Всем хорош светодиод — светит ярко, служит долго, потребляет мало. Но, к сожалению, ни один из существующих приборов не сможет работать при напряжении 1-1.5 В. Индикаторным светодиодам нужно как минимум 1.8-2, а мощным сверхярким и того больше — 2.5 — 3.5 В. Тем не менее, выход из положения есть и не особо сложный. Поскольку светодиоды потребляют немного, для их питания достаточно собрать простенький повышающий преобразователь, чем мы сегодня и займемся.
Схема, представленная ниже, позволяет зажечь достаточно мощный (до 1 Вт) светодиод напряжением всего 0.7 – 2 В (один элемент или аккумулятор) и может быть использована для подсветки в низковольтной аппаратуре или в качестве малогабаритного фонарика, работающего всего на одной батарейке или аккумуляторе.
В качестве L1 имеет смысл применить готовый SMD-дроссель от радиотелефона, но можно изготовить его и самому. Для этого на кольце от неисправной энергосберегающей лампы достаточно намотать 15 витков провода ПЭВ 0.2. Единственная крупногабаритная деталь преобразователя – мощный транзистор КТ805. Заменить его можно аналогичным в SMD корпусе.
Налаживание устройства сводится к подбору емкости конденсатора С1 в пределах +-50% по максимальной яркости свечения светодиода. При указанных параметрах L1 напряжение на светодиоде может достигать 3.8 В. Благодаря работоспособности схемы при входном напряжении всего 0.7 В, такой фонарик в состоянии вырабатывать энергию батарейки практически полностью.
Вторая конструкция, в принципе, может использоваться для питания любых узлов аппаратуры, требующей напряжения 7-12 В. Нагрузочная способность схемы, конечно, невелика, но мощности такого преобразователя вполне хватит для питания, скажем, операционного усилителя. На схеме, изображенной ниже, в качестве нагрузки используется три светодиода большой яркости, которые в свою очередь могут быть установлены в фонарике или велофаре.
Питание преобразователя — один элемент на 1.5 В. Дроссель должен иметь индуктивность в диапазоне 200-300 мкГн, именно от него и от диода D1 (диод Шоттке) будет зависеть выходное напряжение и КПД всего устройства. При использовании преобразователя для питания светодиодов стабилитрон D2 можно исключить, а при питании электронных узлов подобрать его по необходимому напряжению стабилизации с одновременным увеличением сглаживающей емкости С1.
И еще одна схема, лично мной не испытанная, но подкупающая своей простотой. По заверению разработчика она совершенно некритична к параметрам радиоэлементов и в состоянии зажечь сверхяркий светодиод от одного практически «убитого» элемента напряжением 0.7 В
Транзистор — любой маломощный кремниевый (автор использовал КТ315), диод — любой кремниевый, конденсатор 47 мкФ х 6 В электролитический, номинал резистора R1 — 1 Ком. Трансформатор выполнен на ферритовом кольце, выдранном из материнской платы (судя по всему из схемы фильтра питания). Обе обмотки содержат по 20 витков эмалированного провода 0.2. Если преобразователь не запустится, поменяйте местами выводы одной из обмоток трансформатора.
Обе обмотки Т1 содержат по 35 витков, I — диаметр провода 0.15, II — 0.32. Токоограничивающие резисторы в цепях светодиодов можно исключить.
По материалам и с разрешения нашего спонсора esxema.ru
Данная схема еще одна из серии популярных преобразователей для питание светодиода от одной батарейки на 1,5 вольта.
Описание работы преобразователя для светодиода от 1,5 вольт
После подключения питания через резистор R2 открывается транзистор T1. Далее, ток протекающий через резистор R3 открывает транзистор T2 и ток начинает течь через дроссель L1. Ток дросселя L1 постоянно растет и определяется напряжением батареи, самого дросселя, а также величиной сопротивления резистора R3.
Когда ток в дросселе достигает своего максимума, он меняет свое направление на противоположное и, следовательно, меняется и полярность напряжения. В этот момент через конденсатор C1 закрывает транзистор T1, а за ним и транзистор T2. Ток из катушки противоположной полярности, проходит через светодиод, который загорается. Через некоторое время транзистор T1 и T2 открываются, и цикл повторяется снова.
Преобразователь способен повышать напряжение до 10 вольт, так что он с легкостью сможет зажечь даже два-три диода на полную яркость. Ток протекающий через светодиод можно в определенных пределах регулировать, изменяя сопротивление резистора R3.
Преобразователь для светодиода собран на односторонней плате
Сверх яркие светодиоды в последнее время все больше входят в моду, - то в игрушку, то в ночник, то в фонарик и т.д. Но не это подвигло меня на создание модуля. Как-то нужно было запитать микроконтроллер от 1,5 вольт, - пришлось мастерить на плате блокинг-генератор аналогичный, примененному в модуле. Тогда то я и пожалел, что нет микросхем типа, подал 1,5 ампера на выходе 5 вольт или еще что. Тогда и родилась идея создать универсальный модуль для таких целей, который можно было бы впаять в плату или вмонтировать в фонарик или игрушку.
Схема традиционная, таких схем в инете море. В чем тогда фишка? Фишка в размере и в универсальности. Размер модуля 10х7х5 миллиметров, по форме и размеру он напоминает транзистор КТ815. Его можно установить в устройство, а когда устройство не нужно - выпаять и сохранить для другого случая. Детали и конструкция. В модуле применен ключевой транзистор 2SC1740S, с низким напряжением насыщения, высокой скоростью переключения и малыми размерами. Но будет работать и любой другой. SMD не пробовал, но в корпусе SOT-89 должны подойти. Немного о ферритовом кольце, размер 3х1,5х1,5 мм. Как-то мне понадобилось на мощный полевик ферритовую бусинку одеть, чтобы убрать непонятные всплески.
(нажмите для увеличения)
Я перерыл весь дом и когда, наконец, нашел пакетик с бусинками, обнаружил, что на вывод она не налезает. Вот тогда я и достал эти ферритовые кольца из какого-то черного, залитого компаундом блока с маркировкой FB2022 или LPT100-05, который стоял в старой 10 мегабитной сетевой карте на коаксиал. Эти детали во всех сетевухах стояли, а колец там штук 5. Достать не особо легко, но можно. Там есть еще большой черный залитый компаундом блок (преобразователь 5 -> 9 вольт, там тоже кольца есть, но побольше размером.
Немного о намотке, мотать нужно двойным проводом, я взял сантиметров 40-50 провода 0.1 сложил вдвое (не разрезать). Место перегиба оказалось жестким и без челнока намотал 20-25 витков, как когда. После намотки место перегиба разрезать, один вывод спаять с выводом начала намотки, этот провод пойдет на +1.5.
Резистор и конденсатор в модуле - SMD. Расположены со стороны фольги. Транзистор вставляется в просверленные отверстия 0.8мм, кольцо приклеивается к плате. После изготовления можно залить лаком. Вместо R1 можно запаять SMD подстроечник 1.5-2 КОм, тогда можно регулировать яркость светодиода и потребляемый ток. В моем варианте модуль потреблял ток около 30-35 мА, ток через светодиод составил 15 мА при напряжении на светодиоде 2.8-2.9 вольт (чтобы замерить нужно светодиод подключить через диод, и параллельно поставить конденсатор 1 мкФ).
На данный момент изготовлено 5 модулей. Из них изготовлено 2 ночника, - в цилиндрическую баночку от витаминов батарейку 373 с подпаянными проводами и кусок поролона (чтобы не болталась), в крышку миниатюрный выключатель и синий матовый светодиод. Очень даже удобно. Еще изготовлено 2 брелка с часовой батарейкой (марку не помню где-то сантиметр в диаметре), пришлось отдать через день после изготовления, друзья выпросили за пиво. Брелки изготавливались из фломастера и имели в диаметре около сантиметра и длину сантиметра три, в торце кнопка, светодиод 5мм.
Думаю изготовить несколько фликеров, но еще не решил какая будет форма. Во все эти устройства можно поставить две батарейки по 1,5 вольт и не надо модулей, НО! Батареек будет уже две, а когда напряжение снизится до 1,25 вольт на батарейку - светодиод погаснет. А с модулем будет работать от одной батарейки пока она не сядет до 0,7-0,8 вольт.
По точно такой же схеме был изготовлен преобразователь для ночника из 2-5 светодиодов, но оптимальным для ночника оказались два матовых светодиода синего и зеленого цвета.
(нажмите для увеличения)
Схема идентична схеме модуля, за исключением более мощного транзистора и трансформатора. Трансформатор намотан на кольце 7х4х2 проводом сложенным втрое. Концы трех проводов зачищаются на длину 1-1,5 см, спаиваются вместе и конец их скругляется напильником или наждачкой (чтобы не цеплялся при намотке). Мотается без челнока, используя место спайки как иголку. После намотки место спайки откусывается и один из проводов соединяется с концом намотки, - это будет +. Второй конец этого провода - на базу транзистора, остальные два провода начала - на коллектор. Т.е. первичная обмотка мотается двойным проводом. Переключатель применяется на три положения, центральное - "Выкл". В одном положении минус батарейки подключается через резистор 3-20 ом, - это для свежей батарейки, иначе яркость будет чрезмерной. Во второе положение переключатель переводится при севшей батарейке, когда яркость недостаточная.
Если внимательно посмотреть на схему то окажется что в положении "Выкл" светодиоды через обмотку трансформатора постоянно подключены к батарейке! Это не ошибка, ток потребления светодиода подключенного к батарейке 1.5 вольт, колеблется от 1 до 5 мкА в зависимости от мощности светодиода. А ток в 1 мкА батарейку не разрядит.
Ток потребления 30-50 мА, при 373 батарейке этого хватит на 400-500 часов по расчету, реально думаю значительно больше. Спальню 5х4 метра освещает прилично, а главное, идя на кухню пива хлебнуть из холодильника, можно ночник с собой взять, чтобы не наступить на хвост немецкой овчарке, спящей в прихожей. Освещенность достаточная при токе 10-15 мА, т.е. можно применить и модуль.
Совет. Ток потребления нужно контролировать тестером, и подбирать резистором R1*. Иногда, при определенном сопротивлении этого резистора, ток потребления сильно увеличивается без увеличения яркости светодиодов, нужно подобрать компромиссный вариант - я яркость достаточная и ток небольшой.
Заменить транзисторы можно на КТ315, КТ503, КТ605 и др., но ключевой транзистор с низким Uкэ насыщения предпочтительнее.
Смотрите другие статьи раздела
Многие видели миниатюрные карманные фонарики, работающие от одной батарейки 1,5 вольта. Теоретически этого напряжения не хватит для того, чтобы засветить белый светодиод. Значит под корпусом скрыто какое-то устройство, повышающее напряжение до нужного уровня. Это устройство можно сделать своими руками в течение получаса, используя недорогие и доступные детали. О том, как светодиод подключить к батарейке 1,5В во всех деталях расскажет эта статья.
Схема и принцип её работы
Схема питания светодиода от батарейки на 1,5В представлена на рисунке. Основные функциональные элементы – однокаскадный транзисторный усилитель и импульсный трансформатор, за счет которого достигается глубокая положительная обратная связь. Ток базы транзистора ограничивается резистором R1, а для оптимизации выходных параметров установлен диод VD1 и конденсатор С1, о которых будет сказано немного позже.
Схема питания светодиода от одной батарейки работает по принципу блокинг-генератора. Формирование импульсов осуществляется за счет отпирания транзистора и перехода его в режим насыщения при помощи положительной обратной связи. Выход из насыщения происходит за счет уменьшения тока базы. Транзистор закрывается, и энергия трансформатора сбрасывается в нагрузку. В результате светодиод вспыхивает на короткий промежуток времени.
Теперь более детально рассмотрим работу схемы, представленной на рисунке. Известно, что ток в катушке индуктивности не может измениться мгновенно. Сначала, в момент подачи напряжения от батарейки транзистор находится в закрытом состоянии. Постепенное нарастание тока в коллекторной, а затем и в базовой обмотке, приводит к плавному отпиранию транзистора. Это приводит к росту тока коллектора, который протекает и через коллекторную обмотку. Данное увеличение тока трансформируется в базовую обмотку и ещё больше увеличивает ток базы.
В результате такого лавинообразного процесса в транзистор входит насыщение. В режиме насыщения коллекторный ток перестаёт нарастать, а значит, напряжение на базовой обмотке станет равным нулю. Это приведёт к снижению тока базы и выходу транзистора из насыщения. Напряжение на базовой обмотке меняет полярность, что способствует практически мгновенному запиранию транзистора. В результате вся накопленная энергия устремляется в нагрузку. Светодиод вспыхивает и пропускает через себя ток, который уменьшается от значения тока коллектора до нуля. На этом временном интервале в трансформаторе происходит обратный блокинг-процесс, который приводит к очередному отпиранию транзистора. Далее цикл повторяется.
Схема работает на частоте в несколько десятков килогерц. Поэтому тысячи вспышек в секунду воспринимаются человеческим глазом как постоянное свечение. Но схему можно немного доработать, исключив провалы тока через светодиод до нуля, и добавив в неё сглаживающий конденсатор и диод. Конденсатор С1 соединяют параллельно светодиоду, соблюдая полярность, а диод VD1 – последовательно, в цепь протекания тока нагрузки. VD1 предотвращает разряд конденсатора на открытый транзистор.
Подключение светодиода к батарейке, согласно данной схеме, требует соблюдения одного правила: нельзя включать собранное устройство без нагрузки (может сгореть транзистор).
Расчет и детали сборки
Все радиодетали, необходимые для практической реализации, стоят недорого или имеются в запасах радиолюбителей. Исключение составляет трансформатор, над которым придётся немного поработать.
Трансформатор изготавливается своими руками из ферритового кольца, демонтированного из неисправной компактной люминесцентной лампы или импульсного блока питания. Внешний диаметр кольца составляет около 10 мм с возможным допуском в обе стороны. Для намотки используются два одножильных провода одинаковой длины сечением 0,5 мм 2 . Идеально подходит витая пара, применяемая в сетевом LAN подключении.
Оба провода (желательно разных цветов) складывают друг к другу и наматывают на кольцо, укладывая витки по окружности. Всего должно получиться 20 витков. При этом начала проводов выходят с одной стороны, а концы – с другой. После этого начало провода одного цвета соединяют с концом провода другого цвета и подключают их к плюсу батарейки. Два оставшихся конца соединяют с коллектором транзистора и резистором.
Транзистор выбирают исходя из наибольшего тока коллектора с двойным запасом, чтобы избежать перегрева. В данном случае подойдёт КТ315В или КТ3102А. Вместо них можно установить импортный BC547А с параметрами:
- максимальный ток коллектора – 100 мА;
- максимальное напряжение коллектор-эмиттер – 45В;
- коэффициент усиления h 21Э – 100-220.
Желательно выбрать транзистор со значением h 21Э близким к 100.
Задавшись наибольшим рабочим током коллектора 25 мА, можно рассчитать ток базы: I Б =I K / h 21Э =25/100=0,25 мА.
Теоретически сопротивление резистора R1 можно рассчитать по формуле: R1=(U БАТ -U БЭ)/I Б =(1,5-0,6)/0,00025=3600 Ом.
Однако на практике достаточно резистора номиналом 1кОм, так как в расчете не учитывается входное сопротивление источника питания и высокочастотный режим работы и ток намагничивания, который является балластной составляющей тока коллектора. Также следует учесть, что по мере снижения ЭДС батарейки резистор с меньшим сопротивлением окажется более эффективным. С резистором 1кОм-0,125Вт±5% амплитудное значение тока светодиода не превышает 26 мА.
Схему можно питать не только от батарейки 1,5В, но и от пальчикового аккумулятора 1,2В.
Диод VD1 в данном случае должен обладать малым падением напряжения в открытом состоянии. Для этой цели подойдут диоды Шоттки типа 1N5817-1N5819, у которых падение напряжения на малых токах составляет 0,2-0,4В. Конденсатор C1 – электролитический на 10 мкФ-6,3В. Этой ёмкости достаточно, чтобы сгладить пульсации тока на светодиоде.
Во время работы батарейка теряет ёмкость, и напряжение на её выводах снижается. При этом светодиод будет продолжать светиться, пока соблюдается условие: U БАТ >U БЭ (в среднем 0,6В). Таким образом, схема питания светодиода от одной батарейки позволяет с максимальной эффективностью использовать пальчиковую батарейку.
Печатная плата
Печатную плату простейшего блокинг-генератора можно скачать . Это односторонняя плата размером 10 на 20 мм, которая легко помещается в корпусе фонарика. Готовую плату с деталями и проводками к светодиоду желательно поместить в термотрубку и разместить рядом с батарейкой. Если применить smd транзистор и резистор, исключив диод с конденсатором, то можно сделать плату ещё меньшего размера для самого маленького фонарика.
Послесловие
Рассмотренное схемотехническое решение эффективно в случае включения 1-3 светодиодов любого цвета с максимальным током до 30 мА. Чтобы запитать более мощный светодиод от одной батарейки, потребуется внести некоторые коррективы. В приведенной схеме можно снизить сопротивление резистора, тем самым увеличив амплитуду тока коллектора (но не более максимального паспортного значения).
Для подключения светодиода 1W придётся все детали схемы заменить на более мощные: трансформатор с сердечником большего размера и транзистор с током коллектора не менее 500 мА. Во время наладки схемы для фонаря на одной батарейке нужно пользоваться осциллографом, чтобы проконтролировать ток светодиода.
В интернете можно найти много схем подключения светодиода к батарейке. При этом авторы не стесняются демонстрировать фото своих измерений, где ток в нагрузке превышает допустимое значение для маломощного светодиода (30 мА). Почему же светодиод не перегорает? Дело в том, что большая часть мультиметров измеряет переменное напряжение и ток только в диапазоне 40-400 Гц и об этом сказано в инструкции. Но многие радиолюбители не знают этого нюанса. Естественно мультиметр не может измерить ток светодиода, пульсирующий с частотой десятки кГц, и отображает на экране случайное число.
Читайте так же
Если вы когда-нибудь захотите запитать светодиод от одной батарейки, то рано или поздно наткнетесь на схему под названием Joule Thief- вор джоулей.
Эта схема хороша многим: малым количеством деталей, можно использовать севшую батарейку, собранная конструкция получается компактной и будет работать от батареи с напряжением всего 0.6В. Классическую схему этого устройства можно посмотреть в Википедии. Есть много вариантов этой схемы, попыток ее оптимизации. я покажу вам с один из вариантов этой конструкции, который позволит зажечь два 3-х ваттных светодиода включенных последовательно. Все было собрано быстро. С учетом перемотки дросселя, времени ушло 20 минут.
Что понадобится для сборки:
Паяльник, не много припоя и проводов. Батарейка на 1.5В и меньше, твердые руки.
Транзистор. Я использовал КТ630,
максимальная рабочая частота у него большая, ток коллектора выше, чем у рекомендуемых в стандартных схемах. В принципе можно любой NPN транзистор c коэффициентом усиления не менее 150, к примеру, 2SC1815. Один переменный резистор на 10 кОм.
Один электролитический конденсатор 47 мкФ на 25В. Конденсатор большей емкости дольше заряжается и снижает яркость свечения. Один любой диод с обратным напряжением не меньше 100 В, т.к. без нагрузки конденсатор заряжается до 30-45В.
Один конденсатор 0.01 мкФ. Два 3-х ваттных светодиода, включенных последовательно. Закрепленных на радиаторе от компьютерного процессора.
Один дроссель групповой стабилизации от компьютерного БП.
Можно использовать любое ферритовое кольцо, которое окажется под рукой. Я использовал дроссель от БП, просто потому, что он был. Количество витков не считал, просто смотал весь провод с кольца (там два провода разно сечения) и намотал его снова, бифилярно.
Обмотку, намотанную проводом меньшего сечения, включил в цепь базы транзистора. Соответственно, вторую обмотку включил в цепь коллектора. Важно, чтобы начало одной обмотки соединялось с концом другой, как показано на схеме. можно намотать на ферритовом стержне обмотку с отводом от нужного количества витков, или вообще, сделать катушку без сердечника.
В отличии от стандартной схемы, здесь, нагрузка подключается между базой и коллектором. Кпд схемы зависит от конденсатора, который включен в параллель с нагрузкой. Такая схема включения нагрузки сделана в попытке использовать ОЭДС,возникающую в катушке L2.
На видео видно, что при замыкании резистора R1 яркость свечения увеличивается.
В принципе, он не нужен вообще, т.к. на схеме он ограничивает ток через базу. Транзистор КТ 630 прекрасно чувствует себя и без этого резистора.
И в заключении еще одна схема, с регулируемым выходным напряжением