Світлодіодні джерела оптичного випромінювання видимого діапазону, в силу конструктивних особливостей не можуть світитися при напрузі нижче 1,6 ... 1,8 В. Ця обставина різко обмежує можливість застосування світлодіодів в пристроях, з низьковольтних (від одного гальванічного елемента) харчуванням.
Пропоновані світлодіодні випромінювачі з низьковольтних (0,1 ... 1,6 В) харчуванням можна використовувати для індикації напруги, передачі даних по оптичних каналах зв'язку і т.д. Для їх харчування можна використовувати і електрохімічні елементи сверхмалого напруги, в яких електролітом слугують зволожений ґрунт або біологічно активні середовища.
Різноманіття схем низьковольтного живлення світлодіодів можна звести до двох основних різновидів перетворення напруги низького рівня в напругу високого. Це схеми з ємнісними і індуктивними накопичувачами енергії.
На рис.1 показана схема харчування світлодіода з використанням принципу подвоєння напруги харчування. Генератор низькочастотних імпульсів, частота проходження яких визначається ланцюжком R1-C1, а тривалість - R2-C1, виконаний на транзисторах pn-р і npn структури. З виходу генератора короткі імпульси через резистор R4 подаються на базу транзистора VT3, в колекторних ланцюг якого включений червоний світлодіод HL1 і германієвого діод VD1. Між виходом генератора імпульсів і точкою з'єднання світлодіода і германієвого діода підключений електролітичний конденсатор С2 великої місткості.
Рис.1. Схема харчування світлодіода за принципом подвоєння напруги
У період тривалої паузи між імпульсами (транзистор VT2 закритий і не проводить струм) цей конденсатор заряджається через VD1 і R3 до напруги джерела живлення. При генерації короткого імпульсу транзистор VT2 відкривається. Негативно заряджена обкладка конденсатора С2 виявляється з'єднаної з позитивною шиною харчування. Діод VD1 закривається. Заряджений конденсатор С2 виявляється підключений послідовно з джерелом харчування і навантажений на ланцюжок: світлодіод - перехід емітер-колектор транзистора VT3. Оскільки тим же імпульсом транзистор VT3 відмикається, його опір емітер-колектор зменшується. Таким чином, практично подвійну напругу живлення (виключаючи незначні втрати) виявляється короткочасно прикладеним до світлодіоду - слід його яскравий спалах. Після цього процес заряду-розряду конденсатора С2 періодично повторюється.
При використанні світлодіодів типу АЛ307КМ з напругою світіння 1,35 ... 1,4 В, робоча напруга генератора становить 0,8 ... 1,6 В. Межі діапазону визначені так: нижня вказує напругу початку світіння світлодіода, верхня - напруга, при якому споживаний пристроєм струм дорівнює 20 мА.
Оскільки генератор працює в імпульсному режимі, генеруються світлові ефекти, що привертають увагу. У схемі необхідно використовувати хоча і низьковольтний, але досить громіздкий електролітичний конденсатор С2 великої місткості.
Джерела низьковольтного живлення світлодіодів на основі мультивибраторов зображені на рис.2, 3. Перший з них виконаний на основі асиметричного мультивибратора, який виробляє короткі імпульси з великою междуімпульсной паузою. Накопичувач енергії - конденсатор СЗ - періодично заряджається від джерела живлення і розряджається на світлодіод, підсумовуючи своє напругу з напругою живлення.
Рис.2. Джерело низьковольтного харчування світлодіода на основі асиметричного мультивибратора (імпульсний характер світіння)
Генератор (рис.3) забезпечує, на відміну від попередньої схеми, безперервний характер світіння світлодіода. Пристрій виконаний на основі симетричного мультивібратора і працює на підвищених частотах. У зв'язку з цим ємності конденсаторів в цій схемі досить малі. Звичайно, яскравість світіння помітно знижена, але середній струм, споживаний генератором при напрузі живлення 1,5 В, не перевищує 3 мА.
Рис.3. Джерело низьковольтного харчування світлодіода на основі симетричного мультивібратора (безперервний характер світіння)
Перетворювачі напруги конденсаторного типу (з подвоєнням напруги) для живлення світлодіодних випромінювачів теоретично можуть забезпечити зниження робочої напруги харчування тільки до 60%. Використання в цих цілях багатокаскадних умножителей напруги малоперспективно в зв'язку з прогресивно зростаючими втратами і падінням ККД перетворювача.
Більше перспективні в плані подальшого зниження напруги харчування перетворювачі з індуктивними накопичувачами енергії. Помітно знизити нижню межу напруги харчування стало можливим за рахунок переходу на LC-варіанти схем генераторів, що використовують індуктивні накопичувачі енергії.
В якості індуктивного накопичувача енергії в першій з схем (рис.4) використаний телефонний капсуль. Одночасно зі світловим випромінюванням генератор виробляє акустичні сигнали. При збільшенні ємності конденсатора до 200 мкФ генератор переходить в імпульсний режим роботи, виробляючи переривчасті світлові і звукові сигнали. В якості активного елементу використовується кілька незвичайна структура - послідовне з'єднання транзисторів різного типу провідності, охоплених позитивним зворотним зв'язком.
Рис.4. Джерело з індуктивним (телефонний капсуль) накопичувачем енергії
Перетворювачі напруги для харчування світлодіода на рис.5 і 6 виконані на аналогах инжекционно-польових транзисторів. Перший з перетворювачів (рис.5) використовує комбіновану індуктивно-ємнісний схему підвищення вихідної напруги, поєднуючи принцип ємнісного подвоєння напруги з отриманням підвищеної напруги на комутованої індуктивності.
Рис.5. Перетворювач напруги для харчування світлодіода на аналогу инжекционно-польового транзистора №1
Найбільш простий генератор на аналогу инжекционно-польового транзистора (рис.6), де світлодіод одночасно виконує роль конденсатора і є навантаженням генератора. Пристрій працює в вузькому діапазоні живлячих напруг, проте яскравість світіння світлодіода досить висока, оскільки перетворювач є чисто індуктивним і має високий ККД.
Рис.6. Перетворювач напруги для харчування світлодіода на аналогу инжекционно-польового транзистора №2
На рис.7 показаний генератор трансформаторного типу для живлення світлодіодів низьковольтних напругою. Генератор містить три елементи, одним з яких є світловипромінювальних діод. Без світлодіода пристрій є найпростішим блокинг-генератором, причому на виході трансформатора може формуватися досить висока напруга. Якщо в якості навантаження генератора використовувати світлодіод, він починає яскраво світитися. У схемі в якості трансформатора використано ферритові кільце Ф1000 К10x6x2,5. Обмотки трансформатора мають по 15 .. .20 витків дроту ПЕВ діаметр 0,23 мм. У разі відсутності генерації кінці однієї з обмоток трансформатора міняють місцями.
Рис.7. Генератор трансформаторного типу для живлення світлодіодів низьковольтних напругою
При переході на високочастотні германієві транзистори типу 1Т311, 1Т313 і використанні уніфікованих імпульсних трансформаторів типу МІТ-9, ТОЙ-45 і ін., Нижню межу робочої напруги можна опустити до 0,125 В.
Напруга живлення всіх розглянутих схем, щоб уникнути пошкодження світлодіодів, не повинно перевищувати 1,6 ... 1,7 В.
Автор: М.Шустов, Томськ
Включення потужних семіелементних світлодіодних індикаторів Плавне включення напруження кінескопа Ethernet по одній парі. Залежне включення двох різних пристроїв. ТРИ напруги ВІД ОДНІЄЇ "КРОНИ" Кишеньковий ліхтар на білих світлодіодах Ялинкові гірлянди з миготливими світлодіодами Дві схеми включення миготливого світлодіода Детектор газу на датчику GH-312
