Nový život starej lampeDecember 2018 O lampeOdložená na vyhodenie odpočívala stará akumulátorová lampa, asi pôvode banícka:
Lampa mala pôvodne tri železo-niklové (Ni-Fe) články s výsledným napätím 3,6V. Ich život dávno skončil, nepomohla ani "oživovacia mágia"... Pred rokmi som sa rozhodol nahradiť Ni-Fe články nikel-kadmiovými (Ni-Cd) a dať nabíjačku priamo do lampy, aby sa dala nabíjať priamo zo siete. Asi najťažším krokom bolo odstránenie pôvodných článkov, ktorých obal tvorilo samotné teleso. Po troche úsilia sa ich podarilo vydolovať a získalo sa miesto na nové akumulátory aj nabíjačku:
Rekonštrukcia s Ni-Cd článkami sa podarila, ale nie celkom... Lampa svietila krátko a nabíjala sa dlho... Príčina bola v malej kapacite Ni-Cd článkov a vysokej spotrebe originálnej žiarovky - 3,5V/0,6A. NabíjačkaNovú ideu na rekonštrukciu lampy mi poskytla výroba nabíjačky pre lítiové batérie ktorými som nahradil Ni-Cd batérie pre akumulátorovú vŕtačku. "Noutbúkové" lítium-iónové (Li-ion) články tam presne pasovali, ale pôvodná nabíjačka nevyhovovala. Jednak je na nižšie napätie - 9,6V, jednak nabíjanie lítiových článkov má iné požiadavky. Ale o tejto rekonštrukcii snáď inokedy. Nabíjanie Li-ion článkov vyžaduje nabíjanie konštantným prúdom s limitáciou maximálneho napätia na 4,1 až 4,2V pri ktorom má nabíjací prúd klesnúť na nulu, alebo aspoň veľmi nízku hodnotu. Veľmi dobre sa na tento účel hodí stabilizátor LM317 v podstate v katalógovom zapojení.
LM317 je zapojený ako stabilizátor napätia doplnený o jednoduchý obvod na limitovanie prúdu s tranzistorom. Prúd pretekajúci článkami prechádza aj cez snímací odpor R5. Ak napätie na odpore dosiahne otváracie napätie BE tranzistora ten sa začne otvárať a zníži výstupné napätie zo stabilizátora. Zapojenie je jednoduché a pre praktické účely nevadí jeho tepelná závislosť ani hrubé nastavenie maximálneho prúdu. Za zmienku stojí dióda D1 (najlepšie Shottky), ktorej úlohou je zabrániť vybíjaniu článku, keď sa nenabíja, cez odpory R1 až R3. Zaradenie diódy trochu komplikuje situáciu, ale bez nej by tam musel byť vypínač, alebo nejaká komplikovanešia elektronika, ktorá by odpájala článok od nabíjačky, keď sa nenabíja. Komplikácia spočíva v tom, že napätie stabilizátora sa nastaví pri pripojenom článku tak, aby neprekročilo 4,1 až 4,2 V (merané na článku). Dióda nemusí byť nevyhnutne Shottky, ale ak nie je rezerva v napájacom napätí (viď nižšie), tak je lepšie použiť takú. S použitou diódou podľa zoznamu nižšie bolo treba na výstupe stabilizárora nastaviť napätie 4,45V. Pridanie diód - kombinácia LED a obyčajných kremíkových - paralelne k výstupu stabilizátora má funkciu indikátora stavu nabitia. Pri vhodne vybraných diódach prúd cez ne začne tiecť až pri napätí okolo 4,1 V, naplno sa rozsvietia pri napätí okolo 4,45 V, čo signalizuje nabitý článok. Ponechanie v nabíjacom režime, ak je správne nastavené maximálne napätie na výstupe stabilizátora, neohrozuje ani článok, ani diódy. Diódy nie sú súčasťou plošného spoja, sú vyvedené (jedna, ktorá svieti najsilnejšie) na teleso lampy, aby bolo vidieť stav nabitia článku. LED diódy rôznych farieb majú rôzne pracovné napätia. Aj tá istá farba LED diódy môže mať inú V-A charakteristiku od iného výrobcu. Klasické LED diódy majú pracovné napätie okolo 2 V pri prúde okolo 10 - 20 mA. Pri výbere diód pre indikáciu sa človek nezaobíde bez merania - treba regulovateľný zdroj jednosmerného napätia, do série s diódou/diódami sa zapojí mA-meter, paralelne k dióde/diódam V-meter s veľkým vstupným odporom. Treba nájsť takú kombináciu diód, ktorá sa začne rozsvecovať okolo 4V a pri 4,45 V už dobre svieti. Plošný spoj je jednostranný a má rozmery 2,5x4,5 cm. Stabilizátor LM317 nie je na plošnom spoji - je vyvedený na vonkajšiu stranu lampy na kúsok plechu kvôli chladeniu (obrázok je v rozlíšení 300 dpi).
Rozmiestnenie súčiastok nie je problematické, plošný spoj je navrhnutý pre klasické súčiastky. Oproti schéme je na doske navyše jeden blokovací kondenzátor 100n, lebo tam bolo miesto...
Zdroj pre nabíjačkuNabíjačka potrebuje zdroj schopný dodať aspoň 300 - 400 mA pri napätí aspoň 8 V. Požiadavka sa dá klasicky splniť malým sieťovým transformátorčekom, diódovým mostíkom a malým elektrolytickým filtračným kondenzátorom. Modernejšia metóda je použiť spínaný zdroj. Postaviť malý spínaný zdroj nie je komplikované, ale možno nie nevyhnutné. Za prijateľnú cenu sa dá kúpiť nabíjačka pre telefón (ak ich už nie je niekoľko odložených v šuplíku). V súčasnosti sú všetky na výstupné napätie 5 V, čo nie je až taká komplikácia, ale v dobách prvých mobilných telefónov boli nabíjačky aj na iné napätia. Možno odpočívajú niekde odložené, kým sa nevyhodia, alebo nenájdu nové použitie. Jedna taká nabíjačka pre staručký telefón ma inšpirovala. Na popiske má údaj 5V/0,62A. Po opatrnom rozobratí som získal kompletný spínaný zdroj. Zbežná prehliadka plošného spoja ukázala, že sekundárna strana obsahuje len usmerňovaciu diódu, kondenzátor a pár odporov. Základné meranie ukázalo, že bez záťaže zdroj dáva na výstupe vyše 9 V a pri odbere 300 mA má ešte stále okolo 8 V.
Varovanie: Li-ion článkyLi-ion články sa používajú dlhodobo v zdrojoch noutbúkov. Obvykle sa v batérii nachádzajú 3x2 články a na obale býva údaj 10,8 V a kapacita v mAh alebo Ah. Jeden Li-ion článok sa nabíja na 4,1 až 4,2 V, čo znamená, že maximálne napätie pre uvedený prípad je 12,3 až 12,6 V. Údaj "10,8 V" hovorí o pracovnom napätí, čiže o 3x3,6 V. Kapacita Li-ion článkov sa pohybuje okolo 3000 mAh.
Po výmene batérie v noutbúku sa stará batéria obvykle odovzdá to zberu. Kto si trúfne ju rozobrať, môže získať niekoľko použiteľných článkov, pretože nie všetky články v batérii sú nepoužiteľné, dokonca môžu byť dobré všetky, ak zlyhala elektronika. Rozobratie batérie je pomerne náročný úkon spojený so zdravotnými a požiarnymi rizikami. Ak pri rozoberaní obalu dôjde k skratu alebo prepichnutiu článku, môže dôjsť k ohrozeniu zdravia poleptaním, prípadne požiaru. Ak sa rozobratie batérie podarí, treba jednotivé dvojice článkov preskúšať nabitím a vybitím, tie dvojice, ktoré sa ukazujú pokazené (nedajú sa nabiť, vykazujú skrat a pod.) rozdeliť na jednotlivé články a tie preskúšať. Výsledkom môže byť niekoľko článkov súcich na ďalšie použitie. Ak nie sú batérie dostupné, dajú sa Li-ion články kúpiť. Rozdiel oproti noutbúkovým bude ten, že jednotlivo kúpené články zvyčajne budú bezvývodové, zatiaľčo tie z batérie majú aspoň malé páskové vývody. Treba poznamenať, že pokúsiť sa priletovať vývody na bezvývodový článok sa vyslovene nedoporučuje. Jednak hrozí deštrukcia článku, jednak jeho poškodenie teplom. Ak články nemajú vývody, treba vymyslieť nejaký držiak.
Do lampy treba minimálne jeden Li-ion článok. Miesta je v nej dosť, dva články by mali byť dobrý kompromis medzi dobou nabíjania a svietenia. V prípade použitia výkonnejšej nabíjačky možno použiť článkov ešte viac. Pred spárovaním treba články nabiť a prepojiť cez malú žiarovku, aby sa vyrovnali ich napätia. Po niekoľkých minútach, keď vyrovnávací prúd medzi článkami je minimálny alebo žiadny možno články spojiť paralelne a prípadne dobiť. ZhrnutieÚčelom tohto projektu bolo potešenie z úspechu vrátiť život veciam, ktoré by inak skončili na smetisku. Na trhu sú pomerne lacné a pomerne kvalitné lampy, takže komerčná stránka projektu nie je podstatná. Ak by bolo potrebné všetky komponenty pre tento projekt zakúpiť, asi by to nemalo zmysel... Výkonnejší zdroj a nabíjačka sú stále možnosťou, ako zmeniť dizajn a zlepšiť výsledok. Vyššie spomenutý spínaný zdroj 5 V a zvyčajne 1 A je celkom bežný. Ak má spoľahlivú limitáciu výstupného prúdu, to znamená, že po pripojení vybitého Li-ion článku po pár minútach nezhorí, potom jediný problém je znížiť maximálne výstupné napätie na 4,2 V. Kombinácia obyčajnej usmerňovacej diódy so Shottkyho diódou, prípadne kombinácia Shottkyho diód by problém mala vyriešiť. Niekedy to vyskúšam... |
