Alimentatore LED a bassa tensione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Le sorgenti LED di radiazione ottica nel campo del visibile, a causa delle caratteristiche del design, non possono illuminarsi a tensioni inferiori a 1,6 ... 1,8 V. Questa circostanza limita notevolmente la possibilità di utilizzare i LED in dispositivi con alimentazione a bassa tensione (da una cella galvanica) .

Gli emettitori LED proposti con alimentazione a bassa tensione (0,1 ... 1,6 V) possono essere utilizzati per l'indicazione della tensione, la trasmissione di dati tramite canali di comunicazione ottici, ecc. Per alimentarli, puoi anche utilizzare celle elettrochimiche a bassissima tensione, in cui il terreno inumidito o i mezzi biologicamente attivi fungono da elettrolita.

La varietà di circuiti di alimentazione LED a bassa tensione può essere ridotta a due tipi principali di conversione da bassa tensione ad alta tensione. Si tratta di circuiti con dispositivi di accumulo di energia capacitivi e induttivi.

La figura 1 mostra il circuito di alimentazione del LED utilizzando il principio del raddoppio della tensione di alimentazione. Il generatore di impulsi a bassa frequenza, la cui frequenza di ripetizione è determinata dalla catena R1-C1, e la durata - R2-C1, è realizzata su strutture a transistor pn-p e npn. Dall'uscita del generatore, brevi impulsi attraverso il resistore R4 vengono inviati alla base del transistor VT3, nel circuito del collettore di cui sono collegati il ​​LED rosso HL1 e il diodo al germanio VD1. Un condensatore elettrolitico ad alta capacità C2 è collegato tra l'uscita del generatore di impulsi e il punto di connessione del LED e del diodo al germanio.

Fig. 1. Schema di alimentazione LED basato sul principio del raddoppio della tensione

Durante una lunga pausa tra gli impulsi (il transistor VT2 è chiuso e non conduce corrente), questo condensatore viene caricato attraverso VD1 e R3 alla tensione di alimentazione. Quando viene generato un breve impulso, il transistor VT2 si apre. La piastra caricata negativamente del condensatore C2 è collegata alla barra di alimentazione positiva. Il diodo VD1 è bloccato. Il condensatore carico C2 è collegato in serie al generatore e caricato sulla catena: il LED è la giunzione emettitore-collettore del transistor VT3. Poiché il transistor VT3 viene sbloccato dallo stesso impulso, la sua resistenza emettitore-collettore diminuisce. Pertanto, quasi il doppio della tensione di alimentazione (escluse perdite minori) viene applicata al LED per un breve periodo - segue il suo lampo luminoso. Successivamente, il processo di scarica della carica del condensatore C2 viene periodicamente ripetuto.

Quando si utilizzano LED di tipo AL307KM con una tensione di incandescenza di 1,35 ... 1,4 V, la tensione di funzionamento del generatore è 0,8 ... 1,6 V. I limiti di portata sono definiti come segue: quello inferiore indica la tensione alla quale il LED si accende , quello superiore indica il momento in cui la corrente assorbita dal dispositivo è di 20 mA.

Poiché il generatore è in modalità a impulsi, vengono generati bagliori luminosi che attirano l'attenzione. Nel circuito è necessario utilizzare un condensatore elettrolitico C2 a bassa tensione, ma piuttosto ingombrante e ad alta capacità.

Le sorgenti di alimentazione LED a bassa tensione basate su multivibratori sono mostrate in Fig. 2, 3. La prima di esse si basa su un multivibratore asimmetrico che genera brevi impulsi con una grande pausa tra gli impulsi. L'accumulo di energia - condensatore C3 - viene periodicamente caricato dalla fonte di alimentazione e scaricato sul LED, sommando la sua tensione con la tensione di alimentazione.

Fig.2. Alimentazione LED a bassa tensione basata su multivibratore asimmetrico (pulse glow)

Il generatore (Fig. 3) garantisce, a differenza del circuito precedente, la natura continua del bagliore dei LED. Il dispositivo si basa su un multivibratore simmetrico e funziona a frequenze più elevate. A questo proposito, le capacità dei condensatori in questo circuito sono piuttosto piccole. Naturalmente, la luminosità del bagliore è notevolmente ridotta, ma la corrente media consumata dal generatore con una tensione di alimentazione di 1,5 V non supera i 3 mA.

Fig.3. Alimentazione LED a bassa tensione basata su un multivibratore simmetrico (bagliore continuo)

I convertitori di tensione del tipo a condensatore (con raddoppio della tensione) per l'alimentazione di emettitori di LED possono teoricamente ridurre la tensione di alimentazione di esercizio solo fino al 60%. L'uso di moltiplicatori di tensione multistadio per questo scopo non è promettente a causa del progressivo aumento delle perdite e della diminuzione dell'efficienza del convertitore.

Più promettenti in termini di ulteriore riduzione della tensione di alimentazione sono i convertitori con accumulo di energia induttivo. È diventato possibile abbassare notevolmente il limite inferiore della tensione di alimentazione grazie al passaggio alle versioni LC dei circuiti del generatore che utilizzano dispositivi di accumulo di energia induttivi.

Una capsula telefonica viene utilizzata come accumulo di energia induttiva nel primo degli schemi (Fig. 4). Contemporaneamente alla radiazione luminosa, il generatore genera segnali acustici. Quando la capacità del condensatore aumenta a 200 microfarad, il generatore passa a una modalità di funzionamento a impulsi, generando segnali luminosi e sonori intermittenti. Come elemento attivo viene utilizzata una struttura alquanto insolita: una connessione in serie di transistor di vari tipi di conduttività coperti da feedback positivo.

Fig.4. Sorgente con accumulo di energia induttivo (capsula telefonica).

I convertitori di tensione per l'alimentazione del LED delle Fig. 5 e 6 sono realizzati su analoghi dei transistori ad effetto di campo ad iniezione. Il primo dei convertitori (Fig. 5) utilizza un circuito combinato induttivo-capacitivo per aumentare la tensione di uscita, combinando il principio del raddoppio della tensione capacitiva con l'ottenimento di una tensione maggiore su un'induttanza commutata.

Fig.5. Convertitore di tensione per alimentare il LED sull'analogo del transistor ad effetto di campo di iniezione n. 1

Il generatore più semplice si basa su un analogo di un transistor ad effetto di campo di iniezione (Fig. 6), in cui il LED svolge contemporaneamente il ruolo di condensatore ed è il carico del generatore. Il dispositivo funziona in un ristretto intervallo di tensioni di alimentazione, tuttavia la luminosità del LED è piuttosto elevata, poiché il convertitore è puramente induttivo e ha un'elevata efficienza.

Fig.6. Convertitore di tensione per alimentare il LED sull'analogo del transistor ad effetto di campo di iniezione n. 2

La figura 7 mostra un generatore del tipo a trasformatore per l'alimentazione di LED a bassa tensione. Il generatore contiene tre elementi, uno dei quali è un diodo a emissione di luce. Senza un LED, il dispositivo è il generatore di blocco più semplice e all'uscita del trasformatore può essere formata una tensione piuttosto elevata. Se un LED viene utilizzato come carico del generatore, inizia a illuminarsi intensamente. Nel circuito viene utilizzato un anello di ferrite F1000 K10x6x2,5 come trasformatore. Gli avvolgimenti del trasformatore hanno 15 ... .20 giri di filo PEV con un diametro di 0,23 mm. In assenza di generazione, le estremità di uno degli avvolgimenti del trasformatore vengono scambiate.

Fig.7. Generatore del tipo a trasformatore per l'alimentazione di LED in bassa tensione

Quando si passa a transistor al germanio ad alta frequenza come 1T311, 1T313 e si utilizzano trasformatori di impulsi unificati come MIT-9, TOT-45, ecc., il limite inferiore delle tensioni operative può essere abbassato a 0,125 V.

La tensione di alimentazione di tutti i circuiti considerati, per evitare danni ai LED, non deve superare 1,6 ... 1,7 V.

Autore: M. Shustov, Tomsk; Pubblicazione: radioradar.net

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