Карманный фонарь на светодиодах
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение
Комментарии к статье
Сверхяркие светодиоды белого свечения - экономичные маломощные излучатели
света, способные с успехом заменить в карманных фонарях лампы накаливания. В
последнее время в продаже появились светодиодные фонари промышленного
изготовления. Эта статья поможет радиолюбителям самостоятельно изготовить такой
же и, заодно, разобраться в некоторых тонкостях питания светодиодов.
Особенность светодиода как нагрузки для источника питания состоит втом, что он,
в отличие от лампы накаливания, имеет нелинейную вольт-амперную характеристику с
резко выраженной "'пяткой" на начальном участке. Прямое падение напряжения на
светодиоде белого свечения при рабочих значениях тока превышает 3 В. Питать его
от батареи напряжением 4,5 В из трех гальванических элементов нерационально -
треть энергии будет израсходована впустую, рассеиваясь на гасящем резисторе.
Напряжения двух, а тем более от одного гальванического элемента недостаточно,
требуется преобразователь, повышающий напряжение до нужного значения и
поддерживающий его неизменным при разрядке батареи.
Такой преобразователь можно собрать по схеме, показанной на рис. 1. Его основа -
микросхема МАХ756 фирмы "Maxim", разработанная специально для портативных
электронных приборов с автономным питанием. Преобразователь сохраняет
работоспособность при снижении питающего напряжения до 0,7 В. Стабилизированное
выходное напряжение может быть установлено равным 3.3 или 5 В при выходном токе
соответственно до 300 или 200 мА. КПД при максимальной нагрузке - более 87 %.

Микросхема DA1 включена по типовой схеме. Дроссель L1, диод VD1 и конденсатор C3
вместе со встроенным в микросхему полевым транзистором (его сток соединен с
выводом 8, исток - с выводом 7) образуют ключевой инвертор повышающего типа.
Конденсатор С2 блокирует по переменному току внутренний источник образцового
напряжения, а С1 - батарею GB1. Напряжение обратной связи с выхода инвертора
поступает на вывод 6 микросхемы. Показанное на схеме подключение вывода 2
соответствует выходному напряжению 3,3 В. Если соединить этот вывод с общим
проводом (выводом 7), напряжение возрастет до 5 В. Соединение с общим проводом
вывода 1 остановит инвертор. Вывод 5 - вход не используемой в данном случае
системы контроля питающего напряжения. Он не должен оставаться свободным и по
этой причине соединен с плюсом батареи GB1.
Цикл работы инвертора можно разделить на две фазы. В первой - внутренний
транзистор открыт, через дроссель L1 течет линейно нарастающий ток. Магнитное
поле дросселя накапливает энергию. Диод VD1 закрыт. Конденсатор C3 разряжается,
отдавая ток в нагрузку. Номинальная длительность фазы - 5 мкс, но она может быть
автоматически прервана раньше, если ток стока транзистора достигнет максимально
допустимого значения (приблизительно 1 А).
Во второй фазе цикла транзистор закрыт. Ток дросселя L1, текущий теперь, спадая,
через диод VD1, заряжает конденсатор C3, компенсируя его разрядку в первой фазе.
С достижением напряжением на конденсаторе заданного порога фаза прекращается. В
зависимости от напряжения питания и тока нагрузки частота повторения описанного
цикла изменяется в очень широких пределах.
С уменьшением входного напряжения и увеличением тока нагрузки микросхема МАХ756
переходит в режим с фиксированной длительностью фаз (соответственно 5 и 1 мкс).
Выходное напряжение не стабилизировано, оно снижается, оставаясь максимально
возможным в таких условиях
В качестве светоизлучателей в фонарь установлены четыре светодиода L-53PWC
"Kingbright", включенных параллельно. Разъем Х1 - имеющийся в фонаре ламповый
патрон. Поскольку при токе 15...30 мА прямое падение напряжения на светодиоде
приблизительно 3,1 В, лишние 0,2 В пришлось погасить на резисторе R1, включенном
последовательно. С разогревом светодиодов падение напряжения на них уменьшается
и последовательный резистор в какой-то мере стабилизирует ток и яркость
свечения. Выравнивать значения тока через отдельные светодиоды не пришлось.
Различия их яркости "на глаз" не обнаружено.
За основу конструкции был взят карманный фонарь "VARTA" с поворотным
светоизлучающим узлом. В принципе подойдет любой другой фонарь, в котором
найдется свободное место для размещения необходимых деталей. Благодаря
использованию малогабаритных компонентов все удалось разместить внутри
светоизлучающего узла (рис. 2). Монтаж производился навесным способом с
использованием выводов микросхемы в качестве опорных точек.

Четыре светодиода, как показано на рис. 3, заняли место удаленной стеклянной
колбы "штатной" лампы фонаря. Выводы их анодов припаяны к металлической оболочке
цоколя, выводы катодов пропущены в его центральное отверстие и пропаяны.
Оксидные конденсаторы С1 и C3 - импортные танталовые для поверхностного монтажа.
Их низкое последовательное сопротивление благоприятно влияет на КПД. Конденсатор
С2 - К10-176 или любой другой керамический. Диод 1N5817 с барьером Шотки можно
заменить на SM5817 или, пренебрегая немного большим прямым падением напряжения,
на 1N5818 (SM5818). Обмотка дросселя L1 - 35 витков провода ПЭВ-2 0,28,
намотанных на магнитопроводе от дросселя сетевого фильтра маломощного
импульсного источника питания. Это кольцо типоразмера К10x4x5 из молибденового
пермаллоя магнитной проницаемостью 60. Можно использовать дроссели
индуктивностью 40... 100 мкГн и допустимым током не менее 1 А серии ДМ со
стержневым магнитопроводом. Желательно, чтобы активное сопротивление обмотки
дросселя не превышало 0,1 Ом, иначе КПД устройства заметно снизится.
Возможности изготовленного преобразователя напряжения были проверены с
использованием регулируемого источника напряжения 0...3 В вместо батареи GB1.
Снятая зависимость выходного напряжения от входного показана на рис. 4.
Преобразователь продолжал работать даже при снижении напряжения питания до 0,4
В, отдавая в этом режиме напряжение 2,6 В при токе 7 мА (вместо исходных 110
мА). Свечение светодиодов все еще оставалось заметным. После выключения и
повторного включения преобразователь запускался лишь при напряжении питания
более 0,7 В. Измеренный КПД при свежих элементах питания составил 87 %.

Фирма Maxim сегодня выпускает усовершенствованный вариант микросхемы МАХ756 -
МАХ1674. В ней имеется встроенный синхронный выпрямитель, делающий ненужным
внешний диод и дающий возможность довести КПД преобразователя до 94 %. Следует
иметь в виду, что достичь столь высокого КПД удается только при правильном
выборе типа и номиналов внешних элементов и продуманном монтаже преобразователя.
Автор: Б.Ращенко, г.Новосибирск
Смотрите другие статьи раздела Освещение.
Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.
Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:
журналы A Radio. Prakticka Elektronika (годовые архивы)
журналы Химия и жизнь (годовые архивы)
книга Защита вторичных цепей от коротких замыканий. Голубев М.Л., 1982
книга Микрофоны и их применение. Эфрусси М.М., 1974
статья Ничтоже сумняшеся (сумняся)
статья Экономичный электронный кот
справочник Сервисные меню зарубежных телевизоров. Книга №1
Оставьте свой комментарий к этой статье: