ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ АККУМУЛЯТОРНЫЙ ФОНАРЬ

Полезная модель относится к осветительному оборудованию индивидуального пользования и может быть использовано в качестве переносного индивидуального осветительного прибора в подземных выработках шахт, на транспорте, в строительстве, в службах безопасности и спасения, в подразделениях МВД, МЧС, в жилищно-коммунальном хозяйстве, в городских коллекторах, на нефтеперерабатывающих производствах, в газовом хозяйстве, на автозаправочных станциях, в службах автосервиса.
Преимущественная область применения фонаря - взрывоопасные зоны помещений, а также подземные выработки шахт и рудников, опасных по газу и пыли.
Известен шахтный головной аккумуляторный светильник по патенту на полезную модель №19898, МПК7 F 21 L 4/00, 10.10.2001 г. Данный светильник содержит фару, состоящую из лампы накаливания и рефлектора, которая связана со сменными аккумуляторами, размещенными в аккумуляторной коробке. Светильник содержит также резервный источник света в виде сверхяркого светодиода и электронное пороговое устройство, обеспечивающее при падении напряжения аккумуляторов ниже заданного значения, автоматическое отключение лампы накаливания и включение светодиода, что позволяет защитить аккумуляторы от глубокого разряда. Светодиод может быть размещен как в фаре светильника, так и в общем корпусе с аккумуляторной батареей. Светодиод может быть снабжен ручным выключателем.
Известен шахтный светильник индивидуального пользования по патенту на изобретение №2231711, МПК7 F 21 L 4/00, 27.06.2004 г. Данный светильник содержит фару, в которой установлена матрица светодиодов, включенных последовательно с резисторами по одному для каждого светодиода, снабженную приспособлением для крепления ее на каске шахтера. Два блока аккумуляторных батарей, каждый из которых заключен в собственный корпус и расположенных на наружной стороне каски симметрично относительно плоскости симметрии каски в положении, уравновешивающем фару относительно центра тяжести каски. Каждый блок содержит несколько малогабаритных аккумуляторов, предохранителя, схемы контроля заряда, расположенных в герметичном корпусе, снабженном приспособлением для крепления его на каске с возможностью съема. Отрицательные электроды каждого блока соединены
соединительным шнуром с отрицательным наружным контактом фары и первым контактом выключателя, а второй контакт выключателя соединен с катодами всех светодиодов. Положительные электроды каждого блока соединены через предохранитель с резисторами и через схему контроля заряда с положительным внутренним контактом фары. В качестве малогабаритных аккумуляторов могут использоваться пальчиковые никель-металлогидридные аккумуляторы.
К недостаткам данных светильников можно отнести значительные их габаритно-массовые характеристики из-за использования в качестве источника основного освещения лампы накаливания или матрицы обычных светодиодов. Кроме того, в данных светильниках отсутствует контроль состояния заряда аккумуляторных батарей, что усложняет их эксплуатацию и снижает надежность функционирования светильников. Кроме того, свежезаряженные аккумуляторные батареи сохраняют стабильное хорошее свечение источника основного освещения приблизительно 2 часа. Затем в процессе непрерывной разрядки аккумуляторных батарей, свет постепенно ослабевает. Полно заряженных аккумуляторных батарей хватает лишь на 7...8 часов непрерывной работы.
Полезная модель решает задачу повышения комфортности эксплуатации фонаря, снижение его габаритно-массовых характеристик, повышение его надежности и комфортности при эксплуатации в экстремальных условиях и обеспечение его взрывобезопасности.
Поставленная цель достигается тем, что в индивидуальном аккумуляторном фонаре, содержащем головной светильник, заключенный в отдельном герметичном корпусе, снабженном приспособлением для его крепления на каске, и в котором размещен источник основного освещения, кассету питания, в корпусе которой размещено зарядное устройство с входным электрическим разъемом, снабженным крышкой, блок аккумуляторных батарей с малогабаритными аккумуляторами, соединенную электрическим кабелем с головным светильником, и выключатель основного освещения, кассета питания снабжена блоком управления режимами освещения и драйвером основного освещения, а головной светильник снабжен светодиодами аварийного освещения, выключателем аварийного освещения и светодиодами индикатора процесса заряда аккумуляторных батарей. При этом выключатель основного освещения размещен в корпусе кассеты питания, первый выход зарядного устройства соединен с входом
блока аккумуляторных батарей, а его второй выход соединен со светодиодными индикаторами процесса заряда аккумуляторных батарей. Информационный выход блока аккумуляторных батарей соединен с управляющим входом зарядного устройства. Питающий выход блока аккумуляторных батарей через выключатель основного освещения, первый вход блока управления режимами освещения и драйвер основного освещения соединен с источником основного освещения, а также через выключатель аварийного освещения он соединен со светодиодами аварийного освещения и со вторым входом блока управления режимами освещения.
В целях повышения взрывобезопасности эксплуатации фонаря, в качестве выключателей основного и аварийного освещения целесообразно использовать герконы или датчики Холла.
На Фиг.1 представлена блок схема, а на Фиг.2 - общий вид индивидуального аккумуляторного фонаря.
Фонарь содержит кассету питания 1, головной светильник 2, неразъемно-соединенные между собой гибким многожильным кабелем 3.
В корпусе 4 кассеты питания размещено зарядное устройство 5, блок аккумуляторных батарей 6 с резистивным датчиком температуры 7 и самовосстанавливающимся предохранителем 8 (электронной платой защиты с ограничением тока нагрузки и тока короткого замыкания), геркон 9 включения основного освещения 10, блок управления режимами освещения 11 и драйвер основного освещения 12.
В корпусе 13 головного светильника 2 размещен источник основного освещения 10, светодиоды 14 индикатора процесса заряда блока аккумуляторных батарей 6, светодиоды аварийного освещения 15, геркон 16 включения аварийного освещения 15.
Окно головной части светильника 2 выполнено из прозрачной пластмассы, например, поликорбаната. С внутренней стороны прозрачная часть корпуса 13 головного светильника 2 выполнена под «шагрень» с целью равномерного рассеивания света, что позволяет увидеть его под любым углом обзора.
Фонарь может быть снабжен сетевым адаптером 17, преобразующим переменное сетевое напряжение ≈220 вольт в постоянное стабилизированное
напряжение 12 вольт, имеющим выходной электрический разъем 18, согласующийся с входным электрическим разъемом 19 кассеты питания 4. Сетевой адаптер может быть выполнен как индивидуальным, так и групповым, имеющим ряд выходных электрических разъемов 18, согласующихся с входными электрическими разъемами 19 кассет питания 4 группы индивидуальных аккумуляторных фонарей. Сетевой адаптер 17 имеет светодиодную индикацию 20 включения в сеть ≈220 В и наличия выходного напряжения 12В.
Основные требования к конструктивным элементам фонаря.
Сетевой адаптер 17 представляет собой импульсный обратноходовой AC/DC конвертер. Конвертер выполнен на специализированном контроллере NSP1053ST136T3, имеющем встроенную защиту от перегрева и обеспечивающим защиту от короткого замыкания в нагрузке.
Корпус 4 кассеты питания выполнен неремонтопригодным (небьющимся), а пайка кабеля 3, соединяющего выход кассеты питания с головным светильником, заливается компаундом или любым другим токонепроводящим материалом, например, монтажной пеной. Входной электрический разъем 19 кассеты питания 4 закрыт крышкой 21.
Зарядное устройство 5 выполнено на микросхеме bq 24100RHL Микросхема представляет собой специализированный контроллер для заряда литий-ионных аккумуляторов. В качестве малогабаритных аккумуляторов 6 используют три Li-ионных аккумулятора, включенных параллельно для обеспечения безопасности, при этом напряжение 3,6 В сохраняется, а емкость аккумуляторной батареи увеличивается. Каждый аккумулятор имеет емкость 2,2 Ач. Суммарная емкость аккумуляторного блока равна 6,6 ч.
Блок управления режимами освещения 11 выполнен на основе микроконтроллера общего применения Attiny15L-1S1.
Драйвер основного освещения 12 выполнен на микросхеме LTC 3454, представляющей собой специализированный контроллер для управления мощными суперяркими светодиодами. По сигналам блока управления режимами освещения 11 драйвер основного освещения 12 обеспечивает питание светодиода основного освещения постоянным стабилизированным током.
В качестве источника основного освещения 10 используется суперяркий светоизлучающий диод белого цвета излучения «LUXEON» с коэффициентом цветности
R>80 и рабочим током ≈0,7 A.
В качестве аварийного освещения 15 используют светодиоды белого свечения с рабочим током ≤30 мА.
Корпус 13 головного светильника 2 снабжен приспособлением 22 для крепления его на каске.
Фонарь работает следующим образом.
Предварительно осуществляют зарядку блока аккумуляторных батарей 6. Для этого отворачивают крышку 21 и к входному разъему 19 подсоединяют выходной разъем 18 сетевого адаптера 17. Заряд аккумуляторов идет при отключенном выключателе 9 основного освещения на корпусе 4 кассеты питания 1 и отключенном выключателе 16 аварийного освещения на корпусе 13 головного светильника 2. При подаче напряжения питания от сетевого адаптера на зарядное устройство 5, оно анализирует состояние аккумуляторного блока 6. При его глубоком разряде (напряжение ниже 3,0 В) зарядное устройство 5 запускает внутренний таймер предварительного заряда и осуществляет предварительный заряд небольшим током до напряжения 3,0 В. Если за заданное время работы таймера напряжение 3,0В не достигается, зарядное устройство 5 вырабатывает сигнал неисправности аккумуляторной сборки 6 и прекращает заряд. При успешном выполнении предварительного заряда зарядное устройство 5 начинает заряд аккумуляторной сборки 6 стандартным током. Заряд аккумуляторной сборки 6 начинается сразу, если подачи питания напряжение аккумуляторной сборки оказалось выше 3,0 В.
В процессе заряда зарядное устройство 5 обеспечивает безопасный и качественный заряд, а именно осуществляет контроль и поддержание постоянного тока заряда, контроль температуры аккумуляторной сборки и прекращение заряда при превышении температуры допустимого предела, контроль напряжения аккумуляторной сборки. При достижении этим напряжением 4,2 В (номинальное напряжение окончания заряда) зарядное устройство резко снижает ток заряда, не допуская порчи аккумуляторной батареи. Самовосстанавливающийся предохранитель 8 защищает аккумуляторную батарею 6 от порчи в случае превышения безопасного уровня тока заряда.
Во время заряда зарядное устройство 5 выдает сигналы на индикаторы 14
процесса заряда, расположенные в головном светильнике 2. Красный цвет свечения индикаторов 14 отображает состояние «идет заряд», зеленый - состояние «заряд окончен». Свежезаряженный аккумуляторный блок 6 сохраняет стабильное хорошее свечение основного светильника 10 не менее 12 часов непрерывной работы. С целью исключения перезаряда аккумуляторной батареи выше допустимого уровня напряжения и исключения взрыва или разрушения Li-онных аккумуляторов, аккумуляторный блок 6 отключаются от зарядного адаптера (источника внешнего напряжения) при достижении верхних значений напряжения (>4,2В).
После заряда аккумуляторных батарей, фонарь готов к работе.
В исходном состоянии микроконтроллер блока управления режимами освещения 11 находится в энергосберегающем режиме для продления срока службы аккумуляторной батареи.
При срабатывании в кассете питания геркона 9 включения светодиода основного освещения 10, микроконтроллер блока управления режимами освещения 11 переходит в рабочий режим и включает драйвер основного освещения 12, начинает светиться светодиод основного освещения 10. Одновременно микроконтроллер блока управления режимами освещения 11 измеряет напряжение аккумуляторной батареи 6. В случае снижения этого напряжения до ≈3,4 В блок управления режимами освещения 11 переводит драйвер основного освещения 12 в режим мигания светодиода основного освещения 10. Тем самым пользователю сообщается о приближающемся истощении аккумуляторной сборки 6. При снижении напряжения аккумуляторной батареи 6 до значения напряжения ^ 3,0В блок управления режимами освещения 11 выключает драйвер основного освещения 12, тем самым, предохраняя аккумуляторную батарею от чрезмерно глубокого разряда.
Программным путем блок управления основным освещением 11 осуществляют стабилизацию тока светодиода основного освещения 10 головного светильника во всем диапазоне рабочих напряжений аккумуляторного блока 6 (от 4,2 В до 3,0 В) и контролирует выходное напряжение на аккумуляторном блоке 6. Разряжать аккумуляторы ниже 3,0 В ± 50 мВ нельзя.
При отпускании геркона 9 включения основного освещения в кассете
питания 4 блок управления режимами освещения 11 выключает драйвер основного освещения 12 и переходит в энергосберегающий режим. При неисправности светодиода основного освещения 10 (короткое замыкание или обрыв) драйвер 12 светодиода основного освещения автоматически отключается.
При срабатывании геркона 16 включения аварийного освещения в головном светильнике 2 включаются светодиоды аварийного освещения 15, а на блок управления режимами освещения 11 поступает сигнал о переходе в режим аварийного освещения. Блок управления режимами освещения 11 выключает драйвер 12 основного освещения. Предупреждающее мигание светодиодов 15 и измерение напряжения аккумуляторной батареи 6 в этом режиме не предусмотрено.
При отпускании геркона 16 включения аварийного освещения в головном светильнике 2 светодиоды аварийного освещения 15 выключаются, а на блок управления режимами освещения 11 поступает сигнал о возврате в режим основного освещения. Блок управления режимами освещения 11 включает драйвер основного освещения 12 и снова измеряет напряжение аккумуляторной сборки.
Заявленный индивидуальный аккумуляторный фонарь имеет малую массу. Его герметичные: - пыле; - влаго; - непроницаемые неремонтопригодные (небьющиеся) корпусы кассеты питания и головного светильника обеспечивают фонарю взрывоопасность, что удлиняет его срок службы.
Использование в фонаре современной элементной базы как светодиодной, так и программно управляемых микроконтроллеров, а также аккумуляторных батарей большой емкости существенно повышает надежность и комфортность функционирования фонаря при его эксплуатации в экстремальных условиях.