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:

Рыжий ген и ускоренная эволюция 30.04.2026

Вопрос о том, как и насколько быстро меняется человеческий вид, давно занимает биологов и генетиков. Долгое время считалось, что эволюционные процессы происходят крайне медленно, однако новые данные заставляют пересматривать эти представления. Особенно интересные результаты связаны с изменением частоты редких генетических признаков, включая рыжий цвет волос. Рыжеволосость сегодня остается редкой чертой: ее носители составляют менее 2 процентов мирового населения. Однако анализ древней и современной ДНК показывает, что ген, связанный с этим признаком, за последние примерно 10 тысяч лет стал заметно более распространенным, особенно среди популяций Европы. Более того, вместе с ним исследователи фиксируют и другие изменения в генетическом профиле человека, затрагивающие внешность и физиологические особенности. Среди сопутствующих тенденций, выявленных в генетических данных, отмечается увеличение частоты светлой кожи, снижение вероятности мужского облысения, а также некоторые физиолог ...>>

Нейтринный лазер 30.04.2026

Нейтринный лазер - это гипотетическое устройство, способное управлять потоками одних из самых трудноуловимых частиц во Вселенной. Такая разработка открывает новые горизонты в изучении фундаментальных законов природы и может изменить представления о космосе. Идею нового типа излучателя представили физики из Massachusetts Institute of Technology, предложив лазер, который вместо света генерирует поток нейтрино. Эти частицы, почти не взаимодействующие с материей, настолько слабо проявляют себя, что их часто называют "частицами-призраками". Тем не менее они пронизывают все вокруг: по оценкам, триллионы нейтрино ежесекундно проходят через человеческое тело, не оставляя следа. Несмотря на их колоссальную распространенность во Вселенной, нейтрино остаются одними из наименее изученных частиц. Их крайне сложно регистрировать, а еще сложнее контролировать, поэтому традиционно их получают в крупных установках вроде ядерных реакторов или ускорителей частиц. Такие комплексы требуют огромных за ...>>

Мороженое не такое вредное, как принято считать 29.04.2026

В питании часто встречаются продукты, которые одновременно вызывают удовольствие и сомнения с точки зрения здоровья. К таким относится и мороженое: оно воспринимается как типичный десерт с высоким содержанием сахара и жиров, однако современные научные данные постепенно усложняют это привычное представление. Долгое время считалось, что мороженое не может быть частью рационального питания, однако исследования последних лет показывают более неоднозначную картину. Ученые подчеркивают, что влияние этого продукта на организм зависит не только от его сладости или калорийности, но и от состава, качества ингредиентов и общего образа жизни человека. Одни из наиболее масштабных данных были получены в рамках долгосрочных наблюдений в США, включавших проекты Nurses Health Study, Nurses Health Study II и Health Professionals Follow-Up Study. В этих исследованиях на протяжении 20-40 лет наблюдали примерно 190 тысяч взрослых участников, регулярно собирая данные об их питании, физической активнос ...>>

Случайная новость из Архива Новый связующий материал для аккумуляторов 15.03.2021 Специалистами Японского передового института науки и технологий представлены результаты нового исследования, обещающие прорыв в разработке батарей. Новый связующий материал, разработанный японцами, показывает более эффективное удерживание заряда. По сравнению с текущим исполнением литий-ионных батарей, будущие аккумуляторные системы способны обеспечить питание электромобилей и смартфонов на более высоком уровне. Внутри аккумуляторной батареи существует множество движущихся частей. Каждая из таких способствует снижению производительности. И вот теперь работа, проводимая учеными Японского передового института науки и технологий, сосредоточена на такой важной составляющей батарейной структуры, как связующий материал между электродами и электролитом. Связующий материал играет важную роль в плане защиты графитового анода аккумуляторной батареи, - одного из двух системных электродов. Связывающий материал скрепляет частицы и удерживает в контакте с токосъемником. Применяемое ныне связующее литиевых батарей изготавливается на основе поливинилиденфторида (ПВДФ). Так вот, японские специалисты обнаружили гораздо лучший альтернативный вариант. Новый продукт японского производства получил название: бис-имино-аценафтенхинон-парафенилен. Японский связующий материал протестирован как часть экспериментальных полуэлементных АКБ с защитой анода, обеспечивающий связь с токосъемником. При этом отмечен ряд существенных улучшений производительности. В первую очередь благодаря способности связующего материала сохранять емкость в течение многократных циклов заряда. Налицо улучшенная механическая стабильность, надежное сцепление с анодом и токоприемником. Новый связующий материал бис-имино-аценафтенхинон-парафенилен также показал лучшую проводимость в условиях более тонкой структуры по сравнению с PVDF, что используется сегодня. Совсем иначе вступает новый связующий материал в реакцию с электролитом, что способствует увеличению срока службы аккумуляторов. Микроскопическое сканирование показало проявление небольших по величине трещин не ранее, чем спустя 1700 циклов. Опять же сравнивая с PVDF, японские ученые отметили проявление больших трещин на PVDF структуре уже после 500 циклов.

Другие интересные новости:

▪ Ухоженные газоны таят опасность

▪ Самолеты и климат

▪ Водитель-полуавтомат

▪ Океан превращается в пластик

▪ Осы против самолетов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоуправление. Подборка статей

▪ статья Халатное отношение. Крылатое выражение

▪ статья Как ежи повлияли на форму стаканчиков для мороженого в Макдоналдсе? Подробный ответ

▪ статья Уллюко клубненосный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Расчет электрических цепей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Связь через осветительную электросеть. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026