Питание светодиодов от одной батарейки. Подключение светодиодов от батареек Питание светодиода от батарейки 1.5 v

Светодиоды давно вытеснили лампочки накаливания практически из всех сфер. Оно и понятно: светодиод по яркости превосходит лампы, учитывая его энергопотребление.
Но есть и у светодиодов ряд недостатков. О всех говорить мы конечно не будем, а вот один обсудим. Это высокий порог начального питания - он около 1,8-2,2 вольт. Естественно, от одной батарейки его не запитаешь…
Чтобы устранить этот недостаток, мы построим простой преобразователь, используя абсолютный минимум деталей.
Благодаря этому преобразователю вы сможете подключить светодиод (или несколько светодиодов) к одной батарейке и сделать небольшой фонарик.
Нам понадобится:

Светодиод.
2N3904 или кремниевый транзистор BC547, или любой другой структуры n-p-n.
Проволока.
Резистор 1 кОм.
Кольцевой сердечки или сердечки из феррита.

Схема преобразователя

Я приведу вам две схемы. Одна для намотки кольцевого трансформатора, другая для тех, у кого не найдется под рукой кольцевого сердечника.

Это простейший блокинг генератор, со свободной частотой возбуждения. Идея стара как мир. Устройство будет обладать высоким коэффициентом полезного действия.

Намотка индуктора

Вне зависимости что вы используете – кольцевой сердечник или обычный сердечник из феррита, намотайте по 10 витков каждой обмотки. На это м ваш индуктор готов.

Проверка генератора

Собираем по схеме и проверяем. Генератор должен работать и в настройке не нуждается.
Если вдруг при исправных элементах светодиод не засветился, попробуйте поменять концы одной из обмоток индукционного трансформатора.
Теперь светодиод очень ярко светит даже от севшей батарейки. Нижняя грань питания всего устройства сейчас где-то 0,6 вольта.
КПД трансформатора на кольцевом сердечнике немного побольше. Не критично конечно, но просто учтите.

Предлагаемая схема - классический блокинг-генератор, поэтому подробно описывать не стану. Схема прекрасно работает, но для конкретного светодиода (или линейки светодиодов) желательно подобрать резистор R1, по оптимальному свечению. Его значение может лежать в пределах 0,5-4,7 кОм.

В предлагаемой схеме использован довольно мощный транзистор, но если речь идет о запитке единственного, не слишком мощного светодиода, то вполне подойдет КТ315 (проверено), или какой-нибудь маломощный германиевый транзистор. Для более уверенного запуска генератора и понижения частоты генерации, можно параллельно резистору поставить конденсатор 1000-3300 пФ.

Сборку начинаем с изготовления трансформатора.
Для этого необходимо ферритовое колечко, и немного обмоточного провода диаметром 0,3-0,47.

Я использовал кольца с внешним диаметром 3 мм., 5 мм. и 7 мм. Результаты во всех случаях были практически идентичны. Всего нужно намотать по 20-40 витков на каждую обмотку. Главное постараться разместить витки равномерно по кольцу и не перепутать концы обмоток, иначе генератор не запустится.

После того, как трансформатор изготовлен, необходимо собрать все это согласно схеме. При навесном монтаж на выводах транзистора, конструкция получается довольно компактной, с тремя гибкими выводами, которые можно сделать любой длины.

Остается упрятать все это в термоусадку и модуль преобразователя готов.

Схема прекрасно работает, работоспособность (с незначительной потерей яркости сохраняется до просадки аккумулятора или батарейки до 0,7-0,8 вольт. При использовании германиевых транзисторов - до 0,45-0,5 вольт. Устройство получается очень компактным и без проблем размещается в корпусе светильника. По аналогичной схеме были переделаны еще несколько светодиодных фонариков и светильников, с количеством светодиодов от 1 до 12 штук. Доработанный светильник выглядит так:

Вот схема доработки этого светильника:

В целом, все хорошо, схема работает, но у нее есть один недостаток, дело в том, что на выходе генератора на холостом ходу, напряжение в пике может достигать десятки вольт, поэтому подключать светодиод после подачи питания нельзя - он моментально выгорает, т.е. сначала подключаем светодиод, а уже затем подключаем схему к элементу питания.

Еще один момент - питать светодиоды лучше постоянным током, это и светодиоду лучше и яркость больше. Следовательно, необходимо собрать простенький выпрямитель:

И, наконец, еще одна доработка, позволяющая сделать работу светодиода в этой схеме максимально комфортным:

Здесь добавлен стабилитрон VD2 (напряжение стабилизации 3,6 - 4,7в) и токоограничительный резистор R2, сопротивление которого рассчитывается (или подбирается) исходя из того, на какой ток рассчитан используемый светодиод (или суммарный ток, если светодиодов несколько).

От батарейки с напряжением 1,5 вольт и ниже, просто не реально. Это связано с тем, что в основной своей массе светодиоды имеют падение напряжения превышающую эту цифру.

Как зажечь светодиод от батарейки на 1,5 вольта

Выходом из данной ситуации может послужить применение простого на одном транзисторе и индуктивности. По сути своей это своеобразный . Схема представляет собой простейший блокинг-генератор, работающий от батарейки на 1,5 вольт, вырабатывающий достаточно мощные импульсы в результате накачки энергии в дросселе. Схема простая и собирается буквально за 10 минут.

Дроссель T1 выполнен на кольце из феррита имеющее диаметр 7 миллиметров (его размеры К7х4хЗ). Обмотка содержит 21 виток, выполненная вдвое сложенным эмалированным медным проводом ПЭВ диаметром 0,35 миллиметров.

По окончании намотки конец одного из проводов необходимо соединить с началом другого провода. В результате получится отвод от центра обмотки. Путем подбора сопротивления можно добиться лучшей светоотдачи.

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на , как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой .

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать : многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной . Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить , например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521 ().

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Борис Аладышкин

Всем хорош светодиод — светит ярко, служит долго, потребляет мало. Но, к сожалению, ни один из существующих приборов не сможет работать при напряжении 1-1.5 В. Индикаторным светодиодам нужно как минимум 1.8-2, а мощным сверхярким и того больше — 2.5 — 3.5 В. Тем не менее, выход из положения есть и не особо сложный. Поскольку светодиоды потребляют немного, для их питания достаточно собрать простенький повышающий преобразователь, чем мы сегодня и займемся.

Схема, представленная ниже, позволяет зажечь достаточно мощный (до 1 Вт) светодиод напряжением всего 0.7 – 2 В (один элемент или аккумулятор) и может быть использована для подсветки в низковольтной аппаратуре или в качестве малогабаритного фонарика, работающего всего на одной батарейке или аккумуляторе.

В качестве L1 имеет смысл применить готовый SMD-дроссель от радиотелефона, но можно изготовить его и самому. Для этого на кольце от неисправной энергосберегающей лампы достаточно намотать 15 витков провода ПЭВ 0.2. Единственная крупногабаритная деталь преобразователя – мощный транзистор КТ805. Заменить его можно аналогичным в SMD корпусе.

Налаживание устройства сводится к подбору емкости конденсатора С1 в пределах +-50% по максимальной яркости свечения светодиода. При указанных параметрах L1 напряжение на светодиоде может достигать 3.8 В. Благодаря работоспособности схемы при входном напряжении всего 0.7 В, такой фонарик в состоянии вырабатывать энергию батарейки практически полностью.

Вторая конструкция, в принципе, может использоваться для питания любых узлов аппаратуры, требующей напряжения 7-12 В. Нагрузочная способность схемы, конечно, невелика, но мощности такого преобразователя вполне хватит для питания, скажем, операционного усилителя. На схеме, изображенной ниже, в качестве нагрузки используется три светодиода большой яркости, которые в свою очередь могут быть установлены в фонарике или велофаре.

Питание преобразователя — один элемент на 1.5 В. Дроссель должен иметь индуктивность в диапазоне 200-300 мкГн, именно от него и от диода D1 (диод Шоттке) будет зависеть выходное напряжение и КПД всего устройства. При использовании преобразователя для питания светодиодов стабилитрон D2 можно исключить, а при питании электронных узлов подобрать его по необходимому напряжению стабилизации с одновременным увеличением сглаживающей емкости С1.

И еще одна схема, лично мной не испытанная, но подкупающая своей простотой. По заверению разработчика она совершенно некритична к параметрам радиоэлементов и в состоянии зажечь сверхяркий светодиод от одного практически «убитого» элемента напряжением 0.7 В

Транзистор — любой маломощный кремниевый (автор использовал КТ315), диод — любой кремниевый, конденсатор 47 мкФ х 6 В электролитический, номинал резистора R1 — 1 Ком. Трансформатор выполнен на ферритовом кольце, выдранном из материнской платы (судя по всему из схемы фильтра питания). Обе обмотки содержат по 20 витков эмалированного провода 0.2. Если преобразователь не запустится, поменяйте местами выводы одной из обмоток трансформатора.