Wie eine Fackel gebaut wird
Eine Taschenlampe ist ein unverzichtbares Werkzeug im Haushalt und in der Industrie. Überall dort, wo es an Licht mangelt, wird es Ihnen helfen, die Arbeit zu erledigen, ein Problem zu finden, einen heruntergefallenen oder verrollten Gegenstand zu lokalisieren. Um eine defekte Laterne zu reparieren oder sie aufzurüsten, müssen Sie den Schaltplan kennen.
Wie eine Handfackel funktioniert
Der Aufbau einer Handfackel ist nicht kompliziert. Sie besteht aus einem Batteriefach und einem Fach mit einem Strahler und einem Reflektor sowie einem Netzschalter.
An diesem Inhalt hat sich seit der Erfindung der Taschenlampe nichts geändert, obwohl sich die Komponentenbasis drastisch verändert hat.
Schematische Darstellung einer einfachen Taschenlampe
Der elektrische Schaltplan einer einfachen Taschenlampe besteht aus nur drei Elementen:
- eine Batterie (oder mehrere);
- Netzschalter;
- Eine Glühbirne.
Eine schematische Darstellung einer LED-Taschenlampe
Unter modernen Bedingungen werden Glühbirnen zunehmend durch LEDs ersetzt. Aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrades und ihrer kürzeren Lebensdauer haben sie dem Wettbewerb nicht standgehalten. In tragbaren Handleuchten werden ebenfalls häufig lichtemittierende Halbleiterelemente verwendet. Aber eine Glühbirne einfach durch eine LED (oder eine Matrix von LEDs) zu ersetzen, funktioniert nicht. Sie benötigen eine Vorrichtung, die den Strom durch die Halbleiterelemente begrenzt. Dies wird als Fahrer und es ist ein elektronischer Stromregler.
Der Nachteil dieser Schaltung ist die geringe Reparierbarkeit einer solchen Taschenlampe - ein qualifizierter Techniker und eine entsprechende Laborausrüstung wären erforderlich, um die elektronische Schaltung wiederherzustellen.
Der Fahrer könnte ein regulärer Fahrer sein Widerstandder den Strom begrenzt und die Überspannung löscht. Allerdings wird eine Menge Energie an den Widerstand verschwendet. Bei einer netzbetriebenen Laterne ist diese Tatsache nicht von Bedeutung, aber bei einer batteriebetriebenen Laterne kann dieser Nachteil entscheidend sein.
Wichtig! In das Design der LED-Laterne fügt ein weiteres Element - ein Kühlkörper. Zwar ist die Abstrahlung von LEDs nicht grundsätzlich mit der Erwärmung verbunden, aber das Joule-Lenzsche Gesetz kann nicht umgangen werden. Wenn Strom durch die Strahlerelemente fließt, entsteht Wärme. Eine Überhitzung der LEDs führt zu einer deutlichen Verkürzung ihrer Lebensdauer, wenn sie nicht kontrolliert wird.
Schematische Darstellung eines Scheinwerfers
Eine beliebte Form der LED-Taschenlampe ist eine Stirnlampe. Mit einer solchen Taschenlampe haben Sie die Hände völlig frei und können den Lichtstrahl durch Drehen des Kopfes auf die gewünschte Stelle richten: Sie folgen Ihrem Blick. Das ist praktisch, wenn man ein Auto repariert, in dunklen Gegenden spazieren geht usw.
Das Schema einer solchen Leuchte ist nach dem folgenden Prinzip aufgebaut:
- Steuerkreis (zuständig für die Umschaltung der Betriebsarten);
- Pufferverstärker;
- einen Transistorschalter zum Einschalten der LED.
Eine der Varianten eines solchen Geräts ist, wenn die Steuereinheit auf einem Standard-Mikrocontroller (z. B. ATtiny85), mit einem Programm, um den Modus des Emitters zu steuern, der Zwischenverstärker ist ein Operationsverstärker OPA335, und ein Feldeffekttransistor IRLR2905 wird als Schalter verwendet.
Diese Schaltung ist kostengünstig und zuverlässig, hat aber einen technischen Nachteil: Sie müssen das Steuergerät vor der Installation programmieren. Daher wird in der Massenproduktion ein spezieller Chip FM2819 als Steuereinheit verwendet (die abgekürzte Bezeichnung 819L kann auf dem Gehäuse angebracht werden). Dieser Chip kann das lichtemittierende Element ein- und ausschalten und ist mit vier Modi programmiert:
- maximale Helligkeit;
- mittlere Helligkeit;
- Mindesthelligkeit;
- Stroboskoplicht (Blinklicht).
Die Modi werden durch kurzes Drücken der Taste zyklisch umgeschaltet. Ein langer Druck auf die Taste schaltet die Lampe in den SOS-Modus. Es ist nicht möglich, das Programm zu ändern (zumindest wird eine solche Möglichkeit im Datenblatt nicht erwähnt). Das Gerät benötigt keinen Zwischenverstärker, aber es ist nicht möglich, sehr starke LEDs direkt an den Ausgang anzuschließen - es gibt eine Lastbegrenzung (und einen Schutz gegen Lastüberschreitung).
Deshalb werden die Hochleistungselemente über einen Schalter angeschlossen. In den meisten Fällen handelt es sich um einen Feldeffekttransistor, der einen kontinuierlichen Hochstrombetrieb in der Drain-Schaltung ermöglicht, wie z. B. der FDS9435A von Fairchild oder ein ähnlicher Transistor, der anhand der Parameter der Spezifikationstabelle des FDS9435A ausgewählt werden kann.
| Struktur | Maximale Gate-Source-Spannung, V | Kanalwiderstand im offenen Zustand | Maximale Verlustleistung, W | Höchster Drainstrom im Dauerbetrieb, A |
| P-Kanal | 25 | 0,05 Ohm bei 5,3 A, 10 V | 2,5 | 5,3 |
Die Schaltung der Taschenlampe besteht aus nur zwei aktiven Elementen und einem Kabelbaum aus mehreren Kondensatoren und Widerständen (plus Batteriezellen und einer Matrix aus von LEDsnatürlich).
Schematische Darstellung einer wiederaufladbaren Taschenlampe, die über das 220-V-Netz geladen wird
Es ist bequemer und wirtschaftlicher, die Taschenlampe nicht mit Batterien, sondern mit wiederaufladbaren Akkus zu betreiben. Noch praktischer ist es, eine Taschenlampe zu haben, deren Zellen aufgeladen werden können, ohne sie aus dem Gehäuse zu nehmen. Sie müssen den Brenner nur an ein 220-V-Einphasen-Netz anschließen.
Hier wurden der herkömmlichen Schaltung Elemente hinzugefügt:
- Einweggleichrichter an den Dioden VD1, VD2 (kann auch in einer Brückenschaltung aufgebaut werden);
- Ballastkondensator zur Dämpfung der Überspannung C1 mit Entladewiderstand R1;
- Widerstand R2 zur Begrenzung des Batterieladestroms;
- R4VD5-Kette zur Anzeige des Anschlusses an das Stromnetz.
Wichtig! Diese transformatorlosen Schaltungen haben einen erheblichen Nachteil. Wenn ein Punkt im Stromkreis versehentlich berührt wird, besteht die Gefahr, dass er unter Spannung steht. Die Verwendung eines Netztransformators hingegen führt zu einer erheblichen Erhöhung des Gewichts und der Abmessungen.
Daher wird diese Regelung immer seltener. Externe Netzteile mit niedriger Ausgangsspannung (einschließlich der Aufladung über ein USB-kompatibles Gerät) werden zum Aufladen der Akkus verwendet, ohne diese zu entfernen.
Aufrüstung von Taschenlampen
Bei genauer Betrachtung des Schaltplans der Taschenlampe aus dem vorherigen Abschnitt wird deutlich, dass die LED VD5 immer leuchtet, wenn sie an 220 V angeschlossen ist. Sein Leuchten ist unabhängig von der Ladung und sogar vom Vorhandensein von Batterien. Um diesen Nachteil zu beseitigen, sollte die Anzeigeschaltung in den Batterieladestromkreis integriert werden. Installieren Sie dazu einen 0,5-W-Widerstand R5, so dass bei einem Strom von 100 mA etwa 3 V abfallen (etwa 30 Ohm). Die Anzeigeschaltung muss parallel geschaltet werden, wobei die Polarität zu beachten ist.
Alle Änderungen und Ergänzungen sind mit der blauen Linie gekennzeichnet. Nach dem Umbau leuchtet die LED nur noch bei Ladestrom (bei ausgeschaltetem Emitter-Matrix-Netzteil!).
Überprüfung der Funktionsfähigkeit
Wenn eine chinesische Taschenlampe defekt ist, können Sie versuchen, das defekte Element zu finden und es zu ersetzen oder Reparatur. Der Suchalgorithmus wird am Beispiel einer netzbetriebenen Taschenlampe gezeigt.
- Wenn die Laterne nicht leuchtet, die Anzeige nicht aufleuchtet, wenn Sie sie einstecken, sollten Sie überprüfen, ob 220 V in den Stromkreis eingespeist werden. Dazu messen Sie die Wechselspannung an Punkt 1. Wenn keine Spannung vorhanden ist, überprüfen Sie das Netzkabel und den Stecker.
- Wenn alles in Ordnung ist, sollte die LED leuchten. Ist dies nicht der Fall, überprüfen Sie den Schaltkreis und die Diode VD2 auf Kurzschluss.
- Entfernen Sie als Nächstes die Batterien und prüfen Sie die Gleichspannung an Punkt 2 - sie sollte ungefähr der Batteriespannung entsprechen. Wenn nicht, prüfen Sie, ob die Dioden VD1, VD2 in Ordnung sind.
- Wenn alles in Ordnung ist, sind wahrscheinlich die Batterien defekt. Prüfen Sie die Batteriespannung.
- Ist dies nicht der Fall, sollte der Schalter mit einem Prüfgerät im Schalltestmodus überprüft werden (bei vom Netz getrenntem Gerät und abgeklemmten Batterien!).
- Wenn auch hier alles in Ordnung ist, liegt der Fehler im Treiber oder in der LED-Matrix.
Mit ein wenig elektrotechnischem Wissen ist es nicht schwer, einen Handbrenner aufzurüsten oder zu reparieren. Die Hauptsache ist, dass man die Konstruktion versteht.