В этой статье хочу поделиться конструкцией собственноручно изготовленного фонаря, который служит мне верой и правдой с 2003 года. Безусловно, сейчас вряд ли кого удивишь светодиодами яркостью в 15 кД. Однако, его главное достоинство – это высокая экономичность по сравнению даже со многими современными образцами.

В то время подобные фонари, обладающие к тому же хорошими параметрами, ещё просто не существовали, а сверхъяркие белые светодиоды только начинали своё торжественное шествие в мире осветительной техники. Во время подготовки к весенней поездке в Крым возникла необходимость в хорошем фонаре, способном проработать без замены батареек довольно длительное время. В магазинах радиодеталей только появлялись сверхъяркие белые светодиоды, способные заменить лампу накаливания в карманном фонарике. Именно ими воспользовался мой однокурсник Володя, сделавший первый вариант подобного осветительного прибора. Не став сильно выдумывать, в обычном фонарике, работающем от 3 батареек типа AA, он просто впаял в блок лампочки три светодиода по 5 кД, ограничив ток через них резистором.

Услышав от него хорошие отзывы о новом источнике света, я решил собрать второй образец, но корпуса на 3 батарейки найти не смог, и купил только на 2. В результате столкнулся с проблемой – белые светодиоды имели рабочее напряжение порядка 3,1 В, и от двух «свежих» элементов питания еле светились. Было два варианта выхода из положения: искать в магазинах другой корпус фонаря (который, кстати, позже был куплен), второй – использовать повышающий DC-DC преобразователь, который одновременно являлся бы и стабилизатором, поддерживающим яркость свечения на одном уровне при разряде батарей. Я выбрал второй вариант. Долго искал по справочнику микросхему для повышающего преобразователя, так как большой проблемой оказалось её купить. Единственное, что на тот момент сумел найти в магазине – MAX643, которой и воспользовался. Схема переделывалась несколько раз в различных вариантах, в том числе, в 2010-м подверглась очередному обновлению в виду окисления выводов отдельных деталей и дорожек печатных плат (условия эксплуатации были не самыми простыми). Опишу лишь окончательный и наиболее удачный вариант. Схема его представлена на рисунке 1.

Напряжение питания от батареи поступает на вход индуктивного повышающего стабилизатора, работающего на частоте 45 кГц от встроенного тактового генератора. Рабочий ток внутреннего МОП-ключа микросхемы и выпрямительного диода невелик, и схема работает практически на пределе. Основной и единственный недостаток – низкий КПД схемы, вызванный в основном высоким сопротивлением внутреннего МОП-ключа. С целью повышения КПД использован внешний диод Шоттки SS14. Применение внешнего МОП-транзистора оказалось невозможным из-за недостатка места, так как схема разрабатывалась под габариты блока лампы от фонарика, чтобы в любой момент можно было заменить ею светодиодный блок в случае его отказа. В реальности его ни разу не пришлось менять из-за явного преимущества светодиодной схемы.

Все светодиоды соединены последовательно и подключены напрямую к выходу DC-DC преобразователя, напряжение которого подобрано таким образом, что ток через них составляет около 20 мА, и резистор не требуется, что также даёт некоторый выигрыш в КПД. Напряжение стабилизации устанавливается делителем обратной связи R1R2, резисторы которого могут быть рассчитаны по формуле: R1=R2((Vout/1,31)-1), где 1,31 – напряжение внутреннего опорного источника; Vout – требуемое напряжение стабилизации, равное 12,1 В. Зависимость выходного напряжения стабилизатора от напряжения на батареях показана на рис. 2. Из графика видно, что оптимальный режим реализуется при использовании 3 элементов питания, однако, даже от двух батареек типа AA фонарик длительное время сохраняет достаточную яркость свечения.

Срыв стабилизации начинается при напряжении ниже 2,75 В, уменьшение яркости в 2 раза происходит примерно при 1,7 В, резкое падение яркости наблюдается при 0,7 В, полное погасание светодиодов происходит при 0,3 В. Повторный запуск преобразователя возможен при напряжении на батареях более 1,17 В.

Схема фонаря собрана в виде «этажерки» на 4 печатных платах из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8 мм, соединённых между собой проволочными штырями, и помещается в корпусе блока лампочки от фонарика типа «GP Discovery». Чертежи плат показаны на рис. 3: 1 – плата светодиодов, 2 – плата конденсаторов, 3 – плата ШИМ-контроллера, 4 – плата дросселя. Платы 2, 3 и 4 соединены между собой штырями от межплатного соединителя типа PLH-40. Плата 1 вставляется со стороны рассеивателя в цанговые гнёзда, расположенные в плате 2, так как светодиоды не пролезают в отверстие, предназначенное для лампочки. Кольцевой контакт на 2-й плате прилегает к минусовой шайбе блока, нижний пятачок на 4-й плате упирается в плюсовую пружину. На рисунках 4 – 7 показан общий вид блока и фонаря в сборе.