低電圧LED電源。スキーム、説明

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低電圧LED電源。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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設計上の特徴により、可視範囲の光放射の LED 光源は、1,6 ... 1,8 V 未満の電圧では点灯できません。この状況により、(XNUMX つのガルバニ電池からの) 低電圧電源を備えたデバイスで LED を使用する可能性が大幅に制限されます。 .

低電圧 (0,1 ... 1,6 V) 電源を備えた提案された LED エミッターは、電圧表示、光通信チャネルを介したデータ伝送などに使用できます。それらに電力を供給するために、湿った土壌または生物学的に活性な媒体が電解質として機能する超低電圧電気化学セルを使用することもできます。

さまざまな低電圧 LED 電源回路は、低電圧から高電圧への変換の XNUMX つの主なタイプに減らすことができます。これらは、容量性および誘導性のエネルギー貯蔵デバイスを備えた回路です。

図1は、電源電圧を1倍にする原理を使用したLEDの電源回路を示しています。チェーンR1-C2と持続時間-R1-C4によって決定される繰り返し率の低周波パルスの発生器は、トランジスタpn-pおよびnpn構造で作成されます。発生器の出力から、抵抗R3を介して短いパルスがトランジスタVT1のベースに供給され、そのコレクタ回路には赤色LED HL1とゲルマニウムダイオードVD2が接続されています。大容量の電解コンデンサ CXNUMX は、パルス発生器の出力と LED とゲルマニウムダイオードの接続点の間に接続されます。

低電圧LED電源。倍電圧原理のLED電源方式
図1。倍電圧原理に基づくLED電源方式

パルス間の長い休止期間中 (トランジスタ VT2 が閉じており、電流が流れていない)、このコンデンサは VD1 と R3 を介して電源電圧まで充電されます。短いパルスが生成されると、トランジスタ VT2 が開きます。コンデンサ C2 の負に帯電したプレートは、正の電源レールに接続されています。ダイオード VD1 はロックされています。充電されたコンデンサ C2 は、電源と直列に接続され、チェーンに負荷されます。LED は、トランジスタ VT3 のエミッタ - コレクタ接合です。トランジスタVT3は同じパルスによってロックが解除されるため、そのエミッタ - コレクタ抵抗が減少します。したがって、電源電圧のほぼ2倍（わずかな損失を除く）がLEDに短時間適用されます-その明るいフラッシュが続きます。その後、コンデンサＣ２の充放電が周期的に繰り返される。

グロー電圧が307 ... 1,35 VのAL1,4KMタイプのLEDを使用する場合、発電機の動作電圧は0,8 ...で、デバイスが消費する電流は1,6 mAです。

発電機はパルスモードで動作するため、注目を集める明るい閃光が生成されます。回路では、低電圧ですが、かなりかさばる大容量の電解コンデンサC2を使用する必要があります。

マルチバイブレータに基づく低電圧 LED 電源のソースを図 2、3 に示します。エネルギー貯蔵装置 - コンデンサ C3 - は定期的に電源から充電され、LED に放電され、その電圧と供給電圧が加算されます。

低電圧LED電源。非対称マルチバイブレータによる低電圧LED電源
図2。非対称マルチバイブレータ（パルスグロー）による低電圧LED電源

発電機 (図 3) は、前の回路とは対照的に、LED グローの連続的な性質を提供します。このデバイスは対称マルチバイブレータに基づいており、より高い周波数で動作します。この点で、この回路のコンデンサの静電容量は非常に小さいです。もちろん、グローの明るさは著しく低下しますが、1,5 Vの電源電圧で発電機が消費する平均電流は3 mAを超えません。

低電圧LED電源。非対称マルチバイブレータによる低電圧LED電源
図3。対称マルチバイブレータ（連続点灯）による低電圧LED電源

LED エミッターに電力を供給するための容量型電圧コンバーター (電圧倍増機能付き) は、理論的には動作供給電圧を最大 60% しか下げることができません。この目的での多段電圧増倍器の使用は、損失が徐々に増加し、コンバータの効率が低下するため、有望ではありません。

供給電圧をさらに下げるという点でより有望なのは、誘導エネルギー貯蔵を備えたコンバータです。誘導エネルギー貯蔵装置を使用した発電機回路のLCバージョンへの移行により、供給電圧の下限を著しく下げることが可能になりました。

最初のスキームでは、電話カプセルが誘導エネルギー貯蔵として使用されます（図4）。光放射と同時に、発生器は音響信号を生成します。コンデンサの静電容量が 200 マイクロファラッドに増加すると、発生器はパルス動作モードに切り替わり、断続的な光と音の信号を生成します。積極的な要素として、やや変わった構造が使用されています - 正帰還によってカバーされたさまざまなタイプの導電率のトランジスタの直列接続です。

低電圧LED電源。誘導（電話カプセル）エネルギー貯蔵を備えたソース
図4。誘導（電話カプセル）エネルギー貯蔵を備えたソース

図 5 と 6 の LED に電力を供給するための電圧変換器は、注入電界効果トランジスタのアナログで作られています。最初のコンバーター (図 5) は、出力電圧を増加させるために、誘導性と容量性を組み合わせた回路を使用し、容量性電圧倍増の原理と、スイッチドインダクタンスで増加した電圧を得ることを組み合わせています。

低電圧LED電源。注入電界効果トランジスタ No. 1 のアナログで LED に電力を供給するための電圧コンバータ
図5。注入電界効果トランジスタ No. 1 のアナログで LED に電力を供給するための電圧コンバータ

最も単純な発電機は、注入電界効果トランジスタのアナログに基づいており（図6）、LEDは同時にコンデンサの役割を果たし、発電機の負荷です。デバイスは狭い範囲の電源電圧で動作しますが、コンバーターは純粋に誘導性であり、効率が高いため、LED の輝度は非常に高くなります。

低電圧LED電源。注入電界効果トランジスタ No. 2 のアナログで LED に電力を供給するための電圧コンバータ
図6。注入電界効果トランジスタ No. 2 のアナログで LED に電力を供給するための電圧コンバータ

図 7 は、LED に低電圧を供給するための変圧器タイプの発電機を示しています。発生器には 1000 つの要素が含まれており、そのうちの 10 つは発光ダイオードです。 LEDがなければ、デバイスは最も単純なブロッキングジェネレーターであり、トランスの出力でかなり高い電圧が形成される可能性があります。 LED を発電機の負荷として使用すると、明るく光り始めます。回路ではフェライトリング F6 K2,5x15x20 をトランスとして使用しています。変圧器の巻線には、直径 0,23 mm の PEV ワイヤが XNUMX ... XNUMX 回巻かれています。発電がない場合は、変圧器の巻線の XNUMX つの端が交換されます。

低電圧LED電源。低電圧でLEDに電力を供給するための変圧器タイプの発電機
図7。低電圧でLEDに電力を供給するための変圧器タイプの発電機

1T311、1T313などの高周波ゲルマニウムトランジスタに切り替え、MIT-9、TOT-45などの統合パルストランスを使用すると、動作電圧の下限を0,125 Vに下げることができます。

LEDへの損傷を避けるために、考慮されるすべての回路の供給電圧は1,6 ... 1,7 Vを超えてはなりません。

著者: M. シュストフ、トムスク。出版物: radioradar.net

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