Самодельный светодиодный фонарик 1Вт

Статья опубликована на сайте radiokot.ru

Нашёл в интернете простую схемку, решил переделать фонарик на 1Вт светодиод:

Оказалось всё не так просто, пришлось повозиться. За простотой схемы скрывается неэффективность – при необходимых 350мА на светодиод, транзистор слишком сильно греется. Осциллограмма на базе выглядит так:

Вторая проблема – генерация определяется трансформатором, и скважность фиксирована – 50%. При питании от двух АА аккумуляторов, как в моём случае, из-за потерь в диоде и резисторе не получается поднять входное напряжение <2.1В до необходимых 3.6В.

Для второй попытки была найдена схема:

С ней ситуация, в принципе, такая же, только частота генерации задаётся уже конденсатором и дросселем. По-прежнему нет возможности регулировать скважность и поднять напряжение при севших батарейках.

Проблему перегрева транзистора можно решить, если добавить триггер Шмитта на 2-х транзисторах:

При этом импульсы на базе силового ключа становятся меандром, и нагрев прекращается.

Эта схема вполне работоспособна, её можно использовать при питании от 3-х АА батареек, только добавить цепь ограничения тока, как с самой первой схеме.

Других схем на “рассыпухе” я не нашёл. Конечно, существуют специализированные микросхемы, но они существуют абстрактно, где-то там, за тысячи километров и минимум две недели доставки, а выходные и ящик со старыми платами совсем рядом :), поэтому поиск был продолжен по схемам boost up converters. В результате была найдена вот эта изумительная схема импульсного преобразователя 6->14В со стабилизацией:

Как показала проверка на breadboard, схема продолжает работать при снижении входного напряжения вплоть до 1.5V практически без изменений.

Схема представляет собой триггер Шмитта, замкнутый сам на себя с задержкой на времязадающем конденсаторе. Длительность положительного импульса, открывающего силовой транзистор, фиксирована, и задаётся времязадающим конденсатором. Скважность регулируется изменением частоты следования импульсов, то есть изменением частоты колебаний схемы.

Для ограничения тока на светодиоде на уровне 350мА можно применить резистивный датчик как в самой первой схеме. Но сопротивление датчика придётся сделать большим, и, соответственно, потерять энергию на его нагревание. На самом деле, ток через светодиод сильно зависит от приложенного напряжения, и поэтому достаточно ограничить напряжение на уровне 3.6В.

Поскольку стабилитрона на 2.9В не нашлось, а TL431 жалко, была установлена цепочка из диодов D3-D7 для ограничения напряжения на уровне 3.3В, что соответствует току ~300мА через светодиод. Ток немного снижен для экономии батарей и ограничения нагрева самого светодиода.

Схема отлично показала себя в работе, и был собран вариант на smd деталях:

Транзисторы Q1,Q2 – любые NPN, Q3 – любой PNP. В качестве силового ключа взят транзистор MW882L в SOT-89 корпусе, выпаянный из видеокарты. Благодаря импульсам с крутыми фронтами на базе, транзистор не греется:

Я не нашёл его даташит, но, по идее, это транзистор с низким сопротивлением для преобразователей питания, аналог 2SC5706.

Дроссель выпаян из материнской платы от ноутбука, выглядит примерно так:

Дроссель был разобран и перемотан тонким проводом сколько влезет ( получилось 50uH, было 6.8uH). Схема будет работать с дросселями 20-100uH.

Резистор R10 впаивается только для отладки (замерять ток светодиода). В финале вместо него ставится перемычка.

Печатная плата:

вставлена в имеющийся фонарик, после доработки напильником:

Из-за простой схемы стабилизации, при снижении напряжения питания ток светодиода снижается. На самом деле в данном случае это даже хорошо, так как на севших батареях большим приоритетом является не яркость, а возможность сохранить свечение как можно дольше, эдакий “режим экономии батарей” при сильном разряде.

Напряжения питания, В	Потребляемый ток*,мА	Напряжение на светодиоде*, В	Ток светодиода, мА	Частота, кГц	Эффективность, %
1.57	11	2.52	8	20	85.6
1.66	70	2.67	46	60	92.4
1.72	150	2.8	90	85	91.5
1.9	280	2.97	166	85	92.6
2.0	320	3.0	186	85	87.1
2.33	440	3.2	260	87	81.1
2.4	450	3.3	286	84	87.3
2.54	460	3.28	290	78	81.4
2.6	520	3.28	326	71	79.0
2.7	550	3.32	338	68	75.5
2.81	560	3.4	353	67	76.2
3.0	600	3.5	386	66	75.0