Torcia elettrica a LED. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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I LED bianchi super luminosi sono emettitori di luce economici a bassa potenza che possono sostituire con successo le lampade a incandescenza nelle torce elettriche. Recentemente sono apparse sul mercato luci a LED prodotte commercialmente. Questo articolo aiuterà i radioamatori a realizzare lo stesso da soli e, allo stesso tempo, a comprendere alcune delle complessità dell'alimentazione a LED.

La particolarità di un LED come carico per una fonte di alimentazione è che, a differenza di una lampada ad incandescenza, ha una caratteristica corrente-tensione non lineare con un pronunciato "tallone" nella sezione iniziale. La caduta di tensione diretta sul LED bianco alle correnti operative supera i 3 V. Non è razionale alimentarlo da una batteria da 4,5 V da tre celle galvaniche: un terzo dell'energia andrà sprecato, dissipandosi su un resistore di spegnimento. La tensione di due, e ancor di più di una cella galvanica, non è sufficiente, è necessario un convertitore che aumenti la tensione al valore desiderato e la mantenga invariata quando la batteria è scarica.

Tale convertitore può essere assemblato secondo il circuito mostrato in Fig. 1. La sua base è il microcircuito Maxim MAX756, progettato specificamente per dispositivi elettronici portatili autoalimentati. Il convertitore rimane operativo quando la tensione di alimentazione scende a 0,7 V. La tensione di uscita stabilizzata può essere impostata rispettivamente su 3.3 o 5 V con una corrente di uscita fino a 300 o 200 mA. Efficienza al massimo carico - oltre l'87%.

Il chip DA1 è incluso secondo lo schema tipico. L'induttore L1, il diodo VD1 e il condensatore C3, insieme a un transistor ad effetto di campo integrato nel microcircuito (il suo drain è collegato al pin 8, la sorgente al pin 7) formano un inverter di tipo step-up. Il condensatore C2 blocca la sorgente di tensione di riferimento interna per la corrente alternata e C1 blocca la batteria GB1. La tensione di retroazione dall'uscita dell'inverter viene inviata al pin 6 del microcircuito. La connessione del pin 2 mostrata nello schema corrisponde a una tensione di uscita di 3,3 V. Se si collega questo pin al filo comune (pin 7), la tensione aumenterà a 5 V. Il collegamento al filo comune del pin 1 interromperà il inverter. Conclusione 5 - ingresso del sistema di controllo della tensione di alimentazione non utilizzato in questo caso. Non deve rimanere libero e per questo va collegato al plus della batteria GB1.

Il ciclo dell'inverter può essere suddiviso in due fasi. Nel primo, il transistor interno è aperto, una corrente linearmente crescente scorre attraverso l'induttore L1. Il campo magnetico dell'induttore immagazzina energia. Il diodo VD1 è chiuso. Il condensatore C3 si scarica dando corrente al carico. La durata nominale della fase è di 5 µs, ma può essere interrotta automaticamente prima se la corrente di drain del transistor raggiunge il valore massimo consentito (circa 1 A).

Nella seconda fase del ciclo, il transistor è chiuso. La corrente dell'induttore L1, ora fluente, cadendo attraverso il diodo VD1, carica il condensatore C3, compensando la sua scarica nella prima fase. Quando la tensione sul condensatore raggiunge una soglia prefissata, la fase si interrompe. A seconda della tensione di alimentazione e della corrente di carico, la frequenza di ripetizione del ciclo descritto varia in un intervallo molto ampio.

Con una diminuzione della tensione di ingresso e un aumento della corrente di carico, il chip MAX756 passa a una modalità con una durata di fase fissa (5 e 1 µs, rispettivamente). La tensione di uscita non è stabilizzata, diminuisce, rimanendo il massimo possibile in tali condizioni

Quattro LED L-53PWC "Kingbright" collegati in parallelo sono installati nella torcia come emettitori di luce. Connettore X1 - il portalampada disponibile nella lanterna. Poiché a una corrente di 15 ... 30 mA la caduta di tensione diretta attraverso il LED è di circa 3,1 V, gli 0,2 V in più dovevano essere ammortizzati dal resistore R1 collegato in serie. Man mano che i LED si riscaldano, la caduta di tensione ai loro capi diminuisce e il resistore in serie stabilizza in una certa misura la corrente e la luminosità del bagliore. Non è stato necessario equalizzare i valori di corrente tramite i singoli LED. Le differenze nella loro luminosità "a occhio" non sono state trovate.

Il progetto era basato su una torcia "VARTA" con un'unità di emissione di luce rotante. In linea di principio, andrà bene qualsiasi altra torcia, in cui vi sia spazio libero per posizionare le parti necessarie. Grazie all'utilizzo di componenti di dimensioni ridotte, il tutto è stato collocato all'interno del nodo luminescente (Fig. 2). L'installazione è stata eseguita con un metodo a cerniera utilizzando i pin del microcircuito come punti di riferimento.

Quattro LED come mostrato in fig. 3, ha preso il posto del bulbo di vetro rimosso della lampada torcia "normale". Le conclusioni dei loro anodi sono saldate al guscio metallico della base, le conclusioni dei catodi vengono passate nel suo foro centrale e saldate.

Condensatori di ossido C1 e C3 - tantalio importato per montaggio superficiale. La loro bassa resistenza in serie influisce favorevolmente sull'efficienza. Condensatore C2 - K10-176 o qualsiasi altra ceramica. Il diodo Schottky 1N5817 può essere sostituito con l'SM5817 o, trascurando la caduta di tensione diretta leggermente superiore, con l'1N5818 (SM5818). L'avvolgimento dell'induttore L1 è di 35 giri di filo PEV-2 0,28, avvolto sul circuito magnetico dall'induttore del filtro di rete di un alimentatore switching a bassa potenza. Si tratta di un anello K10x4x5 in permalloy di molibdeno con una permeabilità magnetica di 60. È possibile utilizzare bobine con un'induttanza di 40 ... 100 μH e una corrente consentita di almeno 1 A della serie DM con un circuito magnetico centrale. È auspicabile che la resistenza attiva dell'avvolgimento dell'induttore non superi 0,1 Ohm, altrimenti l'efficienza del dispositivo diminuirà notevolmente.

Le capacità del convertitore di tensione prodotto sono state testate utilizzando una sorgente di tensione regolata di 0...3 V invece di una batteria GB1. La dipendenza rimossa della tensione di uscita dall'ingresso è mostrata in fig. 4. Il convertitore ha continuato a funzionare anche quando la tensione di alimentazione è scesa a 0,4 V, fornendo in questa modalità una tensione di 2,6 V a una corrente di 7 mA (invece dei 110 mA originali). Il bagliore dei LED era ancora visibile. Dopo lo spegnimento e la riaccensione, il convertitore si è avviato solo con una tensione di alimentazione superiore a 0,7 V. L'efficienza misurata con batterie nuove è stata dell'87%.

Maxim rilascia oggi una versione migliorata del chip MAX756 - MAX1674. Ha un raddrizzatore sincrono incorporato, che rende superfluo un diodo esterno e consente di aumentare l'efficienza del convertitore al 94%. Va tenuto presente che è possibile ottenere un'efficienza così elevata solo con la giusta scelta del tipo e dei valori nominali degli elementi esterni e un'attenta installazione del convertitore.

Autore: B. Rashchenko, Novosibirsk

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