Forrest Cook
Введение
Схемы светодиодного освещения могут варьироваться от тривиальной комбинации светодиода и резистора с простым аналоговым регулятором постоянного тока до более сложных импульсных схем питания, таких как этот проект. Существует компромисс между простотой и функциональностью. Эта довольно сложная схема обеспечивает такие функции, как регулировка уровня освещенности в широком диапазоне входных напряжений и автоматическое отключение устройства при низком входном напряжении. При использовании высокочастотных преобразователей потери мощности на токоограничительных резисторах становятся меньше, чем в простых схемах. Это возмещает потери мощности, потребляемой активной частью схемы. Это устройство может запитать 10 белых светодиодов током 24 мA, потребляя, при входном напряжении 12 В, всего лишь 98 мA. Интенсивность свечения светодиодов полностью регулируется во всем диапазоне рабочих напряжений.
Эта схема является развитием схемы Ф. Гарсиа «ИК светодиодное устройство освещения для видео», опубликованной в июле 2001 года в журнале «Nuts and Volts». Я изменил количество светодиодов и схему обратной связи, и добавил, что очень важно, функцию выключения при низком напряжении.
Спецификация
|
||||||||
Теория
Сердцем устройства является цепочка из 10 белых светодиодов. Они соединены последовательно и подключены к выходу импульсного повышающего преобразователя с обратной связью по току нагрузки.
|
Надписи на схеме |
|
|
Switching Boost Regulator |
Импульсный повышающий преобразователь |
| 10X White LEDs | 10 белых светодиодов |
|
LED Current |
Ток светодиодов |
|
Low Voltage Shutoff |
Отключение при низком напряжении |
|
LED Current Feedback |
Обратная связь по току светодиодов |
Импульсный преобразователь LM3578 и подсоединенные с нему дроссель, диод Шоттки 1N5819 и конденсатор 100 мкФ 50 В преобразует входные 12 В в более высокое напряжение постоянного тока. Это напряжение примерно равно 3.7 В, умноженным на количество светодиодов. На резисторе 4.7 Ом, соединенном с катодом последнего светодиода, возникает напряжение, пропорциональное току через светодиоды. Это напряжение усиливается половиной операционного усилителя LM358 и проходит через резистор 4.7 кОм на вход обратной связи LM3578. Резистор 36 кОм включен в цепи обратной связи операционного усилителя LM358 и устанавливает ток через светодиоды около 24 мA. Не все операционные усилители общего назначения смогут работать в этой схеме, LM358 может питаться однополярным напряжением при потенциалах на обоих входах вблизи 0.
На другая половине LM358 (выводы 1, 2, 3) сделан компаратор напряжения, отслеживающий уровень 10 В. Стабилитрон 1N5231 и последовательный резистор 10 кОм создают стабилизированное напряжение 5 В на выводе 2 микросхемы LM358. Два резистора 100 кОм на выводе 3 LM358 делят входное напряжение пополам. Если входное напряжение падает ниже 10 В, напряжение на выходе LM358 падает, подтягивает к «земле» вывод 2 LM3578 через диод Шоттки 1N5819, и выключает LM3578. Диод Шоттки используется вместо стандартного кремниевого диода для того, чтобы напряжение на выводе 2 LM3578 снижалось достаточно для ее отключения. Без схемы отключения при низком напряжении питания, ток через LM3578 будет возрастать по мере снижения напряжения, пока микросхема не выйдет из строя.
Резистор 2.2 МОм, подключенный к LM358, создает гистерезис при переключении вблизи порогового напряжения. Схема отключается при напряжении на 0.25 В более низком, чем напряжение включения. Это предотвращает неустойчивое состояние схемы возле порога выключения. При входном напряжении ниже напряжения отключения, схема будет потреблять ток около 5 мА.
Интересной особенностью этой схемы является то, что она выступает в качестве отрицательного сопротивления на клеммах источника питания. При увеличении напряжения питания ток будет снижаться. Общая потребляемая мощность остается практически постоянной даже при изменении входного напряжения.
Использование
Просто подключите источник питания 12 В постоянного тока, например, солнечную панель или заряженный свинцово-кислотный аккумулятор. Уровень свечения светодиодов будет оставаться постоянным при изменении напряжения батареи, и устройство будет потреблять минимальное количество энергии.
Можно варьировать количество белых светодиодов в этой схеме от 8 до 12. При увеличении количества светодиодов увеличивается выходное напряжение регулятора напряжения и входной ток. Многие читатели спросят меня, может ли эта схема питать более 12 белых светодиодов с напряжением 3.7 В? Отвечу, что 12 белых светодиодов есть максимальное число для микросхемы LM3578. Если вы захотите использовать более низковольтные светодиоды, например красные или ИК светодиоды с напряжением 1.4 В, их количество может быть увеличено до 30.
Компоненты
|
1 |
Интегральный импульсный преобразователь LM3578AN |
|
1 |
Сдвоенный операционный усилитель LM358P |
|
1 |
Стабилитрон 5 В 1N5231 |
|
2 |
Диод Шоттки 1N5819 |
|
10 |
Белые сверхяркие светодиоды |
|
1 |
Электролитический конденсатор 100 мкФ, 25 В |
|
1 |
Электролитический конденсатор 100 мкФ, 50 В |
|
1 |
Керамический одно- или многослойный конденсатор 100 нФ, 50 В |
|
1 |
Керамический одно- или многослойный конденсатор 2 нФ, 50 В |
|
2 |
Керамический одно- или многослойный конденсатор 1 нФ, 50 В |
|
1 |
Дисковый керамический конденсатор 22 пФ |
|
1 |
Резистор 0.3 Ом 0.25 Вт |
|
1 |
Резистор 4.7 Ом, 0.5 Вт |
|
2 |
Резистор 4.7 кОм, 0.25 Вт |
|
1 |
Резистор 10 кОм, 0.25 Вт |
|
1 |
Резистор 36 кОм, 0.25 Вт |
|
2 |
Резистор 100 кОм, 0.25 Вт |
|
1 |
Резистор 220 кОм, 0.25 Вт |
|
1 |
Резистор 2.2 МОм, 0.25 Вт |
|
1 |
Мощный дроссель для импульсных преобразователей 1 мГн, 200 мА |
|
Наиболее подходящие дроссели: |
|
|
CDRH74NP-102MC (Sumida, SMD) |
