Переделка налобного фонаря на батарейкам в аккумуляторный. Сказ о том, как я интегрировал контроллер заряда в налобный фонарик Схемы китайских фонариков налобных

Поступил мне тут заказ от одного хорошего знакомого, который увлекается рыбалкой. У него был простенький налобный фонарик, который обладал рядом недостатков, но полностью устраивал по размерам и внешнему виду. Ну что ж, для хорошего человека - хорошее дело, ну а для меня - просто тренировка мозгов и рук.

Приступим. Для начала выделю преимущества данного фонарика:

• компактный и легкий корпус;
• возможность регулировки фокуса;
• удобное расположение органов управления (кнопка), учитывая что фонарик налобный.

Теперь недостатки, которых куда больше:

• неудобное управление - три режима которые переключаются по циклическому алгоритму (четвёртый режим "выключено"), то есть если нужный режим пропустил, то надо "прощелкивать" все режимы по кругу, пока не "дощелкаешь" до нужного режима;
• один из режимов - мигающий - вообще бесполезный, только мешает управлению;
• нет контроля состояния аккумулятора, то есть при каждом цикле разряда портит аккумулятор, сильно разряжая его (если не выключить, может посадить аккумулятор до 1...2 вольт);
• нет стабилизации тока, то есть с разрядом аккумулятора яркость постепенно падает;
• заряд аккумулятора идет тупо через резистор, нет никакого контроля зарядного тока и отсутствует правильный алгоритм заряда литий-ионного аккумулятора (при каждом цикле заряда гробит аккумулятор);
• стоИт китайский светодиод с низкой эффективностью;
• стоИт китайский аккумулятор с завышенной емкостью на этикетке.

Теперь о том, что бы хотелось получить в итоге:

• удобное управление режимами, убрать мигающий режим;
• ввести стабилизацию тока через светодиод (поставить драйвер);
• заменить светодиод на более эффективный и надежный (CREE XPG), тёплого свечения (вместо штатного холодного);
• сделать контроль разряда аккумулятора, при разряде аккумулятора выключать фонарик;
• добавить контроллер заряда литий-ионного аккумулятора;
• заменить аккумулятор на нормальный.

Вскрываем корпус фонарика.

Здесь мы видим, что его "мозги" сделаны на основе БИС микросхемы, поэтому они не поддаются никакой модификации.

При замене светодиода на другой светодиод, выходной ток изменился почти на 50%, что говорит об отсутствии какой либо стабилизации тока. Решено выкинуть родную плату и сделать свою. В качестве управляющего контроллера я выбрал ATtiny13A-SSU ввиду следующих основных преимуществ:

• малая цена - около 30 рублей (на момент написания статьи, май 2014г.);
• компактный корпус поверхностного монтажа;
• в режиме сна потребляет менее 500 наноампер (!!!);
• возможность работы при низких напряжениях питания (вплоть до 1.8в);
• возможность работы при температуре ниже 0 градусов.

В качестве драйвера светодиода выбор пал на AMC7135 благодаря следующим характеристикам:

• возможность работы при низких напряжениях питания;
• минимальное падение напряжения на микросхеме - всего 0.15в;
• возможность ШИМ-регулировки яркости светодиода;
• компактный корпус.

Схема драйвера:

Небольшие пояснения о работе схемы и применяемых компонентах. Для измерения уровня заряда аккумулятора, используется АЦП микроконтроллера и внешний источник опорного напряжения (далее ИОН) REF3125 с выходным напряжением 2,5В. Внешний ИОН используется не просто так - с его помощью достигается измерение напряжения аккумулятора с минимальными погрешностями, так как точность встроенного в микроконтроллер ИОН"а оставляет желать лучшего. Управление AMC7135 производится при помощи ШИМ-сигнала, частотой 500 Гц. При отключении драйвера, микроконтроллер отключает AMC7135, обесточивает ИОН, и переходит в спящий режим "Power Down", потребляя менее 1 мкА . Устройство не требует какой-либо настройки и корректировки, и после сборки и прошивки начинает работать сразу. Чтобы можно было выбрать напряжение отключения драйвера "под себя", в конце статьи прилагается архив с прошивками под напряжения 3,1...3,6 Вольт с шагом 0,1В.

Развожу печатку, травлю, запаиваю, пишу софт в AVR Studio 5, прошиваю микроконтроллер. На этапе изготовления платы нужно просверлить отверстия, и соединить перемычками дорожки с обеих сторон платы. Я взял медную жилу от витой пары, залудил её, и сделал из неё перемычки.

Вот что из этого получилось. Печатку и набор прошивок можно скачать в конце статьи.

На одной стороне платы (двусторонняя диаметром 18 мм) разместились все управляющие мозги, на другой стороне платы расположился драйвер светодиода с полигоном из меди для должного охлаждения. Опционально на плату может быть установлена вторая микросхема-драйвер AMC7135 для увеличения максимального выходного тока с 350 мА до 700 мА. Небольшие размеры платы выбраны не случайно - необходимо было уместить драйвер на родное место в корпусе. Вот фотка для оценки размеров получившейся платки:

Родной контроллер управления давал на светодиод следующий ток в режимах:

• 1 режим, примерно 200 мА;
• 2 режим, примерно 60 мА;
• 3 режим, примерно 60 мА (мигающий).

Родной контроллер управляется по следующему алгоритму. При нажатии на кнопку выполнялся переход на следующий режим. 1 --> 2 --> 3 --> ВЫКЛ и так по циклу. Если нужный режим случайно пропустил, то придётся сидеть и "нащёлкивать" пока не дойдёшь до нужного режима. Также для выключения фонарика нужно "прощёлкать" все режимы. О быстром включении/отключении фонарика можно даже и не мечтать.

Моя плата контроллера с драйвером выдает следующие токи в разных режимах:

• 1 режим, 30 мА;
• 2 режим, 130 мА;
• 3 режим, 350 мА (будет использоваться кратковременно, так как в корпусе фонарика не предусмотрено должного охлаждения для светодиода).

Мой контроллер управляется по следующему алгоритму. Однократное (короткое) нажатие выполняет включение/отключение фонарика (с сохранением последнего выбранного режима). Длительное удерживание кнопки выполняет переключение режима на следующий. Таким образом, мы имеем возможность как быстро включать/отключать фонарик, так и менять режимы. Надоедливого и бесполезного режима "мигалки" теперь нету. При снижении напряжения аккумулятора до заданного в "прошивке" уровня, фонарик переходит на предыдущий режим. Тоесть если стоял режим 3, то сначала контроллер включит режим 2, затем фонарик поработает какое-то время, затем включится режим 1, фонарик поработает ещё какое-то время, и только потом он выключится. В интернете уже есть аналогичные конструкции, но они либо имеют управление при помощи разрыва цепи питания, что не всегда оправданно, либо у них не используется режим сна, а это очень важно!!

Итак, выкидываем старые мозги, а также убираем конденсатор, зачем-то подключенный параллельно кнопке. Наверно китайцы боролись с дребезгом контактов. У меня обработка дребезга будет программная, поэтому конденсатор больше не нужен.

Также достаём штатный светодиод, будем менять его на эффективный светодиод CREE XPG с тёплым свечением.

Готовим наш новый светодиод:

Собираем оптический блок:

Теперь встраиваем новую плату управляющего контроллера и драйвера светодиода:

Cобираем корпус:

Таким образом, на внешний вид не произошло никаких изменений, но внутри теперь всё как и должно быть. Контроль разряда аккумулятора, стабилизация тока, нормальное управление режимами, и "правильный" светодиод. В выключенном состоянии контроллер потребляет мало энергии, так как микроконтроллер переводится в режим сна.

Позже был установлен нормальный контроллер заряда аккумулятора на микросхеме MAX1508, а также родной китайский аккумулятор был заменён на внешний блок аккумуляторов, состоящий из 2 оригинальных банок Sanyo UR18650.

В активном режиме микроконтроллер ATtiny13A потребляет менее 500 мкА благодаря работе на тактовой частоте 128 кГц. Также в активном режиме добавляется потребление AMC7135, потребление внешнего ИОН, и потребление внутреннего АЦП микроконтроллера. Суммарный ток потребления в активном режиме зависит от используемого ИОН, и может составлять от 0,1 мА до 1 мА. Я применил ИОН REF3125, суммарное потребление схемы в рабочем режиме составило 0,5...0,8 мА.

ИОН REF3125 можно заменить на аналоги:

• ADR381
• CAT8900B250TBGT3
• ISL21010CFH325Z-TK
• ISL21070CIH325Z-TK
• ISL21080CIH325Z-TK
• ISL60002BIH325Z
• MAX6002
• MAX6025
• MAX6035BAUR25
• MAX6066
• MAX6102
• MAX6125
• MCP1525-I/TT
• REF2925
• REF3025
• REF3125
• REF3325AIDB
• TS6001

Прилагаю небольшое видео, демонстрирующее управление режимами. Видео снято давно, светодиод ещё тогда стоял родной, позже он был заменён на CREE XPG, также стоял родной аккумулятор. Лень было заново снимать видео. Также хочу предупредить, что не каждый программатор поддерживает прошивку микроконтроллеров на частоте 128 кГц. Для прошивки я использовал программатор "USBAsp" со включенной опцией "Slow SCK". Всем удачных самоделок!!

Внимание! Прошивка управляющего микроконтроллера была полностью переписана. Алгоритм работы программы стал более корректным, устранены некоторые недочёты в работе устройства. Ниже Вы сможете скачать пробную версию прошивки с ограничением по времени работы 10 минут. По истечении тестового времени, гаснет светодиод и блокируется управление. После переподключения аккумулятора, вновь получаем 10 минут тестового времени.

Полную версию прошивки можно приобрести .

Список радиоэлементов

В современное время все больше техники, в роли элементов питания используют литий-ионные аккумуляторы. Они не имеют "эффекта памяти", в отличие от Ni-Cd. Могут отдавать большой ток.

Я решил переделать два старых фонарика под литий-ионные аккумуляторы 18650, благо у меня их большое количество. Да и достать их не составляет труда в ремонтных фирмах, занимающихся ремонтом ноутбуков.

Для переделки нам понадобится некоторое количество комплектующих:
- собственно фонарики;
- ;
- ;
- оргстекло;
- кусок тонкого пластика;
- ;
- провода, термоклей, инструменты.

Фонари удобного размера для установки в них аккумуляторов 18650, в количестве двух штук. В принципе можно описать доработку одного фонарика.

Платы контроллеров заряда у меня разные. На одной Mini-USB, на второй Micro-USB.
Данные платы можно приобрести в Китае за 15-20 рублей за единицу. Так же продаются в магазинах радиотоваров и радио рынках. У меня платы без защиты (BMS), но с этим справимся.

Разбираем фонарики и вынимаем все из них, кроме переключателей, светодиодов.

Теперь берем тонкий пластик, у меня это ABS от старого аккумулятора. Получилось что он черного цвета, но не страшно, на синем фонарике тоже будет смотреться отлично.

Вырезаем окошки так, чтоб плотно входили в место, где раньше выдвигалась вилка для заряда.

Вырезаем нужного размера под окошко и отверстия под разъемы наших плат заряда. Клеить их не обязательно, они должны плотно входить и я их потом укреплю.

Так как наши платы не имеют защиты от разряда, применяемы в данной ситуации платы из аккумуляторов мобильного телефона. Можно и купить с защитой, но у меня таких сейчас нет в наличии. Поэтому прибегаю к чуть трудоемкому решению.

Распаиваем провода от наших BMS к аккумуляторам. Платы контроллеров заряда ставим на место и подпираем. В роли распорки применил отрезки винной пробки. Все укрепляем термоклеем, но можно и без него.

Распаиваем выключатели, у меня выключатели разрывают плюс. На черном фонарике есть плата со светодиодом. Переключатель имеет два включенных положения, одно из которых я завел на одиночный светодиод, а второе положение включает основные светодиоды. На синем фонарике одно положение выключателя.

Собираем фонарики и подпаиваем отражатели и переходим к следующему этапу.

Следующим этапом, вырезаем две пластинки из прозрачного пластика, у меня это пластик из коробки компакт-диска. Шкурим наждачной бумагой до матовости поверхности, так приятней свет от светодиода.

Приклеиваем на место, где раньше находился движок, которым выдвигалась сетевая вилка. Клеить нужно на одну половину фонарика. Вдруг нужно будет разобрать фонарик.

Купив множество китайских фонариков, мощностью от 100 до 16000 люмен, так и не остался доволен.

В большинстве случаев фонарик не отдаёт заявленный продавцом световой поток. Так получается из-за того, что продавцы в лучшем случае указывают максимальный световой поток, который может отдавать установленный светодиодный модуль, но в результате экономии на материалах светодиод работает, если повезёт, в половину от своего максимума. Для ограничения тока применяются тонкие провода, это позволяет отказаться от использования источника постоянного тока и ограничиться простым ШИМ контроллером с силовым ключём.

В качестве донора был выбран «2500Lm CREE XM-L T6 LED Headlamp» ценой в 12 долларов, у которого через год использования умер ШИМ контроллер CX2812. Данный контроллер имеет три выхода для нагрузки, два входа для настройки режимов работы и один вход для кнопки переключения режимов. Первым неприятным моментом практически любого китайского фонарика для меня оказалось наличие режимов Strobe и SOS. В случае с данным контроллером, достаточно подать на вход OPT1 логическую единицу и из пяти режимов останется только три (High, Low, Off). Если единицу подать на оба OPT входа, то режим Low тоже исчезнет.

Продавец заявляет, что в фонарике используется светодиод Cree XM-L T6 и он жарит аж 2500 люменов на максимальном режиме. На сайте Cree для данного светодиода заявлена светосила 100 люменов на ватт и максимальная мощность 10 ватт. На самом деле используется светодиод XM-L U2, его характеристики не сильно отличаются от T6, но из-за толщины проводов до светодиода доходит только 1.1А, что при напряжении аккумулятора 4.1В составляет 4.51Вт. Получается, что на максимальном режиме фонарик излучает примерно 451 люмен. Люксметр показывает 420 люменов, и это довольно далеко от цифры 2500.

Схема драйвера проще некуда и усложнять её не будем. В качестве нового каменного сердца был выбран микроконтроллер ATtiny85, хотя хватило бы и ATtiny13(a), но в нужном корпусе его под рукой не оказалось. Кнопка переключения режимов удачно попала на ножку PB2/INT0, а вот база транзистора оказалась подключенной к выходу RESET. Имея на борту аппаратный ШИМ, было решено использовать именно его, поэтому дорожка ведущая к RESET была перерезана, а база транзистора подключена перемычкой к выходу PB1/OC0B. Для удобства программирования необходимые пины были вынесены наружу. Провода зафиксированы соплями термоклея. Провода от аккумуляторов до платы заменены на чуть более толстые.

Прошивка собиралась в Arduino 1.0.6, в качестве программатора использовался Arduino Nano. Установлены фьюзы в соответствии со схемой «ATtiny85 @ 1 MHz (internal oscillator; BOD disabled)». Вес прошивки в бинарном виде на данный момент составляет 278 байт. В выключенном состоянии фонарик потребляет 0.3мкА, при кратковременном нажатии на кнопку включается минимальный режим, потребление увеличивается до 7.6мА. Для выключения необходимо кратковременно нажать и отпустить кнопку. Если продолжить удержание кнопку, то яркость плавно увеличится до максимальной. Частичная замена проводов не дала существенного прироста яркости, ибо провода от блока питания до головы остались узким местом. На данный момент на максимальном режиме потребление получилось 1.2А, напряжение АКБ 4.2, получается примерно 500 люменов.

Но даже несмотря на то, что китайские продавцы указывают в несколько раз завышенные показатели по светосиле, зачастую даже минимальный, из предложенных, режим был слишком ярким для меня. После переделки, минимального режима вполне достаточно для того, чтобы ночью не запнуться на лесной тропинке или использовать фонарик в качестве ночника при ночёвке в пещере. Итого буквально за пару часов из мёртвого фонарика удалось сделать фонарик моей мечты. Надеюсь мой опыт окажется для кого-нибудь полезным. Код доступен по ссылке HeadLamp.ino .

Обновление 04.02.2015: Подумав немного, добавил возможность моментального включения фонарика на максимальный режим (два быстрых клика), а так же режим стробоскопа (три быстрых клика). Для активации этих режимов необходимо раскомментировать соответствующие дефайны в начале кода.

Фонарик - вещь архиполезная, особенно если есть необходимость ходить-бродить по тёмным переулкам чёрных кварталов, различным сумрачным зонам. Сегодня решил рассказать о глубокой доработке обыкновенного 100 рублевого фонарика.

Первым делом ищем в закормах подходящий унылый фонарик. В крайнем случае, можно купить вот такой . Оказывается они бывают черного цвета, мне достался в серебристом корпусе.
Разбираем и вытаскиваем контейнер ААА-батареек.

Контейнер сразу выбрасываем, т.к. нормальный фонарик должен работать на нормальном аккумуляторе. Под нормальным аккумулятором подразумевается конечно-же легендарный литий-ионник 18650, который по дефолту в комплекте с зарядным устройством must have у каждого нормального пацана.
На фото - сравнение размеров никчёмной батарейки ААА и божественного аккума 18650

Чтоб запихать новый аккум в фонарик существуют удлинительные переходные втулки. Впринципе можно их выточить самому, но проще-лучше купить готовые. Например . Единственный нюанс - не ко всяким фонарикам подходит резьба переходника. Есть смысл сперва приобрести переходник, а под него уже подбирать фонарик

Т.к. нормальному фонарику нужен нормальный светодиод, с применением грубой физ. силы выбиваем-вытаскиваем светодиодную голову. Теперь её можно выбросить.

Далее берём/покупаем хороший светодиод Cree XR-E Q5, устанавливаем на подходящий радиатор и закрепляем на место бывшей светодиодной головы. Для уменьшения тока через светодиод, можно последовательно подключить резистор сопротивлением несколько Ом, либо какой-нить одноамперный диод. Потом аккуратно закрываем светодиод защитным плексовым стеклом и проклееваем суперклеем. Рефлектор ставить нет необходимости, т.к. фонарик изначально был задуман как оружие "ближнего боя", т.е. что бы светить под ноги нужен максимально широкий угол раскрыва светового пучка.

Конструкция в сборе:

На фото - освещаю потолок с расстояния 1.5 метра

Ходовые испытания в условиях утренней темноты и мороза. Nokia мёрзла, но сфотать смогла.

Подобным образом были переделаны большинство старых фонариков, внезапно найденных дома

Всем добра и света!

Идея о том, как переделать налобный фонарь в аккумуляторный возникла давно, особенно это актуально на рыбалке и при . Поскольку постоянно покупать батарейки невыгодно, в наш век мобильных телефонов. Вот поразмыслив и заказал нужные запчасти, о которых опишу ниже приступил к доработке налобного фонарика под аккумуляторы своими руками, используя китайскую схему с под зарядкой.Что делает возможным заряжать батарею и в автомобиле и от обычного микро USB современного телефона. Я заказываю обычно на Алиэкспрес хотя возможно найти и в магазинах но в 2 раза дороже.

Очень яркий и функциональный налобный фонарик, за такую стоимость но почему то сейчас не нашел такой в продаже
Пробовал переделывать и такую модель, немного не удобно с монтажом кнопки и диодная пластина нагревается, пришлось изолировать от батареи кусочком пластика. Но в итоге фонарик исправно работает

Фонарик доставили на почту за 20 дней что порадовало:) .

Идея очень проста и под силу каждому, для этого потребуется лишь небольшая батарейка от старого сотового телефона, там установлен Li-Ion аккумулятор с защитой. По параметрам напряжения подходит идеально, светодиодный фонарик имеет диапазон по напряжению от 4,5 - 2В, а батарея 3,7В в заряженном состоянии 4,2В при этом имеет приличную емкость, которую можно увеличить, добавив параллельно еще одну батарею. Нужно только правильно определить контакты (на большинстве указаны плюс и минус) остается аккуратно подпаять контакты, чтоб не расплавить и избежать замыкания.
Проблема с зарядкой через обычный микро юсби решается просто, заказать маленькую плату стоимостью порядка 20 руб. Micro USB выполняет очень важную роль по контролю за зарядкой и отключением лед лампы при разрядке батареи.

В плате установлены светодиодные индикаторы, которые показывают цветом когда переделанный светодиодный фонарик зарядится. Таким образом доработка налобного китайского фонаря сводится к припайке проводков клемам.
Использую эту плату переделка любого фонарика на литий довольно просто, важно только знать, сколько вольт выдает батарея.

Возможно для себя заказал сразу 10 штук поскольку она универсальна и можно использовать в детских игрушках.

Параметры платы

• Входное напряжение с Micro USB: 5 В
• Зарядка напряжение отсечки: 4.2 В ± 1%
• Максимальный ток зарядки: 1000mA
• Аккумулятор в течение разряда защита от перенапряжения: 2.5 В
• Установлена защита от перегрузки по току ток: 3A
• Размер платы: 2.6*1.7 СМ

Приступим к переделке

Теперь, про сама переделка фонарика под аккумулятор вместо батареек, большинстве фонарей используют 3 АА по 1,5в по размеру, сопоставим с мобильной батарейкой, и вполне помещается в основном корпусе, только придется расширить посадочное место. После несложных манипуляций выкрутив или вырезав все лишнее, монтируем на термоклей все детали по местам.

В заключение: светодиодный фонарь проработал активно 3 ночи на старых телефонных батарейках без подзарядки. Возможно и на больше бы хватило, до отсечки не испытывал. Литиевые батарейки не любят полной разрядки. В целом очень доволен по себестоимости в 140 руб. единственное, он очень яркий что не всегда нужно. Порадовало наличие индикаторов заряда на плате. При зарядке по usb светится красным когда батарея заряжена синим.

Таким способом можно переделать практический любой фонарик, вопрос только в размере батарейки. Например батарейки с Айфона неочень практичны и если оторвать контакты с платы подключения неаккуратно то они еще и не паяются.

Не используйте литиевые батарейки если они вздулись- это небезопасно!

Бывает такое, что на плате срабатывает защита, а вам нужно его оживить, в таком случае подайте напряжение с блока питания или павербанка. Если телефонные батарейки совсем старые, то налобном фонарик естественно быстрей сработает защита и он погаснет. Хотя батарейкам из старой Нокии (более 4 лет) исправно работают.