Карманный фонарь на светодиодах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

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.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Случайная новость из Архива Стресс по наследству 30.10.2015 В последнее время все чаще говорят о том, что образ жизни родителей, их жизненный опыт влияет на то, какими будут их потомки. Например, голод или психологический стресс, которые пришлось пережить предыдущему поколению, скажется на психологии и обмене веществ у следующего поколения. Два года назад исследователи из Университета Эмори опубликовали в Nature Neuroscience статью, в которой рассказывали, что у испуганных мышей появлялись детеныши, которые боялись того же самого, что и родители. Другой известный пример - повышенная предрасположенность к диабету и ожирению детей и внуков голландских женщин, переживших знаменитый голод зимой 1944 года. (Здесь, как мы понимаем, дело не в специфических особенностях голландского голода, а в том, что биологи и медики обратили внимание на данную историческую ситуацию и попробовали ее исследовать.) Таких наблюдений сейчас накопилось, повторим, уже достаточно, однако здесь есть одна проблема: ни голод, ни психологический стресс, ни другие подобные им воздействия извне не создают мутаций, не меняют генетический код, выраженный в последовательности нуклеотидов в ДНК. Возникает вопрос, как тогда все это передается по наследству. Считается, что подобного рода эффекты обязаны своим существованием эпигенетическим механизмам, которые управляют активностью генов. Их существует несколько видов, основные из которых - метилирование азотистых оснований ДНК, модификации гистонов (белков-упокавщиков ДНК) и действие регуляторныхе РНК. И метильные группы, и модифицированные гистоны, и регуляторные РНК могут надолго, едва ли не на всю жизнь, менять функционирование тех или иных генов, причем включаются подобные механизмы часто как раз под влиянием внешних факторов. Более того, по некоторым данным, характер эпигенетических изменений может передаваться по наследству. Однако о том, как именно это происходит - и происходит ли - до сих пор ведутся жаркие споры. Чтобы перейти в следующее поколение, модификации должны сохраняться в половых клетках, однако до поры до времени все эксперименты указывали на то, что у животных при созревании половых клеток все эпигенетические метки стираются. Но два года назад в Science вышла статья, в которой говорилось, что в некоторых участках ДНК половых клеток такие метки все же сохраняются (в той статье речь шла о метилировании ДНК). А в прошлом году специалисты из Цюрихского университета сообщили о том, что некоторые регуляторные РНК могут служить переносчиками стрессового опыта от родителей к потомкам: после того, как мышей подвергали стрессу, регуляторные молекулы появлялись как в гиппокампе и сыворотке крови, так и в сперматозоидах. И детеныши, которые получались после оплодотворения такими сперматозоидами, демонстрировали в поведении и метаболизме те же послестрессовые особенности, которые были у их родителей. Все указывало на то, что, по крайней мере, эпигенетические настройки, связанные с регуляторными РНК, могут передаваться из поколения в поколение. Оставалось только непосредственно подтвердить причинно-следственную связь между такими РНК и переданным эффектом. Это сделали Трейси Бейл (Tracy Bale) и ее коллеги из Пенсильванского университета. К настоящему времени у них накопились данные о том, что потомство самцов, которых подвергали стрессу (будь то постоянный белый шум, или запах хищника, или регулярное ограничение подвижности), реагирует на подобные обстоятельства уже слабее, что, в частности, заметно по меньшему уровню стрессового гормона кортикостерона. С другой стороны, удалось обнаружить, что в сперматозоидах стрессированных мышей-отцов накапливаются несколько видов регуляторных РНК (точнее, они называются микрорегуляторными, микроРНК, из-за своих небольших, по сравнению с прочими классами РНК, размеров). В новых своих опытах, описанных в статье в PNAS, исследователи брали микроРНК и вводили их в оплодотворенные яйцеклетки нормальных мышей, после чего их имплантировали самкам и ждали, когда появятся мышата. Впоследствии у них проявлялась такая же ослабленная реакция на стресс, что и у тех, которые родились непосредственно от напуганных самцов. Было очевидно, что все дело именно в чужих микроРНК, потому что весь генетический материал пришел от обычных родителей, которых ничем не пугали. Обычно микроРНК подавляют активность генов. Как и ожидалось, некоторые гены в яйцеклетках после введения регуляторных РНК не работали. Авторы работы также попытались проанализировать состояние гипоталамуса, мозговой железы, контролирующей огромное число физиологических и поведенческих реакций (от сна и еды до размножения). От гипоталамуса, среди прочего, зависит и уровень кортикостерона. Действительно, у мышей, выросших из обработанных микроРНК оплодотворенных яйцеклеток, некоторые гены в нем работали иначе; любопытно, что они имели отношение к коллагену и белкам межклеточного матрикса. Как это связано с реакцией на стресс, не вполне понятно. Возможно, изменения в синтезе соединительнотканного коллагены и матриксных белков влияет на проницаемость гематоэнцефалического барьера, что стоит между кровью и мозгом - что, в свою очередь, влияет на чувствительность гипоталамуса к стрессовым сигналам. Вообще же еще нужно будет выяснить, как перемены в генетической активности на самых ранних этапах развития приводят к переменам в реакции на стресс. Микрорегуляторные РНК здесь действуют, очевидно, опосредованно: их уровень не возобновляется каждый раз после клеточного деления, и в мозге у взрослых мышей их количество становится уже вполне обычным. С другой стороны, интересно было бы узнать, через какие молекулярные механизмы стресс может влиять на микроРНК в сперматозоидах, и что происходит в таком случае со сперматозоидами следующих поколений. Наконец, стрессовый ответ довольно сложен по структуре, и разные его аспекты вполне могут быть связаны с разными РНК. Полученные данные вполне согласуются с результатами цюрихской группы, о которых мы говорили выше: там тоже речь шла о влиянии стресса, микроРНК и мужских половых клетках. Кстати говоря, по мужской линии может передаваться не только стресс, но и ожирение, причем передается оно вроде бы только сыновьям - об этом несколько лет назад сообщали исследователи из Университета Огайо (хотя те эксперименты ставили опять же на мышах). Заметим, однако, что до каких-то медицинско-клинических выводов здесь еще довольно далеко: мы пока еще не знаем, при каких условиях срабатывает эпигенетическая наследственность, и как в обычных, не-лабораторных условиях отделить "генетику" от "эпигенетики".

Другие интересные новости:

▪ Ремень безопасности, расстегивающийся в воде

▪ Lifebook T4210

▪ Водородное топливо из морской воды

▪ Новый трехфазный анализатор качества электроэнергии

▪ Технология NXP помогает сэкономить до 80% электроэнергии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Интересные факты. Подборка статей

▪ статья Николя Кондорсе. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как появились булавки? Подробный ответ

▪ статья Основные меры пожарной безопасности

▪ статья Вариант замены свинцовой аккумуляторной батареи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Лабораторный источник постоянного напряжения и тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026