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經(jīng)典的非穩(wěn)態(tài)振蕩器:只用一節(jié)電池就能點(diǎn)亮LED

發(fā)布時(shí)間:2012-10-22 責(zé)任編輯:easonxu

【導(dǎo)讀】用一節(jié) 1.5V 電池點(diǎn)亮 LED 存在著一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)?LED 的正向電壓高于電池的電壓。最簡(jiǎn)單的辦法是采用一種步進(jìn)升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)實(shí)例為低成本應(yīng)用提供了一種簡(jiǎn)單而可靠的替代方法。


圖 1 中的電路采用了一種經(jīng)典的非穩(wěn)態(tài)振蕩器,由晶體管 Q1 的 Q2 構(gòu)成。Q2 集電極的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)使 PNP 開(kāi)關(guān)晶體管 Q3 導(dǎo)通或截止。當(dāng) Q3 導(dǎo)通時(shí),它為電感 L1 充電,而當(dāng)它關(guān)閉時(shí),電感 L1 通過(guò) LED 反向釋放存儲(chǔ)的能量,因此能夠點(diǎn)亮任何類型的彩色 LED。

經(jīng)典的非穩(wěn)態(tài)振蕩器:只用一節(jié)電池就能點(diǎn)亮LED 

當(dāng)電池電壓為 1.5V 時(shí),非穩(wěn)態(tài)電路的振蕩頻率為 1/TO,其中:TO=TL+TH,而TL≈0.76R2C2 和 TH≈0.76R1C1,其中 TO 是時(shí)間,TL 是導(dǎo)通時(shí)間,而 TH 是截止時(shí)間。采用圖 1 中的元件值時(shí),頻率與占空比大約分別是 28.5 kHz 和 50%。在導(dǎo)通期間,晶體管 Q3 導(dǎo)通,而電感 L1 開(kāi)始以恒定電壓充電,因此其電流線性地上升至一個(gè)峰值,該值如下式所示:IL1PEAK=[(VBAT–VCESATQ3)/L1]×TL,其中 IL1PEAK 是 L1 的峰值電流,VBAT 是電池電壓,而 VCESATQ3 是 Q3 的集電極-射極飽和電壓。在截止期間,Q3 截止,而電感電壓極性反轉(zhuǎn),使 LED 正偏,電感以恒定電壓通過(guò) LED 放電,電壓大致等于 LED 的正向電壓,而電流則斜降到零。

由于這個(gè)循環(huán)高速重復(fù),因此 LED 看起來(lái)是穩(wěn)定發(fā)光。LED 的亮度取決于自己的平均電流,它與峰值電流成正比。LED 的電流大致是一個(gè)三角波,由于 Q3 的截止時(shí)間有限,其峰值電流約等于電感的電流,可以簡(jiǎn)單估算出平均電流:ILEDAVG≈(?)×IL1PEAK×(TDIS/TO),其中 TDIS 是電感 L1 通過(guò) LED 的放電時(shí)間,這個(gè)值可以從 L1 的放電斜率大致估計(jì)出來(lái),為 VLED/ L1,VLED 是 LED 的電壓。

如要控制 LED 的亮度,可以改變電感的值來(lái)增加或減小電感的峰值電流,電感修改范圍為 100 至 330 ?H,這樣就針對(duì)所采用的 LED 型號(hào)實(shí)現(xiàn)了最佳亮度。但是,L1 的充電斜率總是小于放電斜率,并且由于 TL 等于 TH,L1 有足夠的時(shí)間完全放電。當(dāng)它下一個(gè)循環(huán)充電時(shí),其電流循環(huán)總是從零開(kāi)始。如果不是這種情況(例如 TH 降得過(guò)大),每個(gè)循環(huán)的電感電流都會(huì)增加到 Q3 脫離飽和時(shí)為止,而由于最終電流值依賴于 Q3 的直流增益,因此變得無(wú)法預(yù)測(cè)。用一個(gè)低頻門控信號(hào)驅(qū)動(dòng)可選晶體管 Q4 的基極,該電路可使 LED 閃爍。

沒(méi)有一個(gè)元件是關(guān)鍵性元件,比如說(shuō),可以使用任何小信號(hào)晶體管。但可能情況下,盡量為Q3 選擇一個(gè)有高直流增益和低集射飽和電壓的 PNP 晶體管,以獲得最佳效率。另外,注意峰值電流不要使 L1 飽和,并且不會(huì)超過(guò) Q3 和 LED 的最大額定峰值電流。非穩(wěn)態(tài)電路可在低至 0.6V 電源下開(kāi)始工作,但 LED 不發(fā)光,當(dāng)電源電壓超過(guò) 0.9V 時(shí)發(fā)弱光。當(dāng)電源電壓超過(guò) 1V 時(shí),LED 有充足的亮度,不過(guò)這要稍稍取決于 LED 的正向電壓。
 

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