1,5 и 3 Вольта, 9В Крона
Доступность и относительно невысокие цены на сверхъяркие светодиоды (LED) позволяют использовать их в различных любительских устройствах. Начинающие радиолюбители, впервые применяющие LED в своих конструкциях, часто задаются вопросом, как подключить светодиод к батарейке? Прочтя этот материал, читатель узнает, как зажечь светодиод практически от любой батарейки, какие схемы подключения LED можно использовать в том или ином случае, как выполнить расчет элементов схемы.
Содержание
- К каким батарейкам можно подключать светодиод?
- Как подключить от пальчиковой батарейки АА 1,5В
- Как подключить от 3В батарейки
- Как подключить от 9В батарейки Крона
К каким батарейкам можно подключать светодиод?
В принципе, просто зажечь светодиод, можно от любой батарейки. Разработанные радиолюбителями и профессионалами электронные схемы позволяют успешно справиться с этой задачей. Другое дело, сколько времени будет непрерывно работать схема с конкретным светодиодом (светодиодами) и конкретной батарейкой или батарейками.
Для оценки этого времени следует знать, что одной из основных характеристик любых батарей, будь то химический элемент или аккумулятор, является емкость. Емкость батареи – С выражается в ампер-часах. Например, емкость распространенных пальчиковых батареек формата ААА, в зависимости от типа и производителя, может составлять от 0.5 до 2.5 ампер-часов. В свою очередь светоизлучающие диоды характеризуются рабочим током, который может составлять десятки и сотни миллиампер. Таким образом, приблизительно рассчитать, на сколько хватит батареи, можно по формуле:
T= (C*Uбат)/(Uраб.led*Iраб.led)
В данной формуле в числителе стоит работа, которую может совершить батарея, а в знаменателе мощность, которую потребляет светоизлучающий диод. Формула не учитывает КПД конкретно схемы и того факта, что полностью использовать всю емкость батареи крайне проблематично.
При конструировании приборов с батарейным питанием обычно стараются, чтобы их ток потребления не превышал 10 – 30% емкости батареи.
Руководствуясь этим соображением и приведенной выше формулой можно оценить сколько нужно батареек данной емкости для питания того или иного светодиода.
Как подключить от пальчиковой батарейки АА 1,5В
К сожалению, не существует простого способа запитать светодиод от одной пальчиковой батарейки. Дело в том, что рабочее напряжение светоизлучающих диодов обычно превышает 1.5 В. Для сверхьярких светодиодов эта величина лежит в диапазоне 3.2 – 3.4В. Поэтому для питания светодиода от одной батарейки потребуется собрать преобразователь напряжения. Ниже приведена схема простого преобразователя напряжения на двух транзисторах с помощью которого можно питать 1 – 2 сверхъярких LED с рабочим током 20 миллиампер.
Данный преобразователь представляет собой блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2, трансформаторе Т1 и резисторе R1. Блокинг-генератор вырабатывает импульсы напряжения, которые в несколько раз превышают напряжение источника питания. Диод VD1 выпрямляет эти импульсы.
Дроссель L1, конденсаторы C2 и С3 являются элементами сглаживающего фильтра.
Транзистор VT1, резистор R2 и стабилитрон VD2 являются элементами стабилизатора напряжения. Когда напряжение на конденсаторе С2 превысит 3.3 В, стабилитрон открывается и на резисторе R2 создается падение напряжения. Одновременно откроется первый транзистор и запирет VT2, блокинг-генератор прекратит работу. Тем самым достигается стабилизация выходного напряжения преобразователя на уровне 3.3 В.
В качестве VD1 лучше использовать диоды Шоттки, которые имеют малое падение напряжения в открытом состоянии.
Трансформатор Т1 можно намотать на кольце из феррита марки 2000НН. Диаметр кольца может быть 7 – 15 мм. В качестве сердечника можно использовать кольца от преобразователей энергосберегающих лампочек, катушек фильтров компьютерных блоков питания и т. д. Обмотки выполняют эмалированным проводом диаметром 0.3 мм по 25 витков каждая.
Данную схему можно безболезненно упростить, исключив элементы стабилизации.
В принципе схема может обойтись и без дросселя и одного из конденсаторов С2 или С3 . Упрощенную схему может собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель.
Cхема хороша еще тем, что будет непрерывно работать, пока напряжение источника питания не снизится до 0.8 В.
Как подключить от 3В батарейки
Подключить сверхъяркий светодиод к батарее 3 В можно не используя никаких дополнительных деталей. Так как рабочее напряжение светодиода несколько больше 3 В, то светодиод будет светить не в полную силу. Иногда это может быть даже полезным. Например, используя светодиод с выключателем и дисковый аккумулятор на 3 В (в народе называемая таблеткой), применяемый в материнских платах компьютера, можно сделать небольшой брелок-фонарик. Такой миниатюрный фонарик может пригодиться в разных ситуациях.
От такой батарейки — таблетки на 3 Вольта можно запитать светодиодИспользуя пару батареек 1.5 В и покупной или самодельный преобразователь для питания одного или нескольких LED, можно изготовить более серьезную конструкцию.
Схема одного из подобных преобразователей (бустеров) изображена на рисунке.
Бустер на основе микросхемы LM3410 и нескольких навесных элементов имеет следующие характеристики:
- входное напряжение 2.7 – 5.5 В.
- максимальный выходной ток до 2.4 А.
- количество подключаемых LED от 1 до 5.
- частота преобразования от 0.8 до 1.6 МГц.
Выходной ток преобразователя можно регулировать, изменяя сопротивление измерительного резистора R1. Несмотря на то, что из технической документации следует, что микросхема рассчитана на подключение 5-ти светодиодов, на самом деле к ней можно подключать и 6. Это обусловлено тем, что максимальное выходное напряжение чипа 24 В. Еще LM3410 позволяет регулировать яркость свечения светодиодов (диммирование). Для этих целей служит четвертый вывод микросхемы (DIMM). Диммирование можно осуществлять, изменяя входной ток этого вывода.
Как подключить от 9В батарейки Крона
«Крона» имеет относительно небольшую емкость и не очень подходит для питания мощных светодиодов.
Максимальный ток такой батареи не должен превышать 30 – 40 мА. Поэтому к ней лучше подключить 3 последовательно соединенных светоизлучающих диода с рабочим током 20 мА. Они, как и в случае подключения к батарейке 3 вольта не будут светить в полную силу, но зато, батарея прослужит дольше.
В одном материале трудно осветить все многообразие способов подключения светодиодов к батареям с различным напряжением и емкостью. Мы постарались рассказать о самых надежных и простых конструкциях. Надеемся, что этот материал будет полезен как начинающим, так и более опытным радиолюбителям.
Как подключить светодиод к батарейке 1,5 В самостоятельно и быстро
Допустим, Вы уже смогли разобраться, как подключить светодиод к батарейке 1,5 В. Но вот со временем работы стоит все-таки понимать о том, что проблемы скоро возникнут. Чтобы разобраться в этом, стоит знать и понимать основные характеристики любых батареек, аккумуляторов, самый главный из которых — емкость.
Емкость любой батареи выражается в ампер-часах. Светодиоды же характеризуются рабочим током от десятков до сотен мА (миллиампер). Окунемся в физику и посчитаем на сколько хватит аккумулятора по формуле:
Сразу отмечу, что данный расчет будет приблизителен. Истинное время работы будет зависеть и от ряда других факторов. Состояния самой батареи, окружающей среды и т.д. Также тут не учитывается КПД и то, что всю емкость батареи использовать невозможно.
Как подключить светодиод к батарейке 1,5 В
Приступим к рассмотрению различных схем подключения светодиодов к батарейке 1,5 В.
Простых способов подключения к батарейкам светодиодов не существует, ввиду того, что рабочее напряжение любого светодиода всегда больше 1,5В. Т.е., чтобы собрать схему питания от одной батарейки нам понадобится преобразователь напряжения.
Мы рассмотрим схему простого преобразователя, который строится на двух транзисторах. От такого подключения можно запитать 1-2 сверхярких светодиода, у которых рабочий ток составляет 20 мА.
На схеме представлен простой генератор, собранный на транзисторе, трансформаторе и резисторе. Диод Шоттки D1 выпрямляет импульсы, которые вырабатывает генератор. Дроссель L1, конденсаторы С2 и С3 выполняют роль сглаживающего фильтра.
Второй Транзистор, резистор R2 и стабилитрон VD2 стабилизируют напряжение. Когда напряжение на конденсаторе С2 превысит 3.3 В, стабилитрон открывается и на резисторе R2 создается падение напряжения. Одновременно откроется первый транзистор и закроет транзистор, генератор прекратит работу. Тем самым достигается стабилизация выходного напряжения преобразователя на уровне 3.3 В.
Трансформатор можно на ферритовом кольце. Диаметр кольца стоит подобрать от 5 до 15 мм. Сердечник можно использовать от энергосберегающих лампочек. Обмотки выполняются проводом 0,3 мм по 25 витков каждая.
Кстати, схема будет работать и без элементов стабилизации, дросселя и одного из конденсаторов С2 (С3).
Такая схема позволит работать светодиоду, пока напряжение на батарейке не опустится до 0,8 В.
Упрощенная схема подключения светодиода к батарейке 1,5 В
А теперь рассмотрим как подключить светодиод к батарейке 1,5 В по упрощенной схеме.
Данную схему можно использовать как на батарейках АА, так и ААА. Свечение диода получается ярким даже при параллельном подключении второго светодиода.
Трансформатор наматывается на ферритовом кольце. Трансформатор наматывается на ферритовое кольцо, которое можно брать, как я уже упоминал выше в обычной энергосберегающей лампе. Можно разобрать старую материнку. Вообще такого везде навалом. Провода 0,3 мм наматываем виток к витку. два конца скручиваем вместе, ко вторым — «прикручиваем» все остальные радиоэлементы.
Подстроечным резистором можно регулировать яркость диода. Вместо транзистора VT KT315 можно использовать BC547C.
Воспользоваться онлайн калькулятором расчета резистора для светодиода можно тут.
В интернете достаточно много видео информации, как использовать и собрать данные схемы, поэтому фотоматериалов не будет.
Только графика.
Исправление диода для щелочных батарей | Мощность батареи для светодиодных пикселей и лент
Сохранить Подписаться
Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.
После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.
«Не знаю, хотите ли вы доверить безопасность нашей страны какому-то… э-э… силиконовому диоду!»
— Генерал Берингер, WarGames
Одиночный диод 1N4001 имеет падение напряжения на выводах около 0,7 В. При подключении к нашей 6-вольтовой аккумуляторной батарее (при использовании щелочных элементов) это дает выходное напряжение 5,3 Вольт. Это находится в пределах нашего целевого окна 5 В ± 10%, поэтому это простое добавление компонентов — это все, что нужно для использования аккумуляторной батареи со светодиодными лентами и пикселями.
Такое же решение можно увидеть в нашем комплекте с цифровым программируемым светодиодным поясом.
Диоды имеют определенную
Эта последовательность необходима только в том случае, если вы будете использовать щелочные элементы. Если вы точно знаете, что будут использоваться ТОЛЬКО перезаряжаемые аккумуляторы, эту часть можно пропустить. Если вы не уверены или будете использовать разные ячейки в разное время, добавьте диод.
Это работает для небольших проектов с небольшим количеством светодиодов; максимум около 1А средний ток. Один маленький диод, подобный этому, не рассчитан на большой ток, необходимый для более крупных проектов.
Обрежьте красный провод аккумуляторной батареи примерно на дюйм.
Снимите примерно 3/8 дюйма изоляции с красного провода.
Затем залудите конец провода небольшим количеством припоя , чтобы он не изнашивался.
Обрежьте конец диода («темный» конец, без серебряной полосы) до такой же длины, затем припаяйте к нему красный провод.
Закрепите другой конец диода (сторона с серебряной полосой).
Отрежьте и наденьте 2-дюймовый кусок термоусадочной трубки на красный провод. Продвигайте ее до конца диода.
Теперь припаяйте положительный провод от схемы светодиода к «полосатому» концу диода. Или вы можете добавить пару вилка/розетка между ними, чтобы их было легче разделить и обслуживать позже.
Возьмите кусок термоусадки, который вы надели на провод до…
…и наденьте его обратно на диод и места пайки.
Усадить трубку, чтобы зажать диод и провода.
Таа-даах!
Затем черный провод от держателя батареи соединяется с заземляющим проводом цепи светодиодов (или вилкой/розеткой, если она установлена). Эта сторона намного проще, чем провод с диодами:
Наденьте небольшой 1-дюймовый кусок термоусадки на черный провод (на этом изображении показан гораздо более короткий кусок… упс… сделайте немного длиннее этого).
Спаяйте концы проводов. Ужасный встроенный соединитель !
Затем сдвиньте и уменьшите, как вы делали раньше. Сделанный!
О батареях Питание микроконтроллера
Это руководство было впервые опубликовано 29 июля., 2012. Это был последний обновлено 29 июля 2012 г.
Эта страница (Исправление диода для щелочных батарей) последний раз обновлялась 01 ноября 2022 г.
Текстовый редактор на базе tinymce.
Ведущие светодиоды в приложениях с батарейным питанием
Описание
В этом примечании по применению описывается, как работают светодиоды, в том числе WLED. В примечании также объясняется, как управлять ими в светодиодных устройствах с батарейным питанием, включая литий-ионные (Li+ или Li-ion), никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлгидридные (NiMH) перезаряжаемые портативные устройства, где важно энергопотребление. . Обсуждается согласование яркости светодиодов и значение последовательных и параллельных светодиодов. Также представлена информация о приложениях для нескольких драйверов светодиодов, которые могут эффективно управлять светодиодами.
О светодиодах
Светоизлучающие диоды (СИД) являются твердотельными, высоконадежными и эффективными аналогами ламп накаливания с вакуумированной вольфрамовой нитью. Эпитаксиальный материал на основе фосфида арсенида галлия (GaAsP) дает красный, зеленый или желтый выходной сигнал ( Рисунок 1 ).
Материал на основе нитрата индия-галлия (InGaN) дает голубой или белый свет (, рис. 2, ). Разные химические вещества также дают разные электрические характеристики.
Рис. 1. Относительная спектральная характеристика красного, зеленого и желтого диодов (I F = 2 мА, T A = +25°C).
Рис. 2. Относительная спектральная характеристика белых диодов (I F = 20 мА, T A = +25°C).
На рисунках 1 и 2 кривая V λ представляет стандартную реакцию человеческого глаза. Для получения белого света синий излучатель покрывают материалом, излучающим желтый свет при стимуляции синим светом. Глаз интерпретирует выходной сигнал как белый и создает спектральную характеристику, показанную на рис. 2.
Смещение диодов
Светодиоды представляют собой управляемые током устройства, в которых светоотдача напрямую зависит от проходящего через них прямого тока. Простая схема смещения, которая поддерживает ток (и, следовательно, светоотдачу) на достаточно постоянном уровне, соответствует предполагаемому источнику питания с одним токоограничивающим резистором, включенным последовательно со светодиодом ( рис.
3 ).
Рис. 3. Смещение светодиода с одним резистором на светодиод.
Этот метод проектирования обеспечивает низкую стоимость, но допускает изменение тока из-за разброса значений V F между каждым светодиодом. На рисунках 4 и 5 , которые иллюстрируют типичные характеристики прямого напряжения в зависимости от прямого тока, показаны изменения при +25°C. При 20 мА максимальные значения V F возрастают до +2,7 В для GaAsP-светодиода и до +4,5 В для InGaN-светодиода. В системах, требующих нескольких диодов, таких как подсветка дисплея сотового телефона (8 светодиодов), дополнительные резисторы занимают значительную площадь печатной платы.
Рис. 4. Типичное прямое напряжение GaAsP в зависимости от прямого тока при +25°C.
Рис. 5. Типичная зависимость прямого напряжения InGaN от прямого тока при +25°C.
Вы можете уменьшить влияние изменения V F , увеличив значение V SOURCE .
Однако такой подход тратит энергию впустую и несовместим с питанием от низковольтной батареи, такой как один литий-ионный элемент. Напряжение на литий-ионных клеммах варьируется от +4,2 В при полной зарядке до +3 В при разрядке. Следовательно, светодиод с питанием от этого источника питания с простым смещением резистора будет демонстрировать заметное изменение светоотдачи. Таким образом, вместо смещения резистора лучшим подходом (для улучшения отсева и стабилизации изменения интенсивности света в зависимости от напряжения питания) является использование смещения тока.
Смещение тока
Как следует из названия этого метода, светодиоды подключаются к источнику тока. Предполагая, что источник тока имеет достаточный динамический диапазон, этот метод смещения устраняет влияние вариаций V F . Таким образом, отдельные источники тока заменяют отдельные резисторы, показанные на рисунке 5 ( рисунок 6 ). Таким образом, если предположить, что напряжение питания достаточно для смещения источников тока и светодиодов, светоотдача не зависит от напряжения питания и прямого напряжения.
Как и прежде, Q1 предоставляет переключатель включения.
Рис. 6. Смещение светодиода источниками тока.
MAX1916 предлагает простой подход к смещению тока светодиода. Интегрируя три источника тока в небольшой 6-контактный корпус SOT23 для поверхностного монтажа (, рис. 7, ), MAX1916 реализует подход источника тока, показанный на рис. 6. Ток в резисторе SET отражается на трех выводах OUT. При токовых «зеркалах», если потенциалы затвор-исток для n одинаковых МОП-транзисторов равны, токи их каналов также будут равны. В качестве дополнительного преимущества, если зеркальные МОП-устройства (Q2, Q3 и Q4) в m раз больше, чем зеркальные МОП-устройства (Q1), то выходной ток в m раз больше, чем зеркальный ток (I НАБОР ).
Наконец, интегральная схема обеспечивает более точное соотношение токов, чем дискретная схема.
Рис. 7. Упрощенная схема токовых зеркал на светодиодах MAX1916.
Несоответствие тока между выходами в MAX1916 составляет максимум 5 %, а постоянная зеркала составляет 230 А/А ±10 %.
I OUT определяется как:
I OUT = 230 I SET .
Клемма SET имеет внутреннее смещение +1,215 В ±5%, создавая ток SET:
I НАБОР = (V ИСТОЧНИК – 1,215 В)/R НАБОР .
Ни один из токов светодиодов не отличается более чем на 5 % от тока других светодиодов. Например, если ток одного светодиода равен
207 I SET (-10%), то остальные токи светодиодов должны лежать между 207 I SET и 218 I SET .
Выходное напряжение насыщения является нелинейным и не может быть смоделировано резистором. Репрезентативные максимальные значения температуры составляют +0,410 В при 20 мА, +0,360 В при 10 мА и +0,180 В при 5 мА.
Таким образом, слаботочный GaAsP-диод, работающий при токе 5 мА, для правильной работы требует минимального напряжения V F + 180 мВ, а работа светодиода может поддерживаться до +2,9 В. Низкое значение падения напряжения показывает, что MAX1916 может оставаться в режиме стабилизации вплоть до очень низких напряжений сток-исток.
Для достижения более низкого падения напряжения и более высокого выходного тока, выходы MAX1916 могут быть подключены параллельно с зеркальной константой 690.
Напряжение питания для установленной клеммы тока может быть получено отдельно от основного сильноточного питания. Для MAX1916, работающий в сотовой радиостанции, например, V SET можно получить от малошумящего источника питания РЧ-цепи +2,8 В. При питании напрямую от одной литиевой батареи MAX1916 подходит для работы со светодиодами GaAsP с малым прямым падением напряжения. Для светодиодов InGaN WLED, питающихся от литиевой батареи, требуется другой подход, поскольку входного напряжения может быть недостаточно для смещения этих светодиодов.
Усиленный источник питания без индуктивности для WLED
Усиленный источник питания требуется для приложений WLED, поскольку прямое напряжение (от +3,5 В до +4,5 В при 20 мА) выше для WLED, чем для других типов светодиодов. В прошлом источник питания с подкачкой заряда работал в паре с MAX19.
16 для решения этой проблемы. Однако эти функции были объединены в контроллерах MAX1575/MAX1576, что требует меньше места при меньших затратах.
MAX1574/MAX1575/MAX1576 обеспечивают высокий выходной ток, хорошее согласование по току, адаптивное переключение режимов для повышения эффективности, защиту от перенапряжения и до 8 выводов управления светодиодами. Программируемое затемнение в процентах от установленного тока доступно через контакт включения DualMode™ с использованием схемы последовательного импульсного кода.
Рисунок 8 показывает насос заряда MAX1574, управляющий тремя светодиодами с общим выходным током до 180 мА. Частота переключения 1 МГц позволяет использовать небольшие керамические конденсаторы в зарядовом насосе.
На рис. 9 показан подкачивающий насос MAX1576, управляющий двумя группами по 4 светодиода с общим выходным током до 480 мА. Группа вспышки допускает до 100 мА на светодиод; каждая группа имеет независимую настройку тока, последовательное импульсное затемнение и 2-проводное управление логарифмическим затемнением.
При адаптивном переключении режимов средний КПД составляет 83 % по кривой разряда одиночной литиевой батареи ( Рисунок 10 ). MAX1576 идеально подходит для цифровых фотокамер со светодиодной вспышкой.
MAX1575 — это вариант детали, который управляет двумя группами светодиодов (4 основных светодиода и 2 вспомогательных светодиода) с общим выходным током 120 мА.
Рис. 8. Встроенный зарядный насос с одной группой светодиодных источников тока.
Рис. 9. Встроенный зарядный насос с двумя группами светодиодных источников тока.
Рис. 10. Эффективность MAX1576 при типичном напряжении литиевой батареи.
Индуктивный контроллер WLED
Сочетая повышающий преобразователь и датчик тока в 8-контактном корпусе SOT23, MAX1848 может управлять двумя цепочками из 3 WLED от входного источника питания от +2,6 В до +5,5 В. диапазон ( Рисунок 11 ). MAX1848 использует обратную связь по напряжению для регулирования тока светодиодов.
Аналоговое управление устанавливает общую яркость светодиодов; ЦАП или делитель напряжения, управляющий выводом управления DualMode, устанавливает ток светодиода. Диапазон регулирования напряжения для показанной схемы составляет от +250 мВ до +3,3 В для диапазона тока светодиода от менее 2 мА до 20 мА на строку (0 В для выключения). Однако с параллельными цепями согласование яркости между цепочками может быть проблемой, поэтому дополнительное последовательное сопротивление добавляется за счет эффективности. Хорошим компромиссом является добавление 20 Ом на каждый светодиод или 60 Ом всего на 3 светодиода.
Рис. 11. Регулировка тока с помощью индуктивного повышающего преобразователя MAX1848 управляет до 6 светодиодов.
Доступен ряд индуктивных буст-контроллеров, размер которых соответствует количеству светодиодов серии. До 9 светодиодов могут быть подключены последовательно, что устраняет необходимость в согласовании параллельных цепочек. В таблице 1 показаны номиналы контактов LX для каждой детали.
Эти детали имеют функцию отключения при перенапряжении, поэтому существует защитная зона между максимальным номиналом вывода LX и максимальным напряжением последовательной цепочки светодиодов.
Таблица 1. Выбор деталей и количество управляемых светодиодов в серии
| Деталь | Номинал контактов LX (В) | # Светодиоды серии | Пакет |
|---|---|---|---|
| МАКС1848 | 14 | 3 | 8-СОТ23 |
| МАКС1561/МАКС1599 | 30 | 6 | 8-ТДФН |
| МАКС8595З/МАКС8596З | 37 | 8 | 8-ТДФН |
| MAX8595X/MAX8596X | 40 | 9 | 8-ТДФН |
Рис. 12. Регулировка тока с помощью индуктивного повышающего преобразователя MAX8595X управляет до 9 светодиодов.
Альтернатива MAX1848 с меньшим количеством деталей показана на рис.
12
Вывод управления DualMode позволяет регулировать яркость ШИМ на логическом уровне, используя конденсатор на выводе comp в качестве фильтра. Можно использовать частоты от 200 Гц до 200 кГц. Рабочие циклы от 0 до 100% производят выходные токи от 0 до полного значения. Также можно использовать простой аналоговый уровень напряжения от ЦАП. В этом случае выходное токоизмерительное напряжение равно 1/5 управляющего напряжения вплоть до напряжения фиксации. Фиксирующее напряжение ограничивает ток светодиода до полного значения, даже если управляющее напряжение превышает предел.
Внутренний генератор работает на частоте 1 МГц, что позволяет использовать небольшие компоненты.
