Как зажечь светодиод от батарейки 1.5 вольта. Несколько простых схем питания светодиодов

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.

В этой статье мы рассмотрим повышающий преобразователь напряжения, в иностранных источниках обычно называемый «Joule Thief» для питания сверхяркого светодиода от одной батарейки 1,5 Вольта.

Как известно, обычный сверхяркий белый или синий светодиод требуют для своего питания не менее 2,7 В, и поэтому в фонарик, который работает на таких светодиодах ставят 3 батарейки по 1,5 Вольта, я думаю это знает каждый у кого есть светодиодный фонарик, и это вызывает некоторое неудобство, так как нужно покупать каждый раз по 3 штуки пальчиковых батареек, а это довольно затратно. Преобразователь же, который мы предлагаем Вам собрать очень простой, дешёвый, прост в изготовлении и сборке и позволит питать светодиод или группу светодиодов всего от одной батарейки 1,5В. Причём он сможет высосать из батарейки все соки, ведь преобразователь со светодиодом продолжает работать даже при напряжении около 0,4 Вольта! Что позволит запитать фонарик даже от севшей батарейки, которая уже не работает в других устройствах. В предыдущей статье про работающий на воде мы как раз и использовали подобный повышающий преобразователь.

Инструменты и детали:

• Ферритовое тороидальное кольцо (можно взять от нерабочей экономной лампочки КЛЛ);
• Старая батарейка;
• Белый яркий светодиод (можно взять от фонарика, можно даже взять весь модуль светодиодов);
• NPN транзистор — 2N3904 или 2N2222, 2N4401;
• Резистор на 1 кОм (на импортном будут полоски таких цветов и в таком порядке – Коричневая-Черная-Красная);
• Тестер батареек (не обязательно);
• Олово, припой, паяльник, друг который умеет паять =);
• Медная одножильная проволока в лаковой или ПВХ изоляции;
• Держатель для батарейки.

Как сделать повышающий преобразователь для светодиода «Joule Thief» своими руками, подробная инструкция:

Нам нужно будет собрать повышающий преобразователь напряжения по такой схеме:

Намотка тороидального трансформатора.

Нам нужно будет два одинаковых по длине провода, снимите на их концах изоляцию, примерно на пол сантиметра. Смотайте оба конца проводков вместе и для большей надёжности пропаяйте. Просуньте эти концы через кольцо немного и затем другими концами начинайте мотать обмотку виток к витку, следите затем, чтобы эти два провода не перекручивались между собой, а шли бок-о-бок вместе. Мотайте пока не закончится свободное место на кольце и все 4 конца не окажутся вместе. Чем больше витков сможет уместить кольцо тем лучше но всё зависит от толщины провода и диаметра кольца. Отрежьте лишнюю часть проволоки оставив около 2 сантиметров для дальнейшей пайки.

Ещё один вариант намотки трансформатора для повышающего преобразователя напряжения и который я рекомендую находится в статье про работающий на воде.

Припаяйте резистор к одному из концов которые остались не спаянными резистор на 1 кОм.

Припаяйте транзистор как показано на картинке (обратите внимание что плоская часть транзистора вверху, а выпуклая внизу, это важно так как выводы транзистора нельзя менять местами). Коллектор транзистора (Collector) припаян к другой свободной одинарной обмотке трансформатора. База транзистора (Base) припаяна ко второму концу резистора, а эмиттер припаян к отдельному проводку который будет подключаться к минусу батарейки.

Припаиваем светодиод, для этого нужно сперва выяснить где находится у него анод (плюс) и катод (минус), если светодиод новый то можно легко понять по длине его ножек, длинная это анод (+), а та, что покороче катод (-). Также если посмотреть светодиод на просвет то тот контакт который будет выглядеть более массивным по сравнению со вторым то это будет катод. Итак, мы выяснили где что и теперь припаиваем анодом к коллектору транзистора, а катодом к эмиттеру.

Проверяем тестером насколько близка к смерти наша старая батарейка, главное подобрать такую, чтобы была ещё немного жива. Для проверки схемы всё же желательно под рукой иметь новую батарейку.

Пришло время проверить на работоспособность нашу схему! Для этого, провод, который идёт от эмиттера транзистора подключим к минусу батарейки, а те 2 скрученных вместе провода трансформатора к плюсу батарейки и всё, наш повышающий преобразователь напряжения для питания светодиода от одной батарейки 1,5 В заработал! Также, чтобы не держать батарейку пальцами постоянно советуем припаять держатель батарейки.

Сверх яркие светодиоды в последнее время все больше входят в моду, - то в игрушку, то в ночник, то в фонарик и т.д. Но не это подвигло меня на создание модуля. Как-то нужно было запитать микроконтроллер от 1.5 вольт, - пришлось мастерить на плате блокинг-генератор аналогичный, примененному в модуле. Тогда то я и пожалел, что нет микросхем типа, подал 1.5 а на выходе 5 вольт или еще что. Тогда и родилась идея создать универсальный модуль для таких целей, который можно было бы впаять в плату или вмонтировать в фонарик или игрушку. Схема традиционная, таких схем в инете море. В чем тогда фишка? Фишка в размере и в универсальности. Размер модуля 10х7х5 миллиметров, по форме и размеру он напоминает транзистор КТ815. Его можно установить в устройство, а когда устройство не нужно - выпаять и сохранить для другого случая. Детали и конструкция. В модуле применен ключевой транзистор 2SC1740S, с низким напряжением насыщения, высокой скоростью переключения и малыми размерами. Но будет работать и любой другой. SMD не пробовал, но в корпусе SOT-89 должны подойти. Немного о ферритовом кольце, размер 3х1.5х1.5 мм. Как-то мне понадобилось на мощный полевик ферритовую бусинку одеть, чтобы убрать непонятные всплески. Я перерыл весь дом и когда, наконец, нашел пакетик с бусинками, обнаружил, что на вывод она не налезает. Вот тогда я и достал эти ферритовые кольца из какого-то черного, залитого компаундом блока с маркировкой FB2022 или LPT100-05, который стоял в старой 10 мегабитной сетевой карте на коаксиал. Эти детали во всех сетевухах стояли, а колец там штук 5. Достать не особо легко, но можно. Там есть еще большой черный залитый компаундом блок (преобразователь 5 -> 9 вольт, там тоже кольца есть, но побольше размером. Немного о намотке, мотать нужно двойным проводом, я взял сантиметров 40-50 провода 0.1 сложил вдвое (не разрезать). Место перегиба оказалось жестким и без челнока намотал 20-25 витков, как когда. После намотки место перегиба разрезать, один вывод спаять с выводом начала намотки, этот провод пойдет на +1.5. Резистор и конденсатор в модуле - SMD. Расположены со стороны фольги. Транзистор вставляется в просверленные отверстия 0.8мм, кольцо приклеивается к плате. После изготовления можно залить лаком. Вместо R1 можно запаять SMD подстроечник 1.5-2 КОм, тогда можно регулировать яркость светодиода и потребляемый ток. В моем варианте модуль потреблял ток около 30-35 мА, ток через светодиод составил 15 мА при напряжении на светодиоде 2.8-2.9 вольт (чтобы замерить нужно светодиод подключить через диод, и параллельно поставить конденсатор 1 мк). На данный момент изготовлено 5 модулей. Из них изготовлено 2 ночника, - в цилиндрическую баночку от витаминов батарейку 373 с подпаянными проводами и кусок поролона (чтобы не болталась), в крышку миниатюрный выключатель и синий матовый светодиод. Очень даже удобно. Еще изготовлено 2 брелка с часовой батарейкой (марку не помню где-то сантиметр в диаметре), пришлось отдать через день после изготовления, друзья выпросили за пиво. Брелки изготавливались из фломастера и имели в диаметре около сантиметра и длину сантиметра три, в торце кнопка, светодиод 5мм. Думаю изготовить несколько фликеров, но еще не решил какая будет форма. Во все эти устройства можно поставить две батарейки по 1.5 вольт и не надо модулей, НО! Батареек будет уже две, а когда напряжение снизится до 1.25 вольт на батарейку – светодиод погаснет. А с модулем будет работать от одной батарейки пока она не сядет до 0.7-0.8 вольт.

По точно такой же схеме был изготовлен преобразователь для ночника из 2-5 светодиодов, но оптимальным для ночника оказались два матовых светодиода синего и зеленого цвета. Схема идентична схеме модуля, за исключением более мощного транзистора и трансформатора. Трансформатор намотан на кольце 7х4х2 проводом сложенным втрое. Концы трех проводов зачищаются на длину 1-1.5 см, спаиваются вместе и конец их скругляется напильником или наждачкой (чтобы не цеплялся при намотке). Мотается без челнока, используя место спайки как иголку. После намотки место спайки откусывается и один из проводов соединяется с концом намотки, - это будет +. Второй конец этого провода – на базу транзистора, остальные два провода начала – на коллектор. Т.е. первичная обмотка мотается двойным проводом. Переключатель применяется на три положения, центральное – «Выкл». В одном положении минус батарейки подключается через резистор 3-20 ом, - это для свежей батарейки, иначе яркость будет чрезмерной. Во второе положение переключатель переводится при севшей батарейке, когда яркость недостаточная.
!!! Если внимательно посмотреть на схему то окажется что в положении «Выкл» светодиоды через обмотку трансформатора постоянно подключены к батарейке! Это не ошибка, ток потребления светодиода подключенного к батарейке 1.5 вольт, колеблется от 1 до 5 мкА в зависимости от мощности светодиода. А ток в 1 мкА батарейку не разрядит.
Ток потребления 30-50 ма, при 373 батарейке этого хватит на 400-500 часов по расчету, реально думаю значительно больше. Спальню 5х4 метра освещает прилично, а главное, идя на кухню пива хлебнуть из холодильника, можно ночник с собой взять, чтобы не наступить на хвост немецкой овчарке, спящей в прихожей. Освещенность достаточная при токе 10-15 мА, т.е. можно применить и модуль.

Совет. Ток потребления нужно контролировать тестером, и подбирать резистором R1*. Иногда, при определенном сопротивлении этого резистора, ток потребления сильно увеличивается без увеличения яркости светодиодов, нужно подобрать компромиссный вариант – я яркость достаточная и ток небольшой.
Заменить транзисторы можно на КТ315, КТ503, КТ605 и др, но ключевой транзистор с низким Uкэ насыщения предпочтительнее.

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).

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