумулятор полностью, подключить его к плате светодиодов фонаря и проверить достаточность времени его работы.

В случае, если аккумулятор оказался недостаточным по емкости, то придется приобрести новый. Наиболее подходящим для фонаря является популярный Li-ion аккумулятор типа 18650.

О встроенной схеме защиты в Li-ion аккумуляторах

Встречаются литий-ионные аккумуляторы, в которые встроена плата схемы защиты (PCB - power control board) от короткого замыкания, перезаряда и глубокого разряда. Такая защита в обязательном порядке устанавливается в аккумуляторы дорогостоящей аппаратуры, например, сотовые телефоны, фотоаппараты, ноутбуки.

Плата защиты круглой формы может быть установлена и на торце пальчикового аккумулятора. В таком случае аккумулятор несколько длиннее и на его корпусе имеется надпись «Protected».

На фотографии показан вскрытый корпус аккумулятора сотового телефона. В нем имеется печатная плата схема защиты. При использовании для установки в фонарь аккумулятора от сотового телефона эта схема будет служить дополнительной защитой, поэтому, если она исправна, то ее удалять не следует.

Припаивать провода, соблюдая полярность, нужно к крайним контактам, рядом с которыми нанесена маркировка полярности.

Схема защиты, в отличии от контроллера, не ограничивает ток зарядки, а только защищает аккумулятор. В этом и заключается отличие этих узлов.

Как восстановить Li-ion аккумулятор
после глубокого разряда

Если Li-ion аккумулятор быстро заряжается и разряжается, то значит он исчерпал свой ресурс и восстановлению не подлежит.

Если в аккумуляторе нет схемы защиты и напряжение на его выводах равно нулю, то аккумулятор тоже восстановлению не подлежит.

Если в аккумулятор встроена схема защиты и он не принимает заряд, а напряжение на его выводах равно нулю, то его можно попробовать восстановить.

Причина такого поведения может быть глубокий разряд в результате длительного хранения аккумулятора в разряженном состоянии. Если напряжение на выводах банки становится меньше 2,8 В, то система защиты расценивает это как внутреннее короткое замыкание и для безопасности блокирует возможность его зарядки.

Чтобы разобраться в причине, нужно вольтметром измерять напряжение на выводах аккумулятора. Если величина менее 2,8 В, то подать с контроллера, соблюдая полярность, напряжение 4,2 В непосредственно на выводы аккумулятора. Схему защиты от аккумулятора отключать не нужно, для нее это безопасно.

Если ток зарядки пошел, то нужно, минут через десять, отключить контроллер от аккумулятора и опять измерять напряжение на его выводах. Если оно стало более 2,8 В, то попробовать зарядку через схему защиты. В случае, если напряжение близко к нулю и не увеличивается, то аккумулятор не исправен и дальнейшей эксплуатации не подлежит. Если напряжение увеличилось, но не достигло 2,8 В, то продолжить зарядку на прямую.

Если через схему защиты аккумулятор стал заряжаться, значит она исправна. В противном случае схему нужно удалить. Для применения аккумулятора для фонаря схема защиты не обязательна.

Таким несложным способом можно протестировать LI-ion аккумулятор и в случае возможности, восстановить его работоспособность.

Заключение

Замена кислотного аккумулятора в светодиодном фонаре литий-ионным позволяет решить главный вопрос – работоспособность фонаря в течении длительного времени при редком его использовании, так как саморазряд аккумулятора не превышает 2% его емкости в месяц.

В дополнение, при наличии литий-ионного аккумулятора от любого вышедшего из строя электронного устройства, можно сэкономить и фонарь станет на много легче.

Литиевых батарей, теперь пришло время применить эту схему в действии, модернизировав несколько карманных фонарей. Далее смотрите пару применений плат ЗУ с TP4056 в фонариках:

Аккумуляторы взяты от старых сотовых телефонов, найдены с одинаковыми ёмкостями, сбалансированы и спаяны в блок. В первом варианте 1,5 А во втором 1 А. Заряжаются быстро - примерно 1-3 часа, в зависимости от применённого БП по току.

Далее занялся переделкой ещё одного старого походного фонарика под литиевый аккумулятор 18650, под него нарисовал печатку, вышла почти как оригинал, но поменьше. Опробовал зарядку, работает. Соберу весь фонарь.

А вот доделал ещё один старый походный фонарик. Есть возможность менять линзы, для разной фокусировки светового потока. Заменил кислотный аккумулятор на АКБ типа 18650 и добавил ЗУ на той-же TP4056, ёмкость применённого аккумулятора 1,3 А:

Ещё один случай. Отдали мне неплохой корпус от древнего фонарика на лампочке накаливания, с подзарядкой от сети.

Встроенный в него гелевый аккумулятор был давно и безнадёжно мёртв. Немного поразмыслив, было решено встроить в него блок запараллеленых литиевых аккумуляторов 4 штуки по 800 мА каждый, и расширить функционал встраиванием в корпус двух светодиодов на 60 мА и 150 мА.

На место снятой выдвижной вилки была выпилена дополнительная алюминиевая пластинка-радиатор и прикручен smd светодиод на рабочий ток 150 мА. А на место бывшей лампочки поставлен 8 мм круглый светодиод на 60 мА.

Оставалось внутри много свободного места, соответственно в фонарик было встроено готовое ЗУ на опять же ТР4056. Светодиоды на платке зарядного идеально подошли под отверстие бывшего светодиода включения. Под эти светодиоды индикации заряда был выточен конусный индикатор из оргстекла и вклеен в корпус. Получился компактный и ресурсоёмкий (3,2 А) карманный фонарик с подзарядкой от 5 В.

На корпус было ещё добавлено защитное оргстекло, для защиты светодиода от пыли. А это разобранный корпус, для более понятного визуального ознакомления с начинкой переделанного фонарика. Осталось ещё пустое место, вполне можно добавить и повышающий преобразователь для подзарядки сотового телефона.

Таким образом старым электронным конструкциям и приборам можно дать возможность служить и дальше, применив современную электронную базу в новом техническом качестве. И всё это поможет сделать небольшая дешёвая микросхема 4056. С вами был Igoran .

Обсудить статью ПЕРЕДЕЛКА ФОНАРИКОВ НА ЛИТИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Многим знакомы фонари, т ипа «Эра» или «Космос» FA21M, а также их многочисленные клоны под другими названиями. С галогеновой лампой на 30 ватт и свинцовым гелевым аккумулятором на 6 вольт/4,5 ампер-часа. Они и сейчас продаются, как и много лет назад – разве что лампа сменилась на светодиодную панель…

Собственно, в свинцовом аккумуляторе и большой мощности и кроется проблема таких фонарей. Их мощность - категорически избыточна для дома/гаража/авто и т.п. – разве что в поле или на воде такой прожектор имеет смысл. Габариты – тоже избыточны - непонятно куда этого динозавра сунуть/положить...
В результате все, кто такой фонарь купил или получил в подарок (их любили дарить на 23 февраля, хе-хе…) рано или поздно откладывали их куда подальше, а когда при случае доставали, то обнаруживали, что аккумулятор безнадежно деградировал – фонарь быстро заряжается, горит после этого пару минут, и гаснет…

Стоимость нового аккумулятора – совершенно неразумна, она зачастую превышает стоимость в фонаря в сборе, поэтому такие фонари часто отправляются в утиль. Однако огромный корпус дает самодельщикам простор для творчества. Можно поставить туда светодиодную лампу, можно набить его литиевыми аккумуляторами, чтоб горел непрерывно полгода, можно вставить ШИМ-регулятор и много чего еще.
Правда, фонарь по-прежнему останется здоровенным и неуклюжим…

Такой фонарь я подобрал на дачной свалке в полном комплекте в коробке - у кого-то он, видимо, провалялся на даче до полной деградации батареи, а после выяснения цены на новую был оправлен в на мусорку. И я решил сделать из него компактный фонарь для подсветки маршрута при плавании на лодке ночью. Особенность переделки – использование родной галогенной лампы – во-первых, она уже есть, а значит, бесплатна, а во-вторых светит реально мощно. Переводить этот фонарь на светодиод не слишком целесообразно – геометрия отражателя, рассчитанного на лампу накаливания, не слишком подходит для диода…

Откручиваем от фонаря лишнюю габаритную пластмассу – черную «корону» вокруг отражателя, рукоятку, выкидываем аккумулятор, снимаем выключатель, а затем резачком из ножовочного полотна отрезаем «голову» - именно она нам и понадобится:

Вот, что получается:

Вырезаем из любого пластика крышку для головы и ставим её на 5 винтиков М2 с гайками.

Как ни странно, держать в руке этого уродца вполне удобно. Я сделал только еще веревочный темляк, чтоб фонарь повис на нем, если выскользнет из руки.
Но фантазии воля - можно хоть ручку дверную трехкопеечную приделать, хоть болт вкрутить и на него при необходимости навинчивать пустую трубочку с запрессованной гайкой, выполняющую роль классической фонарной рукоятки - как угодно. Можно даже эластичную ленту присобачить и сделать запредельной мощности налобник...

Буквально "на коленке" был разобран фонарь, удален сетевой разъем (заряд был от 220 в оригинале) и «мешающие провода» - их можно было и не трогать на самом деле:)
Вместо родного аккумулятора приколхозил повербанк с банкой на 2600, родной чехол с повербанка удалил (металл ни к чему рядом с печатной платой), закрепил изолентой, чтобы не рассыпалась конструкция при вибрациях или возможных падениях фоная.


На самом деле можно все сделать ГОРАЗДО аккуратнее, но интересовало простота и быстрота решения на момент переделки.




Примерно ТАК получилось (проводки можно было не вытаскивать сквозь повербанк, но сначала была идея несколько иного расположения, переделывать не стал).
Сам повербанк закрепил вставив в бывший сетевой разъем, даже без доп. крепления довольно прочно «сидит»




Главные плюсы:
Фонарь жив!
Довольно не сложно и недорого!
Легко сменить батарею (в случае выхода из строя)- они распространены и недороги.
Можно заряжать от любого USB (в том числе в авто), а так же, при необходимости использовать сам фонарь как повербанк. Есть контроль заряда фонаря.

Фонарик светит нормально. По времени не пробовал засекать - но ВЕСЬМА долго светит, несколько часов точно, не пробовал разряжать одномоментно.