Делаем фонарик на светодиодах своими руками
Светодиодный фонарик с 3-х
вольтовым конвертором для светодиода 0.3-1.5V 0.3-1.5
V
LED
FlashLight
Обычно, для работы синего или белого
светодиода требуется 3 - 3,5v,
данная схема позволяет запитать синий или белый светодиод низким напряжением от одной пальчиковой батарейки.
Normally, if you want to light up a blue or
white LED you need to provide it with 3 - 3.5 V, like from a 3 V lithium coin
cell.
Детали:
Светодиод
Ферритовое кольцо (диаметром ~10 мм)
Провод для намотки (20 см)
Резистор на 1кОм
N-P-N транзистор
Батарейка
Параметры используемого
трансформатора:
Обмотка, идущая на светодиод, имеет
~45 витков, намотанных проводом 0.25мм.
Обмотка, идущая на базу транзистора, имеет
~30 витков провода 0.1мм.
Базовый резистор в этом случае имеет
сопротивление около 2К.
Вместо R1 желательно поставить подстроечный
резистор, и добиться тока через диод ~22мА, при свежей батарейке измерить его
сопротивление, заменив потом его постоянным резистором полученного номинала.
Собранная схема обязана работать сразу.
Возможны только 2 причины, по которым
схема работать не будет.
1. перепутаны концы обмотки.
2. слишком мало витков базовой обмотки.
Генерация исчезает, при количестве витков <15.
Куски
проводов сложить вместе и намотать на кольцо.
Соединить между собой два конца
разных проводов.
Схему можно расположить внутри
подходящего корпуса.
Внедрение такой схемы в фонарь,
работающий от 3V
существенно продлевает, продолжительность его работы от одного комплекта
батареек.
Вариант исполнения фонаря от одной батарейки 1,5в.
Транзистор и сопротивление помещаются внутрь ферритового кольца
Белый светодиод работает от севшей батарейки ААА
Вариант модернизации «фонарик – ручка»
Возбуждение изображенного на схеме блокинг-генератора достигается трансформаторной связью
на Т1. Импульсы напряжения, возникающие в правой (по схеме)
обмотке складываются с напряжением источника питания и поступают на светодиод
VD1. Конечно, можно было бы исключить конденсатор и резистор в цепи базы
транзистора, но тогда возможен выход из строя VT1 и VD1 при использовании
фирменных батарей с низким внутренним сопротивлением. Резистор задает режим
работы транзистора, а конденсатор пропускает ВЧ составляющую.
В схеме использовался транзистор КТ315 (как самый дешевый, но можно и любой другой с граничной частотой от 200 МГц), сверхяркий светодиод. Для изготовления трансформатора потребуется кольцо из феррита (ориентировочный размер 10х6х3 и проницаемостью около 1000 HH). Диаметр проволоки около 0,2-0,3 мм. На кольцо наматываются две катушки по 20 витков в каждой.
Если нет кольца, то можно использовать аналогичный по объему и материалу цилиндр. Только придется мотать уже 60-100 витков для каждой из катушек.
Важный момент : мотать катушки нужно в разные стороны.
Фотографии фонарика:
выключатель находится в кнопке «авторучки», а серый металлический цилиндр проводит ток.
По типоразмеру батарейки делаем цилиндр.
Его можно изготовить из бумаги, или использовать отрезок любой жесткой трубки.
Проделываем отверстия по краям цилиндра, обматываем его залуженным проводом, пропускаем в отверстия концы проволоки. Фиксируем оба конца, но оставляем с одного из концов кусок проводника: чтобы можно было подсоединить преобразователь к спирали.
Кольцо из феррита не влезло бы в фонарь, поэтому использовался цилиндр из аналогичного материала.
Цилиндр из катушки индуктивности от старого телевизора.
Первая катушка - около 60 витков.
Потом вторая, мотается в обратную сторону опять 60 или около того. Витки скрепляются клеем.
Собираем преобразователь:
Все располагается внутри нашего корпуса: Распаиваем транзистор, конденсатор резистор, подпаиваем спираль на цилиндре, и катушку. Ток в обмотках катушки должен идти в разные стороны! То есть если вы мотали все обмотки в одну сторону, то поменяйте местами выводы одной из них, иначе генерация не возникнет.
Получилось следующее:
Все вставляем вовнутрь, а в качестве боковых заглушек и контактов используем гайки.
К одной из гаек подпаиваем выводы катушки, а к другой эмиттер VT1. Приклеиваем. маркируем выводы: там, где у нас будет вывод от катушек ставим « - », где вывод от транзистора с катушкой ставим «+» (чтобы было все как в батарейке).
Теперь следует изготовить «ламподиод».
Внимание: на цоколе должен быть минус светодиода.
Сборка:
Как
понятно из рисунка, преобразователь представляет собой «заменитель» второй
батарейки. Но в отличие от нее, он имеет три точки контакта: с плюсом
батарейки, с плюсом светодиода, и общим корпусом (через спираль).
Его местоположение в батарейном отсеке является определенным: он должен контактировать с плюсом светодиода.
Современный фонарик c режимом эксплуатации светодиода питанием постоянным стабилизированным током.
Схема стабилизатора тока работает следующим образом:
При подаче питания на схему транзисторы Т1 и Т2 заперты, Т3 открыт, потому как на его затвор подано отпирающее напряжение через резистор R3 . Благодаря наличию в цепи светодиода катушки индуктивности L1 ток нарастает плавно. По мере возрастания тока в цепи светодиода возрастает падение напряжения на цепочке R5- R4, как только оно достигнет примерно 0,4V, откроется транзистор Т2, а вслед за ним и Т1, который в свою очередь закроет токовый ключ Т3. Нарастание тока прекращается, в катушке индуктивности возникает ток самоиндукции, который через диод D1 начинает протекать через светодиод и цепочку резисторов R5- R4. Как только ток уменьшиться ниже определенного порога, транзисторы Т1 и Т2 закроются, Т3 -- откроется, что приведет к новому циклу накопления энергии в катушке индуктивности. В нормальном режиме колебательный процесс происходит на частоте порядка десятков килогерц.
О деталях :
Вместо транзистора IRF510 можно применить IRF530, или любой n-канальный полевой ключевой транзистор на ток более 3А и напряжение более 30 В.
Диод D1 должен быть обязательно с барьером Шоттки на ток более 1А, если поставить обычный даже высокочастотный типа КД212, КПД снизится до 75-80%.
Катушка индуктивности самодельная, мотают ее проводом не тоньше 0,6 мм, лучше - жгутом из нескольких более тонких проводов. Около 20-30 витков провода на броневой сердечник Б16-Б18 обязательно с немагнитным зазором 0,1-0,2 мм или близкий из феррита 2000НМ. При возможности толщину немагнитного зазора подбирают экспериментально по максимальному КПД устройства. Неплохие результаты можно получить с ферритами от импортных катушек индуктивности, устанавливаемых в импульсных блоках питания, а также в энергосберегающих лампах. Такие сердечники имеют вид катушки для ниток, не требуют каркаса и немагнитного зазора. Очень хорошо работают катушки на тороидальных сердечниках из прессованного железного порошка, которые можно найти в компьютерных блоках питания (на них намотаны катушки индуктивности выходных фильтров). Немагнитный зазор в таких сердечниках равномерно распределен в объеме благодаря технологии производства.
Эту же схему стабилизатора можно использовать и совместно с другими аккумуляторами и батареями гальванических элементов напряжением 9 или 12 вольт без какого-либо изменения схемы или номиналов элементов. Чем выше будет напряжение питания, тем меньший ток будет потреблять фонарик от источника, его КПД будет оставаться неизменным. Рабочий ток стабилизации задают резисторы R4 и R5.
При необходимости ток может быть увеличен до 1А без применения теплооотводов на деталях, только подбором сопротивления задающих резисторов.
Зарядное устройство для аккумулятора можно оставить «родное» или собрать по любой из известных схем или вообще применить внешнее для уменьшения веса фонаря.
Светодиодный фонарь из калькулятора Б3-30
В основу преобразователя взята схема калькулятора Б3-30, в импульсном источнике питания которого используется трансформатор толщиной всего 5 мм, имеющий две обмотки. Использование импульсного трансформатора от старого калькулятора позволило создать экономичный светодиодный фонарь.
В результате получилась очень простая схема.
Преобразователь напряжения выполнен по
схеме однотактного генератора с индуктивной обратной связью на транзисторе VT1
и трансформаторе Т1. Импульсное напряжение с обмотки 1-2 (по принципиальной
схеме калькулятора Б3-30) выпрямляется диодом VD1 и подается на сверхъяркий
светодиод HL1. Конденсатор С3 фильтр. За основу конструкции взят фонарь
китайского производства рассчитанного на установку двух элементов питания типа
АА. Преобразователь монтируется на печатной плате из односторонне фольгированного
стеклотекстолита толщиной 1,5 мм
рис.2
размерами, заменяющими один
элемент питания и вставляемой в фонарь вместо него. К торцу платы обозначенной
знаком «+» припаивается контакт, изготовленный из двухсторонне фольгированного
стеклотекстолита диаметром 15мм, обе стороны соединяются перемычкой и
облуживаются припоем.
После установки на плату всех деталей торцевой контакт «+» и трансформатор Т1 заливаются термоклеем для увеличения прочности. Вариант компоновки фонаря показан на рис.3 и в конкретном случае зависит от типа используемого фонаря. В моем случае никакой доработки фонаря не потребовалось, отражатель имеет контактное кольцо, к которому подпаивается минусовой вывод печатной платы, а сама плата крепится к отражателю с помощью термоклея. Печатная плата в сборе с отражателем вставляется вместо одного элемента питания и зажимается крышкой.
В
преобразователе напряжения использованы малогабаритные детали. Резисторы типа
МЛТ-0,125, конденсаторы С1 и С3 импортные, высотой до 5 мм. Диод VD1 типа
1N5817 с барьером Шотки, при его отсутствии можно использовать любой
выпрямительный диод, подходящий по параметрам, желательно германиевый ввиду
более малого падения напряжения на нем. Правильно собранный преобразователь в
налаживании не нуждается, если не перепутаны обмотки трансформатора, в
противном случае поменяйте их местами. При отсутствии вышеуказанного
трансформатора его можно изготовить самостоятельно. Намотка производится на
ферритовое кольцо типоразмера К10*6*3 магнитной проницаемостью 1000-2000. Обе
обмотки наматываются проводом ПЭВ2 диаметром от 0,31 до 0,44 мм. Первичная
обмотка имеет 6 витков, вторичная 10 витков. После установки такого
трансформатора на плату и проверки работоспособности его следует закрепить на
ней с помощью термоклея.
Испытания фонаря с элементом питания типа АА представлены в таблице 1.
При испытании использовалась самая дешевая батарейка типа АА стоимостью всего 3 р. Начальное напряжение под нагрузкой составило 1,28 В. На выходе преобразователя напряжение, измеренное на сверхярком светодиоде 2,83 В. Марка светодиода неизвестна, диаметр 10 мм. Общий потребляемый ток 14 mА. Суммарное время работы фонаря составило 20 часов непрерывной работы.
При снижении напряжения на элементе питания ниже 1V яркость заметно падает.
| Время, ч | V батареи, В | V преобр., В |
| 0 | 1,28 | 2,83 |
| 2 | 1,22 | 2,83 |
| 4 | 1,21 | 2,83 |
| 6 | 1,20 | 2,83 |
| 8 | 1,18 | 2,83 |
| 10 | 1,18 | 2.83 |
| 12 | 1,16 | 2.82 |
| 14 | 1,12 | 2.81 |
| 16 | 1,11 | 2.81 |
| 18 | 1,11 | 2.81 |
| 20 | 1,10 | 2.80 |
Самодельный фонарик на светодиодах
Основа - фонарик «VARTA» с питанием от двух батареек типа АА:
Поскольку диоды имеют сильно нелинейную ВАХ необходимо оснастить фонарь схемой для работы на светодиоды, которая обеспечит постоянную яркость свечения по мере разряда батареи и сохранит работоспособность при возможно более низком напряжении питания.
Основа стабилизатора напряжения, это микромощный повышающий DC/DC конвертор MAX756.
По заявленным характеристикам он работает при снижении входного напряжения до 0.7В.
Схема включения - типовая:
Монтаж
выполнен навесным способом.
Электролитические конденсаторы - танталовые ЧИП. Они имеют низкое последовательное сопротивление, что несколько улучшает КПД. Диод Шоттки - SM5818. Дроссели пришлось соединить два в параллель, т.к. не оказалось подходящего номинала. Конденсатор С2 - К10-17б. Светодиоды - сверхяркие белые L-53PWC «Kingbright».
Как видно на рисунке, вся схема легко уместилась в пустом пространстве светоизлучающего узла.
Выходное напряжение стабилизатора в данной схеме включения равно 3.3V. Поскольку падение напряжения на диодах в номинальном диапазоне токов (15-30мА) составляет около 3.1V, то лишние 200мV пришлось гасить на резисторе, включенном последовательно с выходом.
Кроме этого, небольшой последовательный резистор улучшает линейность нагрузки и стабильность схемы. Связано это с тем, что диод имеет отрицательный ТКС, и при разогреве его прямое падение напряжения уменьшается, что приводит к резкому росту тока через диод, при питании его от источника напряжения. Разравнивать токи через параллельно включенные диоды не пришлось - различия яркости на глаз не наблюдалось. Тем более, что диоды были одного типа и взяты из одной коробки.
Теперь о конструкции светоизлучателя. Как видно на фотографиях, светодиоды в схеме не запаяны намертво, а являются съемной частью конструкции.
Потрошится
родная лампочка, и во фланце с 4-х сторон делаются 4 пропила
(один там уже был). 4 светодиода располагаются симметрично по кругу. Плюсовые
выводы (по схеме) припаиваются на цоколь возле пропилов, а
минусовые вставляются изнутри в центральное отверстие цоколя, обрезаются и тоже
пропаиваются. «Ламподиод», вставляется на
место обычной лампочки накаливания.
Тестирование:
Стабилизация выходного напряжения (3.3V) продолжалась вплоть до снижения напряжения питания до ~1.2V. Ток нагрузки при этом составлял около 100мА (~ по 25мА на диод). Затем выходное напряжение начало плавно снижаться. Схема перешла в другой режим работы, при котором она уже не стабилизирует, а выдает на выход все, что может. В таком режиме она проработала до напряжения питания 0.5V! Выходное напряжение при этом упало до 2.7В, а ток со 100мА до 8мА.
Немного о КПД.
КПД
схемы около 63% при свежих батарейках. Дело в том, что миниатюрные дроссели,
использованные в схеме, имеют чрезвычайно высокое омическое сопротивление -
около 1.5ом
Решение кольцо из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50.
40 витков провода ПЭВ-0.25, в один слой - получилось около 80мкГ. Активное сопротивление около 0.2 Ом, а ток насыщения по расчетам - более 3А. Выходной и входной электролит меняем на 100мкФ, хотя без ущерба для КПД можно уменьшить и до 47мкФ.
Схема светодиодного фонаря на DC/DC конверторе фирмы Analog Device - ADP1110.
Стандартная типовая схема включения ADP1110.
Данная микросхема-конвертер, согласно спецификации фирмы-производителя, выпускается в 8 вариантах:
| Модель | Выходное напряжение |
| ADP1110AN | Регулируемое |
| ADP1110AR | Регулируемое |
| ADP1110AN-3.3 | 3.3 V |
| ADP1110AR-3.3 | 3.3 V |
| ADP1110AN-5 | 5 V |
| ADP1110AR-5 | 5 V |
| ADP1110AN-12 | 12 V |
| ADP1110AR-12 | 12 V |
Микросхемы с индексами «N» и «R» отличаются только типом корпуса: R компактнее.
Если вы купили чип с индексом -3.3, можете пропускать следующий абзац и переходить к пункту «Детали».
Если нет - представляю вашему вниманию еще одну схему:
В ней добавлены две детали, позволяющие получить на выходе требуемые 3,3 вольта для питания светодиодов.
Схему можно улучшить, приняв во внимание, что для работы светодиодам нужен источник тока, а не напряжения. Изменения в схеме, что бы она выдавала 60мА (по 20 на каждый диод), а напряжение диоды нам выставят автоматически, те самые 3.3-3.9V.
резистор R1 служит для измерения тока. Преобразователь так устроен, что когда напряжение на выводе FB (Feed Back) превысит 0.22V, он закончит повышать напряжение и ток, значит номинал сопротивления R1 легко рассчитать R1 = 0.22В/Iн, в нашем случаи 3.6Ом. Такая схема помогает стабилизировать ток, и автоматически выбрать необходимое напряжение. К сожалению, на этом сопротивлении будет падать напряжение, что приведет к снижению КПД, однако, практика показала, что оно меньше чем превышение, которое мы выбрали в первом случаи. Я измерял выходное напряжение, и оно составило 3.4 - 3.6В. Параметры диодов в таком включении также должны быть по возможности одинаковыми, иначе суммарный ток в 60мА, распределился между ними не поровну, и мы опять, получим разную светимость.
Детали
1. Дроссель подойдет любой от 20 до 100 микрогенри с маленьким (меньше 0.4 Ома) сопротивлением. На схеме указано 47 мкГн. Его можно сделать самому - намотать около 40 витков провода ПЭВ-0.25 на кольце из µ-пермаллоя с проницаемостью порядка 50, типоразмера 10х4х5.
2. Диод Шоттки. 1N5818, 1N5819, 1N4148 или аналогичные. Analog Device НЕ РЕКОМЕНДУЕТ использовать 1N4001
3. Конденсаторы. 47-100 микрофарад на 6-10 вольт. Рекомендуется использовать танталовые.
4. Резисторы. Мощностью 0,125 ватта сопротивлением 2 Ома, возможно 300 ком и 2,2 ком.
5. Светодиоды. L-53PWC - 4 штуки.
Преобразователь напряжения для питания светодиода DFL-OSPW5111Р белого свечения с яркостью 30 Кд при токе 80 мА и шириной диаграммы направленности излучения около 12°.
Ток, потребляемый от батареи напряжением 2,41V, - 143мА; при этом через светодиод протекает ток около 70 мА при напряжении на нем 4,17 В. Преобразователь работает на частоте 13 кГц, электрический КПД составляет около 0,85.
Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К10x6x3 из феррита 2000НМ.
Первичную и вторичную обмотки трансформатора наматывают одновременно (т. е. в четыре провода).
Первичная обмотка содержит - 2x41 витка провода ПЭВ-2 0,19,
Вторичная обмотка содержит - 2x44 витка провода ПЭВ-2 0,16.
После намотки выводы обмоток соединяют в соответствии со схемой.
Транзисторы КТ529А структуры p-n-p можно заменить на КТ530А структуры n-p-n, в этом случае необходимо изменить полярность подключения батареи GB1 и светодиода HL1.
Детали размещают на рефлекторе, используя навесной монтаж. Обратите внимание на то, чтобы был исключён контакт деталей с жестяной пластиной фонаря, подводящей «минус» батареи GB1. Транзисторы скрепляют между собой хомутом из тонкой латуни, который обеспечивает необходимый отвод тепла, и затем приклеивают к рефлектору. Светодиод размещают взамен лампы накаливания так, чтобы он выступал на 0,5... 1 мм из гнезда для её установки. Это улучшает отвод тепла от светодиода и упрощает его монтаж.
При первом включении питание от батареи подают через резистор сопротивлением 18...24 Ом чтобы не вывести из строя транзисторы при неправильном подключении выводов трансформатора Т1. Если светодиод не светит, необходимо поменять местами крайние выводы первичной или вторичной обмотки трансформатора. Если и это не приводит к успеху, проверяют исправность всех элементов и правильность монтажа.
Преобразователь напряжения для питания светодиодного фонаря промышленного образца.
Преобразователь напряжения для питания светодиодного фонаря
Схема
взята из руководства фирмы Zetex по применению микросхем ZXSC310.
ZXSC310 - микросхема драйвера светодиодов.
FMMT 617 или FMMT 618.
Диод Шоттки - практически любой марки.
Конденсаторы C1 = 2.2 мкФ и C2 = 10 мкФ для поверхностного монтажа, 2.2 мкФ величина, рекомендованная производителем, а С2 можно поставить примерно от 1 до 10 мкФ
Катушка индуктивности 68 микрогенри на 0.4 А
Индуктивность и резистор устанавливают
с одной стороны платы (где нет печати), все остальные детали - с другой.
Единственную хитрость представляет изготовление резистора на 150 миллиом. Его
можно сделать из железной проволоки 0.1 мм, которую можно добыть, расплетая
тросик. Проволочку следует отжечь на зажигалке, тщательно протереть мелкой
шкуркой, облудить концы и кусочек длиной около 3 см припаять в отверстия на
плате. Далее в процессе настройки надо, измеряя ток через диоды, двигать
проволочку, одновременно разогревая паяльником место ее припаивания к плате.
Таким образом, получается нечто вроде реостата. Добившись тока в 20 мА, паяльник убирают, а ненужный кусок проволочки обрезают. У автора вышла длина примерно 1 см.
Фонарик на источнике тока
Рис. 3. Фонарик на источнике тока, с автоматическим выравниванием тока в светодиодах, так что светодиоды могут быть c любым разбросом параметров (светодиод VD2 задает ток, который повторяют транзисторы VT2, VT3, таким образом, токи в ветвях будут одинаковыми)
Транзисторы конечно тоже должны быть одинаковыми, но разброс их параметров не так критичен, поэтому можно взять либо дискретные транзисторы, либо если сможете найти, три интегральных транзистора в одном корпусе, у них параметры максимально одинаковые. Проиграйтесь с размещением светодиодов, нужно подобрать пару светодиод-транзистор так что бы выходное напряжение было минимально, это повысит КПД.
Введение транзисторов выровняло яркость, однако они имеют сопротивление и на них падает напряжение, что вынуждает преобразователь повышать уровень выходного до 4В, для снижения падения напряжения на транзисторах можно предложить схему на рис.4, это модифицированное токовое зеркало, вместо опорного напряжения Uбэ=0.7В в схеме на рис.3 можно воспользоваться встроенным в преобразователем источником 0.22В, и поддерживать его в коллекторе VT1 при помощи операционика, также встроенным в преобразователь.
Рис. 4. Фонарик на источнике тока, с автоматическим выравниванием тока в светодиодах, и с улучшенным КПД
Т.к. выход операционника имеет тип «открытый коллектор» его необходимо «подтянуть» к питанию, что делает резистор R2. Сопротивления R3, R4 выполняют функции делителя напряжения в точке V2 на 2, таким образом операционник поддержит в точке V2 напряжение 0.22*2 = 0.44В, что меньше чем в предыдущем случаи на 0.3В. Брать делитель еще меньше, чтобы понизить напряжение в точке V2, нельзя т.к. биполярный транзистор имеет сопротивление Rкэ и при работе на нем будет падать напряжение Uкэ, чтобы транзистор правильно работал V2-V1 должно быть больше Uкэ, для нашего случая 0.22В вполне достаточно. Однако биполярные транзисторы можно заменить полевыми, в которых сопротивление сток исток гораздо меньше, это даст возможность уменьшить делитель, так чтобы, сделать разность V2-V1 совсем незначительной.
Дроссель. Дроссель нужно брать с минимальным сопротивлением, особое внимание следует уделить максимальному допустимому току он должен быть порядка 400 -1000 мА.
Номинал не играет такой роли как максимальный ток, поэтому Analog Devices рекомендует, что-то между 33 и 180мкГн. В данном случаи, теоретически, если не обращать внимание на габариты, то чем больше индуктивность, тем лучше по всем показателем. Однако на практике это не совсем так, т.к. мы имеем не идеальную катушку, она имеет активное сопротивление и не линейна, кроме того, ключевой транзистор при низких напряжениях уже не выдаст 1.5А. Поэтому лучше попробовать несколько катушек разного типа, конструкции и разного номинала, что бы выбрать катушку, при которой самый высокий КПД, и самое маленькое минимальное входное напряжение, т.е. катушку, с которой фонарик будет светиться максимально долго.
Конденсаторы. C1 может быть любым. С2 лучше взять танталовым т.к. у него маленькое сопротивление это повышает КПД.
Диод Шотки. Любой на ток до 1А, желательно с минимальным сопротивлением и минимальным падением напряжения.
Транзисторы. Любые с током коллектора до 30 мА, коэф. усиления тока порядка 80 с частотой до 100Мгц, КТ318 подойдет.
Светодиоды. Можно белые NSPW500BS со свечением в 8000мКд от Power Light Systems .
Преобразователь напряжения ADP1110, или его замену ADP1073, для его использования схему на рис.3 нужно будет изменить, взять дроссель 760мкГ, а R1 = 0.212/60мА = 3.5Ом.
Фонарь на ADP3000-ADJ
Параметры:
Питание 2.8 - 10 В, КПД ок. 75%, два режима яркости - полный и половина.
Ток через диоды 27 мА, в режиме половинной яркости - 13 мА.
В схеме для получения высокого КПД желательно использовать чип-компоненты.
Правильно собранная схема в настройке не нуждается.
Недостатком схемы является высокое (1,25V) напряжение на входе FB (вывод 8).
В настоящее время выпускаются DC/DC конвертеры с напряжением FB около 0,3V, в частности, фирмы Maxim, на которых реально достичь КПД выше 85%.
Схема фонаря на Кр1446ПН1.
Резисторы R1 и R2 - датчик тока. Операционный усилитель U2B - усиливает напряжение, снимаемое с датчика тока. Коэффициент усиления = R4 / R3 + 1 и составляет примерно 19. Требуется такой коэффициент усиления, чтобы при токе через резисторы R1 и R2 60 мА напряжение на выходе открыло транзистор Q1. Изменяя эти резисторы, можно устанавливать другие значения тока стабилизации.
В принципе операционный усилитель можно и не ставить. Просто вместо R1 и R2 ставится один резистор 10 Ом, с него сигнал через резистор 1кОм подаётся на базу транзистора и всё. Но. Это приведёт к уменьшению КПД. На резисторе 10 Ом при токе 60 мА напрасно рассеивается 0.6 Вольта - 36 мВт. В случае применения операционного усилителя потери составят:
на резисторе 0.5 Ома при токе 60 мА = 1.8 мВт + потребление самого ОУ 0.02 мА пусть при 4-х Вольтах = 0.08 мВт
= 1.88 мВт - существенно меньше, чем 36 мВт.
О компонентах.
На месте КР1446УД2 может работать любой малопотребляющий ОУ с низким минимальным значением напряжения питания, лучше подошёл бы OP193FS, но он достаточно дорогой. Транзистор в корпусе SOT23. Полярный конденсатор поменьше - типа SS на 10 Вольт. Индуктивность CW68 100мкГн на ток 710 мА. Хотя ток отсечки у преобразователя 1 А, она работает нормально. С ней получился наилучший КПД. Светодиоды я подбирал по наиболее одинаковому падению напряжения при токе 20 мА. Собран фонарик в корпусе для двух батарей AA. Место под батареи я укоротил под размер батарей AAA, а в освободившемся пространстве навесным монтажом собрал эту схему. Хорошо подойдёт корпус для трёх батарей AA. Ставить нужно будет только две, а на месте третьей разместить схему.
КПД получившегося устройства.
Входные U I P Выходные U I P КПД
Вольт мА мВт Вольт мА мВт %
3.03 90 273 3.53 62 219 80
1.78 180 320 3.53 62 219 68
1.28 290 371 3.53 62 219 59
Замена лампочки фонарика “Жучёк” на модуль фирмы Luxeon Lumiled LXHL - NW 98.
Получаем ослепительно яркий фонарик, с очень легким жимом (по сравнению с лампочкой).
Схема переделки и параметры модуля.
Преобразователи StepUP DC-DC конверторы ADP1110 фирма Analog devices.
Питание: 1 или 2 батарейки 1,5в работоспособность сохраняется до Uвход.=0,9в
Потребление:
*при разомкнутом переключателе S1 = 300mA
*при замкнутом переключателе S1 = 110mA
Светодиодный электронный фонарь
С питанием всего от одной пальчиковой батареи типоразмера АА или AAA на микросхеме (КР1446ПН1), которая является полным аналогом микросхемы МАХ756 (МАХ731) и имеет практически идентичные характеристики.
За основу взят фонарь, в котором в качестве источника питания используются две пальчиковые батарейки (аккумуляторы) типоразмера АА.
Плата преобразователя помещается в фонарь вместо второго элемента питания. С одного торца платы припаян контакт из луженой жести для питания схемы, а с другого - светодиод. На выводы светодиода надет кружок из той же жести. Диаметр кружка должен быть чуть больше диаметра цоколя отражателя (на 0,2-0,5 мм), в который вставляется патрон. Один из выводов диода (минусовой) припаян к кружку, второй (плюсовой) проходит насквозь и изолирован кусочком трубочки из ПВХ или фторопласта. Назначение кружка - двойное. Он обеспечивает конструкции необходимую жесткость и одновременно служит для замыкания минусового контакта схемы. Из фонаря заранее удаляют лампу с патроном и помещают вместо нее схему со светодиодом. Выводы светодиода перед установкой на плату укорачивают таким образом, чтобы обеспечивалась плотная, без люфта, посадка «по месту». Обычно длина выводов (без учета пайки на плату) равна длине выступающей части полностью вкрученного цоколя лампы.
Схема соединения платы и аккумулятора приведена на рис. 9.2.
Далее фонарь собирают и проверяют его работоспособность. Если схема собрана правильно, то никаких настроек не требуется.
В конструкции применены, стандартные установочные элементы: конденсаторы типа К50-35, дроссели ЕС-24 индуктивностью 18-22 мкГн, светодиоды яркостью 5-10 кд диаметром 5 или 10 мм. Разумеется, возможно, применение и других светодиодов с напряжением питания 2,4-5 В. Схема имеет достаточный запас по мощности и позволяет питать даже светодиоды с яркостью до 25 кд!
О некоторых результатах испытаний данной конструкции.
Доработанный таким образом фонарь проработал со «свежей» батарейкой без перерыва, во включенном состоянии, более 20 часов! Для сравнения - тот же фонарь в «стандартной» комплектации (то есть с лампой и двумя «свежими» батарейками из той же партии) работал всего 4 часа.
И еще один важный момент. Если применять в данной конструкции перезаряжаемые аккумуляторы, то легко следить за состоянием уровня их разрядки. Дело в том, что преобразователь на микросхеме КР1446ПН1 стабильно запускается при входном напряжении 0,8-0,9 В. И свечение светодиодов стабильно яркое, пока напряжение на аккумуляторе не достигло этого критического порога. Лампа гореть при таком напряжении, конечно, еще будет, но вряд ли можно говорить о ней как о реальном источнике света.
Рис. 9.2 Рис 9.3
Печатная плата устройства приведена на рис. 9.3, а расположение элементов - на рис. 9.4.
Включение и выключение фонаря одной кнопкой
Схема собрана на микросхеме D-триггера CD4013 и полевом транзисторе IRF630 в режиме "выкл." ток потребления схемы - практически 0. Для стабильной работы D-триггера на входе микросхемы подключен фильтр резистор и конденсатор их функция- устранение контактного дребезга. Не используемые выводы микросхемы лучше никуда не подключать. Микросхема работает от 2 до 12 вольт, в качестве силового ключа можно использовать любой мощный полевой транзистор, т.к. сопротивление сток-исток у полевого транзистора ничтожно мало и не нагружает выход микросхемы.
CD4013A в корпусе SO-14, аналог К561ТМ2, 564ТМ2
Простые схемы генератора.
Позволяют
питать светодиод с напряжением загорания 2-3V от 1-1,5V. Короткие импульсы
повышенного потенциала отпирают p-n переход. КПД конечно понижается, но это
устройство позволяет "выжать" из автономного источника питания почти
весь его ресурс.
Проволока 0,1 мм - 100-300 витков с отводом от середины, намотанные на тороидальное колечко.
Светодиодный фонарь с регулируемой яркостью и режимом "Маяк"
Питание
микросхемы - генератора с регулируемой скважностью (К561ЛЕ5 или 564ЛЕ5) которая
управляет электронным ключом, в предлагаемом устройстве осуществляется от
повышающего преобразователя напряжения, что позволяет питать фонарь от одного
гальванического элемента 1,5.
Преобразователь выполнен на транзисторах VT1, VT2 по схеме трансформаторного автогенератора с положительной обратной связью по току.
Схема генератора с регулируемой скважностью на упомянутой выше микросхеме К561ЛЕ5 немного изменена с целью улучшения линейности регулирования тока.
Минимальный потребляемый ток фонаря с шестью параллельно включенными суперяркими светодиодами L-53MWC фирмы Kingbnght белого свечения равен 2.3 мА Зависимость потребляемого тока от числа светодиодов - прямо пропорциональная.
Режим "Маяк", когда светодиоды с невысокой частотой ярко вспыхивают и затем гаснут, реализуется при установке регулятора яркости на максимум и повторном включении фонаря. Желаемую частоту световых вспышек регулируют подбором конденсатора СЗ.
Работоспособность фонаря сохраняется при понижении напряжения до 1.1v хотя при этом значительно уменьшается яркость
В качестве электронного ключа применен полевой транзистор с изолированным затвором КП501А (КР1014КТ1В). По цепи управления он хорошо согласуется с микросхемой К561ЛЕ5. Транзистор КП501А имеет следующие предельные параметры, напряжение сток-исток - 240 В; напряжение затвор-исток - 20 В. ток стока - 0.18 А; мощность - 0.5 Вт
Допустимо параллельное включение транзисторов желательно из одной партии. Возможная замена - КП504 с любым буквенным индексом. Для полевых транзисторов IRF540 напряжение питания микросхемы DD1. вырабатываемое преобразователем, должно быть повышено до 10 В
В фонаре с шестью параллельно включенными светодиодами L-53MWC потребляемый ток примерно равен 120 мА при подключении параллельно VT3 второго транзистора - 140 мА
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ К10- 6"4.5. Обмотки намотаны в два провода, причем конец первой обмотки соединяют с началом второй обмотки. Первичная обмотка содержит 2-10 витков, вторичная - 2*20 витков Диаметр провода - 0.37 мм. марка - ПЭВ-2. Дроссель намотан на таком же магнитопроводе без зазора тем же проводом в один слой, число витков - 38. Индуктивность дросселя 860 мкГн
Схема преобразователя для светодиода от 0,4 до 3V - работающая от одной батарейки AAA. Этот фонарь повышает входное напряжение до нужного простым конвертером DC-DC.
Выходное напряжение составляет приблизительно 7 вт (зависит от напряжения установленного диода LEDs).
Building the LED Head Lamp
Что касается трансформатора в конвертере DC-DC. Вы должны его сделать самостоятельно. Изображение показывает, как собрать трансформатор.
Ещё вариант преобразователей для светодиодов _http://belza.cz/ledlight/ledm.htm
Фонарь на свинцово-кислотном герметичном аккумуляторе с зарядным устройством .
Свинцово кислотные герметичные аккумуляторные батареи самые дешевые в настоящее время. Электролит в них находится в виде геля, поэтому аккумуляторы допускают работу в любом пространственном положении и не производят никаких вредных испарений. Им свойственна большая долговечность, если не допускать глубокого разряда. Теоретически они не боятся перезаряда, однако злоупотреблять этим не следует. Подзарядку аккумуляторных батарей можно производить в любое время, не дожидаясь их полной разрядки.
Свинцово-кислотные герметичные аккумуляторные батареи подходят для применения в переносных фонарях, используемых в домашнем хозяйстве, на дачных участках, на производстве.
Рис.1. Схема электрического фонаря
Электрическая принципиальная схема фонаря с зарядным устройством для 6-вольтового аккумулятора, позволяющая простым способом не допустить глубокий разряд аккумулятора и, таким образом, увеличить его срок службы, показана на рисунке. Он содержит заводской или самодельный трансформаторный блок питания и зарядно-коммутационное устройство, смонтированное в корпусе фонаря.
В авторском варианте в качестве трансформаторного блока применен стандартный блок, предназначенный для питания модемов. Выходное переменное напряжение блока 12 или 15 В, ток нагрузки – 1 А. Встречаются такие блоки и с встроенными выпрямителями. Они также подходят для этой цели.
Переменное напряжение с трансформаторного блока поступает на зарядно-коммутационное устройство, содержащее вилку для подключения зарядного устройства X2, диодный мостик VD1, стабилизатор тока (DA1, R1, HL1), аккумулятор GB, тумблер S1, кнопку экстренного включения S2, лампу накаливания HL2. Каждый раз при включении тумблера S1 напряжение аккумулятора поступает на реле К1, его контакты К1.1 замыкаются, подавая ток в базу транзистора VТ1. Транзистор включается, пропуская ток через лампу HL2. Выключают фонарь переключением тумблера S1 в первоначальное положение, в котором аккумулятор отключен от обмотки реле К1.
Допустимое напряжение разряда аккумулятора выбрано на уровне 4,5 В. Оно определяется напряжением включения реле К1. Изменять допустимое значение напряжения разряда можно с помощью резистора R2. С увеличением номинала резистора допустимое напряжение разряда увеличивается, и наоборот. Если напряжение аккумулятора ниже 4,5 В, то реле не включится, следовательно, не будет подано напряжение на базу транзистора VТ1, включающего лампу HL2. Это значит, что аккумулятор нуждается в зарядке. При напряжении 4,5 В освещенность, создаваемая фонарем, неплохая. В случае экстренной необходимости можно включить фонарь при пониженном напряжении кнопкой S2, при условии предварительного включения тумблера S1.
На вход зарядно-коммутационного устройства можно подавать и постоянное напряжение, не обращая внимание на полярность стыкуемых устройств.
Для перевода фонаря в режим заряда необходимо состыковать розетку Х1 трансформаторного блока с вилкой Х2, расположенной на корпусе фонаря, а затем включить вилку (на рисунке не показана) трансформаторного блока в сеть 220 В.
В приведенном варианте применен аккумулятор емкостью 4,2 Ач. Следовательно, его можно заряжать током 0,42 А. Заряд аккумулятора производится постоянным током. Стабилизатор тока содержит всего три детали: интегральный стабилизатор напряжения DA1 типа КР142ЕН5А либо импортный 7805, светодиод HL1 и резистор R1. Светодиод, кроме работы в стабилизаторе тока, выполняет также функцию индикатора режима заряда аккумулятора.
Настройка электрической схемы фонаря сводится к регулировке тока заряда аккумулятора. Зарядный ток (в амперах) обычно выбирают в десять раз меньше численного значения емкости аккумулятора (в ампер-часах).
Для настройки лучше всего собрать схему стабилизатора тока отдельно. Вместо аккумуляторной нагрузки к точке соединения катода светодиода и резистора R1 подключить амперметр на ток 2…5 А. Подбором резистора R1 установить по амперметру вычисленный ток заряда.
Реле К1 – герконовое РЭС64, паспорт РС4.569.724. Лампа HL2 потребляет ток примерно 1А.
Транзистор КТ829 можно применить с любым буквенным индексом. Эти транзисторы являются составными и имеют высокий коэффициент усиления по току – 750. Это следует учитывать в случае замены.
В авторском варианте микросхема DA1 установлена на стандартном ребристом радиаторе размерами 40х50х30 мм. Резистор R1 состоит из двух последовательно соединенных проволочных резисторов мощностью 12 Вт.
Схемы:
РЕМОНТ СВЕТОДИОДНОГО ФОНАРИКА
Номиналы
деталей (С, D, R)
C = 1 мкФ. R1 = 470 кОм. R2 = 22 кОм.
1Д, 2Д - КД105А (допустимое напряжение 400V предельный ток 300 mA.)
Обеспечивает:
зарядный ток = 65 - 70mA.
напряжение = 3,6V.
LED-Treiber PR4401 SOT23
Здесь можно посмотреть к чему привёли
результаты эксперимента.
Предложенная Вашему вниманию схема,
была использована для питания светодиодного фонарика, подзарядки мобильного
телефона от двух металлгидритных аккумуляторов, при создании
микроконтроллерного устройства, радиомикрофона. В каждом случае работа схемы
была безупречной. Список, где можно использовать MAX1674 можно ещё долго
продолжать.
Самый простой способ получить
более-менее стабильный ток через светодиод - включить его в цепь
нестабилизированного питания через резистор. Надо учитывать, что питающее
напряжение должно быть как минимум в два раза больше рабочего напряжения
светодиода. Ток через светодиод рассчитывается по формуле:
I led = (Uмакс.пит - U раб. диода) : R1
Эта схема чрезвычайно проста и во
многих случаях является оправданной, но применять ее следует там, где нет нужды
экономить электричество, и нет высоких требований к надежности.
Более стабильные схемы, - на основе линейных стабилизаторов:
В качестве стабилизаторов лучше
выбирать регулируемые, или на фиксированное напряжение, но оно должно быть как
можно ближе к напряжению на светодиоде или цепочке последовательно соединенных
светодиодов.
Очень хорошо подходят стабилизаторы типа LM 317.
ный немецкий текст:
iel war es, mit nur einer NiCd-Zelle (AAA, 250mAh) eine der neuen
ultrahellen LEDs mit 5600mCd zu betreiben. Diese LEDs benötigen 3,6V/20mA.
Ich habe Ihre Schaltung zunächst unverändert übernommen, als
Induktivität hatte ich allerdings nur eine mit 1,4mH zur Hand. Die
Schaltung lief auf Anhieb! Allerdings ließ die Leuchtstärke doch noch
zu wünschen übrig. Mehr zufällig stellte ich fest, dass die LED
extrem heller wurde, wenn ich ein Spannungsmessgerät parallel zur LED
schaltete!??? Tatsächlich waren es nur die Messschnüre, bzw. deren
Kapazität, die den Effekt bewirkten. Mit einem Oszilloskop konnte ich dann
feststellen, dass in dem Moment die Frequenz stark anstieg. Hm, also habe ich
den 100nF-Kondensator gegen einen 4,7nF Typ ausgetauscht und schon war die
Helligkeit wie gewünscht. Anschließend habe ich dann nur noch durch
Ausprobieren die beste Spule aus meiner Sammlung gesucht... Das beste Ergebnis
hatte ich mit einem alten Sperrkreis für den 19KHz Pilotton (UKW), aus dem
ich die Kreiskapazität entfernt habe. Und hier ist sie nun, die
Mini-Taschenlampe:
Источники:
http://pro-radio.ru/
http://radiokot.ru/
Все светодиоды, независимо от форм-фактора и электрических параметров, питаются током. Правильно заданный ток – это гарантия длительной и стабильной работы осветительного прибора. Так почему же производители светодиодной продукции часто вместо стабилизатора тока устанавливают стабилизатор напряжения? Как это сказывается на работе светодиодных ламп, лент, фонарей и прожекторов? Попробуем разобраться.
Стабилизаторы напряжения
Исходя из названия, эти устройства предназначены для поддержания напряжения в нагрузке на определённом уровне. При этом величина выходного тока зависит от самой нагрузки. Другими словами, сколько потребуется нагрузки, столько она возьмёт, но не более максимально возможного значения. Допустим, стабилизатор напряжения обладает такими выходными параметрами: 12В и 1 А. То есть на выходе всегда будет поддерживаться 12В, а ток потребления может быть в диапазоне от нуля до одного ампера. Существует два вида стабилизаторов напряжения: линейные и импульсные.
Как правило, регулирующим элементом в схеме стабилизатора является биполярный или полевой транзистор. Если этот транзистор работает в активном режиме, то стабилизатор называют линейным. Если же регулирующий транзистор работает в ключевом режиме, то стабилизатор называют импульсным.
Наиболее распространенными и недорогими являются линейные стабилизаторы напряжения, однако они имеют ряд недостатков:
- низкий КПД;
- при большом токе нагрузки нуждаются в теплоотводе;
- имеют достаточно высокое падение напряжения.
Чтобы не сталкиваться с подобными недостатками, рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения импульсного типа. Они бывают трех типов: повышающие, понижающие и универсальные. Импульсные стабилизаторы имеют высокий КПД, не нуждаются в дополнительном отводе тепла при больших токах нагрузки, но имеют более высокую стоимость.
Стабилизаторы тока
Простейший ограничитель тока – резистор. Его часто называют простейшим стабилизатором, что неверно, так как резистор не способен стабилизировать ток при колебании напряжения на своем входе.
Применение резистора в схеме питании светодиода допустимо только при стабилизированном входном напряжении. В противном случае все скачки напряжения передаются в нагрузку и негативно отражаются на работе светодиода. Эффективность резистивных ограничителей тока очень низкая, так как вся потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.
Немного выше КПД у конструкций на базе готовых интегральных микросхем (ИМ) линейных стабилизаторов. Схемы линейных стабилизаторов на базе ИМ выделяющиеся минимальным набором элементов, отсутствием помех и простой настройкой.
Чтобы избежать перегрева регулирующего элемента, разность входного и выходного напряжения должна быть небольшой, но достаточной (3-5 вольт). Иначе корпус микросхемы вынужден будет рассеивать невостребованную энергию, тем самым снижая КПД.
Драйверы для светодиодов на основе готовых ИМ линейных стабилизаторов выделяются дешевизной и доступностью элементов для сборки своими руками.
Наиболее эффективными принято считать токовые драйверы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Их конструируют на базе специализированных микросхем с цепью обратной связи и элементами защиты, что в несколько раз повышает надёжность всего устройства. Наличие в них импульсного трансформатора ведет к удорожанию схемы, но оправдано высоким КПД и сроком службы. Токовые ШИМ стабилизаторы с питанием от источника 12В несложно сделать своими руками, используя специализированную микросхему. Например, ИМС PT4115 от компании PowTech, которая разработана специально для схем питания светодиодов мощностью от 1 до 10 Вт.
Параметры питания светодиодов
У светодиодов, кроме номинального тока существует ещё один важный параметр – прямое падение напряжения. Роль этого параметра также существенна, именно поэтому его указывают в первом ряду технических параметров полупроводникового прибора.
Чтобы через p-n переход начал протекать ток, к нему нужно приложить какое-то минимальное прямое напряжение Uмин.пр.. Значение минимального прямого напряжения указывается в документации светодиода и отражается на графике вольт - амперных характеристик (ВАХ).
На зеленом участке ВАХ светодиода видно, что только при достижении Uмин.пр. начинает протекать ток Iпр. Дальнейший незначительный рост Uпр приводит к резкому росту Iпр. Именно поэтому даже небольшие перепады напряжения свыше Uмакс..пр. губительны для кристалла светодиода. В момент превышения Uмакс.пр. ток достигает своего пика и происходит разрушение кристалла. Для каждого типа светодиодов существует номинальный ток и соответствующее ему напряжение (паспортные данные), при которых прибор должен отработать заявленный срок службы.
Правильное и неправильное включение
Больше всего ошибок допускают автомобилисты, когда пытаются сэкономить на схеме питания светодиодного освещения. Часто автолюбители включают светодиодные приборы напрямую от аккумулятора, а потом жалуются на разные неполадки: моргание, потерю яркости и полное погасание кристалла. Всё это происходит из-за отсутствия промежуточного преобразователя, который должен компенсировать перепады напряжения в интервале от 10 до 14,5В. Ещё одна ошибка владельцев авто – подключение только через резистор, рассчитанный на среднее показание аккумулятора 12В. Резистор – линейный элемент, а значит, ток через него растет пропорционально напряжению. Подключение через резистор допускается при условии его расчета на 14,5В, но тогда придется смириться с неполной светоотдачей светодиодов при низких и средних значениях напряжения в бортовой сети. Поэтому однозначный верный способ подключения светодиодов в автомобиле – это использование стабилизатора тока, желательно импульсного типа.
В различных осветительных конструкциях на основе светодиодов часто используются именно стабилизаторы напряжения. Почему так происходит? Во-первых, они намного дешевле качественных токовых драйверов. Во-вторых, чтобы из стабилизатора напряжения получился более-менее надёжный драйвер достаточно на выходе установить резистор, грамотно рассчитав его мощность и сопротивление. Такое схемотехническое решение часто применяется в недорогих LED лампах и осветительных конструкциях с применением светодиодных лент.
Большинство светодиодных лент питается стабильным напряжением 12В. Если рассмотреть конструкцию ленты более детально, то можно увидеть, что она разделена на небольшие участки. Как правило, каждый участок состоит из трёх SMD светодиодов и одного токозадающего резистора. Падение напряжения на одном светоизлучающем элементе в среднем составляет 2,5-3,5 В, то есть максимум 10,5В в сумме. Остаток гасится резистором, номинал которого изготовитель подбирает под тип используемых светодиодов. Поэтому подключение светодиода через связку из стабилизатора напряжения и резистора можно считать правильной.
Выходная мощность стабилизатора должна быть больше потребляемой мощности нагрузки примерно на 30%.
Если использовать простой блок питания без стабилизации (трансформатор, диодный мост и конденсатор), то при небольшом увеличении напряжения сети, его пропорционально уменьшенная часть будет равномерно распределяться на всех четырёх элементах каждого участка ленты. В итоге вырастет ток, температура кристалла и, как следствие, начнется необратимый процесс деградации светодиодов.
Самым правильным схемотехническим решением является применение стабилизатора тока импульсного типа. На сегодняшний день – это оптимальный вариант, который используют все ведущие производители светодиодных изделий. Токовый драйвер с ШИМ регулятором практически не греется, эффективен и надёжен.
Так чему же отдать предпочтение: дешевому стабилизатору напряжения с резистором или более дорогому токовому драйверу? Правильный ответ скрыт в выражении: «Любая экономия должна быть оправдана». Если Вам нужно подключить десяток слаботочных светодиодов или не более одного метра ленты, то выбор в пользу первого варианта нельзя назвать ошибочным.
Но если ваша цель – запитать фирменные светодиоды с мощностью каждого кристалла более 1 Вт, то без качественного токового драйвера не обойтись. Потому что стоимость таких излучающих диодов намного выше цены на драйвер.
Читайте так же
Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.
После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.
В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.
Зачем нужны преобразователи
Все дело в том, что прямое падение напряжения на , как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой .
Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать : многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.
Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.
В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной . Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.
Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.
Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.
Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить , например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.
Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.
Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.
Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.
Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521 ().
Преобразователи с дросселем
Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.
При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.
Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.
При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.
Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.
Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.
Схемы с обратной связью по току
А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.
В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.
При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.
Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.
Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.
При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.
Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.
Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.
Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.
Интегральные стабилизаторы тока
В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.
На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.
Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.
Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.
Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.
В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.
При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.
Борис Аладышкин
Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.
Но пульсации - это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.
Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы - драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).
Есть еще очень похожие светодиоды - SMD 5730 (без единички в названии). У них мощность всего 0.5 Вт и максимальный ток 0.18 А. Так что не перепутайте.
Так как при последовательном подключении светодиодов общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом из светодиодов, то минимальное напряжение питания схемы должно быть: Uпит = 2.5 + 12 + (3.3 х 10) = 47.5 Вольт.
Рассчитать сопротивление и мощность резистора под другие значения тока можно с помощью простенькой программки Regulator Design (скачать).
Очевидно, что чем выше выходное напряжение стабилизатора, тем больше тепла будет выделяться на токозадающем резисторе и, следовательно, тем хуже КПД. Поэтому для наших целей лучше подойдет LM7805, чем LM7812.
LM317
Не менее эффективным получается линейный стабилизатор тока для светодиодов на LM317 . Типовая схема включения:
Простейшая схема включения LM317 для светодиодов, позволяющая собрать мощный светильник, состоит из выпрямителя с емкостным фильтром, стабилизатора тока и 93 светодиодов SMD 5630
. Здесь применены MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3.1 V, 400 mW, 5.3x3 mm).
Если такая большая гирлянда из светодиодов не нужна, то к драйверу на LM317 для питания светодиодов придется добавить балластный резистор или конденсатор (чтобы загасить лишнее напряжение). Как это сделать мы очень подробно рассматривали в .
Недостаток такой схемы токового драйвера для светодиодов в том, что при повышении напряжения в сети выше 235 вольт, LM317 окажется за пределами расчетного режима работы, а при снижении до ~208 вольт и ниже, микросхема совсем перестает стабилизировать и глубина пульсаций будет целиком и полностью зависеть от емкости С1.
Поэтому использовать такой светильник нужно там, где напряжение более менее стабильно. И на емкости этого конденсатора не стоит экономить. Диодный мост можно взять готовый (например, миниатюрный MB6S) или собрать из подходящих диодов (U обр не менее 400 В, прямой ток >= 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007 .
Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):
| название | характеристики | стоимость |
|---|---|---|
| SMD 5630 | LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W | 240руб. / 1000шт. |
| LM317 | 1.25-37V, >1.5A | 112руб. / 10шт. |
| MB6S | 600V, 0.5A | 67руб. / 20шт. |
| 120μF, 400V | 18х30mm | 560руб. / 10шт. |
Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (!!!) не мерцающих (!!!) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.
Вместо заключения
К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.
Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением .
Как и многие радиолюбители, я люблю что-то дорабатывать, изменять, улучшать. В данной статье речь пойдёт о доработке фонарика, купленного 1,5 года назад по дешёвке. Плюс - не большой, светит ярко, удобно держать в руке. Но не долго радовался. За полгода эксплуатации выяснилось, что он слишком «прожорлив». Причём батарейки, бывало «садились» в самый неподходящий момент. После очередной операции по замене батареек типоразмера ААА, неожиданно вышли из строя 6 светодиодов (всего их установлено 14). Решил проверить ток потребления, он оказался около 550 мА! Не слишком ли много для такого «малыша»? Общее напряжение 3 свежих батарей было 4,5v. Так как определить не представлялось возможным, решил их так сказать, испытать.
В ходе проверки выяснилось, что при напряжении 3v на , ток был равен 25mA, а при 3,5v выходил из строя светодиод! А питающее, ещё раз замечу было 4,5v! Решено было перепаять светодиоды на имевшиеся у меня на тот момент, светодиоды FYL-5014UWC1C-UWW, (яркость по документации составляла 15000 мкд, при напряжении 2,8-3,2v, и токе-20 mA), и добавить линейный стабилизатор. Из имевшихся у меня микросхем с регулируемым выходным напряжением, были только серии кр142ен12а, кр142ен22, LM317 и LP2951. Выбор пал на последний. Так как эта микросхема для поверхностного монтажа, проблем с изготовлением платы и установкой, не возникло, по сравнению с кр142ен12а, её просто некуда вставить, в ограниченном пространстве фонаря. Задумано - сделано! Так как LP2951 это микромощный стабилизатор, (ток до 100mA), то пришлось поэкспериментировать. В результате получился стабилизатор, схема которого приведена в тексте:
Все детали для поверхностного монтажа. Выходное напряжение выбрано +2,9v, из соображений экономии, надёжности и исключения перегрузки микросхемы, и увеличения срока службы светодиодов. Напряжение можно изменить в любую сторону, рассчитав по формуле: Uвых=Uref(1+R1/R2), при Uref=1,2v, где R1 и R2 –в килоомах.
Ток потребления от блока батарей(3шт ААА по 1,5v, или 3 аккумуляторов ААА по 1,2v), не превышает 60mA. Это уже не 550mA, как в исходном варианте! Так как у меня не нашлось R2=3,3к., то в моей конструкции он состоит из 2 параллельно спаянных резисторов номиналом 10к и 5,6к, что с учётом разброса сопротивлений и дало 3,3к. Печатная плата изготовлена из тонкого одностороннего стеклотекстолита. Подобным решением можно оснастить любой фонарик, всё зависит от типа, применяемых стабилизаторов. Соответственно для более , нужно к этой схеме добавить усилитель тока на транзисторе, или применить более мощный стабилизатор.
Фонарь в разобранном виде: Блок светодиодов с отражателем и платой стабилизатора. Кнопка включения находится в торце рукоятки и одним контактом связана с корпусом. В заключении отмечу, что спустя год с момента переделки, расходы по замене батарей снизились к нулю. После переделки в фонарь были вставлены NI-MH аккумуляторы размера ААА, ёмкостью 1000mA. Индикатором разрядки служат светодиоды. При разрядке элементов питания до 3v, что соответствует 1v на элемент, яркость светодиодов заметно падает. В этом случае следует заменить батарейки или зарядить аккумуляторы, что я и делаю с помощью самодельного разрядно - зарядного устройства с регулируемым напряжением и током, о котором расскажу в одной из следующих статей. Всем удачи, с вами был INVERTOR.
