Світлодіод від батарейки 1.5 вольта. Як запалити світлодіод від однієї батарейки. Схема і принцип її роботи

Давно хотів зробити собі мініатюрний і яскравий ліхтарик живиться від одно елемента АА або ААА. Для таких цілей є навіть спец. мікросхеми, але їх дефіцит у нас + жаба змусили мене розкинути мізками. В результаті було зроблено це чудо:

Світить дуже яскраво. Яскравість світіння майже не падає, якщо підключити паралельно ще один світлодіод. Поширеність деталей + легкість збірки і настройки дозволять без проблем повторити цю конструкцію.

Трансформатор намотується на феритових кільцях. Я брав кільце зі старої материнської плати. Намотувати дуже просто. Беремо два дроти однакової довжини (я використовував два різнокольорових дроти від мережевого кабелю). Складаємо їх разом і складеним проводом починаємо намотувати на кільце виток до витка. В результаті у нас виходити 4 дроти по два з кожного боку кільця. Беремо по одному дроту різних кольорів з кожного боку і пов'язуємо їх разом. Має вийти приблизно наступне:

Вид збоку:

Замість транзистора BC547C можна застосувати наш вітчизняний КТ315. Резистором R1 можна трохи регулювати яскравість світіння. Плата для цієї схеми не розроблялася, на мій погляд вона тут ні до чого.

Якщо ви коли-небудь захочете живити світлодіод від однієї батарейки, то рано чи пізно натрапите на схему під назвою Joule Thief- злодій джоулів. Ця схема хороша багатьом: малою кількістю деталей, можна використовувати сіла батарейку, зібрана конструкція виходить компактною і буде працювати від батареї з напругою всього 0.6В. Класичну схему цього пристрою можна подивитися у Вікіпедії. Є багато варіантів цієї схеми, спроб її оптимізації. я покажу вам з один з варіантів цієї конструкції, який дозволить запалити два 3-х ватних світлодіода включених послідовно. Все було зібрано швидко. З урахуванням перемотування дроселя, часу пішло 20 хвилин.

Що знадобиться для збирання:

Паяльник, не багато припою і проводів. Батарейка на 1.5В і менше, тверді руки.
Транзистор. Я використовував КТ630,

максимальна робоча частота у нього велика, струм колектора вище, ніж у рекомендованих в стандартних схемах. В принципі можна будь NPN транзистор c коефіцієнтом підсилення не менше 150, наприклад, 2SC1815. Один змінний резистор на 10 кОм.

Один електролітичний конденсатор 47 мкФ на 25В. Конденсатор більшої ємності довше заряджається і знижує яскравість світіння. Один будь-який діод із зворотним напругою не менше 100 В, тому що без навантаження конденсатор заряджається до 30-45В.

Один конденсатор 0.01 мкФ. Два 3-х ватних світлодіода, включених послідовно. Закріплених на радіаторі від комп'ютерного процесора.

Один дросель групової стабілізації від комп'ютерного БП.

Можна використовувати будь-який ферритові кільце, яке виявиться під рукою. Я використовував дросель від БП, просто тому, що він був. Кількість витків не рахував, просто змотав весь провід з кільця (там два дроти різно перетину) і намотав його знову, бифилярно.

Обмотку, намотану проводом меншого перетину, включив в ланцюг бази транзистора. Відповідно, другу обмотку включив в ланцюг колектора. Важливо, щоб початок однієї обмотки поєднувалося з кінцем інший, як показано на схемі. можна намотати на феритових стержні обмотку з відведенням від потрібної кількості витків, або взагалі, зробити котушку без сердечника.

На відміну від стандартної схеми, тут, навантаження підключається між базою і колектором. Ккд схеми залежить від конденсатора, який включений в паралель з навантаженням. Така схема включення навантаження зроблена в спробі використовувати ОЕДС, що виникає в котушці L2.

На відео видно, що при замиканні резистора R1 яскравість світіння збільшується.

В принципі, він не потрібен взагалі, тому що на схемі він обмежує струм через базу. Транзистор КТ 630 прекрасно почуває себе і без цього резистора.

І на завершення ще одна схема, з регульованим вихідним напругою

Понад яскраві світлодіоди останнім часом все більше входять в моду, - то в іграшку, то в каганець, то в ліхтарик і т.д. Але не це спонукало мене на створення модуля. Якось треба було живити мікроконтролер від 1.5 вольт, - довелося майструвати на платі блокінг-генератор аналогічний, застосованого в модулі. Тоді то я і пошкодував, що немає мікросхем типу, подав 1.5 а на виході 5 вольт або ще що. Тоді й народилася ідея створити універсальний модуль для таких цілей, який можна було б впаяти в плату або вмонтувати в ліхтарик або іграшку. Схема традиційна, таких схем в інеті море. У чому тоді фішка? Фішка в розмірі та в універсальності. Розмір модуля 10х7х5 міліметрів, за формою і розміром він нагадує транзистор КТ815. Його можна встановити в пристрій, а коли пристрій не потрібно - випаять і зберегти для іншого випадку. Деталі та конструкція. У модулі застосований ключовий транзистор 2SC1740S, з низькою напругою насичення, високою швидкістю перемикання і малими розмірами. Але буде працювати і будь-який інший. SMD не пробував, але в корпусі SOT-89 повинні підійти. Трохи про феритових кільцях, розмір 3х1.5х1.5 мм. Якось мені знадобилося на потужний польовика феритову намистинку одягнути, щоб прибрати незрозумілі сплески. Я перерив весь будинок і коли, нарешті, знайшов пакетик з намистинками, виявив, що на висновок вона не налазить. Ось тоді я і дістав ці ферритові кільця з якогось чорного, залитого компаундом блоку з маркуванням FB2022 або LPT100-05, який стояв в старій 10 мегабитной мережевої карти на коаксіал. Ці деталі у всіх мережевої стояли, а кілець там штук 5. Дістати не особливо легко, але можна. Там є ще великий чорний залитий компаундом блок (перетворювач 5 -\u003e 9 вольт, там теж кільця є, але побільше розміром. Трохи про намотуванні, мотати потрібно подвійним проводом, я взяв сантиметрів 40-50 дроти 0.1 склав удвоє (не ріже). Місце перегину виявилося жорстким і без човника намотав 20-25 витків, як коли. Після намотування місце перегину розрізати, один висновок спаяти з висновком початку намотування, цей провід піде на +1.5. Резистор і конденсатор в модулі - SMD. Розташовані з боку фольги. Транзистор вставляється в просвердлені отвори 0.8мм, кільце приклеюється до плати. Після виготовлення можна залити лаком. Замість R1 можна запаяти SMD подстроечнік 1.5-2 КОм, тоді можна регулювати яскравість світлодіода і споживаний струм. в моєму варіанті модуль споживав ток близько 30-35 мА, струм через світлодіод склав 15 мА при напрузі на світлодіоді 2.8-2. 9 вольт (щоб заміряти потрібно світлодіод підключити через діод, і паралельно поставити конденсатор 1 мк). На даний момент виготовлено 5 модулів. З них виготовлено 2 нічника, - в циліндричну баночку від вітамінів батарейку 373 з підпаяти проводами і шматок поролону (щоб не бовталася), в кришку мініатюрний вимикач і синій матовий світлодіод. Дуже навіть зручно. Ще виготовлено 2 брелка з годинною батарейкою (марку не пам'ятаю десь сантиметр в діаметрі), довелося віддати через день після виготовлення, друзі випросили за пиво. Брелоки виготовлялися з фломастера і мали в діаметрі близько сантиметра і довжину сантиметра три, в торці кнопка, світлодіод 5мм. Думаю виготовити кілька флікерів, але ще не вирішив яка буде форма. У всі ці пристрої можна поставити дві батарейки по 1.5 вольт і не треба модулів, АЛЕ! Батарейок буде вже дві, а коли напруга знизиться до 1.25 вольт на батарейку - світлодіод згасне. А з модулем буде працювати від однієї батарейки поки вона не сяде до 0.7-0.8 вольт.

За точно такою ж схемою був виготовлений перетворювач для нічника з 2-5 світлодіодів, але оптимальним для нічника виявилися два матових світлодіода синього і зеленого кольору. Схема ідентична схемі модуля, за винятком більш потужного транзистора і трансформатора. Трансформатор намотаний на кільці 7х4х2 проводом складеним втричі. Кінці трьох проводів зачищаються на довжину 1-1.5 см, згуртовуються разом і кінець їх округляється напилком або наждачним папером (щоб не чіплявся під час намотування). Мотається без човника, використовуючи місце спайки як голку. Після намотування місце спайки відкушується і один з проводів з'єднується з кінцем намотування, - це буде +. Другий кінець цього проводу - на базу транзистора, інші два дроти початку - на колектор. Тобто первинна обмотка мотається подвійним проводом. Перемикач застосовується на три положення, центральне - «Викл». В одному положенні мінус батарейки підключається через резистор 3-20 ом, - це для свіжої батарейки, інакше яскравість буде надмірною. У друге положення перемикач переводиться при сіла батарейці, коли яскравість недостатня.
!!! Якщо уважно подивитися на схему то виявиться що в положенні «Викл» світлодіоди через обмотку трансформатора постійно підключені до батарейці! Це не помилка, струм споживання світлодіода підключеного до батарейці 1.5 вольт, коливається від 1 до 5 мкА в залежності від потужності світлодіода. А струм в 1 мкА батарейку не розрядиться.
Струм споживання 30-50 ма, при 373 батарейці цього вистачить на 400-500 годин за розрахунком, реально думаю значно більше. Спальню 5х4 метра висвітлює пристойно, а головне, йдучи на кухню пива сьорбнути з холодильника, можна нічник з собою взяти, щоб не наступити на хвіст німецькій вівчарці, що спить в передпокої. Освітленість достатня при струмі 10-15 мА, тобто можна застосувати і модуль.

Порада. Струм споживання потрібно контролювати тестером, і підбирати резистором R1 *. Іноді, при певному опорі цього резистора, струм споживання сильно збільшується без збільшення яскравості світлодіодів, потрібно підібрати компромісний варіант - я яскравість достатня і струм невеликої.
Замінити транзистори можна на КТ315, КТ503, КТ605 і ін, але ключовий транзистор з низьким Uке насичення краще.

Дана схема ще одна із серії популярних перетворювачів для харчування світлодіода від однієї батарейкина 1,5 вольта.

Опис роботи перетворювача для світлодіода від 1,5 вольт

Після підключення живлення через резистор R2 відкривається транзистор T1. Далі, ток протікає через резистор R3 відкриває транзистор T2 і ток починає текти через дросель L1. Струм дроселя L1 стає дедалі більше і визначається напругою батареї, самого дроселя, а також величиною опору резистора R3.

Коли струм в дроселі досягає свого максимуму, він змінює свій напрямок на протилежне і, отже, змінюється і полярність напруги. У цей момент через конденсатор C1 закриває транзистор T1, а за ним і транзистор T2. Струм з котушки протилежної полярності, проходить через світлодіод, який загоряється. Через деякий час транзистор T1 і T2 відкриваються, і цикл повторюється знову.

Перетворювач здатний підвищувати напругу до 10 вольт, так що він з легкістю зможе запалити навіть два-три діода на повну яскравість. Струм протікає через світлодіод можна в певних межах регулювати, змінюючи опір резистора R3.

Перетворювач для світлодіода зібраний на односторонній платі

Незважаючи на багатий вибір в магазинах світлодіодних ліхтариків різних конструкцій, радіоаматори розробляють свої варіанти схем для харчування білих суперяскравих світлодіодів. В основному завдання зводиться до того, як живити світлодіод всього від однієї батарейки або акумулятора, провести практичні дослідження.

Після того, як отримано позитивний результат, схема розбирається, деталі складаються в коробочку, досвід завершений, настає моральне задоволення. Часто дослідження на цьому зупиняються, але іноді досвід складання конкретного вузла на макетної платі переходить в реальну конструкцію, виконану за всіма правилами мистецтва. Далі розглянуті кілька простих схем, розроблених радіоаматорами.

У ряді випадків встановити, хто є автором схеми дуже важко, оскільки одна і та ж схема з'являється на різних сайтах і в різних статтях. Часто автори статей чесно пишуть, що цю статтю знайшли в інтернеті, але хто опублікував цю схему вперше, невідомо. Багато схеми просто змальовувати з плат тих же китайських ліхтариків.

Навіщо потрібні перетворювачі

Вся справа в тому, що пряме падіння напруги на, як правило, не менше 2,4 ... 3,4В, тому від однієї батарейки з напругою 1,5 В, а тим більше акумулятора з напругою 1,2В запалити світлодіод просто неможливо. Тут є два виходи. Або застосовувати батарею з трьох або більше гальванічних елементів, або будувати хоча б найпростіший.

Саме перетворювач дозволить живити ліхтарик всього від однієї батарейки. Таке рішення зменшує витрати на джерела живлення, а крім того дозволяє повніше використовувати: багато перетворювачі працездатні при глибокому розряді батареї до 0,7 В! Використання перетворювача також дозволяє зменшити габарити ліхтарика.

Схема являє собою блокінг-генератор. Це одна з класичних схем електроніки, тому при правильній збірці і справних деталях починає працювати відразу. Головне в цій схемі правильно намотати трансформатор Tr1, не переплутати фазировку обмоток.

Як сердечника для трансформатора можна використовувати ферритові кільце з плати від непридатною. Досить намотати кілька витків ізольованого проводу та з'єднати обмотки, як показано на малюнку нижче.

Трансформатор можна намотати обмотувальним проводом типу ПЕВ або ПЕЛ діаметром не більше 0,3 мм, що дозволить укласти на кільце трохи більшу кількість витків, хоча б 10 ... 15, що трохи поліпшить роботу схеми.

Обмотки слід мотати в два дроти, після чого з'єднати кінці обмоток, як показано на малюнку. Початок обмоток на схемі показано точкою. Як можна використовувати будь-який малопотужний транзистор n-p-n провідності: КТ315, КТ503 і подібні. В даний час простіше знайти імпортний транзистор, наприклад BC547.

Якщо під рукою не виявиться транзистора структури n-p-n, то можна застосувати, наприклад КТ361 або КТ502. Однак, в цьому випадку доведеться поміняти полярність включення батарейки.

Резистор R1 підбирається по найкращому світінням світлодіода, хоча схема працює, навіть якщо його замінити просто перемичкою. Вищенаведена схема призначена просто «для душі», для проведення експериментів. Так після восьми годин безперервної роботи на один світлодіод батарейка з 1,5 В «сідає» до 1,42В. Можна сказати, що майже не розряджається.

Для дослідження навантажувальних здібностей схеми можна спробувати підключити паралельно ще кілька світлодіодів. Наприклад, при чотирьох світлодіодах схема продовжує працювати досить стабільно, при шести світлодіодах починає грітися транзистор, при восьми світлодіодах яскравість помітно падає, транзистор гріється дуже сильно. А схема, все-таки, продовжує працювати. Але це тільки в порядку наукових досліджень, оскільки транзистор в такому режимі довго не пропрацює.

Якщо на базі цієї схеми планується створити простенький ліхтарик, то доведеться додати ще пару деталей, що забезпечить більш яскраве світіння світлодіода.

Неважко бачити, що в цій схемі світлодіод харчується не пульсує, а постійним струмом. Природно, що в цьому випадку яскравість світіння буде трохи вище, а рівень пульсацій випромінюваного світла буде набагато менше. Як діода підійде будь-який високочастотний, наприклад, КД521 ().

Перетворювачі з дроселем

Ще одна найпростіша схема показана на малюнку нижче. Вона трохи складніше, ніж схема на малюнку 1, містить 2 транзистора, але при цьому замість трансформатора з двома обмотками має тільки дросель L1. Такий дросель можна намотати на кільці все від тієї ж енергозберігаючої лампи, для чого знадобиться намотати всього 15 витків обмотувального дроту діаметром 0,3 ... 0,5 мм.

При зазначеному параметрі дроселя на світлодіоді можна отримати напруга до 3,8В (пряме падіння напруги на світлодіоді 5730 3,4В), що досить для харчування світлодіода потужністю 1Вт. Налагодження схеми полягає в підборі ємності конденсатора C1 в діапазоні ± 50% по максимальної яскравості світлодіода. Схема працездатна при зниженні напруги живлення до 0,7 В, що забезпечує максимальне використання ємності батареї.

Якщо розглянуту схему доповнити випрямлячем на діоді D1, фільтром на конденсаторі C1, і стабілітроном D2, вийде малопотужний блок живлення, який можна застосувати для харчування схем на ОУ або інших електронних вузлів. При цьому індуктивність дроселя вибирається в межах 200 ... 350 мкГн, діод D1 з бар'єром Шотткі, стабілітрон D2 вибирається по напрузі живиться схеми.

При вдалому збігу обставин за допомогою такого перетворювача можна отримати на виході напругу 7 ... 12В. Якщо передбачається використовувати перетворювач для живлення тільки світлодіодів, стабілітрон D2 можна зі схеми виключити.

Всі розглянуті схеми є найпростішими джерелами напруги: обмеження струму через світлодіод здійснюється приблизно так само, як це робиться в різних брелоках або в запальничках зі світлодіодами.

Світлодіод через кнопку включення, без всякого обмежувального резистора, харчується від 3 ... 4-х маленьких дискових батарейок, внутрішній опір яких обмежує струм через світлодіод на безпечному рівні.

Схеми зі зворотним зв'язком по струму

А світлодіод є, все-таки, струмовим приладом. Неспроста в документації на світлодіоди вказується саме прямий струм. Тому справжні схеми для живлення світлодіодів містять зворотний зв'язок по току: як тільки струм через світлодіод досягає певного значення, вихідний каскад відключається від джерела живлення.

У точності також працюють і стабілізатори напруги, тільки там зворотний зв'язок по напрузі. Нижче показана схема для живлення світлодіодів з струмового зворотним зв'язком.

При уважному розгляді можна побачити, що основою схеми є все той же блокінг-генератор, зібраний на транзисторі VT2. Транзистор VT1 є керуючим в колі зворотного зв'язку. Зворотній зв'язок в даній схемі працює наступним чином.

Світлодіоди живляться напругою, яке накопичується на електролітичному конденсаторі. Заряд конденсатора проводиться через діод імпульсною напругою з колектора транзистора VT2. Випрямлена напруга використовується для живлення світлодіодів.

Струм через світлодіоди проходить за наступним шляхом: плюсова обкладка конденсатора, світлодіоди з обмежувальними резисторами, резистор струмового зворотного зв'язку (сенсор) Roc, мінусова обкладка електролітичного конденсатора.

При цьому на резисторі зворотного зв'язку створюється падіння напруги Uoc \u003d I * Roc, де I струм через світлодіоди. При зростанні напруги на (генаратора, все-таки, працює і заряджає конденсатор), струм через світлодіоди збільшується, а, отже, збільшується і напруга на резисторі зворотного зв'язку Roc.

Коли Uoc досягає 0,6 транзистор VT1 відкривається, замикаючи перехід база-емітер транзистора VT2. Транзистор VT2 закривається, блокінг-генератор зупиняється, і перестає заряджати електролітичний конденсатор. Під таким навантаженням конденсатор розряджається, напруга на конденсаторі падає.

Зменшення напруги на конденсаторі призводить до зниження струму через світлодіоди, і, як наслідок, зменшення напруги зворотного зв'язку Uoc. Тому транзистор VT1 закривається і не перешкоджає роботі блокинг-генератора. Генератор запускається, і весь цикл повторюється знову і знову.

Змінюючи опір резистора зворотного зв'язку можна в широких межах змінювати струм через світлодіоди. Подібні схеми називаються імпульсними стабілізаторами струму.

Інтегральні стабілізатори струму

В даний час стабілізатори струму для світлодіодів випускаються в інтегральному виконанні. Як приклади можна привести спеціалізовані мікросхеми ZXLD381, ZXSC300. Схеми, показані далі, взяті з даташітов (DataSheet) цих мікросхем.

На малюнку показано пристрій мікросхеми ZXLD381. У ній міститься генератор ШИМ (Pulse Control), датчик струму (Rsense) і вихідний транзистор. Навісних деталей всього дві штуки. Це світлодіод LED і дросель L1. Типова схема включення показана на наступному малюнку. Мікросхема випускається в корпусі SOT23. Частота генерації 350КГц задається внутрішніми конденсаторами, змінити її неможливо. ККД пристрою 85%, запуск під навантаженням можливий вже при напрузі живлення 0,8 В.

Пряме напруга світлодіода має бути не більше 3,5 В, як зазначено в нижній сходинці під малюнком. Струм через світлодіод регулюється зміною індуктивності дроселя, як показано в таблиці в правій частині малюнка. У середній колонці вказано піковий струм, в останній колонці середній струм через світлодіод. Для зниження рівня пульсацій і підвищення яскравості світіння можливе застосування випрямляча з фільтром.

Тут застосовується світлодіод з прямим напругою 3,5 В, діод D1 високочастотний з бар'єром Шотткі, конденсатор C1 бажано з низьким значенням еквівалентного послідовного опору (low ESR). Ці вимоги необхідні для того, щоб підвищити загальний ККД пристрою, по можливості менше гріти діод і конденсатор. Вихідний струм підбирається за допомогою підбору індуктивності дроселя залежно від потужності світлодіода.

Відрізняється від ZXLD381 тим, що не має внутрішнього вихідного транзистора і резистора-датчика струму. Таке рішення дозволяє значно збільшити вихідний струм пристрою, а отже застосувати світлодіод більшої потужності.

Як датчик струму використовується зовнішній резистор R1, зміною величини якого можна встановлювати необхідний струм в залежності від типу світлодіода. Розрахунок цього резистора проводиться за формулами, наведеними в даташіте на мікросхему ZXSC300. Тут ці формули наводити не будемо, при необхідності нескладно знайти даташит і підглянути формули звідти. Вихідний струм обмежується лише параметрами вихідного транзистора.

При першому включенні всіх описаних схем бажано батарейку підключати через резистор опором 10Ом. Це допоможе уникнути загибелі транзистора, якщо, наприклад, був належним чином під'єднаний обмотки трансформатора. Якщо з цим резистором світлодіод засвітився, то резистор можна прибирати і проводити подальші настройки.

Борис Аладишкін