Сверхяркие светодиоды білого світіння - економічні малопотужні випромінювачі світла, здатні з успіхом замінити в кишенькових ліхтарях лампи розжарювання. В останнім часом у продажу з'явилися світлодіодні ліхтарі промислового виготовлення. Ця стаття допоможе радіоаматорам самостійно виготовити такий і, заодно, розібратися в деяких тонкощах живлення світлодіодів.
Особливість світлодіода як навантаження для джерела живлення полягає в тому, що він, на відміну від лампи розжарювання, має нелінійну вольт-амперну характеристику з різко вираженою "'п'ятою" на початковому ділянці. Пряме падіння напруги на світлодіоді білого світіння при робочих значеннях струму перевищує 3 Ст. Живити його від батареї напругою 4,5 В з трьох гальванічних елементів нераціонально - третина енергії буде витрачено даремно, розсіюючись на гасящем резисторі. Напруги двох, а тим більше від одного гальванічного елемента недостатньо, потрібно перетворювач, що підвищує напругу до потрібного значення і підтримує його незмінним при розрядці батареї.
Такий перетворювач можна зібрати за схемою, показаної на рис. 1. Його основа - мікросхема МАХ756 фірми "Maxim", розроблена спеціально для портативних електронних приладів з автономним живленням. Перетворювач зберігає працездатність при зниженні напруги живлення до 0,7 В. Стабілізовану вихідна напруга може бути встановлено рівним 3.3 або 5 В при вихідному струмі відповідно до 300 або 200 мА. ККД при максимальному навантаженні - більше 87 %.
Мікросхема DA1 включена за типовою схемою. Дросель L1, діод VD1 і конденсатор C3 разом з вбудованим в мікросхему польовим транзистором (його сток з'єднаний з висновком 8, исток - з висновком 7) утворюють ключовий інвертор підвищує типу. Конденсатор С2 блокує по змінному струму внутрішній джерело зразкового напруги, а С1 - батареї GB1. Напруга зворотного зв'язку з виходу інвертора надходить на вивід 6 мікросхеми. Показане на схемі підключення виведення 2 відповідає вихідній напрузі 3,3 В. Якщо поєднати цей висновок з загальним дротом (висновком 7), напруга зросте до 5 Ст. З'єднання із загальним проводом висновки 1 зупинить інвертор. Висновок 5 - вхід не використовується в даному разі системи контролю живлячої напруги. Він не повинен залишатися вільним і цієї причини з'єднаний з плюсом батареї GB1.
Цикл роботи інвертора можна розділити на дві фази. У першій - внутрішній транзистор відкритий, через дросель L1 тече лінійно наростаючий струм. Магнітне поле дроселя накопичує енергію. Діод VD1 закритий. Конденсатор C3 розряджається, віддаючи струм в навантаження. Номінальна тривалість фази - 5 мкс, але вона може бути автоматично перервана раніше, якщо струм стоку транзистора досягне максимально допустимого значення (приблизно 1 А).
У другій фазі циклу транзистор закритий. Струм дроселя L1, поточний тепер, спадаючи, через діод VD1, заряджає конденсатор C3, компенсуючи його розрядку в першій фазі. З досягненням напругою на конденсаторі заданого порогу фаза припиняється. В залежно від напруги живлення і струму навантаження частота повторення описаного циклу змінюється в дуже широких межах.
З зменшенням вхідної напруги і збільшенням струму навантаження мікросхема МАХ756 переходить в режим з фіксованою тривалістю фаз (відповідно 5 і 1 мкс). Вихідна напруга не стабілізоване, воно знижується, залишаючись максимально можливим в таких умовах
В якості світловипромінювачів в ліхтар встановлені чотири світлодіода L-53PWC "Kingbright", включених паралельно. Роз'єм Х1 - наявний в ліхтарі ламповий патрон. Оскільки при струмі 15...30 мА пряме падіння напруги на світлодіоді приблизно В 3,1, зайві 0,2 В довелося погасити на резисторі R1, включеному послідовно. З розігрівом світлодіодів падіння напруги на них зменшується і послідовний резистор якоюсь мірою стабілізує струм і яскравість світіння. Вирівнювати значення струму через окремі світлодіоди не довелося. Відмінності їх яскравості "на око" не виявлено.
За основу конструкції був узятий кишеньковий ліхтар "VARTA" з поворотним светоизлучающим вузлом. В принципі підійде будь-який інший ліхтар, в якому знайдеться вільне місце для розміщення необхідних деталей. Завдяки використання малогабаритних компонентів все вдалося розмістити всередині світло випромінюючого вузла (рис. 2). Монтаж проводився навісним способом з використанням висновків мікросхеми в якості опорних точок.
Чотири світлодіода, як показано на рис. 3, зайняли місце видаленої скляної колби "штатної" лампи ліхтаря. Висновки їх анодів припаяні до металевій оболонці цоколя, висновки катодів пропущені в його центральне отвір і пропаяні.
Оксидні конденсатори C1 і C3 - імпортні танталові для поверхневого монтажу. Їх низька послідовне опір сприятливо впливає на ККД. Конденсатор С2 - К10-176 або будь-який інший керамічний. Діод 1N5817 з бар'єром Шоткі можна замінити на SM5817 або, нехтуючи трохи великим прямим падінням напруги, на 1N5818 (SM5818). Обмотка дроселя L1 - 35 витків дроту ПЕВ-2 0,28, намотаних на магнітопроводі від дроселя мережевого фільтра малопотужного імпульсного джерела живлення. Це кільце типорозміру К10х4х5 з молібденового пермаллоя магнітною проникністю 60. Можна використовувати дроселі індуктивністю 40... 100 мкГн і допустимим струмом не менше 1 серії А з ДМ стрижневим магнітопроводом. Бажано, щоб активний опір обмотки дроселя не перевищувало 0,1 Ом, інакше ККД пристрою помітно знизиться.
Можливості виготовленого перетворювача напруги були перевірені з використанням регульованого джерела напруги 0...3 В замість батареї GB1. Знята залежність вихідної напруги від вхідної показана на рис. 4. Перетворювач продовжував працювати навіть при зниженні напруги живлення до 0,4 У віддаючи в цьому режимі напруга 2,6 В при струмі 7 мА (замість вихідних 110 мА). Світіння світлодіодів все ще залишалося помітним. Після вимкнення повторного включення перетворювач запускався лише при напрузі живлення більше 0,7 В. Виміряний ККД при свіжих елементах живлення склав 87 %.
Фірма Maxim сьогодні випускає вдосконалений варіант мікросхеми МАХ756 - МАХ1674. В ній є вбудований синхронний випрямляч, що робить непотрібним зовнішній діод і дає можливість довести ККД перетворювача до 94 %. Слід мати на увазі, що досягти такого високого ККД вдається тільки при правильному вибір типу і номіналів зовнішніх елементів і продуманому монтажі перетворювача.
Автор: Б. Ращенко, Новосибірськ р.