利用555定時(shí)器構成白光LED電壓調節器的方法
加入技術(shù)交流群
首次輸入電壓VS后，D1將使存儲電容器C1充電直到其電壓略低于VS。最初，晶體管Q2處于截止狀態(tài)，IC1的復位輸入為高電平，輸出端(OUTPUT)為高電平，以讓電流能經(jīng)過(guò)R1給C2充電。
這段時(shí)間內，R4拉動(dòng)放電端(DISCHARGE)導通晶體管Q1，電感L1中的電流IL開(kāi)始斜線(xiàn)增大。由于Q1飽和，因此D3和LED都處于反向偏壓狀態(tài)。
當C2的電壓超過(guò)IC1中管腳6的極限電壓(THRESHOLD)時(shí)，輸出端(OUTPUT)與放電端(DISCHARGE)都變?yōu)榈碗娖?，Q1截止。所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢越過(guò)L1，使LED的陽(yáng)極電壓瞬間升高到VA，VA大于VS，因此LED被點(diǎn)亮。這時(shí)，二極管D3處于正向偏壓狀態(tài)，并拉動(dòng)IC1的輸入電壓V+直到比VS高2~4V。
然后，C2立刻經(jīng)由晶體管D2和電阻R2迅速放電，準備好下一個(gè)循環(huán)。倘若恰當選擇R5和R6的阻值，在LED復位輸入的同時(shí)Q2導通。當L1儲存的能量耗盡的時(shí)候，LED和晶體管D3再次進(jìn)入反向偏壓狀態(tài)，VA減小到一個(gè)較低的水平。Q2立刻關(guān)斷，允許IC1開(kāi)始另一個(gè)循環(huán)，C2再次開(kāi)始經(jīng)由R1充電。該過(guò)程每秒鐘重復數千次，因此LED能夠被持續點(diǎn)亮。
本電路利用三個(gè)“竅門(mén)”來(lái)優(yōu)化性能。第一，晶體管D3的自增益能夠提高定時(shí)器的輸入電壓，即使在VS降到1V以下時(shí)，電路也能繼續正常工作。此外，它經(jīng)由R4為Q1提供增強的基極驅動(dòng)。
第二，經(jīng)由Q2的反饋確保了在L1的能量耗盡時(shí)，新的循環(huán)能夠開(kāi)始，從而使LED的平均電流最大化。
第三，Q1不是由定時(shí)器輸出端，而是由定時(shí)器漏極的放電終端來(lái)驅動(dòng)的，因此基極驅動(dòng)不依賴(lài)于555定時(shí)器輸出終端的電流源性能。
晶體管Q1必須是低飽和型，其驅動(dòng)時(shí)間為tON：tON= K×R1×C2
其中K是一個(gè)常量，由實(shí)際使用的555定時(shí)器類(lèi)型決定。
LED的峰值電流大約等于最大感應電流I L(MAX)，這里：IL(MAX)= [(VS－VCE(SAT))/L1] × tON如果Q1的飽和電壓較低，例如低于50mV，則VCE(SAT)可忽略，上式簡(jiǎn)化為：I L(MAX)=( VS/L1) ×tON
因此，對于一個(gè)特定的VS值，通過(guò)選擇R1、C2和L1的值可以得到IL(MAX)的最大值，從而在不超過(guò)峰值電流額定值的情況下使LED達到最大亮度。
必須適當選擇電阻R5和R6，以確保在VA=VS時(shí)Q2被關(guān)斷(在首次激勵的情況下)，在LED正向偏壓(VA>VS)時(shí)被導通。Q2本身必須是高電流增益的小信號器件。
為了達到高效率、低電壓工作模式，必須使用CMOS定時(shí)器，例如Intersil公司的ICM7555或者TI的TLC555。這些類(lèi)型的定時(shí)器都有在2.0V低電壓下運行的特殊功能。此外，它們的內部放電晶體管能夠使管腳7的電壓降至100mV甚至更低，從而確保Q1被完全關(guān)斷。
 |
在一個(gè)測試電路，IC1使用TLC555，Q1 = ZTX649、Q2 = BC546、L1 = 100 μH、 R5 = 56 kΩ、 R6=10kΩ，該電路能夠在VS等于1.0V的低電壓下啟動(dòng)。這個(gè)電路能使Lumileds(www.lumileds.com)的白光LED達到最好的亮度。
晶體管Q1的上升時(shí)間(tON)大約為20 μs，使得在VS =1.5 V時(shí)峰值感應電流大約為300 mA。但是改變C2、R1或者C2、R1、L1的值就可以改變峰值感應電流，使用ICM7555也能達到相同的性能，盡管其最低導通電壓會(huì )略高于1.2V。
這個(gè)電路對單個(gè)LED應用非常理想，因為即使輸入電壓低于1.0 V，它仍能使LED保持足夠的亮度。當然，可以把兩個(gè)或者更多LED串聯(lián)在一起，盡管其亮度會(huì )相應降低。
評論