Недавно знакомые принесли два неработающих фонаря осветительных специальных ФОС 3-5/6: один - в ремонт, второй - как оплату за работу. Поскольку один фонарь нужно было сделать срочно в течение часа, а владельцу требовалось только включение-отключение без всяких излишеств, типа мигания, то была применена простейшая схема включения через фиксируемую в нажатом положении кнопку (рис. 1).
Рис. 1. Схема включения
Добраться до платы автоматики, размещённой внутри фонаря, не так-то просто. Требуется отвинтить крышку батарейного отсека, отсоединить и вынуть аккумуляторную батарею, только затем вынуть батарейный отсек с прикреплённой к нему платой автоматики из внешнего корпуса фонаря.
Плюсовой (красный или иного цвета) провод, идущий от плюса аккумуляторной батареи СВ1 к плюсу платы автоматики, а также плюсовой (красный) провод, идущий от платы к лампе EL1, были отпаяны от платы, а между этими проводами была подключена аналогичная по посадочным размерам штатной кнопки включения кнопка SB1 с фиксацией, на ток 3 А. Минусовый провод через балластный резистор R3 (три параллельно включённых резистора на плате - см. рис. 2) был уже подведён к лампе EL1, поэтому его не было смысла трогать.
Рис. 2. Внешний вид платы
Поскольку мне достался экземпляр фонаря ФОС 3-5/6 с немного подгоревшей платой и без аккумуляторной батареи, было решено попытаться его починить. Поиск схемы этого фонаря в Интернете успехом не увенчался. Однако удалось лишь скопировать фото негорелой платы автоматики фонаря [1].
Как оказалось при ближайшем рассмотрении, на плате моего фонаря был полностью сгоревший транзистор VT1 (нумерация автора статьи). Закопчённые транзистор VT2 и резистор R1 оказались целыми и рабочими. На всякий случай были проверены все остальные пассивные элементы платы - они тоже оказались в норме. Поскольку цоколёвка транзисторов для поверхностного монтажа, как правило, следующая: база-коллектор-эмиттер (если смотреть по часовой стрелке), а подгоревший и отслоившийся от платы печатный проводник был всего один (под транзистором VT1), получилась следующая схема оконечного каскада (рис. 3). Перед ремонтом плата была почищена микродрелью от нагара и затем обезжирена. Дефектный печатный проводник был заменён перемычкой. После подключения исправного транзистора VT1 фонарь заработал. Было принято решение немного его модернизировать.
Рис. 3. Схема оконечного каскада
Модернизированный фонарь (рис. 3) работает так. При нажатии на кнопку SB1 "Вкл." её контакты замыкаются, контроллер на плате автоматики срабатывает, управляющее напряжение через резистор R2 поступает на базу транзистора VT2, который открывается и подаёт минусовый потенциал на базу транзистора VT1, который также открывается и подаёт плюс напряжения питания через дроссель L1 и переключатель SА1 на лампу EL1. Лампа EL1 загорается. Если кнопку SB1 при включении фонаря держать нажатой несколько секунд, то лампа EL1 станет мигать. При повторном нажатии на кнопку SB1 лампа EL1 отключается. Дроссель L1 на схеме - это уже имеющийся штатный дроссель на плате автоматики фонаря.
Дополнительно введены диод VD1 (его подключают между плюсовым контактом гнезда зарядки и плюсовым выводом платы автоматики), который защищает устройство от случайного ошибочного изменения полярности питания и гасит излишек напряжения при использовании "неродных" аккумуляторных батарей, переключатель SА1, который позволяет в случае неисправности платы автоматики быстро переключить фонарь в режим ручного (неавтоматического) управления, и провод, соединяющий нижний по схеме контакт переключателя SA1 с дополнительным разъёмом Х3.
Для переключения фонаря в режим ручного управления следует открыть крышку отсека аккумуляторной бата реи, отключить красный провод с гнездом Х1 от плюсового вывода батареи, подключить оранжевый провод с гнездом Х3 к плюсовому выводу батареи, закрыть крышку отсека аккумуляторной батареи и переключить переключатель SA1 в нижнее по схеме положение.
В дальнейшем до ремонта платы автоматики следует пользоваться только переключателем SA1. На место сгоревшего транзистора VT1, тип которого установить не удалось, поставлен КТ816А с небольшим теплоотводом, который прикреплён к корпусу рядом с платой. Вместо КТ816А можно использовать любые мощные кремниевые транзисторы структуры p-n-p с максимальным напряжением коллектор-эмиттер не менее 20 В, максимальным током коллектора не менее 3 А. Вместо диода 1N5822 (VD1) можно применить другие диоды с барьером Шоттки, рассчитанные на ток не менее 3 А. Переключатель SA1 - тумблер на два положения, рассчитанный на ток 3 А. Размещение этого тумблера на торце ручки переноски фонаря показано на рис. 4. В качестве кнопки SB1 использована штатная кнопка включения (без фиксации). Гнездо Х3 аналогично гнёздам Х1 и Х2, для лучшей изоляции оно немного утоплено в термоусаживаемой трубке. В разрыв провода, идущего от гнезда Х3, также желательно установить диод, аналогичный VD1.
Рис. 4. Размещение тумблера на торце ручки переноски фонаря
Аккумуляторная батарея СВ1 была составлена из четырёх не полностью заряженных литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650 с номинальной ёмкостью 2200 мА·ч каждый в параллельно-последовательном включении с общим напряжением холостого хода 7,1 В. Дккумуляторы зафиксированы и изолированы липкой лентой, для исключения их перемещения в батарейный отсек вставлен кусок поролона. При использовании в качестве источника питания полностью заряженной батареи из литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650 потребуется замена диода 1N5822 (VD1) на два-три обычных кремниевых выпрямительных диода на ток не менее 3 А каждый, соединённых последовательно.
С целью уменьшения нагрева транзистора VT1, вероятно, есть смысл заменить биполярный транзистор VT1 на p-канальный полевой c максимальным допустимым напряжением затвор-исток не менее 10 В, максимальным током стока не менее 3 А, желательно с минимальным сопротивлением канала в открытом состоянии. Затвор подключают вместо вывода базы, сток - вместо коллектора, исток - вместо эмиттера. В варианте для поверхностного монтажа полевой транзистор как раз встанет на посадочное место биполярного транзистора VT1. Между коллектором транзистора VT2 и точкой соединения нижнего вывода резистора R1 с затвором полевого транзистора потребуется установка дополнительного токоограничивающего резистора сопротивлением от 120 до 430 Ом. Кстати, и в непеределанной схеме такой токоограничивающий резистор лишним не будет, поскольку как коллекторный ток транзистора VT1, так и базовый ток транзистора VT2 не ограничены, а источник питания в ыдаёт номинальное напряжение не менее 6 В, которое частично гасится диодом VD1 и весьма малым сопротивлением открытого транзистора VT2. Резистор R1 устанавливают сопротивлением 10 кОм, параллельно ему подключают стабилитрон на 5,1 В катодом к плюсу питания.
Схему включения фонаря можно немного упростить, используя в качестве ключа полевой транзистор с n-каналом (рис. 5).
Рис. 5. Схема включения фонаря
Полевой транзистор VT2 устанавливают вместо биполярного VT2 на то же посадочное место, транзистор VT1 и резистор R1 (см. рис. 3) исключают. Можно использовать любой n-канальный полевой транзистор с максимально допустимым напряжением затвор- исток не менее 10 В, максимальным током стока не менее 3 А, желательно с минимальным сопротивлением канала в открытом состоянии и малым напряжением открывания. Стабилитрон VD2 с напряжением стабилизации 5,1 В защищает затвор транзистора от возможных импульсных помех и случайной подачи запредельного напряжения, а в нор-мальныхусловиях не оказывает влияния на работу устройства. Дополнительный резистор R4 также защищает затвор транзистора VT2 от возможных импульсных помех и накопления на нём ненужных потенциалов. Переключатель SA1 служит для включения фонаря в случае неисправности платы автоматики.
Рис. 6. Схема включения фонаря с помощью штатной нефиксируемой кнопки включения
Если плата автоматики фонаря не поддаётся ремонту, можно использовать следующую схему включения фонаря с помощью штатной нефиксируемой кнопки включения (рис. 6). Схема взята из [2], работоспособность устройства, собранного по этой схеме, проверялась от источника питания напряжением 7,1 В. Оно работает так. Когда подключают источник питания, конденсатор C1 быстро заряжается. При кратковременном нажатии на нефиксируемую кнопку SB1 затвор транзистора VT2 подключается к конденсатору C1, заряженному почти до напряжения питания, и полевой транзистор открывается, подключая лампу EL1 к аккумуляторной батарее. Транзистор VT1 также открывается и через резистор R3 подключает затвор транзистора VT2 к плюсовой линии питания, удерживая полевой транзистор открытым, когда контакты кнопки SB1 уже разомкнуты. Теперь устройство находится в "зафиксированном" состоянии, когда оба транзистора открыты, нагрузка в виде лампы EL1 получает питание, а конденсатор C1 разряжается почти до нуля через резистор R2 и открытый полевой транзистор.
После повторного кратковременного замыкания контактов кнопки SB1 напряжение на конденсаторе C1, близкое к нулю, окажется приложенным к затвору транзистора VT2, который закрывается, и напряжение на нагрузке снижается до нуля. Напряжение база-эмиттер транзистора VT1 также снижается до нуля, и транзистор VT1 закрывается. В результате при отпущенной кнопке SB1 ничто не удерживает транзистор VT2 в открытом состоянии, и устройство возвращается в первоначальное состояние, когда оба транзистора закрыты, нагрузка обесточена, а конденсатор C1 вновь заряжается через резисторы R2 и R5, а также через параллельно включённую с R5 лампу EL1. Потребляемый устройством ток в выключенном состоянии приблизительно равен нулю. По крайней мере, используемый при измерении тока мультиметр на пределе 200 мкД ничего выше значения 0,0 мкД не показал.
Вместо транзистора ВС846В (VT1) можно использовать любой маломощный кремниевый транзистор структуры p-n-p с максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 20 В, максимальным током коллектора не менее 100 мА. Вместо транзистора АО3400А (VT2) можно использовать любой n-канальный полевой транзистор с максимально допустимым напряжением затвор-исток не менее 10 В, максимальным током стока не менее 3 А, желательно с минимальным сопротивлением канала в открытом состоянии. При большем напряжении источника питания при подборе транзистора VT2 следует иметь в виду, что напряжение затвор-исток транзистора VT2 при включённом устройстве - это почти полное напряжение источника питания (минус 0,2 В). Резистор R6 на этой схеме - это тот же самый ранее указанный на схемах балластный резистор R3 (три параллельно включённых резистора на плате автоматики фонаря). В случае полной неработоспособности "родной" платы автоматики фонаря можно, отпаяв ненужные детали с платы, разместить на ней элементы, в соответствии со схемой на рис. 6, со стороны печатных проводников.
Рис. 7. Доработанная схема
Устройство по рис. 6 было дополнено режимом мигания. Доработанная схема показана на рис. 7. Светодиод HL1 - мигающий. Диод КД521А (VD1) можно заменить на 1N4148 или серии КД522. Стабилитрон VD2 с напряжением стабилизации 5,1 В защищает затвор транзистора VT3 от возможных импульсных помех и случайной подачи запредельного напряжения, в нормальных условиях он не оказывает влияния на работу устройства. Если контакты тумблера БА1 находятся в положении, указанном на схеме, то при нажатии на кнопку SB1 лампа EL1 вместе со светодиодом HL1 будет мигать. Если контакты тумблера SА1 замкнуты, то при нажатии на кнопку SB1 лампа EL1 будет включена в режиме "Освещение", однако светодиод HL1 будет продолжать мигать. Если мигание светодиода мешает, его можно не выводить на корпус фонаря и оставить на плате. При повторном нажатии на кнопку SB1 устройство отключится от источника питания и перейдёт в дежурный режим с потребляемым током, близким к нулю.
Может так случиться, что в фонаре неисправен контроллер, но исправны транзисторы VT1 и VT2 (или имеется в наличии их замена), а радиолюбитель, ремонтирующий это устройство, ограничен как во времени, так и в ассортименте имеющихся в наличии радиодеталей. В таком случае можно предложить следующую простую схему включения фонаря, использующую максимум уже имеющихся на плате деталей и минимум дополнительных (рис. 8).
Рис. 8. Схема включения фонаря
Если транзистор VT1 исправен, временное подключение резистора (сопротивлением от 120 до 430 Ом) к эмиттеру и коллектору транзистора VT2 приведёт к открыванию транзистора VT1 и включению лампы EL1. Если лампа включается, далее следует проверить исправность транзистора VT2. Можно просто прозвонить его мультиметром при отключенном питании фонаря. Однако желательно сразу проверить работу пары транзисторов VT2 и VT1. Для этого между плюсовой линией питания и левым по схеме выводом резистора R2 следует временно подключить резистор сопротивлением от 1 до 20 кОм. Если транзистор VT2 исправен, такое подключение резистора приведёт к открыванию транзисторов VT2 и VT1 и включению лампы EL1.
Далее производим следующие действия. Во избежание ненужного потребления электроэнергии от аккумуляторной батареи неисправным контроллером следует перерезать скальпелем печатный проводник, идущий от контроллера к общему минусовому проводу платы. Также следует отпаять ненужные детали, которые могут образовать "лишние" цепи, потребляющие ток при неработающем фонаре. Также следует перерезать скальпелем печатный проводник, идущий от левого вывода резистора R2 к неисправному контроллеру. Далее следует перерезать скальпелем печатный проводник между коллектором транзистора VT2 и точкой соединения нижнего по схеме вывода резистора R1 с базой транзистора VT1 (на плате автоматики - сразу после точки пайки коллектора транзистора VT2). Вновь вводимый резистор R4 ограничит ток базы транзистора VT1. Резистор R4 следует подобрать такого сопротивления, чтобы напряжение база-эмиттер тран зистора VT1 находилось в интервале 0,7...1 В. В процессе эксперимента устанавливались резисторы R4 сопротивлением от 120 до 300 Ом. Дополнительные резисторы R5 и R6, а также уже имеющийся на плате резистор R2 образуют делитель напряжения для управления транзистором VT2, который, в свою очередь, управляет включением транзистора VT1. Резистор R6 может быть сопротивлением от 3 до 20 кОм. Кнопка SB1 - аналогичная по посадочным размерам штатной кнопки включения фонаря (с фиксацией). При подобном включении кнопки SB1 коммутируемый ток очень мал (в пределах 0,2...1,4 мА, в зависимости от сопротивления резистора R6), что позволяет использовать любую маломощную кнопку. При разомкнутых контактах кнопки SB1 и отключённом от питания неисправном контроллере потребляемый фонарём ток близок к нулю. Естественно, при таком простом способе ремонта режима мигания не будет.
В случае необходимости режим мигания можно реализовать, используя схемное решение с мигающим светодиодом (см. рис. 7), но в этом случае ремонт фонаря уже не будет таким простым и быстрым, поскольку потребуется установка переключателя режимов SA1, а также элементов узла мигания. Можно предложить более простой вариант, схема которого показана на рис. 9. Пример размещения переключателя SA1 на торце ручки переноски фонаря показан на рис. 4. В случае реализации режима мигания коммутируемый кнопкой SB1 ток немного увеличится (до 3...6 мА) в зависимости от положения контактов выключателя SA1.
Рис. 9. Схема включения фонаря
В заключение следует отметить необходимые меры безопасности при ремонте и налаживании подобных устройств:
-в качестве временного источника питания желательно использовать регулируемый блок питания с электронной защитой от короткого замыкания и перегрузок;
-перепайку и проверку деталей всегда производить при отключённом от устройства источнике питания;
-в случае отсутствия блока питания следует обязательно подключать аккумуляторную батарею через плавкую вставку на ток 1...2 А.
Литература
1.ФОС 3-5/6, мини-обзор. - URL: http:// forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=15 18&page=3 (19.01.22).
2.Anthony Smith. Выключатель питания с нулевым потреблением мощности на основе нефиксируемой кнопки. - URL: https:// www.rlocman.ru/shem/schematics.htmRdi = 181933 (19.01.22).
Автор: А. Шумилов, г. Архангельск