A derrubada da lanterna Garrity KE900

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Eu tenho nove lanternas recarregáveis ​​Garrity. Eles se conectam a uma tomada para carregar e, quando a energia falha, a lanterna acende, servindo como uma lâmpada de emergência. O que eu amo nessa lanterna Garrity descontinuada é que ela usa células AAA NiMH. Quando estiverem desgastados, você pode remover um único parafuso da alça e inserir três novas células da bateria. A lanterna é boa como nova. Eu também amo que ele seja pequeno o suficiente para que eu possa segurá-lo com os dentes, para poder usar as duas mãos.

Recentemente, várias das lanternas não ligavam e desligavam corretamente quando eu pressionava o botão de silicone à prova d'água. Juntamente com esse problema, notei que todas as lanternas têm um problema de vazamento, portanto emitem um brilho muito fraco quando conectadas. (Figura 1).

Powerelectronics Com Sites Powerelectronics com Arquivos Figura 01 Garrity Flashlight Teardown

1. A lanterna recarregável Garrity KE900 acenderá quando houver falta de energia em sua casa.

Rasgando a Luz

A construção foi boa – o parafuso que segura a alça e os quatro parafusos que seguram a placa de circuito impresso (PCB) e o alojamento traseiro são idênticos. Havia dois pequenos plugues brancos sobre as cabeças dos parafusos na carcaça traseira que segura o plugue deslizante, que você instala na tomada. Uma lente de plástico transparente foi retida por uma cobertura de plástico preto que também continha o LED. O nariz da lanterna era soldado por sonic ou solvente ao corpo, que parece ser de plástico ABS.

O lado componente do PCB revela uma fonte de alimentação capacitiva (Figura 2). É aqui que você usa um Capacitor com classificação X baixar a tensão da parede para um valor menor, sem a necessidade de desperdiçar energia em um resistor que cai. Havia tubos de plástico transparente ao redor do capacitor, além de um resistor de limite de corrente e um capacitor grande de 47 µF. As capas do capacitor estavam coladas para baixo, mas não a capa do resistor.

Sites Powerelectronics Com Arquivos Powerelectronics com Figura 02 Parte superior da placa Garrity

2. O lado do componente da PCB segura o botão liga / desliga, além dos suportes de LED vermelho e amarelo. O LED vermelho acende durante o carregamento, o LED amarelo indica que o interruptor da lanterna está aceso e a luz acende quando a energia falha ou você a remove da tomada da parede.

O lado da solda da placa de circuito impresso possui resistores de montagem em superfície e um transistor, além dos terminais da bateria que se inserem no compartimento do suporte da bateria (Fig. 3). O LED branco é inclinado da placa de circuito impresso, talvez para que os fios um pouco mais longos possam dissipar o calor.

Powerelectronics Com Sites Powerelectronics com Arquivos Figura 03 Garrity Pcb Bot

3. O lado da solda da PCB de um lado possui os terminais para o suporte da bateria, além de vários componentes de montagem em superfície.

O Problema do Switch

O problema com o comutador é uma interferência mecânica (Fig. 4). A tampa de silicone não tem folga suficiente para permitir que o interruptor de pressão suba adequadamente para alternar. Depois de ver o problema, fui para outra lanterna com o mesmo problema. Ao enfiar minhas unhas na lateral da tampa de silicone, eu conseguia forçá-la o suficiente para ouvir aquele “clique” satisfatório que indicava que o interruptor havia sido acionado. Isso pode ser um problema de empilhamento da tolerância de fabricação ou talvez o silicone tenha absorvido água ou óleo e depois tenha inchado ou deformado.

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Sites Powerelectronics Com Arquivos Powerelectronics com Figura 04 Garrity Switch

4. O botão do interruptor de silicone é cortado para limpar um capacitor eletrolítico. A borracha encolheu, para que o botão de alternância não suba o suficiente para alternar. Eu posso triturar o botão no centro do botão de silicone para proporcionar mais folga ou raspar um pouco do botão de plástico para consertar as coisas.

A borda plástica preta no botão do interruptor de silicone é cortada para limpar o capacitor eletrolítico na PCB. Isso tinha que ser uma correção de última hora e exigia um esforço esquemático de engenharia reversa. Para descobrir o esquema, tirei uma foto do lado da solda. Eu usei meu IrfanView visualizador de imagens para aumentar o brilho da imagem, de modo que ela foi lavada. Então eu tracei os traços do circuito com uma caneta vermelha. Digitalizei isso e usei a impressão para desenhar os componentes em azul (Fig. 5).

Sites Powerelectronics Com Arquivos Powerelectronics com Figura 05 Layout da guarnição

5. Aqui está uma foto da PCB com brilho ajustado para lavar as áreas mais escuras. Eu tracei os traços com vermelho e adicionei os componentes em azul. Atribuí números de referência aos componentes do lado superior sem perceber que são diferentes dos designadores de referência de serigrafia.

Derivando um esquema

O layout permite desenhar um esquema feio (Fig. 6). Eu sabia que tinha que fluir da esquerda para a direita, como qualquer bom esquema. Comecei com a saída do LED e tentei voltar à esquerda em direção à entrada. Eu também sabia começar a desenhar o material de entrada à esquerda. As coisas ficam um pouco confusas no meio.

Powerelectronics Com Sites Powerelectronics com Arquivos Figura 06 Garrity Schematic 1

6. A partir da Figura 5, é elaborado um esquema aproximado, correto, mas difícil de ler.

Depois de olhar um pouco, percebi que havia uma ponte de diodos no meio, então desenhei novamente o esquema (Fig. 7). O diodo extra, nº 4, é como a lanterna se apaga durante o carregamento. Quando a lanterna está conectada, o diodo 4 é polarizado para frente, o que faz com que o emissor do transistor de passagem suba em relação à base.

Sites Powerelectronics Com Arquivos Powerelectronics com Figura 07 Garrity Schematic 2

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7. Um rápido redesenho do esquema o torna mais compreensível. A chave é o diodo D4, que arrasta a base do transistor de passagem para baixo para desligar o LED quando a unidade está carregando, e os dois interruptores são acionados.

A baixa impedância no cátodo de D4 sobrecarregará o resistor de pull-up R4 de 22 kΩ e desviará sua corrente da base do transistor para o cátodo do diodo D4. Quando a energia acaba ou você desconecta a lanterna da parede, o diodo 4 para de conduzir e seu cátodo fica com alta impedância. Agora o R4 pode fornecer corrente na base do transistor, ligando o LED. Isso se deve aos interruptores que estão sendo fechados – tanto os contatos na perna do LED quanto o interruptor que conecta o pequeno LED indicador amarelo para mostrar que a lanterna acenderá com falta de energia.

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Independentemente da posição do interruptor de pressionar para alternar, o LED vermelho no canto superior esquerdo acenderá sempre que a lanterna estiver conectada. Isso ocorre porque a entrada CA cairá abaixo da tensão positiva da bateria periodicamente e acenderá o LED vermelho.

R1 limita a corrente de partida quando você conecta a lanterna na parede. Este é um problema sério com fontes de alimentação capacitivas. É improvável que você entre em contato com a tomada quando a tensão da casa for 0 V. De fato, pode estar em 170 V, o pico instantâneo de 120 V rms CA nos Estados Unidos. Esses 170 V repentinos simplesmente atravessam o capacitor e aparecem no lado em que você deseja 5 ou 10 volts. A maioria das fontes de alimentação capacitivas possui um diodo Zener para limitar essa tensão, enquanto esse circuito usa apenas a pilha de baterias NiMH para fornecer o grampo de baixa impedância.

Eu montei meu escopo LeCroy com algumas contas para fazer uma medição diferencial na bateria (Fig. 8). Liguei e desconectei a entrada CA algumas vezes e recebi um pico de várias centenas de volts que saiu do visor. Isso me deixa desconfiado. Se houver apenas um pico de 170 V disponível, meu LeCroy está mostrando mais de 200 V. Acho que é hora de comprar uma sonda diferencial e reportar de volta.

Sites Powerelectronics Com Arquivos Powerelectronics com Figura 08 Garrity Flashlight Overshoot

8. Conectar a fonte de alimentação capacitiva à parede quando a tensão atingir o pico de 170 V significa que o pico percorre o capacitor e aparece na bateria. Esse pico mostra mais de 200 V, o que pode ser uma anomalia no escopo ou na minha configuração – é difícil acreditar que o pico seja tão grande. Estou comprando uma sonda diferencial para ter certeza.

Outra questão de design

O outro problema de design que vejo é a maneira como o capacitor de retenção C2 está conectado. R7 e R6 são resistores de 0 Ω usados ​​para permitir que um traço de circuito passe por baixo. Isso permitiu à Garrity usar uma placa de circuito de um lado mais barata. O problema é que, com R6 sendo 0 Ω, o capacitor está tentando filtrar a impedância muito baixa do diodo de polarização direta D4. Faria mais sentido ter R3 igual a 0 Ω e R6 igual a 100 Ω. Se R6 for 100, isso significa que R8 deve ser zero para manter o LED amarelo com o mesmo brilho.

Até 100 Ω parece muito pouco. Digamos que a bateria funcione em 3 V, mas o sistema de carregamento aumenta até 4 V. Isso não é exato, mas é analógico. Portanto, se você tem 4 V e deseja manter a base desse transistor em torno de 1 V, onde o emissor está sentado durante o carregamento, isso significa que há 22 kΩ em 3 V. Portanto, um resistor de 7,3 kΩ em R6 deve ser capaz para impedir que o transistor seja ligado, se não houver um LED amarelo com o qual se preocupar. Se a perna amarela do LED estiver ligada a um interruptor que foi para o lado inferior do R6, voilà, isso parece resolver tudo. É basicamente assim que é conectado agora, apenas através do 0-Ω R6.

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Com R6 sendo 7,3 kΩ, isso significaria que o capacitor eletrolítico C2 poderia ser muito menor, talvez até tipo de cerâmica ou filme. É necessário, já que a forma de onda CA ultrapassa zero 120 vezes por segundo e você não deseja que module o transistor. Caramba, mesmo que R6 seja de 1 kΩ, isso significa que o capacitor pode encolher e isso pode significar que ele se encaixa sob o botão de silicone. Eu tenho que acreditar que meus problemas com o botão não limpar o interruptor podem ser devidos ao fato de Garrity ter que cortar a borda de plástico preto para limpar o capacitor eletrolítico C2.

Bem, parece que é hora de bater SourceESB ou um dos distribuidores para obter alguns resistores e capacitores para brincar. Também me pergunto se, em vez de uma ponte de diodos, eu poderia configurar uma saída mais ou menos que desligaria o LED durante o carregamento. Isso significaria dois diodos 1N4004 em vez de cinco. Todo engenheiro adora uma redução de custos; Vou deixar você saber o que eu aprendo.

Alguma Boa Leitura

Microchip tem uma nota de aplicativo sobre fontes de alimentação capacitivas. Ele diz que o resistor de derivação no capacitor é reduzir a EMI, mas tenho certeza de que é realmente descarregar o capacitor quando você desconectar a fonte de alimentação da parede. O STMicro também possui um pequeno chip regulador fanfarrão que você pode usar no lugar de um suprimento capacitivo. É bom para mais de 5 W, por isso pode ser um exagero para este carregador de lanterna de baixa potência. E o pessoal da Power Integrations faz um chip que descarrega o capacitor, mas somente quando a energia cair. Isso economiza a constante perda de energia do resistor de sangria R9 conectado. A Mouser possui uma boa redação por TDK sobre o projeto de fornecimento capacitivo.

Enquanto isso, o problema com a chave, o capacitor eletrolítico gordo e o vazamento de pouca luz quando conectado pode explicar por que Garrity retirou esse modelo do mercado. Eu ainda os amo, e espero mantê-los funcionando por muito tempo.

Powerelectronics Com Sites Powerelectronics com Arquivos Fonte Esb Lookin For Parts Banner Caps 0

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