RU2256845C2

RU2256845C2 - Lighting unit

Info

Publication number: RU2256845C2
Application number: RU2001123142/09A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Двойченко (RU); Е.В. Двойченко
Original assignee: Двойченко Евгений Владиславович
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2005-07-20

Abstract

FIELD: autonomous light sources.

SUBSTANCE: device can be used as autonomous transformer-free type light radiation source being able to work as fed by an ac general circuit power supplies and by dc supply (on-board automobile circuit) and solar batteries having small surfaces to be illuminated. Device has photo-electric converter and storage batteries and light source connected to each other by corresponding contacts of switch. Device also has pulse step-up voltage regulator which has input connected with photoelectric converter. Output of voltage regulator is connected to charge current pulse former. Output of pulse former is connected with corresponding terminal of the converter mentioned above which intends for providing supply of charge current to storage battery. According to the other version of the realized device, output of voltage regulator is connected with current adder through charge current voltage regulator to provide connection of the adder to storage battery through mentioned switch.

EFFECT: reduced cost of electric lamp; simplified exploitation.

8 cl, 3 dwg

Description

Предложение относится к автономным источникам света типа электрического фонаря и может найти применение в качестве автономного источника светового излучения безтранформаторного типа, т.е. универсального средства освещения, работающего как от источников питания обычной сети переменного напряжения, так и от источника постоянного напряжения (бортовой сети автомобиля), а также от солнечных батарей с небольшими поверхностями освещения.The proposal relates to autonomous light sources such as a flashlight and can be used as an autonomous light source of a transformerless type, i.e. a universal lighting tool that works both from power sources of a conventional AC voltage network, and from a constant voltage source (vehicle electrical system), as well as from solar panels with small lighting surfaces.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны автономные источники света типа электрического фонаря: фара ручная “Экотон-2”, фара ручная ФР-12, прожектор ручной ПР-12, работающие от батареек, т.е. имеющие ограниченное время работы до смены батареек. Известны также различные зарядные устройства, используемые для зарядки батарей http://www. ecoton.ru/rus/store.htm от 20.03.2001. Использование зарядных устройств усложняет процесс освещения, т.к. требует частой подзарядки. Кроме того, при подзарядке батарей важным является исключение перезаряда аккумуляторных батарей, что требует внимания в процессе подзарядки.Autonomous light sources such as an electric flashlight are known: a manual headlight “Ecoton-2”, a manual headlight FR-12, a searchlight manual PR-12, operating on batteries, i.e. having a limited runtime before changing batteries. Also known are various chargers used to charge batteries http: // www. ecoton.ru/rus/store.htm from 03.20.2001. The use of chargers complicates the lighting process, as requires frequent recharging. In addition, when recharging the batteries, it is important to avoid overcharging the batteries, which requires attention during the recharging process.

Известны также электрические фонари, работающие на солнечных батареях. Например, электрический фонарь SM 703 на солнечных батареях, обеспечивающий три режима освещения: постоянный свет, режим лампы дневного света и мигающий свет, фонарь может питаться также от трех источников энергии: внутренняя солнечная батарея, от нормальных батарей и с использованием преобразователя переменного тока в постоянный (выпрямителя). Электрический фонарь SM 703 включает фотоэлектрический преобразователь с солнечными батареями, связанный через переключатель с лампами для освещения. Лампы могут быть подключены к батареи или к указанному выпрямителю http://www.baproducts.com/sm 703.htm. 28.06.2001).Solar-powered electric lights are also known. For example, an SM 703 solar-powered flashlight that provides three lighting modes: continuous light, daylight lamp mode and flashing light, the flashlight can also be powered by three energy sources: an internal solar battery, normal batteries, and using an AC to DC converter (rectifier). Electric lamp SM 703 includes a photovoltaic converter with solar batteries, connected through a switch with lamps for lighting. Lamps can be connected to batteries or to the specified rectifier http://www.baproducts.com/sm 703.htm. 06/28/2001).

Известные электрические фонари, использующие для питания сухозаряженные разовые батареи, недолговечны из-за ограниченного времени гарантийной эксплуатации последних. Электрические фонари, в которых для питания ламп используются аккумуляторы, также зависимы от постоянной подзарядки. Электрические фонари, работающие на солнечных батареях, требуют значительных поверхностей освещения для накапливания электрической энергии, достаточной для работы ламп, формирующих световое излучение.Known electric flashlights that use dry-charged disposable batteries for power supply are short-lived due to the limited warranty operation time of the latter. Electric lamps, in which batteries are used to power the lamps, are also dependent on constant recharging. Solar-powered electric flashlights require significant lighting surfaces to store enough electrical energy to operate light-emitting lamps.

Техническим результатом заявленного предложения является создание осветительного устройства без трансформатора, имеющего три варианта подзарядки аккумуляторной батареи, зарядки от сети 220 В или зарядки от бортовой сети автомобиля 12 В или зарядки от солнечной батареи. Техническим результатом является также обеспечение использования в качестве питающих аккумуляторных батарей стандартных и недорогих батарей типа никель-металлгидридных, что снижает стоимость электрического фонаря и делает его доступным и простым в эксплуатации. При этом увеличивается время непрерывного свечения электрического фонаря от полностью заряженных аккумуляторов около 24 часов (см. журнал “Радио”, № 7, 2001, с.44. Литий-ионные аккумуляторы). Использование в качестве источников питания сети переменного тока или бортовой сети автомобиля, или солнечных батарей делает предложенный электрический фонарь универсальным источником освещения. Предложенное устройство электрического фонаря за счет регулирования напряжения подзарядки обеспечивает использование в нем солнечных батарей с малой поверхностью освещения, что значительно снижает стоимость устройства и повышает потребительские качества, т.к. в нем используются стандартные серийно выпускаемые солнечные батареи, например СБ Батарея солнечная (ИЮГД. 564 113.004 ТУ, Паспорт ИЮГД. 564113.004 ПС, НПО машиностроения). Габаритные размеры такой солнечной батареи не более 130×63×3 мм. Солнечные батареи обеспечивают постоянное рабочее состояние устройства, поэтому аккумуляторы достаточно зарядить только один раз - при приобретении в пользование электрического фонаря.The technical result of the claimed proposal is to create a lighting device without a transformer that has three options for recharging the battery, charging from a 220 V network or charging from a car’s on-board network of 12 V or charging from a solar battery. The technical result is also the provision of the use of standard and inexpensive batteries such as nickel-metal hydride batteries as supply batteries, which reduces the cost of the flashlight and makes it affordable and easy to operate. At the same time, the time of continuous glow of the electric lamp from fully charged batteries increases for about 24 hours (see Radio magazine, No. 7, 2001, p.44. Lithium-ion batteries). The use of an alternating current or vehicle electrical system or solar panels as power sources makes the proposed electric lamp a universal source of lighting. The proposed device of the electric lamp by regulating the charging voltage ensures the use of solar panels with a small lighting surface in it, which significantly reduces the cost of the device and improves consumer qualities, because it uses standard commercially available solar batteries, for example, SB Solar battery (IYUGD. 564 113.004 TU, Passport IYUGD. 564113.004 PS, NPO mashinostroyeniya). The overall dimensions of such a solar battery are not more than 130 × 63 × 3 mm. Solar batteries provide a constant working condition of the device, so it is enough to charge the batteries only once - when purchasing an electric lamp.

Техническим результатом также является долговечность используемого в электрическом фонаре излучателя света - полупроводникового излучателя - светодиодной лампы, что также повышает долговечность электрического фонаря. Кроме того, использование светодиодов в качестве излучателей обеспечивает невозможность полного разряда аккумуляторной батареи, связанного с излучателем (светодиодной лампы, поскольку светодиоды характеризуются моментом выключения (запирания) выше напряжения полного разряда аккумуляторной батареи. В качестве светодиодов в заявленном электрическом фонаре можно использовать, например, светодиодные лампы типа У-332 БФ, У-332 Д, У-332 ДФ, У-334 ДФ, У-164 БЛ, параметры которых описаны в журнале Электронные компоненты, №3, 2001, Лев Коган, Светодиодные лампы для локального освещения, с.2).The technical result is also the durability of the light emitter used in the electric lamp - a semiconductor emitter - LED lamp, which also increases the durability of the electric lamp. In addition, the use of LEDs as emitters makes it impossible to completely discharge the battery associated with the emitter (LED lamp, since the LEDs are characterized by the moment off (locking) above the voltage of the full discharge of the battery. As LEDs in the declared electric lamp, for example, LED lamps of type U-332 BF, U-332 D, U-332 DF, U-334 DF, U-164 BL, the parameters of which are described in the journal Electronic Components, No. 3, 2001, Lev Kogan, LED Fluorescent H for local lighting, p.2).

Техническим результатом изобретения является также обеспечение регулирования напряжения заряда аккумуляторных батарей за счет использования импульсного повышающего регулятора напряжения, что оптимизирует соотношение циклов заряда и разряда аккумуляторных батарей и повышает их работоспособность. Режимы регулирования напряжения заряда аккумуляторных батарей, обеспечиваемые заявленным устройством, повышающие работоспособность указанных батарей, увеличивают срок службы самого электрического фонаря, соответствующий сроку службы самих аккумуляторных батарей, т.е. от 7 до 9 лет.The technical result of the invention is also the provision of regulation of the charge voltage of the batteries through the use of a pulse boost voltage regulator, which optimizes the ratio of charge and discharge cycles of the batteries and improves their performance. The modes of regulating the voltage of the charge of the batteries provided by the claimed device, increasing the operability of these batteries, increase the service life of the electric lamp itself, corresponding to the service life of the batteries themselves, i.e. from 7 to 9 years.

Кроме того, использование указанных светодиодов - твердотелых и ударопрочных - позволяет увеличивать срок службы устройства в целом, т.к. время работы (свечения) светодиодов составляет около 100000 часов.In addition, the use of these LEDs - solid and shockproof - allows you to increase the life of the device as a whole, because the operating time (glow) of the LEDs is about 100,000 hours.

Технический результат достигается тем, что в осветительное устройство, содержащее фотоэлектрический преобразователь и связанные друг с другом через соответствующие контакты переключателя аккумуляторную батарею и источник света, введен импульсный повышающий регулятор напряжения, вход которого связан с фотоэлектрическим преобразователем, а выход подключен к формирователю импульсов зарядного тока, выход которого связан с соответствующим контактом указанного переключателя, предназначенного для обеспечения подачи зарядного тока на аккумуляторную батарею. При этом связь между выходом формирователя импульсов зарядного тока и указанным контактом переключателя выполнена через сумматор тока, один вход которого предназначен для подачи импульсов зарядного тока от указанного формирователя, другой выход предназначен для подачи выпрямленного тока от электросети переменного напряжения 220 В 50 Гц и/или тока от бортовой сети электропитания автомобиля +12 В.The technical result is achieved by the fact that a pulsed step-up voltage regulator is introduced into the lighting device containing a photoelectric converter and connected to each other through the corresponding switch contacts of the switch, the input of which is connected to the photoelectric converter, and the output is connected to a charge current pulse shaper, the output of which is connected with the corresponding contact of the specified switch, designed to ensure the supply of charging current to a storage battery. The connection between the output of the charge current pulse shaper and the specified contact of the switch is made through a current adder, one input of which is designed to supply charge current pulses from the specified shaper, the other output is used to supply rectified current from the mains of an alternating voltage of 220 V 50 Hz and / or current from the vehicle’s on-board power supply network +12 V.

Источником света может являться светодиодная лампа. Кроме того, технический результат достигается тем, что в осветительное устройство, содержащее фотоэлектрический преобразователь и связанные друг с другом через переключатель аккумуляторную батарею и источник света, введен импульсный повышающий регулятор напряжения, вход которого соединен с фотоэлектрическим преобразователем, а выход через формирователь импульсов зарядного тока соединен с сумматором тока для подключения указанного формирователя через указанный переключатель к аккумуляторной батарее, соответствующий выход сумматора тока предназначен для подачи выпрямленного тока от сети переменного напряжения или от бортовой сети электропитания автомобиля.The light source may be an LED lamp. In addition, the technical result is achieved in that a pulsed step-up voltage regulator is introduced into a lighting device containing a photoelectric converter and connected to each other via a switch and a light source, the input of which is connected to the photoelectric converter, and the output is connected through a pulse current generator with a current adder for connecting the specified driver through the specified switch to the battery, the corresponding output of the total The power supply is designed to supply rectified current from an alternating voltage network or from the vehicle’s on-board power supply network.

Кроме того, источником света может являться светодиодная лампа.In addition, the light source may be an LED lamp.

В осветительное устройство введен первый согласующий элемент, первый и второй выводы которого предназначены для подключения к сети переменного напряжения, выходной вывод подключен через выпрямитель к соответствующему входу указанного сумматора тока. В осветительное устройство введен второй согласующий элемент, первый и второй выводы которого предназначены для подключения электрического фонаря к бортовой сети электропитания автомобиля, выходной вывод подключен через выпрямитель к соответствующему входу указанного сумматора тока.The first matching element is introduced into the lighting device, the first and second terminals of which are designed to be connected to an alternating voltage network, the output terminal is connected through a rectifier to the corresponding input of the specified current adder. A second matching element is introduced into the lighting device, the first and second terminals of which are designed to connect an electric lamp to the vehicle’s on-board power supply network, the output terminal is connected through a rectifier to the corresponding input of the specified current adder.

На фиг.1 представлена функциональная схема заявленного осветительного устройства; на фиг.2 представлен возможный пример конструктивного выполнения импульсного повышающего регулятора напряжения; на фиг.3 представлен возможный вариант технической реализации формирователя импульсов зарядного тока.Figure 1 presents the functional diagram of the claimed lighting device; figure 2 presents a possible example of a structural embodiment of a pulse boost voltage regulator; figure 3 presents a possible variant of the technical implementation of the pulse shaper of the charging current.

Устройство (фиг.1) содержит фотоэлектрический преобразователь 1 (батарею солнечных элементов), импульсный повышающий регулятор напряжения 2, формирователь импульсов зарядного тока 3, согласующий элемент 4 в виде ограничительного резистора (не показан), включенного между одним из выводов для подключения бортовой сети автомобиля и одним из выводов выпрямителя, второй вывод согласующего элемента непосредственно предназначен для подключения к другому выводу бортовой сети автомобиля и другому выводу выпрямителя. Согласующий элемент 4 предназначен для согласования зарядной цепи устройства с бортовой сетью автомобиля +12 В. Второй согласующий элемент 5, например, в виде емкостного сопротивления, зашунтированного резистором (не показан), включенных между одним из выводов сети переменного напряжения 220 В 50 Гц и указанного вывода выпрямителя и ограничительного резистора (не показан), включенного между другим выводом сети переменного напряжения 220 В 50 Гц и другим выводом выпрямителя. Согласующий элемент 5 предназначен для согласования зарядной цепи устройства с сетью переменного напряжения 220 В 50 Гц. Устройство содержит также выпрямитель 6, обеспечивающий преобразование переменного напряжения сети в однополярное напряжение и обеспечивающий защиту зарядной цепи устройства и аккумуляторной батареи от ошибочной полярности при подключении к бортовой сети автомобиля. Выходы выпрямителя 6 и указанного формирователя импульсов 3 через диодный сумматор тока 7 подключены к одному из контактов 8₁ переключателя 8, переключающий контакт которого соединен с положительным полюсом аккумуляторной батареи 10, а другой контакт 8₂ переключателя 8 обеспечивает подачу напряжения на источник света 9, конструктивно представляющий собой полупроводниковый излучатель оптического диапазона - светодиодную лампу.The device (Fig. 1) contains a photoelectric converter 1 (a battery of solar cells), a pulsed step-up voltage regulator 2, a pulse current generator 3, a matching element 4 in the form of a limiting resistor (not shown), connected between one of the terminals for connecting the vehicle's on-board network and one of the terminals of the rectifier, the second terminal of the matching element is directly intended for connection to another terminal of the vehicle electrical system and another terminal of the rectifier. Matching element 4 is designed to match the charging circuit of the device with the vehicle’s on-board network +12 V. The second matching element 5, for example, in the form of capacitance shunted by a resistor (not shown), connected between one of the terminals of the AC voltage 220 V 50 Hz and the specified the output of the rectifier and the limiting resistor (not shown) connected between the other output of the AC network 220 V 50 Hz and the other output of the rectifier. Matching element 5 is designed to coordinate the charging circuit of the device with an alternating voltage network of 220 V 50 Hz. The device also contains a rectifier 6, which provides the conversion of AC voltage to a unipolar voltage and protects the charging circuit of the device and the battery from erroneous polarity when connected to the vehicle's on-board network. The outputs of the rectifier 6 and the specified pulse former 3 through a diode current adder 7 are connected to one of the contacts 8 _{1 of the} switch 8, the switching contact of which is connected to the positive pole of the battery 10, and the other contact 8 _{2 of the} switch 8 provides voltage to the light source 9, structurally representing a semiconductor emitter of an optical range - an LED lamp.

При этом импульсный повышающий регулятор 2 напряжения включает число-импульсный модулятор 17, имеющий два входа управления, соответственно связанных с выходом первого и второго усилителей 18 и 19 обратной связи.In this case, the pulse raising voltage regulator 2 includes a number-pulse modulator 17 having two control inputs respectively connected to the output of the first and second feedback amplifiers 18 and 19.

Выход число-импульсного модулятора связан с затворами первого 11 и второго 12 полевых транзисторов, инвертирующий вход первого и неинвертирующий вход второго указанных усилителей 18 и 19 связаны с первым источником 20 опорного напряжения. Регулятор 2 включает конденсатор С1, подключенный параллельно к его входу, один входной вывод указанного регулятора связан с общим проводом устройства, одна обкладка указанного конденсатора соединена с другим из входных выводов регулятора и с первым выводом катушки индуктивности, второй вывод которого связан с объединенными истоками указанных полевых транзисторов 11 и 12 и через прямовключенный первый диод D₁ соединен с одними обкладками второго и третьего конденсаторов С₂ и С₃ (вторые обкладки которых соединены с общим проводом устройства) и является соответствующим выходным выводом регулятора и через прямовключенный второй диод D₂ связан с инвертирующим входом второго указанного усилителя 19, другой выходной вывод регулятора соединен с общим проводом устройства.The output of the number-pulse modulator is connected to the gates of the first 11 and second 12 field-effect transistors, the inverting input of the first and non-inverting input of the second specified amplifiers 18 and 19 are connected to the first source 20 of the reference voltage. The controller 2 includes a capacitor C1, connected in parallel to its input, one input terminal of the specified controller is connected to the common wire of the device, one lining of the specified capacitor is connected to the other from the input terminals of the controller and to the first terminal of the inductor, the second terminal of which is connected to the combined sources of the indicated field transistors 11 and 12 and through a directly connected first diode D _{1 is} connected to one of the plates of the second and third capacitors C ₂ and C ₃ (the second plates of which are connected to the device common wire ba) and is the corresponding output terminal of the controller and through a directly connected second diode D ₂ is connected to the inverting input of the second specified amplifier 19, the other output terminal of the controller is connected to a common wire of the device.

В заявке приведен один из возможных примеров повышающего импульсного регулятора 2 напряжения, однако, известно множество регуляторов, обеспечивающих формирование повышающего импульсного напряжения, например в качестве регулятора может быть использована микросхема КР 1446 ПН1Е.The application provides one of the possible examples of a step-up pulse voltage regulator 2, however, there are many regulators that provide the formation of a step-up voltage pulse, for example, the KR 1446 PN1E microcircuit can be used as a regulator.

Импульсный повышающий регулятор (преобразователь) напряжения (фиг.2), как было указано выше, имеет в своем составе управляемый генератор импульсов - число-импульсный модулятор (ЧИМ) 17, который управляет открытием и закрытием двух n-канальных полевых транзисторов с изолированным затвором (11 и 12). В открытом состоянии через эти транзисторы течет ток от фотоэлектрического преобразователя 1 (фиг.1) и конденсатора С1, защищающего фотоэлектрический преобразователь 1 от превышения максимально допустимого тока нагрузки. При этом протекает ток с положительно полюса преобразователя 1 и конденсатора С1 через катушку индуктивности L1 на общий провод устройства, с которым соединены стоки обоих транзисторов 11 и 12. При этом происходит накопление электромагнитного поля в сердечнике катушки L1. Сток транзистора 12 соединен с общим проводом через резистор R₀, который выполняет функцию измерительного сопротивления в цепи управления длительностью импульса ЧИМ 17. При этом управляющее воздействие поступает в ЧИМ 17 через усилитель обратной связи 18. Когда состояние выхода ЧИМ 17 меняется (отсутствие импульса) и транзисторы 11 и 12 закрываются, на втором выводе катушки L1 индуцируется импульс напряжения, значительно превышающий напряжение Uвх на входе в регулятор, поступающее из фотоэлектрического преобразователя 1. Через быстродействующий диод D1 напряжение катушки L1 заряжает соединенные с катодом диода D1 конденсаторы С2 и С3 (для максимального подавления высокочастотных помех берут два конденсатора различного конструктивного исполнения). Напряжение на положительных обкладках конденсаторов С2 и С3 может значительно превышать напряжение на входе в регулятор 2 Uвx. Через диод D2, анод которого соединен с соответствующими обкладками конденсаторов С2 и С3, а катод - с инвертирующим входом усилителя обратной связи 19, в ЧИМ 17 поступает управляющее воздействие, обеспечивающее заданный уровень выходного напряжения Uвых регулятора 2 при значительных колебаниях тока нагрузки. Использование в цепи обратной связи источника опорного напряжения 20 обеспечивает стабильность выходного напряжения регулятора 2.The pulse increasing voltage regulator (converter) (figure 2), as mentioned above, incorporates a controlled pulse generator - a number-pulse modulator (PFM) 17, which controls the opening and closing of two n-channel field effect transistors with an insulated gate ( 11 and 12). In the open state, current flows from these transistors from the photoelectric converter 1 (Fig. 1) and capacitor C1, which protects the photoelectric converter 1 from exceeding the maximum allowable load current. In this case, current flows from the positive pole of the converter 1 and capacitor C1 through the inductor L1 to the common wire of the device, to which the drains of both transistors 11 and 12 are connected. In this case, the electromagnetic field accumulates in the core of the coil L1. The drain of the transistor 12 is connected to a common wire through a resistor R ₀ , which performs the function of a measuring resistance in the PFM 17 pulse width control circuit. In this case, the control action enters the PFM 17 through feedback amplifier 18. When the state of the PFM output 17 changes (no pulse) and transistors 11 and 12 are closed, a voltage pulse is induced at the second output of the coil L1, significantly exceeding the voltage Uin at the input to the regulator coming from the photoelectric converter 1. Through high-speed The first diode D1, the voltage of the coil L1, charges the capacitors C2 and C3 connected to the cathode of the diode D1 (to maximize the suppression of high-frequency interference, two capacitors of different design are taken). The voltage on the positive plates of the capacitors C2 and C3 can significantly exceed the voltage at the input of the regulator 2 Uvx. Through the diode D2, the anode of which is connected to the corresponding plates of the capacitors C2 and C3, and the cathode is connected to the inverting input of the feedback amplifier 19, a control action is applied to the PFM 17, which ensures a given output voltage level Uout of the regulator 2 with significant fluctuations in the load current. The use of a reference voltage source 20 in the feedback circuit ensures the stability of the output voltage of the controller 2.

Возможный вариант выполнения формирователя 3 импульсов зарядного тока представлен на фиг.3. Формирователь 3 содержит источник 21 опорного напряжения, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора 22 напряжения, выполненного в виде операционного усилителя, инвертирующий вход которого связан со средней точкой делителя напряжения, объединяющей одни выводы резисторов R₁ и R₂, другой вывод резистора R₁, первые выводы резисторов R₃ и R₄ и эмиттер второго транзистора 25 подключены к первому входному выводу формирователя 3, другой входной вывод которого соединен с общим проводом устройства, выход компаратора 22 соединен с затвором полевого транзистора 23, сток которого и эмиттер первого транзистора 24 подключены к общему проводу устройства, исток полевого транзистора 23, другой вывод резистора R3 и база первого транзистора 24 объединены, коллектор первого транзистора 24 соединен с другим выводом резистора R4 и через резистор R5 соединен с базой второго транзистора 25, коллектор которого является выходом формирователя 3 и соединен с анодом одного диода D3 сумматора тока 7, катод которого и катод другого диода D4 связаны с одним из контактов 8₁ переключателя 8, анод диода D4 соединен с выходом (выходной вывод) выпрямителем 6, к которому подключены соответствующие выводы первого и второго согласующих элементов 4 и 5.A possible embodiment of the generator 3 pulses of charging current is presented in figure 3. Shaper 3 contains a reference voltage source 21, the output of which is connected to a non-inverting input of the voltage comparator 22, made in the form of an operational amplifier, the inverting input of which is connected to the midpoint of the voltage divider, combining one of the terminals of the resistors R ₁ and R ₂ , the other terminal of the resistor R ₁ , the first conclusions of the resistors R ₃ and R ₄ and the emitter of the second transistor 25 are connected to the first input terminal of the driver 3, the other input terminal of which is connected to a common wire of the device, the output of the comparator 22 is connected to at the gate of the field-effect transistor 23, the drain of which and the emitter of the first transistor 24 are connected to the common wire of the device, the source of the field-effect transistor 23, the other terminal of the resistor R3 and the base of the first transistor 24 are combined, the collector of the first transistor 24 is connected to the other terminal of the resistor R4 and connected through the resistor R5 to the base of the second transistor 25, the collector of which is the output of the driver 3 and connected to the anode of one diode D3 of the current adder 7, the cathode of which and the cathode of the other diode D4 are connected to one of the contacts 8 _{1 of the} switch 8, the anode of the diode D4 is connected to the output (output terminal) by a rectifier 6, to which the corresponding terminals of the first and second matching elements 4 and 5 are connected.

В формирователе импульсов зарядного тока (фиг.3) через делитель напряжения на резисторах R1 и R2 на вход компаратора напряжения 22 поступает такая часть величины входного напряжения (равного выходному напряжению Uвых импульсного регулятора 2 напряжения (фиг.1), которая равна напряжению источника опорного напряжения 21 при величине напряжения Uвых, достаточного для обеспечения заряда аккумуляторной батареи 10 (фиг.1).In the charge current pulse shaper (Fig. 3), through the voltage divider on resistors R1 and R2, the voltage comparator 22 receives such a part of the input voltage (equal to the output voltage Uout of the pulse voltage regulator 2 (Fig. 1), which is equal to the voltage of the reference voltage source 21 at a voltage Uout sufficient to ensure the charge of the battery 10 (Fig. 1).

При достижении выходного напряжения с регулятора 2 этой величины выход компаратора 22 переводится в активное состояние и закрывается соединенный с ним выводом затвора n-канальный полевой транзистор 23 с изолированным затвором. При этом отсоединяется от общего провода устройства соединенная с истоком полевого транзистора 23 база транзистора 24, и через резистор R3 начинает протекать базовый ток транзистора Т2. При этом транзистор Т₂ открывается и через резисторы R4 и R5 начинает течь его коллекторный ток. Номиналы резисторов R4 и R5 выбираются такими, чтобы ток через резистор R5 и соединенный с ним вывод базы транзистора 24 открывал транзистор 25 достаточно для того, чтобы его коллекторный ток был не менее тока заряда аккумуляторной батареи 10, а падение напряжения на его переходе “эмиттер - коллектор” было минимальным.When the output voltage from the regulator 2 of this value is reached, the output of the comparator 22 is put into active state and the n-channel field-effect transistor 23 with an isolated gate connected to it by the gate is closed. In this case, the base of the transistor 24 connected to the source of the field-effect transistor 23 is disconnected from the device’s common wire, and the base current of the transistor T2 begins to flow through the resistor R3. At the same time, the transistor T ₂ opens and its collector current starts flowing through the resistors R4 and R5. The values of the resistors R4 and R5 are selected so that the current through the resistor R5 and the base terminal of the transistor 24 connected to it opens the transistor 25 enough so that its collector current is not less than the charge current of the battery 10, and the voltage drop at its junction is “emitter - collector ”was minimal.

При этом через сумматор 7 тока, выполненный на диодах D3 и D4 и переключающий контакт переключателя 8, начинает проходить импульс тока заряда аккумуляторной батареи 10.At the same time, through the current adder 7, made on the diodes D3 and D4 and the switching contact of the switch 8, the pulse of the charge current of the battery 10 begins to pass.

Протекание тока через цепь 25, D3, 8, 10 приводит к уменьшению напряжения на входе в формирователь 3 импульсов зарядного тока (разряд конденсаторов С2, С3 на фиг.2). При этом стабилизированное напряжение источника опорного напряжения 21 становится больше напряжения в средней точке делителя напряжения R1, R2 и выход компаратора 22 переводится в пассивное состояние. При этом полевой транзистор 23 открывается и соединяет с общим проводом устройства соединенный с его выводом истока вывод базы транзистора 24. Транзистор 24 и 25 одновременно закрывается, что приводит к минимальным потерям электрической мощности в интервалах между импульсами тока заряда аккумуляторной батареи 10. Кроме того, переключатель 8 может быть снабжен дополнительными контактами подключения для подзарядки мобильного телефона или другой радиоэлектронной аппаратуры, которая требует подзарядки питания для работы.The flow of current through the circuit 25, D3, 8, 10 leads to a decrease in the voltage at the input to the shaper 3 of the charging current pulses (discharge of capacitors C2, C3 in figure 2). In this case, the stabilized voltage of the reference voltage source 21 becomes greater than the voltage at the midpoint of the voltage divider R1, R2, and the output of the comparator 22 is transferred to the passive state. In this case, the field-effect transistor 23 opens and connects the base terminal of the transistor 24 connected to its source terminal. The transistor 24 and 25 closes simultaneously, which leads to minimal loss of electrical power in the intervals between the charge pulses of the battery 10. In addition, the switch 8 may be provided with additional connection contacts for recharging a mobile phone or other electronic equipment that requires recharging power to operate.

Устройство электрического фонаря работает следующим образом.The device of a flashlight operates as follows.

При наличии солнечной радиации оптического диапазона на поверхности фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 1 на выходе последнего появляется постоянное напряжение, поступающее на вход импульсного повышающего регулятора напряжения 2. Если напряжение на выходе регулятора 2 не достаточно для прохождения тока заряда аккумуляторной батареи 10, формирователь 3 импульсов зарядного тока не генерирует электрические импульсы. Если напряжение на выходе регулятора 2 более или равно заданному, формирователь 3 импульсов зарядного тока начинает подавать ток на аккумуляторную батарею 10 до тех пор, пока напряжение на выходе регулятора 2 не станет менее заданного (как было указано выше). Причем если величина напряжения примерно равна заданной, формирователь 3 импульсов зарядного тока подает ток заряда на аккумуляторную батарею 10 импульсами, частота которых совпадает с рабочей частотой ЧИМ 17, а длительность которых примерно равна длительности напряжения на втором выводе катушки индуктивности L1 (фиг.2). Причина этого в том, что напряжение на выходе регулятора 2 имеет высокочастотную составляющую около 0,1% из-за неполного подавления импульсных помех.In the presence of solar radiation of the optical range on the surface of the photovoltaic converter (PEC) 1, a constant voltage appears at the output of the latter, supplied to the input of the pulse raising voltage regulator 2. If the voltage at the output of the regulator 2 is not enough to pass the charge current of the battery 10, the charge pulse shaper 3 current does not generate electrical impulses. If the voltage at the output of the regulator 2 is more than or equal to the specified one, the charge current pulse shaper 3 starts supplying current to the storage battery 10 until the voltage at the output of the regulator 2 becomes less than the specified value (as mentioned above). Moreover, if the voltage value is approximately equal to the specified value, the charge current pulse shaper 3 supplies the charge current to the battery with 10 pulses, the frequency of which coincides with the PFM operating frequency 17, and the duration of which is approximately equal to the voltage duration at the second terminal of the inductor L1 (Fig. 2). The reason for this is that the voltage at the output of the regulator 2 has a high-frequency component of about 0.1% due to the incomplete suppression of impulse noise.

Такая схема работы импульсного повышающего регулятора 2 напряжения и формирователя 3 импульсов зарядного тока обеспечивает подзаряд аккумуляторных батарей даже при средней освещенности устройства фонаря, что невозможно как при прямых схемах подключения ФЭП 1, так и при использовании повышающих регуляторов напряжения.Such a scheme of operation of a pulse step-up voltage regulator 2 and a charge current pulse shaper 3 provides recharge of batteries even with an average illumination of a flashlight device, which is impossible both with direct connection schemes of photomultiplier tubes 1 and with the use of step-up voltage regulators.

С помощью сумматора 7 тока импульсы зарядного тока подаются от формирователя 3 к аккумуляторной батарее 10.Using the adder 7 current pulses of the charging current are supplied from the shaper 3 to the battery 10.

При таком же положении переключающего контакта переключателя 8 возможен заряд аккумуляторной батареи 10 от сети переменного напряжения 220 В 50 Гц и бортовой сети автомобиля +12 В, для чего используются соответственно входные выводы согласующего элемента 5, предназначенные для подключения к сети 220 В, согласующего элемента 4 для подключения к бортовой сети автомобиля 12 В и связанный с ними соответственно выпрямитель 6, обеспечивающий преобразование переменного напряжения сети в однополярное и защиту от ошибочной полярности при подключении к бортовой сети а/м.With the same position of the switching contact of the switch 8, the battery 10 can be charged from the alternating voltage network 220 V 50 Hz and the vehicle’s on-board network +12 V, for which purpose the input terminals of the matching element 5 are used, which are intended to be connected to the 220 V network, matching element 4 for connecting to the vehicle’s on-board network 12 V and a rectifier 6 connected to them, respectively, which converts the AC voltage of the network to unipolar and protects against erroneous polarity when connected to the unit vectors of the network and / m.

В другом положении переключающего контакта переключателя 8 положительный полюс аккумуляторной батареи 10 становится соединенным с анодом полупроводникового излучателя оптического диапазона - светодиодной лампы 10, и фонарь производит освещение согласно целевому назначению.In the other position of the switching contact of the switch 8, the positive pole of the battery 10 becomes connected to the anode of the semiconductor emitter of the optical range - the LED lamp 10, and the flashlight produces lighting according to its intended purpose.

Предложенное осветительное устройство безтрансформаторного типа долговечно, удобно в использовании и является универсальным средством освещения при различных эксплуатационных условиях.The proposed lighting device transformerless type is durable, convenient to use and is a universal means of lighting under various operating conditions.

Claims

1. A lighting device comprising a photoelectric converter and a battery and a light source connected to each other through respective switch contacts, characterized in that a pulse step-up voltage regulator is introduced into it, the input of which is connected to the photoelectric converter, and the output is connected to a charge current pulse shaper the output of which is associated with the corresponding contact of the specified switch, designed to ensure the supply of charging current to the battery Atar.

2. The device according to claim 1, characterized in that the connection between the output of the charge current pulse shaper and said switch contact is made through a current adder, one input of which is intended for supplying charge current pulses from the specified shaper, the other input is for supplying rectified current from the mains AC voltage and / or current from the vehicle’s on-board power supply.

3. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the light source is an LED lamp.

4. A lighting device comprising a photoelectric converter and a battery and a light source connected to each other via a switch, characterized in that a pulse raising voltage regulator is introduced into it, the input of which is connected to the photoelectric converter, and the output through the pulse current generator is connected to the adder current for connecting it through the specified switch to the battery, the corresponding output of the current adder is designed to supply rectified from AC voltage or from the vehicle’s on-board power supply.

5. The device according to claim 4, characterized in that the light source is an LED lamp.

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the first matching element is inserted into it, the first and second terminals of which are designed to connect the device to an AC voltage network, the output terminal is connected through a rectifier to the specified current adder.

7. The device according to claim 4 or 5, characterized in that a second matching element is inserted into it, the first and second terminals of which are designed to connect the device to the vehicle's on-board power supply network, the output terminal is connected through a rectifier to the specified current adder.