Светодиодный фонарик

Светодиодный фонарик.
http://ua1zh.narod.ru/led_driver/led_driver.htm
Наступила осень, на улице уже темно, а лампочек в подъезде как не было, так и нет.
Вкрутил... На следующий день - снова нет. Да, таковы реалии нашей жизни... Купил жене
фонарик, но он оказался слишком большой для сумочки. Пришлось сделать самому. Схема
не претендует на оригинальность, но , может, кому и сгодится - судя по инет_форумам,
интерес к подобной технике не снижается. Предвижу возможные вопросы - "А не проще ли
взять готовую микросхему наподобие ADP1110 и не заморачиваться?" Да, разумеется,
намного проще,
вот только стоимость этой микросхемы в Чип&Дипе 120 рублей,минимальный заказ - 10шт
и срок исполнения - месяц. Изготовление же данной конструкции заняло у меня ровно 1 час
12 минут, включая время на макетирование, при величине затрат 8 рублей на светодиод.
Остальное у уважающего себя радиолюбителя всегда найдётся в хламовнике.
Собственно вся схема:
Честное слово ,буду ругаться, если кто-то спросит - а на каком принципе всё это работает?
А ещё больше буду ругаться, если потребуют печатку...
Ниже
пример
практическ
ого
исполнени
я
конструкц
ии. Для
корпуса
взята подходящая коробочка из-под какой-то парфюмерии. При желании можно сделать
фонарик ещё компактнее - всё определяется используемым корпусом. Сейчас вот думаю
засунуть фонарик в корпус от толстого маркера.
Немного о деталях: Транзистор я взял КТ645. Просто вот такой под руку попался. Можно
поэкспериментировать с подбором VT1, если есть время и тем самым слегка поднять КПД,
но вряд ли можно достичь радикальной разницы с применённым транзистором.
Трансформатор намотан на подходящем кольце из феррита с большой проницаемостью
диаметром 10мм и содержит 2х20 витков провода ПЭЛ-0.31. Обмотки мотают сразу двумя
проводами, можно без скрутки - это же не ШПТЛ... Выпрямительный диод - любой Шоттки,
конденсаторы - танталовые smd на напряжение 6 вольт. Светодиод - любой сверхяркий
белый на напряжение 3-4 вольта. При использовании в качестве батареи аккумулятора с
номинальным напряжением 1.2 вольта ток через имеющийся у меня светодиод составлял
18мА, а при использовании сухой батареи с номиналом 1.5 вольта - 22 ма, что обеспечивает
максимальную светоотдачу. В целом устройство потребляло примерно 30-35мА. Учитывая
эпизодическое использование фонарика, батареи вполне может хватить и на год.
В момент подачи напряжения батареи на схему, падение
напряжения на резисторе R1, включенным последовательно со
светодиодом высокой яркости, равно 0 В. Следовательно,
транзистор Q2 выключен, а транзистор Q1 находится в
насыщении. Насыщенное состояние Q1 включает MOSFET
транзистор, тем самым подавая напряжение батареи на
светодиод через индуктивность. Так как ток, протекающий
через резистор R1 возрастает, это включает транзистор Q2 и
выключает транзистор Q1 и, следовательно, MOSFET
транзистор. Во время выключенного состояния MOSFET
транзистора, индуктивность продолжает обеспечивать питание
светодиода через диод Шоттки D2. В качестве HB светодиода
используется 1 Вт Lumiled светодиод белого свечения.
Резистор R1 помогает управлять яркостью свечения
светодиода. Увеличение номинала резистора R1 уменьшает
яркость свечения.
http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=55155
Делаем современный
фонарик
http://www.qrz.ru/schemes/contribute/constr/light Андрей Шарый, с.Кувечичи,
2.shtml
Черниговская область, Украина.
E-mail andrij_s (at) mail.ru
Прогресс подарил нам новый источник света светодиоды белого цвета свечения. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с
традиционными лампами накаливания и газоразрядными трубками: большой ресурс
порядка 100000 часов, высокая экономичность, высокая прочность и невосприимчивость к
вибрациям и ударам. Но все эти преимущества могут быть реализованы только при
правильной организации электропитания. Светодиод в отличии от лампы накаливания
имеет очень нелинейную вольт-амперную характеристику. При незначительном
возрастании напряжения питания свыше 3,6-3,7 В ток потребления резко возрастает и
может легко достигнуть опасных пределов. Идеальным режимом эксплуатации
светодиода есть питание его постоянным стабилизированным током. Но часто, особенно в
дешевых фонарях, светодиоды подключают к батарее или аккумулятору непосредственно,
даже без токоограничивающего резистора, что приводит к завышенному току (а значит
резкой деградации светодиода) пока батарея свежая и резкому снижению светоотдачи при
даже незначительном разряде. Иногда можно встретить вариант с включенным
последовательно со светодиом токоограничивающим резистором, но и этот вариант не
обеспечивает надлежащую стабилизацию рабочего режима, хотя и предотвращает
преждевременный выход из строя светодиода. Кроме того, на резисторе рассеивается
значительное количество тепла, что резко снижает КПД фонаря. В фирменных (дорогих)
фонариках можно встретить схемы стабилизации тока на специализированных
микросхемах, что недоступно для повторения простому смертному радиолюбителю.
Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора тока
Используя же давно известную в радиолюбительских кругах схему (рис. 1) импульсного
стабилизатора тока с применением современных доступных радиодеталей можно собрать
очень неплохой светодиодный фонарь.
Автором для доработки и переделки был приобретен беспородный фонарь с
аккумулятором 6 В 4 Ач, с «прожектором» на лампе 4,8 В 0,75 А и источником
рассеянного света на ЛДС 4 Вт. «Родная» накальная лампочка почти сразу почернела
ввиду работы на завышенном напряжении и вышла из строя после нескольких часов
работы. Полной зарядки аккумулятора при этом хватало на 4-4,5 часа работы. Включение
ЛДС вообще нагружало аккумулятор током около 2,5 А, что приводило к его разряду
через 1-1,5 часа.
Для усовершенствования фонаря на радиорынке были приобретены белые светодиоды
неизвестной марки: один с лучом расходимостью 30o и рабочим током 100 мА для
«прожектора» а также десяток матовых с рабочим током 20 мА для замены ЛДС. По схеме
(рис.1) был собран генератор стабильного тока, имеющий КПД порядка 90%.
Схемотехника стабилизатора позволила использовать для переключения светодиодов
штатный переключатель. Указанный на схеме светодиод LED2 представляет собой
батарею из 10 параллельно соединенных одинаковых белых светодиодов, расчитаных на
силу тока 20 мА каждый. Параллельное соединение светодиодов кажется не совсем
целесообразным в виду нелинейности и крутизны их ВАХ, но как показал опыт, разброс
параметров светодиодов настолько мал, что даже при таком включении их рабочие токи
практически одинаковы. Важно только полная идентичность светодиодов, по
возможности их надо купить «из одной заводской упаковки».
После доработки «прожектор» конечно стал немного послабее, но вполне достаточен,
режим рассеянного света визуально не изменился. Но теперь благодаря высокому КПД
стабилизатора тока при использовании направленного режима от аккумулятора
потребляется ток 70 мА, а в режиме рассеянного света -- 140 мА, то есть фонарь может
работать без подзарядки примерно 50 или 25 часов соответственно. Яркость от степени
разряженности аккумулятора не зависит благодаря стабилизации тока.
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
0,4 В, 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: особых требований к деталям не предъявляется, можно использовать любые
малогабаритные резисторы и конденсаторы. Вместо транзистора IRF510 можно
применить IRF530, или любой n-канальный полевой ключевой транзистор на ток более
3 А и напряжение более 30 В. Диод D1 должен быть обязательно с барьером Шоттки на
ток более 1 А, если поставить обычный даже высокочастотный типа КД212, КПД снизится
до 75-80%. Катушка индуктивности может быть 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 1 А 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.
Собирается устройство навесным монтажом в свободных полостях корпуса фонарика и
заливается термоклеем для герметизации.
Неплохо также добавить в фонарь новое устройство: индикатор степени заряженности
аккумулятора (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема индикатора степени зарядки аккумулятора.
Устройство представляет собой по сути вольтметр с дискретной светодиодной шкалой.
Этот вольтметр имеет два режима работы: в первом он оценивает напряжение на
разряжаемом аккумуляторе, а во втором -- напряжение на заряжаемом аккумуляторе.
Потому, чтобы правильно оценить степень заряженности для этих режимов работы
выбраны разные диапазоны напряжений. В режиме разряда аккумулятор можно считать
полностью заряженным, когда на нем напряжение равно 6,3 В, когда он полностью
разрядится, напряжение снизится до 5,9 В. В процессе же зарядки напряжения другие,
полностью заряженным считается аккумулятор, напряжение на клеммах которого 7,4 В. В
связи с этим и выработан алгоритм работы индикатора: если зарядное устройство не
подключено, то есть на клемме «+ Зар.» нет напряжения, «оранжевые» кристаллы
двухцветных светодиодов обесточены и транзистор Т1 заперт. DA1 формирует опорное
напряжение, определяемое резистором R8. Опорное напряжение подается на линейку
компараторов ОР1.1 - ОР1.4, на которых и реализован собственно вольтметр. Чтобы
увидеть, сколько заряда осталось в аккумуляторе, надо нажать на кнопку S1. При этом
будет подано напряжение питания на всю схему и в зависимости от напряжения на
аккумуляторе загорится определенное количество зеленых светодиодов. При полном
заряде будет гореть весь столбик из 5 зеленых светодиодов, при полном разряде -- только
один, самый нижний светодиод. При необходимости напряжение корректируют, подбирая
сопротивление резистора R8. Если включается зарядное устройство, через клемму «+
Зар.» и диод D1 напряжение поступает на схему, включая «оранжевые» части
светодиодов. Кроме того, открывается Т1 и подключает параллельно резистору R8
резистор R9, в результате чего опорное напряжение, формируемое DA1 увеличивается,
что приводит к изменению порогов срабатывания компараторов -- вольтметр
перестраивается на более высокое напряжение. В этом режиме все время, пока
аккумулятор заряжается, индикатор отображает процесс его зарядки также столбиком
светящихся светодиодов, только на этот раз столбик оранжевый.
Самодельный фонарик
на
светодиодах
Владимир Ращенко
E-mail: rashenko (at) inp.nsk.su
Home page: http://vlads-gallery.narod.ru/
Статья посвящается туристам-радиолюбителям, и всем, кто так или иначе сталкивался с
проблемой экономичного источника освещения (например палатки в ночное время). Хотя
в последнее время фонарями на светодиодах никого не удивишь, я все же поделюсь своим
опытом в создании подобного прибора, а также постараюсь ответить на вопросы тех, кто
захочет повторить конструкцию.
Примечание: статья рассчитана на "продвинутых" радиолюбителей, хорошо знающих
закон Ома и державших в руках паяльник.
За основу был взят покупной фонарик "VARTA" с питанием от двух батареек типа АА:
Больше всего в нем мне понравился вращающийся на 360° отражатель, который позволяет
освещать любой угол палатки, если фонарик подвесить под куполом. Оставалось
доработать фонарик, т.е. оснастить его небольшой схемкой для работы на светодиоды.
Поскольку диоды имеют сильно нелинейную ВАХ, задача заключалась в разработке
стабилизатора напряжения, который бы обеспечивал постоянную яркость свечения по
мере разряда батареи и сохранял работоспособность при возможно более низком
напряжении питания. К сожалению, в наших розничных магазинах мне удалось найти
только одну микросхему, удовлетворяющую всем моим запросам - это Maxim-овский
микромощный повышающий DC/DC конвертор MAX756. По заявленным
характеристикам он должен был работать при снижении входного напряжения до 0.7В .
Схема включения - типовая:
А вот как выглядит схема в собранном виде:
Весь монтаж выполнен навесным способом. В качестве "опорных" точек служат ножки
DIP-микросхемы.
Несколько пояснений к схеме: 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 L53PWC "Kingbright". Как видно на рисунке, вся схема легко уместилась в пустом
пространстве светоизлучающего узла.
Выходное напряжение стабилизатора в данной схеме включения равно 3.3В. Поскольку
падение напряжения на диодах в номинальном диапазоне токов (15-30мА) составляет
около 3.1В, то лишние 200мВ пришлось высеять на резисторе, включенном
последовательно с выходом. Кроме того, 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. Пожалуй, это самая интересная деталь. Как видно
на фотографиях, светодиоды в схеме не запаяны намертво, а являются съемной частью
конструкции. Это я решил сделать для того, чтобы не курочить фонарик, и при случае в
него можно было бы вставить обычную лампочку. В результате долгих раздумий на
предмет убиения двух зайцев родилась вот такая конструкция:
Думаю, что особых пояснений здесь не требуется. Потрошится родная лампочка от этого
же фонарика, во фланце с 4-х сторон делаются 4 пропила (один там уже был). 4
светодиода располагаются симметрично по кругу с некоторым растопыром для большего
угла охвата (пришлось немного подпилить их у основания). Плюсовые выводы (так
получилось по схеме) припаиваются на цоколь возле пропилов, а минусовые вставляются
изнутри в центральное отверстие цоколя, обрезаются и тоже пропаиваются. В результате
получается такой вот "ламподиод", встающий на место обычной лампочки накаливания.
И в заключение, о результатах испытаний. Для тестирования были взяты полудохлые
батарейки, чтобы быстрее довести их до финиша и понять, на что способен
новоиспеченный фонарь. Измерялось напряжение батарей, напряжение на нагрузке и ток
через нагрузку. Прогон начинался с напряжения батареи 2.5В, при котором светодиоды
напрямую уже не горят. Стабилизация выходного напряжения (3.3В) продолжалась
вплоть до снижения напряжения питания до ~1.2В. 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 0.5В!
Выходное напряжение при этом упало до 2.7В, а ток со 100мА до 8мА. Диоды все еще
горели, но их яркости хватало только на освещение замочной скважины в темном
подъезде. После этого батарейки практически перестали разряжаться, т.к. схема перестала
потреблять ток. Погоняв схему в таком режиме еще минут 10, мне стало скучно, и я ее
выключил, т.к. дальнейший прогон интереса не представлял.
Яркость свечения сравнивалась с обычной лампочкой накаливания при такой же
потребляемой мощности. В фонарик вставлялась лампочка 1В 0.068А, которая при
напряжении 3.1В потребляла приблизительно такой же ток, что и светодиоды (около
100мА). Результат в пользу светодиодов однозначно.
Часть II. Немного о КПД или "Нет предела
совершенству".
Прошло больше месяца с тех пор как я собрал свою первую схему для питания
светодиодного фонарика и написал об этом в вышеизложенной статье. К моему
удивлению, тема оказалась очень популярной, судя по количеству отзывов и посещений
сайта. С тех пор у меня появилось некоторое понимание предмета :) , и я счел своим
долгом подойти к теме более серьезно и провести более тщательные исследования. На эту
мысль меня навело также и общение с людьми, решавшими подобные задачи. О
некоторых новых результатах я и хочу рассказать.
Во-первых, мне следовало бы сразу измерить КПД схемы, который оказался
подозрительно низким (около 63% при свежих батарейках). Во вторых, я понял главную
причину такого низкого КПД. Дело в том, что те миниатюрные дроссели, что я
использовал в схеме, имеют чрезвычайно высокое омическое сопротивление - около
1.5ом. Ни о какой экономии электроэнергии с такими потерями не могло быть и речи. Втретьих я обнаружил, что величина индуктивности и выходной емкости тоже сказываются
на КПД, хотя и не так заметно.
Использовать стержневой дроссель типа ДМ как-то не хотелось из-за его большого
размера, поэтому я решил изготовить дроссель самостоятельно. Идея проста - нужен
маловитковый дроссель, намотанный относительно толстым проводом, и в то же время
достаточно компактный. Идеальным решением оказалось кольцо из µ-пермаллоя с
проницаемостью порядка 50. В продаже есть готовые дроссели на таких колечках, широко
используемые во всевозможных импульсных БП. В моем распоряжении оказался такой
дроссель на 10мкГ, имеющий 15 витков на кольце К10х4х5. Перемотать его не было
никаких проблем. Индуктивность пришлось подобрать по измерению КПД. В диапазоне
40-90мкГ изменения были очень незначительные, меньше 40 - более заметные, а на 10мкГ
стало совсем плохо. Поднимать выше 90мкГ я не стал, т.к. возрастало омическое
сопротивление, а более толстый провод "раздувал" габариты. В итоге, более из
эстетических соображений, я остановился на 40 витках провода ПЭВ-0.25, т.к. они ровно
улеглись в один слой и получилось около 80мкГ. Активное сопротивление получилось
около 0.2 ом, а ток насыщения по расчетам - более 3А, что хватает за глаза.. Выходной (а
заодно и входной) электролит я заменил на 100мкФ, хотя без ущерба для КПД можно
уменьшить и до 47мкФ. В результате конструкция претерпела некоторые изменения, что,
впрочем, не помешало ей сохранить свою компактность:
Схему я приводить не буду, т.к. она не изменилась, изменились лишь соответствующие
номиналы. После доработки схемы, для полноты картины, я не поленился проделать
лабораторную работу и снял основные характеристики схемы:
1. Зависимость выходного
напряжения, измеренного на емкости
С3, от входного. Эту характеристику я
снимал и раньше и могу сказать, что
замена дросселя на более добротный
дала более горизонтальную полочку
и резкий излом.
2. Интересно было также проследить
изменение потребляемого тока по
мере разряда батареек. Хорошо
видна типичная для ключевых
стабилизаторов "отрицательность"
входного сопротивления. Пик
потребления пришелся на точку,
близкую к опорному напряжению
микросхемы. Дальнейший спад
напряжения привел к снижению
опоры, а значит и выходного
напряжения. Резкий спад тока
потребления в левой части графика
вызван нелинейностью ВАХ диодов.
3. Ну и наконец, обещаный КПД.
Здесь он измерялся уже по
конечному эффекту, т.е. по
рассеиваемой мощности на
светодиодах. (Процентов 5 теряется
на балластном сопротивлении).
Производители чипа не наврали - при
правильной схеме положенные 87%
он дает. Правда это только при
свежих батарейках. По мере роста
потребляемого тока КПД,
естественно, снижается. В
экстремальной точке он вообще
падает до уровня паровоза. Рост КПД
при дальнейшем снижении
напряжения практической ценности
не представляет, т.к. фонарик уже
находится "на издыхании" и светит
очень слабо.
Глядя на все эти характеристики можно сказать, что фонарь уверенно светит при спаде
питающего напряжения до 1В без заметного снижения яркости, т.е. схема фактически
отрабатывает трехкратную просадку напряжения. Обычная лампочка накаливания при
таком разряде батарей уже вряд ли будет пригодна для освещения.
Если что-то кому-то осталось неясным - пишите. Отвечу письмом, и\или дополню данную
статью.
Владимир Ращенко, E-mail: rashenko (at) inp.nsk.su
май, 2003г..
Велофара - что дальше?
Итак, первая фара построена, испытана и
Алексей Сигаев
E-mail: alekssi (at) yandex.ru
"обкатана". Каковы дальнейшие
Home page: http://alekssi.narod.ru/
перспективные направления светодиодного
фаростроения? Первым этапом, наверное, будет дальнейшее наращивание мощности.
Планирую постройку 10-диодной фары с переключаемым режимом работы 5\10. Ну а
дальнейшее улучшение качества требует применения сложных микроэлектронных
компонентов. Например, мне кажется, неплохо бы избавиться от гасящих\выравнивающих
резисторов - ведь на них теряется 30-40% энергии. И стабилизацию тока через светодиоды
независимо от разряженности источника хотелось бы иметь. Наилучшим вариантом было
бы последовательное включение всей цепочки светодиодов со стабилизацией тока. А
чтобы не увеличивать количество последовательных батарей, нужно чтобы эта схема еще
и напряжение увеличивала с 3 или 4,5 В до 20-25 В. Такие вот, так сказать, ТУ на
разработку "идеальной фары".
Оказалось, специально для решения таких задач выпускаются специализированные ИС.
Область их применения - управление светодиодами подсветки ЖК-мониторов для
мобильных устройств - ноутбуки. сотовые телефоны и т.д. Вывел меня на эту
информацию Дима gdt (at) hotmail.ru - СПАСИБО!
В частности, линейку ИС различного назначения для управления светодиодами выпускает
фирма Maxim (Maxim Integrated Products, Inc), на сайте которой (http://www.maximic.com) была найдена статья "Solutions for Driving White LEDs" (Apr 23, 2002). Некоторые
из этих "решений" отлично подойдут для велофары:
Рис.1 Общая блок - схема управления светодиодами
Готовые варианты схем:
Вариант 1. Микросхема MAX1848, управление цепочкой из 3х светодиодов.
Вариант 2. Повышенная мощность. Микросхема MAX1848, включение 3х параллельных
цепочек.
Вариант 3: Возможна другая схема включения обратной связи - с делителя напряжения.
Вариант 4. Микросхема MAX684 (судя по описаниям, MAX684 очень похожа по
параметрам и характеристикам на MAX1848, требует меньше деталей внешней навески,
не требует внешней индуктивности, но ее КПД преобразования на 20-25% хуже).
Нагрузочная способность микросхем этого семейства:
MAX682 - 250 мА
MAX683 - 100мА
MAX684 - 50мА
Вариант 5. Максимальная мощность, несколько цепочек светодиодов, микросхема
MAX1698
Вариант 6. Вместо гасящих\выравнивающих сопротивлений - трехканальное "токовое
зеркало", микросхема MAX1916.
Вариант 7. Повышающий напряжение безиндуктивный интегральный DC\DCпреобразователь, микросхема MAX684, токовое зеркало в нагрузке.
Вариант 8. Микросхема MAX1759.
Вариант 9. Та же микросхема MAX1759 , нагрузка до 100 мА.
Благодаря письму от Mike (Mike@nmd), любезно приславшему ссылочку
http://www.cooler.it/cl250402.html, удалось выйти на целое семейство микросхем DC\DC
повышающих конвертеров, хоть и не предназначенных специально для питания LED`ов,
но вроде бы, вполне пригодных для постройки фар и других фонариков.
Вариант 10. Микросхема MAX619 - пожалуй. самая простая схема включения.
Работоспособность при падении входного напряжения до 2 В. Нагрузка 50 мА при Uвх.>3
В.
Вариант 11. Микросхема MAX878, входное напряжение может изменяться от 1,5 до 6,2
В. Выход 3,3 В, до 250 мА.
Вариант 12. Микросхема ADP1110 - по слухам, более распространена, чем MAXы,
работает начиная с Uвх=1,15 В (!!! всего одна батарейка !!!) Uвых. до 12 В
Вариант 13. Примерно то же самое, минимальное входное 2 В, нагрузка 300 мА
Вариант 14. Микросхема LTC1044 - очень простая схема подключения, Uвх=от1,5 до 9 В;
Uвых= до 9 В; нагрузка до 200мА (но впрочем, типовое 60 мА)
Как видите, выглядит все это весьма заманчиво:-) Осталось только где-то найти эти
микросхемы незадорого....
23 января 2003 г.
Ура! Найдена ADP1111 (110 руб. с НДС) Строим новую мощную фару!
10 светодиодов, с переключением 6\10, пять цепочек по два.
13 февраля 2003 г.
Для энтузиастов ссылки на оригинальные MAXIMовские статьи:
Для энтузиастов ссылки на оригинальные MAXIMовские статьи:
MAX1848 White LED Step-Up Converter in SOT23 ••••
MAX1848 White LED Step-Up Converter in SOT23 ••••
MAX1916 Low-Dropout, Constant-Current Triple White LED Bias Supply ••••
Display Drivers and Display Power Application Notes and Tutorials ••••
Charge Pump Versus Inductor Boost Converter for White LED Backlights
Buck/Boost Charge-Pump Regulator Powers White LEDs from a Wide 1.6V to 5.5V Input
Analog ICs for 3V Systems ••
---------------------------------------------------На сайте Rainbow Tech: Maxim: Приборы DC-DC преобразования (сводная таблица)
На сайте Premier Electric: Импульсные регуляторы и контроллеры для ИП без гальв. развязки (сводная
таблица)
На сайте Averon - микросхемы для источников питания (Analog Devices) - сводная таблица
Питание светодиодов с
помощью ZXSC300
Целесообразность использования светодиодов в фонарях,
Давиденко Юрий. г. Луганск
велофарах, в устройствах местного и дежурного освещениям на Адрес Email сегодняшний день не вызывает сомнений. Светоотдача и
david_ukr (at) list.ru (замените (at) на @)
мощность светодиодов растет, а цены на них падают.
Источников света, в которых вместо привычной лампы накаливания используются светодиоды белого
свечения становиться всё больше и купить их не составляет труда. Магазины и рынки заполнены
светодиодной продукцией китайского производства. Но качество этой продукции оставляет желать лучшего
По этому возникает необходимость в модернизации доступных (в первую очередь по цене) светодиодных
источников света. Да и заменить лампы накаливания на светодиоды в добротных фонарях советского
производства тоже имеет смысл. Надеюсь, что приведенная далее информация будет не лишней.


Скачать статью в формате PDF - 1,95Мб
Скачать статью в формате DjVU (Что это такое) - 400 Кб
Как известно, светодиод имеет нелинейную вольтамперную характеристику с характерной "пяткой" на
начальном участке.
Рис. 1 Вольт-амперная характерисика светодиода белого свечения.
Как мы видим, светодиод начинает светиться, если на него подано напряжение больше 2,7 В. При питании
его от гальванической или аккумуляторной батареи, напряжение которой процессе эксплуатации постепенно
уменьшается, яркость излучения будет изменяться широких пределах. Чтобы избежать, этого необходимо
питать светодиод стабилизированным током. А ток должен быть номинальным для данного типа
светодиода. Обычно для стандартных 5-мм светодиодов он составляет среднем 20 мА.
По этой причине приходится применять электронные стабилизаторы тока, которые ограничивают
стабилизируют ток, протекающий через светодиод. Часто бывает необходимо запитать светодиод от одного
или двух элементов питания напряжением 1,2 – 2,5 В. Для этого используют повышающие преобразователи
напряжения. Поскольку любой светодиод является, по сути, токовым прибором, точки зрения
энергоэффективности выгодно обеспечивать прямое управление током, протекающим через него. Это
позволяет исключить потери, возникающие на балластном (токоограничительном) резисторе.
Одним из оптимальных вариантов питания различных светодиодов от автономных источников тока
небольшого напряжения 1-5 вольт является использование специализированной микросхемы ZXSC300
фирмы ZETEX. ZXSC300 это импульсный (индуктивный) повышающий преобразователь DC-DC c частотно
импульсной модуляцией.
Особенности:








Контроллер PFM (Pulse Frequency Modulation)
КПД - 94%
Входное рабочего напряжения - 0,8 -9 В
Стабилизированный выходной ток
Рассеиваемая мощность - 450 мВт
Диапазон рабочих температур --40:85 0С
Рабочая частота (оптимальная) - 200 кГц
Корпус SOT23-5
Рассмотрим принцип работы ZXSC300.
На рисунке Рис.2 показана одна из типовых схем питания белого светодиода импульсным током с помощью
ZXSC300. Импульсный режим питания светодиода позволяет максимально эффективно использовать
энергию, имеющуюся в батарейке или аккумуляторе.
Кроме самой микросхемы ZXSC300 преобразователь содержит: элемент питания 1,5 В, накопительный
дроссель L1, силовой ключ – транзистор VT1, датчик тока – R1.
Работает преобразователь традиционным для него образом. В течение некоторого времени за счет импульса,
поступающего с генератора G (через драйвер), транзистор VT1 открыт и ток через дроссель L1 нарастает по
линейному закону. Процесс длиться до момента, когда на датчике тока -низкоомном резисторе R1 падение
напряжение достигнет величины 19 мВ. Этого напряжения достаточно для переключения компаратора (на
второй вход которого подано небольшое образцовое напряжение с делителя). Выходное напряжение с
компаратора поступает на генератор, в результате чего силовой ключ VT1 закрывается и энергия,
накопленная в дросселе L1, поступает в светодиод VD1. Далее процесс повторяется. Таким образом, из
первичного источника питания в светодиод поступает фиксированные порции энергии, которые он
преобразует в световую.
Управление энергией происходит с помощью частотно-импульсной модуляции ЧИМ (PFM Pulse Frequency
Modulation). Принцип ЧИМ заключается в том, что изменяется частота, а постоянным остаётся длительность
импульса или паузы, соответственно, открытого (On-Time) и закрытого (Off-Time) состояния ключа. В
нашем случаи неизменным остаётся время Off-Time, т.е. длительность импульса, при котором внешний
транзистор VT1 находится в закрытом состоянии. Для контроллера ZXSC300 Toff составляет 1,7 мкс.
Это время достаточно для передачи накопленной энергии из дросселя в светодиод. Длительность импульса
Ton, в течение которого открыт VT1, определяется величиной токоизмерительного резистора R1, входным
напряжением, и разницей между входным и выходным напряжением, а энергия, которая накапливается в
дросселе L1, будет зависеть от его величины. Оптимальным считается, когда полный период Т равен 5мкс
(Toff +Ton). Соответственна рабочая частота F=1/5мкс =200 кГц.
При указанных на схеме Рис.2 номиналах элементов осциллограмма импульсов напряжения на светодиоде
имеет вид
Рис.3 вид импульсов напряжения на светодиоде. (сетка 1В/дел, 1мкс/дел)
Немного подробнее об используемый деталях.
Транзистор VT1 -FMMT617, n-р-n транзистор с гарантированным напряжением насыщения коллекторэмиттер не более 100 мВ при токе коллектора 1 А. Способен выдерживать импульсный ток коллектора до 12
А (постоянный 3 А), напряжение коллектор-эмиттер 18 В, коэффициент передачи тока 150...240.
Динамические характеристики транзистора: время включения/ выключения 120/160 нс, f =120 МГц,
выходная емкость 30 пф.
FMMT617 является лучшим коммутационным устройством, которое можно использовать совместно с
ZXSC300. Он позволяет получить высокий КПД преобразования при входном напряжении меньше одного
вольта.
Накопительный дроссель L1.
В качестве накопительного дросселя можно использовать как промышленные SMD Power Inductor, так и
самодельные. Дроссель L1 должен выдерживать максимальный ток силового ключа VT1 без насыщения
магнитопровода. Активное сопротивление обмотки дросселя не должно превышать 0,1 Ом иначе КПД
преобразователя заметно снизиться. В качестве сердечника для самостоятельной намотки хорошо подходят
кольцевые магнитопроводы (К10x4x5) от дросселей фильтров питания использующиеся в старых
компьютерных материнских платах. На сегодняшний день б/у компьютерное «железо» можно приобрести
по бросовым ценам на любом радиорынке. А «железо» - это неисчерпаемый источник разнообразный
деталей для радиолюбителей. При самостоятельной намотки для контроля понадобится измеритель
индуктивности.
Токоизмерительный резистор R1. Низкоомный резистор R1 47мОм получен параллельным соединением
двух SMD резисторов типоразмера1206 по 0,1 Ом.
Светодиод VD1.
Светодиод VD1 белого свечения с номинальным рабочим током 150 мА. В авторской конструкции
используется два четырехкристальных светодиода соединенные параллельно. Номинальный ток одного из
них составляет 100 мА, другого 60 мА. Рабочий ток светодиода определен путем пропускания через него,
стабилизированного постоянного тока и контроля температуры катодного (минусового) вывода, который
является радиатором и отводит тепло от кристалла.
При номинальном рабочем токе температура теплоотводящего вывода не должна превышать 40 - 45
градусов. Вместо одного светодиода VD1 также можно использовать восемь параллельно соединенных
стандартный 5 мм светодиодов с током 20 мА.
Внешний вид устройства
Рис. 4a.
Рис. 4b.
Печатная плата показана на Рис. 5
Рис. 5 (размер 14 на 17 мм).
При разработке плат для подобных устройств необходимо стремиться к минимальным значениям емкости и
индуктивности проводника соединяющий К VT1 с накопительным дросселем и светодиодом, а также к
минимальным индуктивности и активному сопротивлению входных и выходных цепей и общего провода.
Сопротивление контактов и проводов через которые поступает напряжение питания должно быть тоже
минимально.
На следующих схемах Рис. 6 и Рис. 7 показан способ питания мощных светодиодов типа Luxeon с
номинальным рабочим током 350 мА
Рис. 6 Способ питания мощных светодиодов типа Luxeon
Рис. 7 Способ питания мощных светодиодов типа Luxeon - ZXSC300 запитана от выходного напряжения.
В отличие от рассмотренной ранее схемы здесь питание светодиода происходит не импульсным, а
постоянным током. Это позволяет легко контролировать рабочий ток светодиода и КПД всего устройства.
Особенность преобразователя на Рис. 7 заключается в том, что ZXSC300 запитана от выходного
напряжения. Это позволяет ZXSC300 работать (после запуска) при снижении входного напряжения вплоть
до 0,5 В. Диод VD1 - Шотки рассчитанный на ток 2А. Конденсаторы С1 и С3 - керамические SMD, С2 и С3 танталовые SMD.
Печатные платы показаны на Рис. 8 Рис. 9 (размер 25 на 25 мм).
Рис. 8
Рис. 9
На Рис. 10 показана схема питания 5-6 светодиодов включённых последовательно с рабочим током 20мА.
Рис. 10 Схема питания 5-6 светодиодов включённых последовательно с рабочим током 20мА.
В таблице 1 приведены рекомендации по выбору элементов схемы.
Входное напряжение
питание, В.
Рабочий ток
светодиодов, мА
Количество
светодиодов
последовательно
соединенных.
Сопротивление
токоизмерительного
резистора, мОм.
Индуктивность
накопительного
дросселя, мкГн.
1,5
20
1
270
68
1,5
30
1
180
68
1,5
50
1
100
68
1,5
20
2
150
100
1,5
30
2
100
100
1,5
50
2
39
100
3,5
20
3
220
68
3,5
20
4
150
68
3,5
20
6
77
68
3,5
30
6
47
68
5
20
4
270
68
5
30
6
100
68
На сегодняшний день стали доступны в использовании мощные 3 – 5 Вт светодиоды различных
производителей (как именитых так и не очень).
И в этом случаи применение ZXSC300 позволяет легко решить задачу эффективного питание светодиодов с
рабочим током 1 А и более.
В качестве силового ключа в данной схеме удобно использовать подходящий по мощности n-канальный
(работающий от 3 В) Power MOSFET, можно также использовать сборку серии FETKY MOSFET (с диодом
Шотки в одном корпусе SO-8).
С помощью ZXSC300 и нескольких светодиодов можно легко вдохнуть вторую жизнь в старый фонарь.
Модернизации был подвергнут аккумуляторный фонарь ФАР-3.
Рис.11 внешний вид модернизированного фонаря ФАР-3.
Светодиоды использовались 4-х кристальные с номинальным током 100 мА - 6 шт. Соединены
последовательно по 3. Для управления световым потоком применены два преобразователя на ZXSC300,
имеющих независимое вкл/выкл. Каждый преобразователь работает на свою тройку светодиод.
Рис.12 внешний вид преобразователей и платы со светодиодами.
Платы преобразователей выполнены на двухстороннем стеклотекстолите, вторая сторона соединена с
минусом питания.
Рис.13 - принципиальные схемы преобразователей для питания трех светодиодов с номинальным током 100
мА.
Рис.14 - принципиальные схемы преобразователей для питания трех светодиодов с номинальным током 100
мА.
В фонаре ФАР-3 в качестве элементов питания используются три герметичных аккумулятора НКГК-11Д
(KCSL 11). Номинальное напряжение этой батареи 3,6 В. Конечное напряжение разряженной батареи
составляет 3 В (1 В на элемент). Дальнейший разряд нежелателен т. к. это приводит к сокращению срока
службы батареи. А дальнейший разряд возможен - преобразователи на ZXSC300 работают, как мы помним,
вплоть до 0,9 В.
Поэтому для контроля напряжения на батарее было спроектировано устройство, схема которого показана на
Рис. 15.
Рис.15 - принципиальная схема устройства контроля напряжения на батареи 3 НКГК-11Д.
В данном устройстве используется недорогая доступная элементная база. DA1 - LM393 всем известный
сдвоенный компаратор. Опорное напряжения 2,5 В получаем с помощью TL431 (аналог КР142ЕН19).
Напряжение срабатывания компаратора DA1.1 около 3 В задаётся делителем R2 -R3 (для точного
срабатывания возможно потребуется подбор этих элементов). Когда напряжение на батареи GB1 снижается
до 3 В загорается красный светодиод HL1, если напряжение больше 3 В то HL1 гаснет и загорается зеленый
светодиод HL2. Резистор R4 определяет гистерезис компаратора.
Печатная плата устройства контроля показана на Рис. 16 (размер 34 на 20 мм).
Если у вас возникли трудности с приобретением микросхемы ZXSC300, транзистора FMMT617 или
низкоомных SMD резисторов 0,1 Ом, можно обращаться к автору на e-mail david_ukr (аt) list.ru
Вы можете приобрести следующие компоненты (доставка почтой)
№
Элементы
Количество Цена, $ Цена, грн
1 Микросхема ZXSC 300 + транзистор FMMT 617 1 пара
Резистор 0,1 Ом SMD типоразмер 0805
2
3 Печатная плата Рис. 8


1.5 $
7 грн.
15 шт
1$
5 грн.
3 шт.
1$
5 грн.
Скачать статью в формате PDF - 1,95Мб
Скачать статью в формате DjVU (Что это такое) - 400 Кб
Делаем фонарик на светодиодах своими руками
http://electro-tehnyk.narod.ru/docs/led_lait.htm
Светодиодный фонарик с 3-х вольтовым конвертором для светодиода 0.3-1.5V 0.3-1.5V 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.
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.
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.
Светодиодный фонарь
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 LXHLNW98.
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 К5035, 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 Dтриггера на входе микросхемы подключен фильтр резистор и конденсатор их функцияустранение 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 DCDC.
Выходное напряжение составляет приблизительно 7 вт (зависит от напряжения
установленного диода LEDs).
Улучшенная схема светодиодного фонаря.
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
http://edusite10.tripod.com/led3/brink/brink.html
Эту же схему, с доработками, можно использовать для питания
китайского мультиметра, вместо Кроны, далее, описание работы
типовой схемы (см. выше), про питание мультиметра, подробно, здесь:
http://we.easyelectronics.ru/upgrade-repair/pitanie-multimetra-ot-batareykiaa.html#cut
1.
2.
Ток через R1 открывает транзистор VT1.
Ток через открывшийся VT1, ограниченный R2, открывает VT2 (кстати, некоторые
3.
китайцы экономят на R2 при питании 1.5В)
Ток через открывшийся VT2 течет через катушку L1 (левую половину, в оригинале
только она и есть), которая при этом запасает энергию в магнитном поле. Через C1
сигнал положительной обратной связи дополнительно открывает транзисторы,
4.
вводя VT2 в насыщение. Ток через катушку линейно нарастает.
Когда ток через катушку достигает тока насыщения транзистора (зависит от тока
базы, т.е. значения R2 и h21э транзистора), напряжение на нем начинает расти.
Через конденсатор C1 этот сигнал подается на VT1, закрывая его (т.е. как только
транзистор начал закрываться из-за выхода из насыщения, ПОС это подхватывает)
и увеличивая падение тока. Транзисторы лавинообразно закрываются.
5.
Поскольку транзистор VT2 закрылся, ток через него прекращается. Но ток через
катушку мгновенно прекратиться не может — она должна сбросить запасенную
энергию. Единственный путь — через VD2. Чтобы протолкнуть ток туда
(напряжение на C2 выше напряжения батарейки) — напряжение на катушке
повышается (это стандартно для топологии step-up, подробней и с традиционными
канализационными аналогами здесь).
6.
Покуда катушка сбрасывает энергию в C2, конденсатор C1 перезаряжается через
R1. После закрытия транзисторов на левой обкладке C1 напряжение выше, чем на
правой, а катушка дополнительно удерживает правую обкладку выше питания.
Это, во первых, приводит к тому, что на стадии сброса VT1 надежно закрыт, а во
вторых, ускоряет заряд C1. Когда катушка сбросит всю энергию — напряжение на
правой обкладке упадет до напряжения питания и через ПОС это изменение
приведет к открыванию VT1. После чего все повторяется с пункта 2.
Выводы:
Время заряда C1 и время сброса энергии в нагрузку определяют время закрытого состояния
VT2 (toff). Слишком малый C1 успеет зарядиться до напряжения открывания VT1 еще до
окончания сброса энергии в выходной конденсатор и схема перейдет в непрерывный режим
работы. Слишком большой будет долго заряжаться после цикла сброса энергии и
существенно снизит частоту преобразования (а значит — и передаваемую мощность).
Индуктивность L1 и ток насыщения VT2 (определяемый его базовым током, т.е. номиналом
R2) определяют время открытого состояния транзистора (ton) и запасаемую при этом
энергию.
ton и toff определяют частоту преобразования.
Yes i think the "Brinkmann" circuit will
work for up to maybe 6 LED's wired in
parallel. The resistor R2 has to be lowered
in order to supply the extra current.
The coil L1 has to be a bit bigger though.
You can probably get away with a hand wound
toroid with 10 to 20 turns.
I did a simulation on that circuit with
1 to 6 white LEDs in parallel, but i put
one 10 ohm resistor in series with each
LED. Also, i used a Schottky diode on the
output with a 5uf output filter capacitor.
I found full brightness to be easier to
attain with the diode and output cap.
The simulation showed that if you can get one
LED to conduct 20ma ( by adjusting R2 ) then
you can get 6 LED's to conduct 20ma by
dividing the value of R2 by 6 and connecting
5 more LEDs in parallel (with a series 10 ohm
resistor for each LED).
The transistors used were 2N4403 PNP and
2N2222A NPN.
The only thing i couldnt determine was
whether or not the 2N2222A transistor
would get too hot or not. It looked ok
with 6 LEDs and R2/6, but i would have to
build the circuit to find out for sure.
Should work fine for 4 LEDs, with the value
of R6 for one led divide by 4.
Replacing the 2N2222A transistor with a
2N3055 general purpose audio transistor
and the circuit doesnt work at all.
I suspect its because the transistor gain
and switching speed arent enough.
Because of this, i would think other high
powered general purpose transistors wont work
either (because of low gain), unless you
get a special type that has high gain, fast
switching speed, and fairly low Vsat.
Zetex makes some some good transistors, but i
havent been able to get ahold of any yet.
Regulation isnt all that good, so brightness
diminishes as battery voltage falls.
I ran a simulation on another circuit which is
very similar but has feedback. The only drawback
is that it takes 2 more transistors to provide
the regulation circuitry, and a few more resistors
and one more capacitor. Im not really sure
the extra complexity is worth it.
I'll have to build this circuit up to make sure
it behaves like the simulation did also.
Can you get LM339 ic's? These chips can be
quite useful in these kinds of apps.
They are dirt cheap too :-)
The data sheet says they will work down to
2 volts also.
Im thinking of making a circuit up using
one of these too, with super regulation
and multiple leds etc.
Zetex has some specialized chips out just for white leds,
but again i would have to get ahold of some before
i could use them. The other drawback is the
best one only comes in surface mount package.
I did get to try out a MAX756 ic chip, and its
pretty good for 2 cell apps, but is quite a pain
in one cell apps even though the data sheet says
it works down to 0.7 volts. With only one AA cell,
you can only really drive 1 LED because of the
very unusual way the chip works. Yeah it 'works'
down to 0.7 volts or so, but at hardly any
output current.
For 2 cell apps though, you could probably drive
20 leds or something. Once you get about
2 volts input, the chip runs smoothly.
Below 1.2 the output current gets very
skimpy. Unfortunately, there is also no
apparent way to fool the chip with a
pre-regulator/booster either, as the same pin
that is used for the power supply input is
also the voltage feedback pin! It bootstraps
the MOSFET drive voltage for 'normal'
mosfet drive once the output voltage ramps up
to par. The only trouble is, if you have a
significant load on the output, it never
ramps up to par :-) so you never see
the benefit of the bootstraped drive voltage.
In any case, for one cell apps i would stay
away from this chip except for driving only one led.
Even then, i would go with the MAX757, which allows
for output voltage adjustment with two resistors.
(Oh yeah, the MAX756 has two preset output settings:
either 3.3 volts or 5.0 volts, so you also cant
fool it into current feedback mode of operation
either :-( Instead, you have to settle for setting
it up at 5 volts and use a current limiting resistor.)
The nice thing about discreet transistors is you can
use them down to about 1 volt any way you care too :-)
Summing up:
If your in a hurry for a simple circuit to drive 4 leds
then use the brinkmann circuit with resistors and Schottky
etc as above (two cell app) and home wound coil.
If you can wait a little and you dont mind using
4 transistors i'll be working on the regulator version,
which provides 20ma to 4 LED's (probably 6) from an
input of 2 to 3 volts or so (probably regulates down
to 1.5 volts input and can take up to 4.5 volts input).
Good luck with your LED circuits :-)
--Al
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 заряднокоммутационное 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 заряднокоммутационное 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
Модернизация фонарика (альтернативная версия).
Вариант модернизации:
1. Более яркое свечение светодиода, чем при применении преобразователя из статьи
(Модернизация фонарика.).
2. Возможность отрегулировать свечение светодиода подбором емкости конденсатора или
ограничительного резистора.
3. Возможность питания до 3-4 светодиодов. Если конечно это вам нужно.
Схема и правила намотки трансформатора:
О трансформаторе.
Мотаем его на ферритовом кольце диаметром 7мм и длиной 11мм (можно взять любое
другое ферритовое кольцо). Феррит берем целый, не раскалывая его. Провод берем
любой, какой влезет на ваш феррит до заполнения. Количество витков 20. Мотаем сразу
двумя проводами, свитыми в жгут. Затем начало одной обмотки соединяем с концом
другой обмотки. (не перепутайте, а то работать не будет). Начало обмоток на схеме
показано точками.
Транзистор VT1 2SC945 можно заменить на любой транзистор этой структуры, например
КТ315. D1 1N5819 - любой диод Шоттки такого типа, С1 - 47мф х 16В (можно и на 6В),
R1 - 1Ком, R2 - 100 Ом (можно не ставить). С1 и R2 регулируют яркость и ток светодиода.
Не перепутайте плюс и минус при подключении светодиода. При неверном подключении
светодиод сгорит! Помните об этом!
Если все сделано правильно преобразователь начинает работать сразу. Не включайте его
без нагрузки (светодиода) иначе конденсатор может выти из строя. На холостом ходу
преобразователь дает до 60В!
Теперь поговорим о конструировании каркаса преобразователя.
Нам понадобится:
1. Мерная часть шприца на 5мл (каркас для преобразователя).
2. Алюминиевая плечевая часть тюбика (от зубной пасты, крема и т.д) вместе с резьбой и
крышечкой (это будет общий минус).
3. Пружина от автоматической шариковой авторучки (плюс, идущий к светодиоду) и
маленький кусочек изоляции для пружины.
4. Шуруп с шайбой или подходящая пружина (плюс, идущий к батарейке).
5. Парафин для заливания всего преобразователя (не обязательно).
Берём мерную часть шприца на 5мл, обрезаем с одной стороны конус для одевания иглы,
с другой стороны срезаем плечи. Делаем заготовку похожую на ровную трубочку с дном.
Вставляем преобразователь внутрь шприца. Плюсовой вывод для батарейки выводим в
отверстие для иглы и вкручиваем туда же шуруп-саморез с шайбой. В центр плотно
вставляем пружину от авторучки в изоляции (это плюс идущий к светодиоду). Минус
крепим к плечевой части с помощью завинчивающей крышки просто зажав провод
крышкой. (Внешний вид типа спутниковой тарелки). Теперь припаиваем выводы этой так
называемой тарелки к выходу преобразователя и плотно вставляем в шприц. Вот и всё.
Хотя можно всё это ещё залить парафином для надёжности. Я этого делать не стал просто
для того чтобы показать внутренности преобразователя.
Если всей длины преобразователя не хватает до плюса батарейки, просто поставьте
металлическую втулку или подходящую по длине пружину.
Светодиодный осветительный LED-фонарь на замечательном белом светодиоде Luxeon
LXHL-NWE8 он примечателен своей яркостью - 500000mcd, а также потребляемым током
- 350 mA. На фотографии с деталями он находится справа вверху.
Справа внизу - ParaLight EP2012-150BW1, но он явно уступает по параметрам люксеону.
Схема включения срисована из даташита с подбором параметров деталей опытным путем.
Все детали SMD - потому что занимают меньше места - раз, надоело сверлить дырки в
платах - два... Конденсаторы C2C3 танталовые, для уменьшения паразитной
индуктивности и увеличения общего КПД схемы.
Плата фонарика в DipTrace
Вся конструкция собрана в виде моноблока: детали с одной стороны, светодиод - с
другой. Токоограничительный резистор R1 нужен для ограничения рабочего тока через
светодиод и уменьшения общего энергопотребления схемы. Дроссель L1 - 40...50 витков
медного провода на кольце диаметром 12 мм. из мю-пермаллоя.
При напряжении питания от 1,5 до 3 Вольт КПД преобразователя примерно равен 70%,
что в общем не так уж и плохо. При понижении U питания менее 1 вольта микросхема
уже не может выдать нормальное выходное напряжение и дает просто "все, что может"
высасывая батарейку почти до 0,3 Вольта, после чего схема перестает работать.
Как из 1,5 сделать 5?
Как от 1,5 вольтовой батарейки запитать микроконтроллер, как засветить белый
светодиод? Оказывается очень просто, в очередной раз постарались товарищи из фирмы
MAXIM, изобрели вот такое чудо - MAX1674 (MAX1676).
Это повышающий индуктивный преобразовать со встроенным синхронным
выпрямителем, позволяющим повысить эффективность, компактность схемы, избавиться
от назойливых для таких схем диодов шоттки, так же повысить простоту изготовления.
Характеристики преобразователя смотрим здесь:
Рабочее напряжение, В
0,7...5,5
КПД (при Iнагр.=120мА), %
94
Выходное напряжение, В
3,3/5
Номинальный выходной ток, мА 300
Ограничение выходного тока, А 1
Ток холостого хода, мА
0,1
Диапазон рабочих температур, °С-40...+85
Смотрим схему:
Чтобы получить выходной ток в 300мА указанный фирмой, нужно очень постараться.
Если детально разобраться, то получим такую картинку - во первых учтём мощность на
выходе преобразователя. Допустим берём 300мА при 5-ти вольтах и того имеем 1,5Вт, не
будет учитывать потери и представим что КПД преобразователя 100%, значит от
батарейки конвертор тоже потребит 1,5Вт, при 1,5В питания получится не много не мало
1А. А такой ток выдаст не каждая батарейка, к тому же под нагрузкой, это напряжение
сразу же просядет. Это первый фактор. Второй - для нормальной работы преобразователя
нужен дроссель с большим током насыщения, который быть больше импульсного тока
внутреннего MOSFET транзистора, а значит всё это приведёт к немалыми габаритам
индуктивности, а значит берем то, что реально нужно:
Номинальный выходной ток, не менее, мА Индуктивность дросселя, мкГн
300
47
120
22
70
10
Некоторые особенности включения микросхемы. Если вход FB соединен с общим
проводом, выходное напряжение соответствует +5 В. Если этот вход соединить с выходом
OUT, на нем установится выходное напряжение +3,3 В. Если же между выходом OUT и
общим проводом включить делитель, его среднюю точку соединить с выводом FB, то на
выходе преобразователя можно установить напряжение в диапазоне от 3,3 до 5 В. Плату
следует разводить согласно рекомендациям фирмы-изготовителя, длину проводников
выполнять минимальной, ширину максимальной. Среди возможного разнообразия
дросселей следует выбрать с минимальным сопротивлением обмотки.
Во время экспериментов с "черновым" вариантом (фото), наибольший КПД наблюдался в
районе 120мА. Преобразователь как к источнику напряжения был подключён к 4-м
запараллелиным ионисторам, по 1 фараду каждый. Что дало возможность в ускоренном
снижении входного напряжения следить за работой микросхемы. На удивление
микросхема сохраняла работоспособность вплоть до 0,5В, правда, ток снимаемый с
выхода был менее одного миллиампера.
Рекомендуемые дроссели из DataSheet-а производителя:
Производитель, тип Индуктивность,
индуктивности
мкГн
Coilcraft DT1608C10
103
Coilcraft DT1608C15
153
Coilcraft DT1608C22
223
Coiltronics UP1B-100 10
Coiltronics UP1B-150 15
Coiltronics UP1B-223 22
Murata LQH4N100 10
Murata LQH4N220 22
Sumida CD43-8R2 8,2
Sumida CD43-100
10
Sumida CD54-100
10
Sumida CD54-180
18
Sumida CD54-220
22
Сопротивление Пиковый
обмотки, Ом
ток, А
Высота,
мм
0,095
0,7
2,92
0,200
0,9
2,92
0,320
0,7
2,92
0,111
0,175
0,254
0,560
0,560
0,132
0,182
0,100
0,150
0,180
1,9
1,5
1,2
0,4
0,4
1,26
1,15
1,44
1,23
1,11
5,0
5,0
5,0
2,6
2,6
3,2
3,2
4,5
4,5
4,5
Как конечный результат экспериментов с данной микросхемой хочется отметить
действительно высокий КПД построенного преобразователя, высокая нагрузочная
способность, компактность собранной схемы. На фото данная схема "трудится" на
светодиод Luxeon. Светодиод подключен без резистора. Схема питается от 1,5-вольтовой
батарейке Kodak
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.
Источники:
http://pro-radio.ru/
http://radiokot.ru/
http://radio-hobby.org/
Далее. Радио №3 2012. Справочный листок по ZXLD381/ Цена ок. 50 руб.
См так же HV9921-9923 ок 50 руб.