Высокоэффективный карманный фонарик на белом светодиоде

Fairchild BC559

Raju Baddi

В этой статье описан карманный фонарик на одном белом светодиоде, который можно разместить в пустой пластиковой тубе от клеящего карандаша Схема состоит всего из нескольких общедоступных компонентов. Этот фонарик оказался очень долговечным; построенный автором прототип используется почти пять лет и до сих пор находится в хорошем рабочем состоянии.

Фонарик питается от одного никель-кадмиевого аккумулятора 1.2 В/ 2500 мА·ч (Рисунок 1). Простой транзисторный импульсный повышающий преобразователь, основанный на катушке индуктивности с отводом, используется для эффективного повышения напряжения (КПД достигает примерно 80%) до уровня, необходимого для типичного белого светодиода – в данном случае приблизительно до 3 В. Q1 и Q2 образуют автоколебательный мультивибратор, генерирующий на своих коллекторах прямоугольные импульсы, сдвинутые по фазе на 180°.

Белый светодиод питается от схемы повышающего преобразователя.
Рисунок 1. Белый светодиод питается от схемы повышающего преобразователя.

Предположим, что при включении питания Q2 закрыт, а Q1 открыт. В этих условиях и при высоком уровне напряжения на коллекторе Q2 транзистор Q3 включен током, идущим через коллекторный резистор транзистора Q2. При открытом Q3 ток течет через первую половину дросселя (от вывода 1 к 2).

В конце этого первого полупериода работы мультивибратор переходит в другое состояние: Q2 включается, а Q1 выключается, и уровень напряжения на его коллекторе становится высоким. Q3 закрыт, а Q4 и Q5 открыты током коллекторного резистора транзистора Q1. Теперь спадающий ток дросселя проходит через выводы 1 и 3. Поскольку индуктивности L1-2 и L2-3 равны и намотаны на общем сердечнике, индуктивность L1-3 в четыре раза больше, чем L1-2 и L2-3. Эта возросшая индуктивность (и соответствующие дополнительные витки на сердечнике) приводит к уменьшению величины тока, но увеличивает напряжение на светодиоде. Во время этой фазы через светодиод протекает ток, и одновременно заряжается конденсатор 10 мкФ. Фаза длится в течение времени, определяемого значениями RC в автоколебательной цепи.

По прошествии этого времени процесс повторяется: Q1 включается, Q2 выключается, а другие транзисторы переключаются, как описано ранее. Ток через выводы 1 и 2 снова увеличивается, накапливая энергию аккумулятора в дросселе. В этой фазе светодиод питается током конденсатора 10 мкФ.

Компоненты схемы могут быть собраны на двух сторонах круглой макетной печатной платы. Соединения на нижней стороне изображены зеркально (а); размещение компонентов на верхней стороне показано белым цветом, а соединения - зеленым (б).
Рисунок 2. Компоненты схемы могут быть собраны на двух сторонах круглой макетной
печатной платы. Соединения на нижней стороне изображены зеркально (а);
размещение компонентов на верхней стороне показано белым цветом, а
соединения – зеленым (б).

На Рисунке 2 показано, как компоненты схемы могут быть собраны на двух сторонах круглой макетной платы. На Рисунке 3 показано, как можно разместить фонарик внутри тубы от клеящего карандаша. После того, как фонарик собран и включен, установите максимальную яркость потенциометром 100 кОм в автоколебательной цепи. Обратите внимание, что при необходимости увеличения энергии, запасаемой в дросселе L1-2, параллельно Q3 можно подключить дополнительный транзистор. Необходимость в этом определяется тем, насколько быстро и глубоко Q3 переходит в насыщение.

Фонарик на белом светодиоде может быть собран внутри пустой тубы из-под клеящего карандаша.
Рисунок 3. Фонарик на белом светодиоде может быть собран внутри пустой тубы из-под клеящего карандаша.

На Рисунке 4 представлена фотография собранного макета схемы.

Фотография собранного макета схемы.
Рисунок 4. Фотография собранного макета схемы.

Материалы по теме

  1. Datasheet Fairchild BC559
  2. Datasheet Fairchild BC547
  3. Datasheet Fairchild BC549

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Pocket white-LED torch is power efficient

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

BC559 Купить ЦенаКупить BC559 на РадиоЛоцман.Цены — от 0,40 до 457
48 предложений от 30 поставщиков
транз: PNP 65V 0,1A hоэ 200-450, 0,5W, 100Мгц TO92 упаковка-1000
Стандарт СИЗ
Россия
BC559B (Philips-BC556B,112)
Philips
0 ₽
Элитан
Россия
BC559A
Diotec
1 ₽
TMElectronics
Россия
BC559
CDIL
от 1 ₽
LifeElectronics
Россия
BC559P----CALLREP
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Согласен сейчас можно выбрать ИМС с меньшими габаритами и лучшими параметрами, так что "на рассыпухе" можно только предварительно моделировать, исследовать... А вот необходимость выпрямления для питания светодиода - под вопросом. И в PAM2803 выпрямляющий диод мне кажется совершенно не нужен, без него КПД улучшится. Кто-нибудь включал PAM2803 или подобные без выпрямляющего диода сразу на светодиод, схема работает?
  • Полез дальше смотреть чего еще китайцы наврали- Есть такой момент- максимальный ток выдаваемый микрушкой никак не 700 ма. При 1 в питания видно ограничение при 70 ма. Индуктивность 6 мкгн. А вот при 2,5 вольта питания похоже выдает заявленные 700. То есть похоже она рассчитана на питание от двух Ni-Cd ячеек.
  • По моим скромным представлениям термин "максимальный ток" означает ток, выше которого микруха сгорит. По сути это ток через мосфет. У Вас есть сомнения, что этот мосфет сгорит при токе больше максимального? Рабочий же выходной ток согласно даташиту составляет 3mA~300mA и зависит от напряжения питания и индуктивности. Зависимости представлены на соответствующих графиках. Что же касается батарейки, то в том же даташите черным по белому: The operating voltage of QX5252 is 0.9V to 1.5V, suitable for a single AA battery or a single Ni-H battery.
  • Ну и последнее испытание- потянет ли 12 вольтовый светодиод. Тянет с 2,4 В питания ток потребляемый 50 ма в импульсе через ключ 300 ма. Кусочек светодиодной ленты светит. С 1,2 вольта не раскачивает.
  • Не обязательно сгорит. В данном случае на ослике видно форму тока на выходе- до 70 ма растет, как и положено току через индуктивность- а дальше ровная полочка. Ключ открыт, а ток не растет. Ничего не горит- сопротивление канала полевика ограничивает ток. Это при 1 Вольте питания.
  • [b]dedivan[/b], термин "максимальный ток" не привязан к индуктивности, он привязан к выводу. Он так и называется:Maximum Current On LX Pin - максимальной ток на выводе LX. Вывод LX - это сток мосфета.
  • И как его измеряют? Каким методом? Просто коротить вывод на питание? Это не предусмотрено ни даташитом, ни самим принципом работы микросхемы. Я предпочитаю подключить между этим выводом и питанием индуктивность и ток будет плавно нарастать от нуля и до какого то значения. По напряжению на выходе сразу видно как ведет себя микросхема во всем диапазоне токов. Заодно это соответствует и рабочей схеме включения элемента. И полевики точно также проверяю. Сразу видно и падение на канале и пробивное напряжение полевика при выключении полевика и время включения-выключения и это все может быть произведено буквально за один импульс при максимальных токах и напряжениях. Это стандартная методика по проверке у производителей полупроводниковых приборов.
  • ИМХО точно таким же, каким измеряют максимальный ток транзистора.
  • Однозначно не подойдет. В стандартной схеме измерения тока транзистора доступен его управляющий электрод и можно регулировать его параметры. И все полученные результаты оговариваются именно этими параметрами. Достаточно внимательнее посмотреть даташиты. В микросхеме это недоступно.
  • Максимальный ток ключевого транзистора определяется в ключевом режиме, т.е. в открытом состоянии, которое является рабочим для данной микросхемы. Мало того, максимальный ток указывается исходя из ограничения корпуса, т.е. ток, больше чем этот, физически не может пропустить через себя сам корпус без разрушения структуры, при этом главную роль играет температура. То есть расчет максимального тока идет от максимальной температуры. Максимальная температура корпуса ТО-94 составляет 260 град.С, от неё и нужно отталкиваться в расчётах. Нужно определить какой ток нагреет полупроводниковый канал транзистора до 260 °C, но дальнейшее увеличение температуры не будет происходить за счёт передачи тепла в окружающую среду (охлаждения), это и будет значение тока, которое нам нужно.
  • Ну это совсем другое понятие- максимально допустимый и просто максимальный ток в данной схеме. Я про просто максимальный ток при данном напряжении питания. При 1 вольте на затворе он не превышает 70 ма. при 0,9 вольта всего 40 ма. И это не корпусом ограничено а сопротивление канала. Можно глянуть на ВАХ полевика в любом даташите- там это просто нарисовано.
  • Максимально допустимый - это масло масляное.
  • То есть возразить больше нечего?
  • В даташите есть параметр, он понятен и точен. Не вижу никакого смысла обсуждать его вольные толкования.
  • Ой, это интересное заявление, я такого еще нигде не слышал. Сразу полез в какой нибудь даташит, попался 2N7000 -самый ширпотреб. Смотрю- при 4 вольтах на затворе как ни подпрыгивай, выше 0,15 ампера ток не получишь. В даташите написано максимальный продолжительный ток 200 ма импульсный 500 ма а на графике мы видим что производитель снимает характеристики и до полутора ампер. Так где тут однозначность?
  • [b]dedivan[/b], Вас не смущает тот факт, что один и тот же 2N7000 от ST имеет максимальный ток 0,35А в корпусе ТО-92 и 0,20А в корпусе SOT23?
  • Ну вот кого то не смущает. Я поэтому и удивился. И даже в одном корпусе у транзистора 4 значения максимального тока. Хотя их на самом деле гораздо больше- целый график с множеством кривых. Называется ОБР- область безопасной работы. Для каждого значения напряжения питания и длительности импульса есть свое значение максимального тока. "Не вижу никакого смысла обсуждать его вольные толкования."
  • А Вы смотрИте в даташите раздел [B]Absolute maximum ratings[/B] и избавитесь от этого глюка. -)
  • Я знаю куда смотреть, и попрошу малограмотных товарищей не указывать куда нужно смотреть. Ведь согласен, что много не знал до этого момента?
  • До какого именно момента? До Вашего перехода на хамство? Что же касается нового, то я, в отличие от Вас, предпринял усилия по его добыванию, а именно - я таки купил эти самые QX5252 потому как меня весьма удивило, что у неё меняется частота в зависимости от величины индуктивности. Ведь судя по блок-схеме (см. ниже) сигнал со стока мосфета не поступает в чип. [IMG]https://dl.dropbox.com/s/8qzu1qe1ltr5u64/Block.JPG?dl=0[/IMG]
Полный вариант обсуждения »