LED-Taschenlampe. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Superhelle weiße LEDs sind wirtschaftliche Lichtsender mit geringem Stromverbrauch, die Glühlampen in Taschenlampen erfolgreich ersetzen können. Seit kurzem sind kommerziell hergestellte LED-Leuchten auf dem Markt. Dieser Artikel wird Funkamateuren dabei helfen, dasselbe selbst herzustellen und gleichzeitig einige Feinheiten der LED-Stromversorgung zu verstehen.

Die Besonderheit einer LED als Last für eine Stromquelle besteht darin, dass sie im Gegensatz zu einer Glühlampe eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie mit einem ausgeprägten „Absatz“ im Anfangsabschnitt aufweist. Der direkte Spannungsabfall an der weißen LED beträgt bei Betriebsströmen mehr als 3 V. Es ist nicht sinnvoll, sie über eine 4,5-V-Batterie aus drei galvanischen Zellen mit Strom zu versorgen – ein Drittel der Energie wird verschwendet und über einen Löschwiderstand vernichtet. Die Spannung von zwei und noch mehr von einer galvanischen Zelle reicht nicht aus, es ist ein Wandler erforderlich, der die Spannung auf den gewünschten Wert erhöht und bei entladener Batterie unverändert beibehält.

Ein solcher Wandler kann nach der in Abb. gezeigten Schaltung aufgebaut werden. 1. Seine Basis ist die Mikroschaltung Maxim MAX756, die speziell für tragbare elektronische Geräte mit eigener Stromversorgung entwickelt wurde. Der Wandler bleibt betriebsbereit, wenn die Versorgungsspannung auf 0,7 V sinkt. Die stabilisierte Ausgangsspannung kann auf 3.3 oder 5 V bei einem Ausgangsstrom von bis zu 300 bzw. 200 mA eingestellt werden. Wirkungsgrad bei maximaler Belastung – mehr als 87 %.

Der DA1-Chip ist nach dem typischen Schema enthalten. Die Induktivität L1, die Diode VD1 und der Kondensator C3 bilden zusammen mit einem in die Mikroschaltung eingebauten Feldeffekttransistor (sein Drain ist mit Pin 8 verbunden, die Source mit Pin 7) einen Aufwärtswechselrichter. Der Kondensator C2 blockiert die interne Referenzspannungsquelle für Wechselstrom und C1 blockiert die Batterie GB1. Die Rückkopplungsspannung vom Ausgang des Wechselrichters wird an Pin 6 der Mikroschaltung angelegt. Der im Diagramm gezeigte Anschluss von Pin 2 entspricht einer Ausgangsspannung von 3,3 V. Wenn Sie diesen Pin mit dem gemeinsamen Draht (Pin 7) verbinden, erhöht sich die Spannung auf 5 V. Durch Anschließen an den gemeinsamen Draht von Pin 1 wird die Spannung gestoppt Wandler. Schlussfolgerung 5 – Der Eingang des Versorgungsspannungssteuersystems wird in diesem Fall nicht verwendet. Es darf nicht frei bleiben und wird aus diesem Grund an das Plus der GB1-Batterie angeschlossen.

Der Wechselrichterzyklus kann in zwei Phasen unterteilt werden. Im ersten Fall ist der interne Transistor geöffnet, ein linear ansteigender Strom fließt durch die Induktivität L1. Das Magnetfeld des Induktors speichert Energie. Diode VD1 ist geschlossen. Der Kondensator C3 entlädt sich und gibt Strom an die Last ab. Die Nenndauer der Phase beträgt 5 µs, sie kann jedoch automatisch früher unterbrochen werden, wenn der Drainstrom des Transistors den maximal zulässigen Wert (ca. 1 A) erreicht.

In der zweiten Phase des Zyklus ist der Transistor geschlossen. Der jetzt fließende Drosselstrom L1, der durch die Diode VD1 fällt, lädt den Kondensator C3 auf und gleicht dessen Entladung in der ersten Phase aus. Wenn die Spannung am Kondensator einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, stoppt die Phase. Abhängig von der Versorgungsspannung und dem Laststrom variiert die Wiederholfrequenz des beschriebenen Zyklus in einem sehr weiten Bereich.

Bei einer Verringerung der Eingangsspannung und einer Erhöhung des Laststroms wechselt der MAX756-Chip in einen Modus mit fester Phasendauer (5 bzw. 1 µs). Die Ausgangsspannung stabilisiert sich nicht, sie nimmt ab und bleibt unter solchen Bedingungen auf dem maximal möglichen Wert

Als Lichtsender sind in der Taschenlampe vier parallel geschaltete L-53PWC „Kingbright“ LEDs verbaut. Anschluss X1 – die in der Laterne vorhandene Lampenfassung. Da bei einem Strom von 15 ... 30 mA der Gleichspannungsabfall an der LED ca. 3,1 V beträgt, mussten die zusätzlichen 0,2 V durch den in Reihe geschalteten Widerstand R1 ausgeglichen werden. Wenn sich die LEDs erwärmen, nimmt der Spannungsabfall an ihnen ab und der Vorwiderstand stabilisiert in gewissem Maße den Strom und die Helligkeit des Leuchtens. Ein Ausgleich der Stromwerte durch einzelne LEDs war nicht erforderlich. Unterschiede in ihrer Helligkeit „nach Augenmaß“ wurden nicht festgestellt.

Das Design basierte auf einer Taschenlampe „VARTA“ mit rotierender Leuchteinheit. Im Prinzip reicht auch jede andere Taschenlampe, in der Platz für die Unterbringung der benötigten Teile vorhanden ist. Dank der Verwendung kleiner Komponenten wurde alles innerhalb des lichtemittierenden Knotens platziert (Abb. 2). Die Installation erfolgte im Scharnierverfahren unter Verwendung der Mikroschaltungsstifte als Referenzpunkte.

Vier LEDs wie in Abb. 3, ersetzte den entfernten Glaskolben der „normalen“ Taschenlampenlampe. Die Anschlüsse ihrer Anoden werden mit dem Metallgehäuse des Sockels verlötet, die Anschlüsse der Kathoden werden in das zentrale Loch eingeführt und verlötet.

Oxidkondensatoren C1 und C3 – importiertes Tantal zur Oberflächenmontage. Ihr geringer Serienwiderstand wirkt sich günstig auf den Wirkungsgrad aus. Kondensator C2 - K10-176 oder jede andere Keramik. Die Schottky-Diode 1N5817 kann durch die SM5817 oder, unter Vernachlässigung des etwas höheren Durchlassspannungsabfalls, durch die 1N5818 (SM5818) ersetzt werden. Die Wicklung der Induktivität L1 besteht aus 35 Windungen PEV-2 0,28, die auf den Magnetkreis der Netzfilterinduktivität eines Schaltnetzteils mit geringer Leistung gewickelt sind. Hierbei handelt es sich um einen K10x4x5-Ring aus Molybdän-Permalloy mit einer magnetischen Permeabilität von 60. Es können Drosseln mit einer Induktivität von 40 ... 100 μH und einem zulässigen Strom von mindestens 1 A der DM-Serie mit Kernmagnetkreis verwendet werden. Es ist wünschenswert, dass der aktive Widerstand der Induktorwicklung 0,1 Ohm nicht überschreitet, da sonst der Wirkungsgrad des Geräts merklich abnimmt.

Die Fähigkeiten des hergestellten Spannungswandlers wurden mit einer geregelten Spannungsquelle von 0...3 V anstelle einer GB1-Batterie getestet. Die entfernte Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Eingang ist in Abb. dargestellt. 4. Der Wandler arbeitete auch dann weiter, wenn die Versorgungsspannung auf 0,4 V abfiel, und lieferte in diesem Modus eine Spannung von 2,6 V bei einem Strom von 7 mA (anstelle der ursprünglichen 110 mA). Das Leuchten der LEDs war immer noch spürbar. Nach dem Aus- und Wiedereinschalten startete der Wandler erst bei einer Versorgungsspannung von mehr als 0,7 V. Der gemessene Wirkungsgrad mit frischen Batterien betrug 87 %.

Maxim veröffentlicht heute eine verbesserte Version des MAX756-Chips – MAX1674. Er verfügt über einen eingebauten Synchrongleichrichter, der eine externe Diode überflüssig macht und es ermöglicht, den Wirkungsgrad des Wandlers auf 94 % zu steigern. Es ist zu bedenken, dass ein so hoher Wirkungsgrad nur mit der richtigen Wahl des Typs und der Nennleistung der externen Elemente und einer sorgfältigen Installation des Konverters erreicht werden kann.

Autor: B. Raschtschenko, Nowosibirsk

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