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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Лазерный передатчик радиочастотных волн 08.05.2019 Группе исследователей из Гарвардского университета удалось передать в эфир аудиозапись одного из музыкальных произведений при помощи радиопередатчика, ключевым компонентом которого стал полупроводниковый лазер. Этот лазер используется в качестве источника радиочастотных волн, генератора, помимо этого он же выполняет функции модуляции передаваемых и демодуляции принимаемых сигналов. Данные исследования являются первыми шагами в направлении создания новых типов гибридных электронных фотооптических устройств, которые станут базой работы сверхскоростных систем беспроводной связи, Wi-Fi следующего поколения. Создание лазерного радиопередатчика стало продолжением работы, выполненной исследователями в 2017 году. Тогда ученые обнаружили, что инфракрасная частотная гребенка, создаваемая квантовым каскадным лазером, может быть использована для производства радиосигналов в терагерцовом диапазоне, субмиллиметровом диапазоне электромагнитного спектра. Сигналы этого диапазона имеют потенциал передачи данных в больших количествах и со скоростями, намного превышающими возможности современных средств беспроводной связи. А в 2018 году ученые нашли, что квантовые каскадные лазеры могут работать одновременно в качестве приемников и передатчиков, весьма эффективно кодируя информацию в излучаемых сигналах. В отличие от обычных лазеров, которые излучают свет с единственной частотой, лазерные частотные гребенки излучают целый набор фиксированных частот одновременно. Эти фиксированные частоты располагаются равномерно на линии спектра и напоминают зубцы расчески. И если выделить определенные частоты из гребенки, создаваемой лазером, то электроны внутри резонатора лазера начинают колебаться с микроволновыми частотами, находящимися в пределах спектра, который можно использовать для беспроводных коммуникаций.

Другие интересные новости:

▪ Теплопроводность меди улучшена

▪ Кормящая женщина укрепляет здоровье своего сердца

▪ Загадка природной фабрики грибов раскрыта

▪ Некоторые новинки Consumer Electronics Show 2004

▪ Жидкий азот поможет развитию космического туризма

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Ограничители сигнала, компрессоры. Подборка статей

▪ статья Каменное сердце. Крылатое выражение

▪ статья Какие здания располагаются в Москве на месте бывшего дома помещицы-садистки Салтычихи? Подробный ответ

▪ статья Работа на токарно-винторезном станке. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Нагрев - контактом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электронный регулятор громкости на микросхеме KA2250. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026