ПИТАНИЕ СВЕТОДИОДА БЕЗ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ
EDN 2011, Апрель 21
Для питания светодиодов необходим ток, и обычно используют блок питания для получения стабильного тока. В схеме типичного источника питания используется транзистор для стабилизации тока и последовательно соединённый резистор для уменьшения напряжения, подаваемого на светодиод. К сожалению, энергия, равная (VSOURCE-VDIODE)*IDIODE бесполезно рассеивается на транзисторе/резисторе.
Схема, изображённая на рисунке 1, позволяет минимизировать рассеивание энергии путём использования индуктивности и генератора для управление током, протекающим через светодиод. Индуктивность L1 накапливает энергию и подаёт её обратно в светодиод.
Рис. 1.
Транзистор Q2 (C1364) должен быть рассчитан на большое обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер;
Индуктивность L1 - 5..10 мГн;
R1+R2=200 кОм;
Если последовательно включить два и более светодиодов, то такая конфигурация не изменит их интенсивности свечения и не позволит сэкономить энергию. Схема, изображённая на рисунке 1, позволяет экономить энергию без заботы об интенсивности свечения и рабочем напряжении светодиода. Транзисторы Q1 и Q2 попеременно открываются и закрываются. Транзистор Q1 увеличивает ток через светодиод от некоторого минимального значения при подключении индуктивности L1 и светодиода D3 к источнику питания. Транзистор Q2 разряжает индуктивность L1 с накопленной энергией через светодиод. Ток падает между максимумом и минимумом. Для анализа работы этой схемы предположим, что транзисторы Q1 и Q2 являются коммутаторами без потерь.
Так как индуктивность не позволяет току резко расти, она контролирует требуемый средний ток через светодиод. Индуктивность также накапливает энергию, которая также питает светодиод. Следующее уравнение, применённое к выходу элемента G2, определяет время включения/выключения:
Где V это напряжение питания и VT это входное напряжение порога порога переключения логического CMOS при питающем напряжении V.
Эффективность этой схемы не менее 80%. Ток источника питания меньше, чем ток, протекающий через светодиод из-за накопления энергии в индуктивности.
Ток, протекающий через светодиод имеет максимум и минимум, определяемые временем включения и выключения транзисторов Q1 и Q2, а так же значением индуктивности L1. Можно использовать индуктивность величиной 5..10 мГн с ферритовым сердечником при использовании в схеме белого светодиода с прямым падением напряжения на нём примерно 3 вольта. При величине напряжения питания, лежащем в диапазоне 7..15 вольт, в качестве Q2 следует использовать транзистор с большим обратным допустимым напряжением база-эмиттер, например, 2SC3134. Транзистор C1364 в схеме работает хорошо при напряжении питания 9 вольт. Уравнения применимы к микросхеме CD4011BP, хотя её можно заменить на HEF4011BP с пониженным энергопотреблением.
Раджу Р Баади, Индия
Под редакцией Мартина Рова и Фрэна Грэнвилла