Драйвер цепочки светодиодов работает от одной батарейки

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2016

Этот простой маломощный драйвер, собранный из нескольких стандартных компонентов, может управлять различными типами светодиодов и другими нагрузками.

Рисунок 1.	Из нескольких стандартных компонентов можно собрать схему для питания последовательной цепочки светодиодов. Схема позволяет настраивать рабочие параметры путем изменения номиналов компонентов.

В статье показано, как с помощью нескольких дешевых компонентов зажечь цепочку светодиодов любого цвета от 1.5-вольтового элемента питания. Схема на Рисунке 1 образует нерегулируемый автоколебательный повышающий преобразователь с КПД примерно 65%, способный при номинальном входном напряжении 1.5 В отдавать в нагрузку среднюю мощность порядка 230 мВт. Драйвер был испытан с цепочкой из трех стандартных белых светодиодов (Таблица 1).

Таблица 1.	Результаты тестирования драйвера светодиодов
Напряжение батареи Выходное напряжение Выходной ток Пиковый ток индуктивности Частота генерации Коэффициент заполнения Пульсации выходного напряжения, пик-пик 1.5 В 11.3 В 20.5 мА 450 мА 48 кГц 9% 400 мВ 1 В 9.75 В 8.9 мА 250 мА 66 кГц 8% 100 мВ

Однако меньшим током схема может питать и более длинную цепочку, при условии соблюдения ограничения по допустимой выходной мощности. Например, типичное прямое падение напряжения на красных светодиодах при токе 10 мА составляет 1.9 В, а это означает, что вы можете запитать током 10 мА 11 красных светодиодов. Схема может использоваться для световой сигнализации или в небольших фонарях.

При включении питания транзистор Q2 входит в насыщение, и коллекторный ток начинает, нарастая, течь в индуктивность до тех пор, пока базовый ток Q2 больше не сможет удерживать транзистор в насыщении. Поскольку при данном напряжении батареи и величине индуктивности базовый ток постоянен, пиковое значение тока индуктивности зависит от коэффициента передачи тока h_FE2 транзистора Q2 и от запасенной в индуктивности энергии E_L1, равной

где

L1 – индуктивность,
I_PK – пиковый ток индуктивности,
I_B2 – ток базы транзистора Q2.

Транзисторы Q1 и Q2 связаны петлей положительной обратной связи, поэтому, когда Q2 выходит из насыщения, Q1 быстро включается, а Q2 закрывается. Затем напряжение индуктивности L1 меняет полярность, и ее энергия начинает заряжать конденсатор C2. С этого момента Q2 вновь входит в насыщение, а Q1 закрывается, и начинается новый цикл заряда.

Для получения хорошего КПД схемы транзистор Q2 должен быть быстродействующим импульсным, с возможно более высоким коэффициентом передачи тока. Следует удостовериться, что индуктивность не насыщается при пиковом значении тока, а ток коллектора Q2 не превышает максимально допустимого значения. Конденсатор C1 не является абсолютно необходимым элементом схемы. Однако он ускоряет переключение транзистора Q1, что, в свою очередь, уменьшает время переключения Q2, благодаря чему существенно повышается КПД схемы.

Схема работает с любым 1.5-вольтовым элементом питания, даже с миниатюрным дисковым. Однако наилучшим выбором будет щелочная батарейка типоразмера AA-LR6, которая, благодаря большой емкости 2700 мА×ч, сможет питать схему в течение нескольких часов. Для экономии расхода энергии батареи и продления времени работы схемы можно снизить ток заряда индуктивности, увеличив сопротивление резистора R2. По мере разряда батареи яркость свечения светодиодов падает, и минимальное входное напряжение, которое еще может зажечь светодиоды, равно 0.75 В при выходном токе 0.38 мА.