Карманный фонарь на светодиодах на МАХ756

October 2, 2012 by admin Комментировать »

Сверхяркие
светодиоды белого свечения — экономичные ма­ломощные излучатели света,
способные с успехом заменить в карманных фонарях лампы накаливания. В последнее
время в продаже появились светодиодные фонари промышленного из­готовления. Эта
статья поможет радиолюбителям самостоя­тельно изготовить такой же и, заодно,
разобраться в некоторых тонкостях питания светодиодов.

Особенность
светодиода как нагрузки для источника питания состоит в том, что он, в отличие
от лампы накали­вания, имеет нелинейную вольт-ампер­ную характеристику с резко
выраженной “пяткой” на начальном участке. Прямое падение напряжения
на светодиоде бе­лого свечения при рабочих значениях тока превышает 3 В. Питать
его от бата­реи напряжением 4,5 В из трех гальва­нических элементов
нерационально — треть энергии будет израсходована впу­стую, рассеиваясь на
гасящем резисто­ре. Напряжения двух, а тем более от од­ного гальванического
элемента недо­статочно, требуется преобразователь, повышающий напряжение до
нужного значения и поддерживающий его неиз­менным при разрядке батареи.

Такой
преобразователь можно со­брать по схеме, показанной на рис. 1. Его основа —
микросхема МАХ756 фир­мы “Maxim”, разработанная специально для
портативных электронных приборов с автономным питанием. Преобразова­тель
сохраняет работоспособность при снижении питающего напряжения до 0,7 В.
Стабилизированное выходное на­пряжение может быть установлено рав­ным 3,3 или 5
В при выходном токе соот­ветственно до 300 или 200 мА. КПД при максимальной
нагрузке — более 87 %.

Микросхема
DA1 включена по типо­вой схеме. Дроссель L1, диод VD1 и кон­денсатор СЗ вместе
со встроенным в микросхему полевым транзистором (его сток соединен с выводом 8,
исток — с выводом 7) образуют ключевой инвер­тор повышающего типа. Конденсатор
С2 блокирует по переменному току вну­тренний источник образцового напря­жения,
а С1 — батарею GB1. Напряже­ние обратной связи с выхода инвертора поступает на
вывод 6 микросхемы. По­казанное на схеме подключение вывода 2 соответствует
выходному напряжению 3,3 В. Если соединить зтот вывод с об­щим проводом
(выводом 7), напряже­ние возрастет до 5 В. Соединение с об­щим проводом вывода
1 остановит ин­вертор. Вывод 5 — вход не используе­мой в данном случае системы
контроля питающего напряжения. Он не должен оставаться свободным и по этой
причи­не соединен с плюсом батареи GB1.

Цикл
работы инвертора можно разде­лить на две фазы. В первой — внутрен­ний
транзистор открыт, через дроссель L1 течет линейно нарастающий ток. Маг­нитное
поле дросселя накапливает энер­гию. Диод VD1 закрыт. Конденсатор СЗ
разряжается, отдавая ток в нагрузку. Но­минальная длительность фазы — 5 мкс, но
она может быть автоматически пре­рвана раньше, если ток стока транзисто­ра
достигнет максимально допустимого значения (приблизительно 1 А).

Во
второй фазе цикла транзистор за­крыт. Ток дросселя L1, текущий теперь, спадая,
через диод VD1, заряжает кон­денсатор СЗ, компенсируя его разрядку в первой
фазе. С достижением напряже­нием на конденсаторе заданного порога фаза
прекращается. В зависимости от напряжения питания и тока нагрузки ча­стота
повторения описанного цикла из­меняется в очень широких пределах.

С
уменьшением входного напряже­ния и увеличением тока нагрузки микросхема МАХ756
переходит в режим с фиксированной длительностью фаз (соответственно 5 и 1 мкс).
Выходное напряжение не стабилизировано, оно снижается, оставаясь максимально
возможным в таких условиях.

В
качестве светоизлучателей в фо­нарь установлены четыре светодиода L-53PWC
“Kingbright”, включенных па­раллельно. Разъем Х1 — имеющийся в фонаре
ламповый патрон. Поскольку  при токе
15…30 мА прямое падение на­пряжения на светодиоде приблизи­тельно 3,1 В,
лишние 0,2 В пришлось погасить на резисторе R1, включенном последовательно. С
разогревом свето- диодов падение напряжения на них уменьшается и последовательный
ре­зистор в какой-то мере стабилизирует ток и яркость свечения. Выравнивать
значения тока через отдельные свето- диоды не пришлось. Различия их яркос­ти
“на глаз” не обнаружено.

За
основу конструкции был взят карманный фонарь “VARTA” с поворот­ным светоизлучающим
узлом. В прин­ципе подойдет любой другой фонарь, в котором найдется свободное
место для размещения необходимых дета­лей. Благодаря использованию мало­габаритных
компонентов все удалось разместить внутри светоизлучающего узла (рис. 2).
Монтаж производился навесным способом с использовани­ем выводов микросхемы в
качестве опорных точек.

Четыре
светодиода, как показано на рис. 3, заняли место удаленной стек­лянной колбы
“штатной” лампы фонаря. Выводы их анодов припаяны к металли­ческой
оболочке цоколя, выводы като­дов пропущены в его центральное от­верстие и
пропаяны.

Оксидные
конденсаторы С1 и СЗ — импортные танталовые для поверхност­ного монтажа. Их
низкое последова­тельное сопротивление благоприятно влияет на КПД. Конденсатор
С2 — К10-176 или любой другой керамичес­кий. Диод 1N5817 с барьером Шотки можно
заменить на SM5817 или, прене­брегая немного большим прямым паде­нием
напряжения, на 1N5818 (SM5818). Обмотка дросселя L1 — 35 витков про­вода ПЭВ-2
0,28, намотанных на магни- топроводе от дросселя сетевого фильт­ра маломощного
импульсного источни­ка питания. Это кольцо типоразмера К10x4x5 из молибденового
пермаллоя магнитной проницаемостью 60. Можно использовать дроссели индуктивнос­тью
40… 100 мкГн и допустимым током не менее 1 А серии ДМ со стержневым
магнитопроводом. Желательно, чтобы активное сопротивление обмотки дрос­селя не
превышало 0,1 Ом, иначе КПД устройства заметно снизится.

Возможности
изготовленного преоб­разователя напряжения были провере­ны с использованием
регулируемого источника напряжения 0…3 В вместо батареи GB1. Снятая
зависимость вы­ходного напряжения от входного пока­зана на рис. 4.
Преобразователь про­должал работать даже при снижении напряжения питания до 0,4
В, отдавая в этом режиме напряжение 2,6 В при то­ке 7 мА (вместо исходных 110
мА). Све­чение светодиодов все еще оставалось заметным. После выключения и
повтор­ного включения преобразователь запус­кался лишь при напряжении питания
бо­лее 0,7 В. Измеренный КПД при свежих элементах питания составил 87 %.

Фирма
Maxim сегодня выпускает усовершенствованный вариант микро­схемы МАХ756 —
МАХ1674. В ней име­ется встроенный синхронный выпрями­тель, делающий ненужным
внешний диод и дающий возможность довести КПД преобразователя до 94 %. Следу­ет
иметь в виду, что достичь столь вы­сокого КПД удается только при пра­вильном
выборе типа и номиналов внешних элементов и продуманном монтаже преобразователя..

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