Ліхтарик + повербанк.

Flashlight + power bank.

Черговий прояв хворобливого польоту думок змусив вигадати ліхтарик в якому замість батарейок чи свинцевих акумуляторів буде світлодіод та літій-іонний,-полімерний акумулятор. Звісно можна піти й придбати за пару вічнозелених американських долярів потрібну річ, але як же дратує не однократне протикування кнопки увімкнення для того щоби просто шось підсвітити.

Значить завдання: світлодіод має світити та не плавити навколишні речі;

-світлодіод має працювати «в режимі» тобто не допускати перевищення свого робочого струму;

-світлодіод потрібно чимсь живити і бажано акумулятором;

-акумулятор потрібно грамотно заряджати, що включає в себе обмеження зарядного струму та чітку верхню межу напруги зарядки на рівні 4,2-4,3В;

-зарядний пристрій має бути досить доступним, не спеціалізованим, без надвисоких                   характеристик.

Години, дні, макетування, розрахунки, перегляд даташитів, підбір, пошук компонентів утворили не одну варіацію конструкції. Найбільш привабливим та заощадливим визначився варіант із світлодіодом потужністю 1Вт (струм 350мА при 3В падінні на світлодіоді), спеціалізованою м\с зарядки Li-ion, Li-po, акумуляторів та драйвером світлодіоду по мотивам одної з попередніх публікацій (чи рукопісєй, якщо так зручніше).

Акумулятором, а за сумісництвом і джерелом живлення обрано один Li-ion елемент 18650 з відслужившої батареї ноутбука, який потрібно чимось правильно заряджати.  Контролером заряду було вирішено встановити спеціалізовану м\с IP5305, яка вбиває разом декілька зайців. Справа в тім, що дана м\с являє собою деякий мікроконтролер  поєднаний з контролером заряду та StepUp (або Boost) converter. Мікросхема включає індикацію стану заряду батареї, має алгоритм опрацювання кнопки керування, автоматично може розпізнати під’єднане навантаження та увімкнути йому +5В. Струм зарядки вказано максимальний в 1.2А, а струм в 1А може віддавати в навантаження, при чому робити це одночасно судячи з даташиту. В тех. док. Написано про адаптивний режим заряду акумулятора (чи паралельно з’єднаних елементів акумуляторів) і про адаптивний режим споживання струму з самого зарядного пристрою, тобто джерела живлення. Нажаль алгоритми використані в мікроконтролері м\с не прописані тому висновки про адаптивність важко зробити, але цілком не виключено що так і є. Чому пишу мікроконтролер, та тому, що апаратними методами всі вказані алгоритми не реалізувати в такому малому корпусі, тому й напрошується висновок про використання певного мікроконтролеру, мабуть онука отих чорних плям 90-х років.

Недоліком можна вважати відсутність контролю температури акумулятора, сама м\с має термозахист (коли її температура вище +140°С шо перевищує допустиму температуру акумулятора втричі), та захисти від перевантажень, але при тестуванні нагрівання корпусу м\с та акума не було помічено.  Струм заряду становив 0,1- 0,5А(мається на увазі після 15-20хв роботи) в різних варіаціях зарядок та кількості під’єднаних акумуляторів. Можливо саме через доволі невеликий струм заряду явища підігріву атмосфери й не було помічено.

IP5305 спеціально спроектована та використовується в серійних повербанках, порівняно невеликої ємності, а відповідно й цінової категорії. Весь її потенціал там не використовується,зрештою, як і в даному ліхтарику. 

Тепер є акум, зарядка, залишається почепити світлодіод, тільки от з напругами проблемка, бо є +5В стабільних та напруга самого акумулятора від 3,2В до 4,2В. Під’єднати світлодіод через струмообмежуючий резистор, як мінімум банально та й ефективність такого дійства буде доволі низька, такого ж результату отримаєм банально підключивши 78L03. Вирішення питання прийшло у вигляді MT2492, та знов виникла проблема обмеження струму світлодіоду на рівні 300мА. Чіпляти додатковий LM358 для обмеження струму не було бажання, тому в якості компромісу  MT2492 була повністю перетворена на стабілізатор струму одним резистором R4, щоправда з доволі значним опором, але все ж втричі меншим ніж при включенні світлодіоду напряму  до +5В через один резистор.

Зображений на схемі варіант можна підключати й на пряму до акумулятора, але тоді зі зниженням заряду буде знижуватись і яскравіть.  Також необхідно буде змінити R4 на менший номінал, через малу різницю вхідної та вихідної напруги перетворювача MT2492, а також через гранично допустимі напруги живлення м\с.

R4 можливо буде необхідно підібрати і при +5В живленні при прояві збоїв перетворювача у вигляді блимання світлодіоду ліхтарика.

Для більш потужнішого світлодіоду кращим буде увімкнення ОП з резистором значно меншого номіналу.

Чому не можна підключати світлодіод напряму від джерела живлення потрібної напруги? Справа в рості струму через світлодіод при нагріванні, тобто роботі,  і коли струм не обмежується світлодіод починає споживати від джерела струму стільки, скільки здатне видати саме джерело, що й призводить до деградації та руйнуванню кристалу світлодіоду. Даний ефект можна спостерігати на вольт-амперній характеристиці свтлодіоду, яка в свою чергу занадто нагадує ВАХ стабілітрону. Вийнятком може бути підключення до джерела із заниженою напругою, наприклад, світлодіод потужністю 10Вт з падінням напруги в 10В починає світитись вже при напрузі в 8 Вольт споживаючи при цьому близько 25мА струму,  відповідно суттєвого нагрівання кристалів не має, але й світлодіод працює не в «режимі».

TPS2514  встановлено для можливості адекватного розпізнавання різними USB гаджетами зарядного пристрою. Мікросхема підтримує 3 різні стандарти  USB пристроїв, а також дозволяє повідомити гаджету про потужність зарядного пристрою. Для вибору максимальної потужності використовуються піни DP1 та DM1 котрі підключаються до ліній D+, D-  USB гнізда.

В викладеному варіанті включення максимальна потужність зарядки вибрана 5Вт, що відповідає  максимальному струму навантаження (1А) м\с IP5305 .

Компоновка схеми обрана для гнучкості застосування і розділена на 3 частини, кожна з яких, в свою чергу, може працювати, як окремо від інших, так і разом з ними.

S2 – кнопка з фіксацією, вимк\ увімкн. Вона керує ліхтариком, так як IP5305 може сама визначати під’єднання навантаження та видавати +5В на нього, а без неї ліхтарик буде або потайно світити, або світити разом із під’єднанням ЮСБ гаджета.

S1 – кнопка без фіксації, використовується для примусового увімкнення +5В на вихід IP5305 ( у випадку коли м\с сама не зрозуміла, що до неї підключили навантаження та його потрібно живити) , а паралельно із тим індикації стану заряду акумулятора. Для вимкнення +5В і разом із ними індикації стану заряду, кнопку потрібно потримати 2 секунди, а точніше більше 2 секунд. 

D1 – індикація стану заряду акумулятора. Коли акумулятор заряджається він блимає, коли акум зарядився він світить постійно (кнопок натискати не потрібно).  Якщо короткочасно натиснути S1, при вимкненому зарядному, він покаже стан заряду акумулятора – блимаючим сигналом Low Charge та постійним світінням Ultra Low Charge. Для більш детальної індикації можна підключити загалом 4 індикаторних світлодіоди, та для такої простої конструкції досить і одного.

Загалом  увімкнення мікросхем не набагато відрізняються від «даташитовських», а тому додаткову інформацію можна отримати в офіційній тех. док-ії.

В основному конструкція призначалась для заміни батарейок не «стандартного» розміру, та «такої собі» лампочки в ліхтарику всім відомої марки, де власне вона й помістилась.

Правда плата була розділена на 3 частини, а довбати діру під USB зарядку в корпусі ну ніяк бажання не було. Проте можливість заряджати щось була протестована на своїх небагаточисельних девайсах: МР3 плеєр та древнющий смартфон (саме так, йому рівненько 10років!). Вони жваво починали заряджатись на відміну від випадку з Вольтамперметром, коли лінії  D+, D-  висіли в повітрі чи були замкнуті.

Для кращого фокусування світлодіоду в рідний рефлектор була вклеєна найдешевша лінза з 15° кутом розсіювання, яка вдало підійшла конусом до рефлектора. Світлова пляма на відстані 1м від освітлюваної поверхні має діаметр близько 1м, сфокусована центральна пляма близко 30см в діаметрі.

Для зменшення температури розігріву світлодіоду була використана авторська конструкція тепловідводу і зменшено робочий струм (для більш довготривалого життя кристалів світловипромінюючого напівпровідника). Ну і на останок «зайві» запчастини після переобладнання.