Низковольтные преобразователи для питания светодиодов

February 18, 2011 by admin Комментировать »

Светодиоды, как источники оптического излучения, имеют неоспоримые достоинства: малые габариты, высокую яркость свечения при минимальном (единицы мА) токе, экономичность. Но в силу технологических особенностей они не могут светиться при напряжении ниже 1,6… 1,8 В. Это обстоятельство резко ог­раничивает возможность применения светодиодных излучате­лей в широком классе устройств, имеющих низковольтное питание, обычно от одного гальванического элемента.

Несмотря на очевидную актуальность проблемы низко­вольтного питания светодиодных источников оптического излу­чения, известно весьма ограниченное число схемных решений, в которых авторы пытались решить эту задачу.

В этой связи ниже приведен обзор схем питания светодио­дов от источника низкого (0,25… 1,6 В) напряжения.

Многообразие схем, приведенных в этой главе, можно свести к двум основным разновидностям преобразования на­пряжения низкого уровня в высокое. Это схемы с емкостными и индуктивными накопителями энергии [Рк 5/00-23].

На рис. 9.1 показана схема питания светодиода с исполь­зованием принципа удвоения напряжения питания. Генератор низкочастотных импульсов выполнен на транзисторах разной структуры: КТ361 и КТ315. Частота следования импульсов опре­деляется постоянной времени R1C1, а продолжительность им­пульсов — постоянной времени R2C1. С выхода генератора короткие импульсы через резистор R4 подаются на базу транзи­стора VT3, в коллекторную цепь которого включен светодиод HL1 (AJ1307KM) красного цвета свечения и германиевый диод VD1 типа Д9. Между выходом генератора импульсов и точкой соединения светодиода с германиевым диодом подключен элек­тролитический конденсатор С2 большой емкости.

В период продолжительной паузы между импульсами (тран­зистор VT2 закрыт и не проводит ток) этот конденсатор заряжает­ся через диод VD1 и резистор R3 до напряжения источника питания. При генерации короткого импульса транзистор VT2 открывается. Отрицательно заряженная обкладка конденсатора С2 оказывается соединенной с положительной шиной питания. Диод VD1 запирается. Заряженный конденсатор С2 оказывается подключенным последовательно с источником питания. Суммар­ное напряжение приложено к цепи светодиод — переход эмит­тер — коллектор транзистора VT3. Поскольку тем же импульсом транзистор VT3 отпирается, его сопротивление эмиттер — кол­лектор становится малым. Таким образом, практически удвоен­ное напряжение питания (исключая незначительные потери) оказывается кратковременно приложенным к светодиоду: следу­ет его яркая вспышка. После этого процесс заряда — разряда конденсатора С2 периодически повторяется.

Рис. 9.21

В качестве сердечника трансформатора, как и в предыду­щей схеме, использовано ферритовое кольцо М1000 (1000НМ) К10x6x2,5. Первичная обмотка выполнена проводом ПЭВ 0,23 мм, вторичная — ПЭВ 0,33. Довольно яркое свечение светодиода на­блюдается уже при напряжении 0,3 В.

На рис. 9.21 представлены экспериментально измеренные характеристики генератора (рис. 9.20) при варьировании числа витков обмоток. Из анализа полученных зависимостей следует, что существует область оптимального соотношения числа витков первичной и вторичной обмоток, причем, с увеличением числа витков первичной обмотки минимальное рабочее напряжение преобразователя плавно снижается, причем одновременно сужа­ется и диапазон рабочих напряжений преобразователя.

Так, при числе витков первичной обмотки п(1) равном 50…60 и числе витков вторичной п(М) — 12, устройство работо­способно в диапазоне питающих напряжений 260…440 мВ (соот­ношение числа витков 50 к 12), а при соотношении числа витков 60 к 12 — 260…415 мВ. При использовании ферритового сердеч­ника другого типа или размера это соотношение может нарушить­ся и быть иным. Полезно самостоятельно выполнить подобное исследование, а результаты для наглядности представить в виде графика.

Весьма интересным представляется использование тун­нельного диода в рассматриваемых генераторах (аналогичного приведенному на рис. 9.20), включенного вместо перехода эмит­тер — база транзистора VT1.

Рис. 9.22

Для решения обратной задачи — расширения диапазона рабочих напряжений преобразователя — последовательно с ним может быть подключена RC-цепочка (рис. 9.22). Еще один вид преобразователей представлен на рис. 9.23 — 9.29. Их особен­ность — использование индуктивных накопителей энергии и схем, выполненных по типу «индуктивной» или «емкостной трех- точки» с барьерным режимом включения транзистора.

Генератор (рис. 9.23) работоспособен в диапазоне на­пряжений от 0,66 до 1,55 В. Для оптимизации режима ра­боты требуется подбор номинала резистора R1. В качестве катушки индуктивности, как и во многих предыдущих схе­мах, использована катушка контура фильтра ПЧ индуктивно­стью 260 мкГч.

Рис. 9.23

Рис. 9.24

Рис. 9.25

Генератор (рис. 9.24) немногим отличается от предыдущего (рис. 9.23). Интересной его особенностью является то, что яркость свечения светодиода меняется с ростом напряжения питания (рис. 9.25). Причем максимум яркости достигается при 940 мВ.

Преобразователь, показанный на рис. 9.26, можно отнести к генераторам, выполненным по схеме «трехточки», причем све­тодиод выполняет роль одного из конденсаторов. Трансформатор устройства выполнен на ферритовом кольце М1000 (1000НМ) К10x6x2,5, причем его обмотки содержат приблизительно по I5…20 витков провода ПЭЛШО 0,18.

Рис. 9.26

Рис. 9.27

Рис. 9.28

Преобразователь (рис. 9.27) отличается от предыдущего точкой подключения светодиода. Зависимость яркости свечения светодиода от напряжения питания показана на рис. 9.28: при по­вышении напряжения питания яркость вначале нарастает, затем резко снижается, после чего снова растет.

Наиболее простой схемой преобразователей этого типа яв­ляется схема, представленная на рис. 9.29. Установление рабо­чей точки достигается подбором резистора R1. Светодиод, как и в ряде предшествующих схем, одновременно играет роль конден­сатора. В порядке эксперимента рекомендуется подключить па­раллельно светодиоду конденсатор и подобрать его емкость.

Рис. 9.29

В качестве общего замечания по налаживанию схем, пред­ставленных выше, следует отметить, что напряжение питания всех рассмотренных устройств во избежание повреждения свето­диодов не должно (за редким исключением) превышать значения 1,6…1,7 В.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты