Справочник радиолюбителя

Ремонт светодиодного светильника с рефлектором и фотоэлементом

Переносной светодиодный светильник китайского производства (если верить надписи на приклеенной бирке, но если верить штрих-коду (223…), то такой страны-изготовителя вообще не существует), с рефлектором показан на рис. 1. Модель светильника ELH-SGL-9066, предназначен он для подсветки небольших объектов. Работает светильник, как и все подобные светильники [1-3], автономно, т.е. днем светодиод выключен, а фотоэлемент, превращая энергию солнца в электричество, заряжает аккумулятор. С наступлением сумерек электронная схема светильника включает светодиод (белого цвета свечения), который, используя запасенную энергию аккумулятора, подсвечивает выбранный вами объект. Особенность светильника – наличие рефлектора, который направляет свечение светодиода горизонтально, поэтому светильником можно подсвечивать номер в вашем доме или входе дом, или постройки сельского двора.

Характеристики светильника автор получил путем его осмотра, измерений и испытаний:

• тип аккумулятора Ni-Ca (никель-кадмиевый), типоразмер АА, номинальное напряжение 1,2 В, емкость 600 мАч;

• максимальное время ночной подсветки (от полностью заряженного аккумулятора) 8 ч;

• тип фотоэлемента не указан, размеры 54×30 мм;

• максимальное напряжение фотоэлемента (при освещении прямыми солнечными лучами (измерялось без нагрузки) 2,2 В;

• пределы изменения напряжения фотоэлемента (в зависимости от освещенности (измерялось без нагрузки) 0…2.2 В;

• максимально отдаваемый ток фотоэлемента (при освещении прямыми солнечными лучами в летнее время) 60 мА;

• максимальный ток зарядки разряженного аккумулятора (при освещении фотоэлемента прямыми солнечными лучами, то же в летнее время) 50 мА;

• ток заряда аккумулятора в пасмурную погоду 4…7 мА;

• пороговое напряжение фотоэлемента, при котором электронная схема включает или выключает светодиод, 0,58 В (выключает – более 0,58 В, включает – менее 0,58 В).

Корпус светильника изготовлен из смеси строительных материалов и внешне напоминает камень (рис.1), но изготовители могут выпускать подобные светильники с корпусами, похожими на пенек. Аккумулятор светильника помещен в дне корпуса в специальный пластмассовый отсек (рис.2,а, б), а электронная (монтажная) плата – внутри корпуса (рис.2,б).

Монтажная плата с электронной начинкой показана на рис.3,а, б. Там же приведены и пояснительные надписи с указанием цвета проводов, подключенных к электронной плате. Если случайно провод оторвется от платы, то по цвету проводов (рис.3) ремонтник легко определит, куда его припаять.

Принципиальная схема светильника показана на рис.4. Нарисована она автором из осмотра монтажной платы, и все обозначения радиоэлементов на ней сохранены такими, как и на монтажной плате, и могут отличаться от требований ЕСКД.

Назначения радиоэлементов в принципиальной схеме:

1. Фотоэлемент Solar в светильнике выполняет две функции.

Первая – он используется как датчик освещенности. В зависимости от солнечного освещения, его напряжение, при подключенном аккумуляторе, т.е. с нагрузкой, изменяется в пределах 0…1,6 В.

Эту особенность (изменение напряжения) использует электронная схема светильника, которая ночью включает светодиод, а днем выключает.

Вторая – заряжает аккумулятор. Зарядка происходит при превышении напряжения фотоэлемента над напряжением аккумулятора, что возможно днем при достаточном освещении фотоэлемента. Величина тока заряда зависит от степени разрядки аккумулятора и освещенности фотоэлемента. Но максимальный ток заряда происходит при освещении фотоэлемента солнечными лучами под углом 90 град.

2. Транзистор Q1 типа S8050D (п-р-п, 25 В, 1,5 А) (аналог КТ6114В) используется в схеме как ключ, на его базу подается смещение от делителя R1 (10К), R2 (ЗЗОК). От соотношения этих сопротивлений зависит величина напряжения от фотоэлемента, подаваемая на базу Q1, а следовательно, и его открытие. Открытие происходит при напряжении фотоэлемента более 0,58 В. Когда этот транзистор открывается, то через его эмиттер-коллектор подается минус на базу транзистора Q2 и запускается генератор.

3. На транзисторе Q2 (S8050D) выполнен генератор, назначение которого, совместно с L1, повысить напряжение аккумулятора 1,2 В до импульсного напряжения, оптимального для светодиода, т.е. 3,0 В. Это необходимо сделать, так как светодиод от низкого напряжения аккумулятора 1,2 В не светится. Если напряжение аккумулятора, по мере его разряда, уменьшается, то пропорционально уменьшается и амплитуда импульсного напряжение, а соответственно, и яркость светодиода. При достижении порогового значения свечение светодиода прекращается.

Частота генератора зависит от величины L2 и С1. Резистор R3 подает смещение на базу транзистора Q2.

4. Индуктивность L1 (410 мкГн) предназначена для накопления энергии при работе генератора, именно за счет этого накопления и происходит повышения напряжения.

5. Аккумулятор Ni-Ca (никель-кадмиевый) с номинальным напряжением 1,2 В и емкостью 600 мАч выдерживает около 500 циклов заряд-разряд, что соответствует времени его сроку эксплуатации около 1,5…2 года, после чего его емкость уменьшается, и аккумулятор необходимо заменить.

6. LED1 – светодиод белого цвета свечения диаметром 5 мм, питается импульсным напряжением с амплитудой 3,0 В.

7. SA1 – кнопочный выключатель. Используется для выключения светильника, когда нет необходимости в его работе.

8. Z1 (N5819) – диод Шотки, его назначение предотвращать разряд аккумулятора через делитель R1R2 и обеспечить включение-выключение ключа Q1 только от фотоэлемента, т.е. предотвратить влияния аккумулятора.

Ремонт светильника начинают с определения внешнего проявления неисправности. Но вначале необходимо знать, что аккумулятор с его держателем и выключателем находится в подошве светильника. Для их осмотра, необходимо отвинтить 4 мини-шурупа и снять крышку (рис.3,а). При необходимости «добраться» до электронной платы и светодиода нужно снять держатель аккумулятора, но он приклеен к корпусу светильника термоклеем. Для его отрыва от корпуса необходимо отверткой «подковырнуть» пластмассовый держатель.

Внешние проявления неисправности:

С наступлением сумерек светодиод светильника не включается.

Первая причина – светильник выключен кнопочным выключателем (находится в подошве светильника).

Вторая причина – полное истощение аккумулятора от постоянного недозаряда или длительного хранения. Чтобы проверить эту версию, в светильник необходимо установить заряженный и проверенный аккумулятор. Если при этом светильник заработал нормально, значить неисправный аккумулятор. Для проверки работоспособности снятого аккумулятора можно воспользоваться обычной электролампой от фонарика (2,5 В или 3,5 В) X 0,28 А. Если она светится хотя бы в «вполнакала», то аккумулятор еще «жив», если нет, то он сильно разряжен и для его восстановления необходимо зарядить от отдельного зарядного устройства. Если заряд не восстановит его работоспособность, то аккумулятор выработал свой ресурс, и его необходимо заменить.

Третья причина – нарушения контакта аккумулятора в держателе. Для восстановления контакта необходимо его зачистить и смазать силиконовой смазкой или техническим вазелином, или, в крайне случае, солидолом.

Четвертая причина – обрыв тонких соединительных проводов от монтажной платы. Плата «висит» на проводах, и от сотрясений провода легко отрываются. Производители не закрепили плату. Чтобы убедится, что плата «висит», достаточно потрясти светильник. Для восстановления необходимо добраться до электронной платы.

Пятая причина – неисправный кнопочный выключатель. Если это так – заменить его.

С наступлением темноты светодиод включается, но светится «в полсилы».

Первая причина – не дозаряжен или «старый», отработавший свой срок, аккумулятор.

Мощность фотоэлемента в светильнике обеспечивает нормальною зарядку аккумулятора на территории Украины только в солнечною погоду и в летнее время. В остальные периоды года: осенью, зимой, ранней весной, когда долго держится пасмурная погода и солнце низко над горизонтом, аккумулятор постоянно не дозаряжается. Он со временем истощается настолько, что не в состоянии обеспечить свечение светодиода. Чтобы проверить эту версию истощенного аккумулятора, необходимо установить в светильник заряженный и проверенный аккумулятор.

Вторая причина – редкая, неисправна электронная схема, не преобразует напряжение аккумулятора с 1,2 В в 3,0 В, а в значительно меньшее, скажем, в 2,7 В. Чтобы проверить эту версию, необходимо установить в светильнике заряженный и проверенный аккумулятор, если светодиод светится ярко и продолжительное время, значит, электронная схема исправна. Если светодиод все равно светится «в полсилы», причину надо искать в электронной схеме (рис.4). Для выяснения причины нужно осмотреть монтажную плату. Далее осциллографом проверить импульсное напряжения на светодиоде, оно должно составлять 3,0 В, если занижено, то проверить исправность транзисторов и индуктивность L и при необходимости заменить.

Третья причина – тоже редкая. В светильнике установлен старый, неярко светящийся светодиод. Проверяется подачей на светодиод напряжения от трех батареек 1,2 В х 3 шт. Если подтвердится, что светодиод слабо светит, его следует заменить.

При покупке светодиодного светильника с фотоэлементом пользователю необходимо проверить его работоспособность. Если вы покупаете много светильников, то вероятность, что вам «подсунут» неисправный светильник, велика, ведь процент брака в китайских светильниках большой.

Светодиод включается не с наступлением темноты, а значительно раньше, т.е. в начале наступления сумерек и даже днем, в пасмурную погоду.

Исследуя 10 подобных светильников (рис.5), было установлено, что семь из них включаются как и положено в темное время, а остальные три включают светодиод еще в светлое время. Здесь возможны три причины.

Первая и основная причина – неисправный или бракованный фотоэлемент. Такой фотоэлемент даже в пасмурную погоду, не говоря уже про сумерки, не может выработать напряжение, необходимое для выключения светодиода, т.е. более 0,58 В. Выявляется неисправный фотоэлемент измерением напряжения на контактах держателя аккумулятора в пасмурную погоду и при вынутом аккумуляторе. Исправный фотоэлемент должен четко выдавать напряжение, 2,0…2,2 В. Если напряжение сильно занижено, например 0,3 В, то фотоэлемент неисправен.

Вторая причина – слабая мощность фотоэлемента, т.е. при нагрузке он не может выдать необходимый, установленный для него, ток, даже в солнечную погоду. Проверяется максимально отдаваемый ток фотоэлемента схемой, показанной на рис.6. Измерение проводится при вынутом аккумуляторе, на контактах его держателя. При этом необходимо вращением переменного резистора R1 (100 Ом) добиться максимального показания миллиамперметра. Если внутреннее сопротивления миллиамперметра большое, что бывает в электронных приборах, то максимальный ток может быть и при нулевом значении сопротивления R1.

При облучении солнцем под прямым углом ток выдаваемый фотоэлементом должен быть неменее 40 мА, если он намного меньше, например, 5…10 мА, то фотоэлемент неисправен, и его надо заменить. Правда, иногда неисправный фотоэлемент удается восстановить, нажав на него пальцами, в таком случае восстанавливается контакт внутри фотоэлемента, соединяющий между собой составные элементы.

Третья причина – разброс коэффициентов усиления транзисторов Q1 (S8050D), из-за чего светильники включаются при разной освещенности. Для устранения неисправности необходимо «добраться» до электронного блока светильника и подобрать соотношения величин резисторов в делителе R1R2 (рис.4). Лучше всего это сделать с помощью одного переменного резистора на 330 кОм и путем его регулировки подобрать необходимое сопротивление. После чего установить постоянные резисторы.

Четвертая причина – в делителе R1 (10К), R2 (ЗЗОК) (рис.4) ошибочно установлены резисторы, не соответствующие схеме. Для проверки этой версии необходимо измерить величины этих резисторов. При этом придется их выпаять, так как транзистор Q1 искажает истинные значения сопротивления резисторов. Если это подтвердится, то действовать так, как указано в третьей версии (см. выше).

Недостатки светильника

Первый недостаток – недостаточная мощность фотоэлемента Solar, из-за чего он не обеспечивает нормальный заряд аккумулятора. В Интернете много жалоб на подобные светильники. Пользователи не понимают, почему светильники вечером светятся короткое время или вообще не включаются. Причина в слабом фотоэлементе, он не в состоянии обеспечить необходимый заряд аккумулятора в пасмурною погоду и в осенне-зимний период, когда солнце низко над горизонтом и не посылает на землю достаточно энергии. Со временем аккумулятор полностью истощается и не может обеспечить свечение светодиода.

Как показали исследования, ток заряда аккумулятора в пасмурную погоду уменьшается в 7-10 раз, по сравнению с облучением прямыми солнечными лучами.

Анализ работы подобных светильников показал, что они могут нормально работать (т.е. светить всю ночь) и круглый год только в местах, где много солнца и не бывает пасмурной погоды, например в Африке. На Украине оптимальная погода для них бывает только летом.

Конструкторам, разрабатывающим подобные светильники, необходимо поработать над более эффективными и мощными фотоэлементами, которые смогут обеспечить достаточный заряд аккумулятора круглый год и в любую погоду, а также над более экономичными электронными схемами и светодиодами.

Недобросовестные продавцы подобных светодиодных светильников с фотоэлементами, рекламируя свой товар, утверждают, что они нормально работают в любом месте и круглый год, но это прямой обман покупателя.

Второй недостаток – монтажная плата висит внутри светильника на тонких соединительных проводах, в результате от сотрясений провода отрываются.

Третий недостаток – корпус светильника непрочный и склонен к трещинам, через которые внутрь просачивается дождевая вода со всеми последствиями.

Четвертый недостаток – изготовители не устанавливают в монтажной плате все радиоэлементы, предусмотренные разработчиками, например, С1, D2 (рис.3).

Такую же электронную начинку, т.е. монтажную плату и принципиальную схему, имеют и другие изделия этого изготовителя, их название «ангелы» (рис.7).