一个与“焦耳小偷”有关的建议

本帖最后由 能量海 于 2017-8-10 07:48 编辑


第五章: 脉冲能量激发系统

一个建议(2012年10月26日已呈不受专利权限制状态,故不得申请专利)

        这是一个容易买到的、配件便宜的配置,可用于经营一个有用的照明。也许对于这个任务最有效的电路是“焦耳小偷”电路,而为这个电路选择的灯泡通常是小型化荧光灯(“紧凑型节能灯”),这在世界各地都在广泛使用的,虽然有各种各样的型号,但看起来大致是这个样子:


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        箭头指向一个结构中的接头,这里灯泡部分连接下面的房屋电路和电源连接器,这可以是多种类型中的一个。然而,这种类型的灯泡内置有电源电路,这意味着要获得我们想要的更高的效率,每个灯泡还需要进行物理修改,因为那是很不理想的。这种类型的灯泡里的电路,把电源的交流电转换成直流电,然后使用该直流电供应给一个振荡器电路,这个电路产生的高频脉冲给灯泡加电。不幸的是,这个电路有碍于低功耗运行,所以需要移除。这样做过的人说,只需将螺丝刀插入缝隙处并转动螺丝刀,底部就可弹出,迫使两片分离。如果你要试,那么让我祝你好运,因为这对我来说从未奏效,即使用了相当的力量以致造成缝隙两侧材料的永久性损坏。不过是,我是通过裁开箭头以下8毫米的塑料座来做到的,结果就像这样:

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        8毫米的余隙是因为玻璃管突出部分下面的连接,而当我们要氢它安装到我们的电路盒里时,我们需要保留塑料外壳的部分去支承灯泡。切割时要考虑到玻璃管的基座部分是非常脆而容易损坏。如果能够找到,用尼美(Dremel)或类似的工具套件最好,这些工具箱有一个小的圆盘刀非常适合用于进行这样的切割。切口应刚好深达能穿过塑料壁,不要再深了。那儿有一个小小的电路板藏在下部,通常带有一些非常精致的可以用于其它电路的元件。截下来的灯泡可以用强力胶安装在电路盒上,或者可以在灯管中间非常小心地钻孔(这样做时要握着底座,而不是灯管),然后把底座用螺栓固定到元件盒上。

        玻璃管是U形的,并有两个管间横向连接管使所有的U形管有一个长而曲折的放电路径,并让所有的管子在同一时间点亮。两个没有这种水平互连的管子有两根导线从其底部出来,用于连接到管的电路。这四根线要裁切,令其尽可能长,然后刮掉每对上面的绝缘釉质,然后焊接一节长的导线,用来连接新的电路;或者,如果非常精巧而繁琐的不成问题的话,可以直接连到板上。

        这种修改方法是低成本的,使那些现成的、但不适合应用的管子成为所需的,这样的替代品可以不需要任何熟练的技术。因此我们需要的是这样的一种灯泡,它没有内置电源电路(称为“镇流”),而早期的“PLD”灯泡(Pulsed Laser Deposition,脉冲激光沉积)灯泡就属于这一类。不幸的是,它们更加贵,所以没有广泛应用。它们看来像这样:

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        它们具有不需要对灯泡做任何事就能用我们的电路立刻运行的巨大优势。我们可以从零开始建立一个合适的电路,而非常受家庭自制者欢迎的一次性实验是用在富士的“极速抓拍”一次性相机里找到的很便宜电路,这是市面上应用非常广泛的。它看起来就像这样:

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        有多种方法修改在相机里面找到的电路板,感谢论坛的“Gadgetmall”分享他的修改方法和对电路的专业知识的专业知识,这也让他得以只用一个AA型的1.5伏电池供电而运行一盏荧光灯38小时。

        免责声明:本文不能视为您实际尝试进行以下修改的一个建议,如果你决定这样做,那么任何损失、损坏或伤害,请自负全责。

        为了得到相机内的电路,要拆开相机。在这里警告一句,相机里有一个高压电容器,而如果碰巧被充了电,那么它相当可能给你一个真的很痛苦的电击,所以一打开电路板,我强烈建议您要十分谨慎地避免被电到,即使它可能不是致命的。一旦露出电容器,就用带塑料柄的金属工具,如螺丝刀或胶钳跨接短路导线。如果电容恰好充了电,就会产生一个明亮的火花,发出很响的劈叭声。

        拆开相机步骤如下:

        1. 剥掉那片粘结牢固的绿色塑料皮。接合部在底下,端面是着成黑色的。
        2. 在底部中间,有一个瓣盖,你把它撬起来,露出电池。各种品种的富士“极速抓拍”相机带有不同的电路,这里显示的是阿斯达(在英国的沃尔玛)在2012年的供货,电路板标记为A07或A60,而某些早期型号的某些元件布局有所不同,对于某些组件,甚至有的电池是反着插的。取出电池前——这在英国是一个1.5V AAA碱性电池,要仔细注意电池是怎样插入的。在这里,电池的正极连接着长铜臂。移去电池。
       3. 拉开位于相机底部的黑色塑料盖,在电池盒仓的每一端,然后用螺丝刀迫使黑色相机盒分开两半,这让相机的前面看起来像这样:

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       4. 要确保闪光灯没有充电,首先,通过用非导电物体去按下在下面图片中标记为“A”的开关的触点碰到一起,然后用有塑料手柄的金属物桥式跨接空隙之间的环状焊点,即标有“B”处,因为它们是高电压电容器的末端。如果电容器碰巧被充了电,就会有一个火花和一个很大的声音,但新相机是不太可能的,除非打开包装后你曾经按下过按钮。

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        5. 按下上面图片中标注为“C”的黑色塑料闩锁,翻过左边,而那件解开的电路板是可以拔出来的,看来就像这样:

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        俯视:

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        6. 线路板是相当小的,约为40毫米×25毫米,除去电容和闪光灯单元,这是下一步要做的事,也许是通过剪切十分硬的电容器引线,然后切断把闪光灯单元固定到线路上的塑料插脚,向上撬开它并切去它连接线路板的金属触点。
       7. 组成相机的闪光灯充电开关和它的快门释放开关的两个开关需要用导线永久闭路。在上述的步骤5中,它们标注为“开关 1”和“开关 2”。我建议,你把开关 1的臂裁切到大约有一半的长度,再用尖嘴钳夹到一起,并折弯压扁,然后焊接起来。开关 2要跨接成永久闭路。可用夹子夹紧上下部触点,以便用焊料桥接。
       8. 其余的修改可以从电路板顶部看到:

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        这是这种“Gadgetmall”电路的实现:

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        Gadgetmall说,增加该电路的供电电压会因为过热而危及2SD1960晶体管。那个晶体管很小,没有散热片,也没有空间去装一个散热片,而且为了准备运行闪光灯对电容器充电也就仅仅几秒钟。这个电路的修改使晶体管长时间连续运行,所以我们已经超出了富士电路设计人员运行条件。此外,我们还想用更高一点的电压运行电路,以得到荧光管或灯泡运行改善。因此,我们可以考虑使用更强大的晶体管。2SD1960晶体管的额定电压为30伏、5安培、170兆赫和0.75瓦,因此我们可能考虑换成它,也就是说,一个BD245C晶体管额定电压为100伏、10安培、3兆赫和80瓦,作为我们的电路运行在低于0.1兆赫上,而BD245C晶体管可以安装在散热片上,虽然它有着更大的处理能力,它还是应该保持小功率而不发热为好。我们可以通过使用BC109C或2N2222晶体管来组成一个达灵顿对而提升BD245C的增益200倍左右,使得电路如:

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        在这一点上,我们注意到富士相机电路的唯一元件是可笑的微型变压器。然而,由于变压器相当便宜,又因为它显得能有效地驱动各种各样的荧光灯负载,它似乎是一个有价值的元件,尽管它的尺寸是那么微型。变压器使用的导线尺寸非常小,26号美标线直径只有0.4038毫米,32号美标线直径0.2032毫米,而45号美标线有一个可笑的小直径0.0447毫米,这意味着那样的导线并排绕20匝还覆盖不到一毫米!当然,把这种变压器绕制成铁氧体芯版的会有很强的诱惑力,用更大直径的导线来获得更高的可靠性和电流处理能力。如果匝数在1800匝以下以及电压很好地在导线绝缘能力范围以内,这并不难做到。然而,目前我们可能只需要使用两个便宜的富士变压器,配置如下:

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        尽管电路显示了长条形荧光管由每个输出变压器驱动,可以驱动任何类型的荧光灯,而作为长远的实际考虑,插入式推入配合类型之一的PLD会是原型的最佳选项。

        这种“焦耳小偷”式的电路是非常有效的,并且汲取的电流相对较小,所以如果我们可以替换那个正被汲取的小电流,那么我们将有一个自供电的光。有一种相对便宜的太阳能电池板,量得只有68平方毫米,据称理论上最大输出功率为70毫安,5伏。它将过于乐观,期望这些被荧光灯泡射的太阳能电池板完全像那样的电流量就过于乐观了,但用数个板,应该可以实现连续运行所需的必要电流输出,尤其是如果电池板非常靠近灯泡。它们有2.5mm厚,正面和背面看来就像这样:

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        我们要定位这些太阳能电池板,以使其收集尽可能多的光,而又不会过分遮挡用户的光照。一个明显的位置是在两个灯泡之间用两个背靠背的板,不管怎样,每个灯会混淆其它灯发出的光:

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        这里,每个灯泡照亮了其他灯泡投下的阴影区域,使得两个板得到整个360°全方位光的最大的照度。此外,灯比板高,每个灯的顶部还照亮整个区域。

        从侧面看,它看起来像这样:

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    然而,无论是否两块板提供足够的电流以满足我们的需求,(而要记住的是,这些灯泡变得暗淡时是因为它们已经老化),我们也会试着添加额外的板,来增加电流去做其它的事。很少有灯泡排列成环照灯,因为大部分都装在或靠近墙壁上、 或天花板上。由此我们很可能会对像这样数目的电池板感到非常动心:

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        这样的安排也很不错,它挡住的用户认为是有用的光是非常少。用四个电池板,看来连续运行灯的所需电流就是由电池板产生的。不过,如果我们提供一个USB输出插口,这个单元如果在白天置于阳光下,可以作为太阳能电池板的充电器。(实际上,如果我们提供足够的电池板,它很可能是在晚上也能做到这一点)。这样的输出插座,可以让如电子书阅读器、手机、LED手电筒等设备充电,这对于生活在没有市电的地方的人将是一个有用的附加功能。

        电路的配置或许像这样:

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        或像这样:

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        太阳能电池板直接连接到USB输出插口,使其在阳光下可以充当直太阳能充电器。USB连接如下:

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        这些是用户在插口外面看去的视角。脚1是+5V电源线,而脚4是0V或“地”线。这些插口都是市面上现成的,不贵。“B”型通常是用于连接打印机到电脑的。如果即有“A”型、也有“B”型的插口,那么可以用标准的“A”到“B”USB电缆把两个单元连接到一起,以使在阳光下得到更大的充电能力。

        在这个非常简单的电路里,二极管“D”把电池板输出直接向一个大电容“C”迅速充电至约0.7伏,低于电池板电压。不必加入过压保护,因为电池板不能提供超过5伏的电压(除非你把它们串联)。二极管防止USB插口负载由电容器放电。深夜,当关了灯,用户去睡觉,电容仍然带电,因为它完全没有负载。如果电容器质量很好,它会保持很长时间,时刻准备下一次开灯 启动电路运行。还有一些可靠方案。例如:

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        用这样的配置,三个AAA干电池配以一个按下启动开关。用户打开开关后再触动按键开关使电路运行。电池应该有其正常的保质期,而其使用方法是如此的琐碎。另一个办法是用三个可充电电池 (在交付给予用户时是完全充电的)因为电路将保持可充电电池在所有时间——在白天,如果没有其它时间的话——都是加满电的,尽管太阳能电池板有足够的输出虽然应该有足够的输出去提供使用的绝对最小电池功率。如果电池架是很容易装入的,就很可以用这个装置作为一个小型可充电电池的充电器,同样,在白天,如果没有其它时间的话。

        110V或220V的灯泡电压只与在更普通的灯泡里制做的电路有关,其实灯管亮起来都是一样的。然而,应该指出的是,所有的荧光管产生的除了光以外还有辐射,因此用户应呆在至少离紧凑型荧光灯一英尺(300毫米)以外,而供电的长条形荧光管(它同样也可用这个电路驱动)则要两倍距离,而且管的上方有很大面积可安装太阳能电池板,而不会被灯管的任何部分遮挡光线。请记住,紧凑型荧光灯中含有剧毒的汞,所以不能只是扔掉了事,需要小心处理,以免污染当地的供水系统。如果一个紧凑型荧光灯破裂,那么人和宠物要离开房间。不要在受影响的区域内走动。在你清理前要通风。汞在室温容易挥发。打开的所有窗户,并离开房间至少15分钟。如果汞已经蒸发,碎片可以作为普通垃圾处理。

        对英国人来说,有这些供应商:

        5伏、70毫安68毫米×68毫米的太阳能电池板:eBay的交易人“Discount Devices Ltd”,3.68英镑交付。eBayISAPI.dll,而开关1.78英镑,以及10个1000微法16伏的电容器一包1.78英镑交付。

        www.esr.co.uk的黑色的ABS盒子118×98×45毫米(代码400-560)为2.11英镑,BD245C晶体管1.18英镑,散热片0.78英镑,陶瓷片电容0.08英镑,可调电阻0.15英镑,而2N2222A晶体管为0.23英镑,所有均加上增值税交付。

        本土五金店Wilkinsons的18瓦4脚PLD荧光灯每个2.95英镑。这种灯的一个型号配有插座(http://www.spares2you.co.uk/Lamp_Fittings/G9_Lampholders/),不过这种原型只在盒顶部适当处开槽,再插入灯泡并粘合就位。

        用于通风孔的筛网是从一个1.49英磅的直径32毫米的“防溅卫士”(一种厨具,盖在锅上可防止高温的油溅出来灼伤皮肤)裁剪下来的。使用的粘合剂是Evostick“Impact”。

        其它的电池板配置或许如下所示:

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        长管荧光灯管安装板上面通常有足够的空间用于安装太阳能电池板和固定(绝缘)电路板的盒子:

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        用户与这种类型的荧光灯灯具不应近于0.5米,一次不要多于数几分钟的时间。因此,对于这种类型的安装,通常是安装在较高的位置,这就要给花线开关腾出适当的位置。