Независимо от того, используете ли вы их для индикации или подсветки, светодиоды трудно превзойти по эффективности, надежности и стоимости. Белые светодиоды быстро завоевали популярность в качестве источников света, однако при прямых напряжениях от 3 до 5 В работа с ними при использовании одного элемента питания представляет очевидные трудности. В этой конструкции используется сверхнизкое рабочее напряжение инвертора с триггером Шмитта, такого как SN74AUC1G14 или NC7SP14 (Рисунок 1). При первой подаче питания от батареи диод Шоттки D1 проводит ток, и всем знакомый автоколебательный мультивибратор на основе триггера Шмитта начинает колебаться с частотой, определяемой времязадающими компонентами C2 и R1. Когда уровень напряжения на выходе инвертора IC1 становится высоким, транзистор Q1 открывается, и ток в дросселе L1 начинает нарастать.
 |
|
| Рисунок 1. | Эта схема позволяет получить ослепительную яркость свечения белого светодиода при очень низком напряжении батареи (а). Модификация схемы позволяет еще больше снизить напряжение батареи (б). |
Максимальный, или пиковый, уровень тока дросселя равен
где
VBATT – приложенное напряжение батареи,
VCE(SAT) – напряжение насыщения транзистора Q1,
tON – длительность высокого уровня импульса на выходе триггера Шмитта.
Если напряжение насыщения транзистора Q1, например, меньше 50 мВ, то членом VCE(SAT) можно пренебречь и упростить выражение до
В конце периода tON, когда на выходе инвертора устанавливается низкий уровень, транзистор Q1 закрывается, и напряжение на дросселе L1 меняет полярность. Возникающее при этом напряжение «обратного хода» немедленно поднимает напряжение на коллекторе Q1 выше VBATT и открывает светодиод и диод D2, включенные последовательно. В результате светодиод зажигается с максимальным прямым током, равным IL(PEAK), а напряжение питания VBOOT микросхемы IC1 повышается до значения, меньшего VBATT на величину падения напряжения на диоде. Теперь диод D1 смещен в обратном направлении и остается в таком состоянии до тех пор, пока в схеме продолжаются колебания. Полученное в результате «добавочное» напряжение для питания инвертора IC1 гарантирует, что автоколебательный мультивибратор продолжит работать даже при падении напряжения VBATT до очень низкого уровня. Номиналы C2 и R1 следует выбирать таким образом, чтобы постоянная времени составляла микросекунды, позволяя использовать дроссель L1 с небольшой индуктивностью. Например, тестовая схема, в которой используются компоненты имеющие значения C2 = 68 пФ, R1 = 39 кОм и L1 = 47 мкГн, при VBATT = 1 В работает на частоте около 150 кГц. При полученном значении tON = 3 мкс пиковый ток дросселя составляет порядка 65 мА, поддерживая отличную яркость свечения белого светодиода. Даже при напряжении VBATT, равном 500 мВ, соответствующий пиковый ток 33 мА обеспечивает приемлемую интенсивность свечения светодиода.
Величина индуктивности должна быть как можно меньше для поддержания высоких значений пикового тока и, следовательно, достаточной яркости светодиода при самом низком напряжении питания. Однако индуктивность дросселя L1 не должна быть слишком низкой, иначе при максимальном напряжении VBATT пиковый ток может превысить допустимый ток светодиода. И помните, что дроссель должен иметь адекватные характеристики, чтобы гарантировать, что он не насытится при наибольшем значении пикового тока. Ключевой транзистор Q1 должен иметь очень низкое напряжение насыщения, чтобы свести к минимуму потери и обеспечить максимально возможный пиковый ток. Добавление диода D3 и конденсатора C4 позволяет схеме вырабатывать дополнительное напряжение VAUX, которое без ущерба для яркости свечения светодиодов можно использовать для питания маломощных схем. При напряжении батареи 1 В тестовая схема обеспечивает хорошую интенсивность свечения белого светодиода и отдает во вспомогательную нагрузку почти 1.5 мА при напряжении 4.7 В. Даже при VBATT = 500 мВ схема отдает 340 мкА в нагрузку 10 кОм и поддерживает приемлемую яркость светодиода. Обратите внимание, что питать микросхему IC1 напряжением вспомогательной шины VAUX нельзя, поскольку это напряжение может легко превысить максимальное значение, допустимое для двух предлагаемых типов инверторов.
Минимальное напряжение запуска в значительной степени зависит от устройства, используемого в качестве D1. Испытания с использованием высококачественного диода Шоттки показали минимальное напряжение включения всего в 800 мВ. Можно еще больше снизить этот уровень, заменив диод D1 p-n-p транзистором Q2 (Рисунок 1б). Такая модификация позволяет тестовой схеме при комнатной температуре запускаться при напряжении всего 650 мВ. Однако обратите внимание, что в состоянии покоя переход коллектор-база транзистора Q2 смещается в прямом направлении, приводя к потерям мощности в его базовом резисторе. Несмотря на свою простоту, схема может показывать впечатляющие результаты со светодиодами высокой яркости. Продемонстрировать схеме свои возможности позволяет линейка светодиодов Luxeon от Lumileds. При уменьшении индуктивности L1 до 10 мкГн и напряжения VBATT = 1 В схема отдает в белый светодиод Luxeon LXHL-PW01 пиковый ток 220 мА, зажигая светодиод ослепительным светом.
Купить SN74AUC1G14 на РадиоЛоцман.Цены
