Сверхяркие светодиоды белого свечения — экономичные ма­ломощные излучатели света, способные с успехом заменить в карманных фонарях лампы накаливания. В последнее время в продаже появились светодиодные фонари промышленного из­готовления. Эта статья поможет радиолюбителям самостоя­тельно изготовить такой же и, заодно, разобраться в некоторых тонкостях питания светодиодов.

Особенность светодиода как нагрузки для источника питания состоит в том, что он, в отличие от лампы накали­вания, имеет нелинейную вольт-ампер­ную характеристику с резко выраженной "пяткой" на начальном участке. Прямое падение напряжения на светодиоде бе­лого свечения при рабочих значениях тока превышает 3 В. Питать его от бата­реи напряжением 4,5 В из трех гальва­нических элементов нерационально — треть энергии будет израсходована впу­стую, рассеиваясь на гасящем резисто­ре. Напряжения двух, а тем более от од­ного гальванического элемента недо­статочно, требуется преобразователь, повышающий напряжение до нужного значения и поддерживающий его неиз­менным при разрядке батареи.

Такой преобразователь можно со­брать по схеме, показанной на рис. 1. Его основа — микросхема МАХ756 фир­мы "Maxim", разработанная специально для портативных электронных приборов с автономным питанием. Преобразова­тель сохраняет работоспособность при снижении питающего напряжения до 0,7 В. Стабилизированное выходное на­пряжение может быть установлено рав­ным 3,3 или 5 В при выходном токе соот­ветственно до 300 или 200 мА. КПД при максимальной нагрузке — более 87 %.

Микросхема DA1 включена по типо­вой схеме. Дроссель L1, диод VD1 и кон­денсатор СЗ вместе со встроенным в микросхему полевым транзистором (его сток соединен с выводом 8, исток — с выводом 7) образуют ключевой инвер­тор повышающего типа. Конденсатор С2 блокирует по переменному току вну­тренний источник образцового напря­жения, а С1 — батарею GB1. Напряже­ние обратной связи с выхода инвертора поступает на вывод 6 микросхемы. По­казанное на схеме подключение вывода 2 соответствует выходному напряжению 3,3 В. Если соединить зтот вывод с об­щим проводом (выводом 7), напряже­ние возрастет до 5 В. Соединение с об­щим проводом вывода 1 остановит ин­вертор. Вывод 5 — вход не используе­мой в данном случае системы контроля питающего напряжения. Он не должен оставаться свободным и по этой причи­не соединен с плюсом батареи GB1.

Цикл работы инвертора можно разде­лить на две фазы. В первой — внутрен­ний транзистор открыт, через дроссель L1 течет линейно нарастающий ток. Маг­нитное поле дросселя накапливает энер­гию. Диод VD1 закрыт. Конденсатор СЗ разряжается, отдавая ток в нагрузку. Но­минальная длительность фазы — 5 мкс, но она может быть автоматически пре­рвана раньше, если ток стока транзисто­ра достигнет максимально допустимого значения (приблизительно 1 А).

Во второй фазе цикла транзистор за­крыт. Ток дросселя L1, текущий теперь, спадая, через диод VD1, заряжает кон­денсатор СЗ, компенсируя его разрядку в первой фазе. С достижением напряже­нием на конденсаторе заданного порога фаза прекращается. В зависимости от напряжения питания и тока нагрузки ча­стота повторения описанного цикла из­меняется в очень широких пределах.

С уменьшением входного напряже­ния и увеличением тока нагрузки микросхема МАХ756 переходит в режим с фиксированной длительностью фаз (соответственно 5 и 1 мкс). Выходное напряжение не стабилизировано, оно снижается, оставаясь максимально возможным в таких условиях.

В качестве светоизлучателей в фо­нарь установлены четыре светодиода L-53PWC "Kingbright", включенных па­раллельно. Разъем Х1 — имеющийся в фонаре ламповый патрон. Поскольку  при токе 15...30 мА прямое падение на­пряжения на светодиоде приблизи­тельно 3,1 В, лишние 0,2 В пришлось погасить на резисторе R1, включенном последовательно. С разогревом свето- диодов падение напряжения на них уменьшается и последовательный ре­зистор в какой-то мере стабилизирует ток и яркость свечения. Выравнивать значения тока через отдельные свето- диоды не пришлось. Различия их яркос­ти "на глаз" не обнаружено.

За основу конструкции был взят карманный фонарь "VARTA" с поворот­ным светоизлучающим узлом. В прин­ципе подойдет любой другой фонарь, в котором найдется свободное место для размещения необходимых дета­лей. Благодаря использованию мало­габаритных компонентов все удалось разместить внутри светоизлучающего узла (рис. 2). Монтаж производился навесным способом с использовани­ем выводов микросхемы в качестве опорных точек.

Четыре светодиода, как показано на рис. 3, заняли место удаленной стек­лянной колбы "штатной" лампы фонаря. Выводы их анодов припаяны к металли­ческой оболочке цоколя, выводы като­дов пропущены в его центральное от­верстие и пропаяны.

Оксидные конденсаторы С1 и СЗ — импортные танталовые для поверхност­ного монтажа. Их низкое последова­тельное сопротивление благоприятно влияет на КПД. Конденсатор С2 — К10-176 или любой другой керамичес­кий. Диод 1N5817 с барьером Шотки можно заменить на SM5817 или, прене­брегая немного большим прямым паде­нием напряжения, на 1N5818 (SM5818). Обмотка дросселя L1 — 35 витков про­вода ПЭВ-2 0,28, намотанных на магни- топроводе от дросселя сетевого фильт­ра маломощного импульсного источни­ка питания. Это кольцо типоразмера К10x4x5 из молибденового пермаллоя магнитной проницаемостью 60. Можно использовать дроссели индуктивнос­тью 40... 100 мкГн и допустимым током не менее 1 А серии ДМ со стержневым магнитопроводом. Желательно, чтобы активное сопротивление обмотки дрос­селя не превышало 0,1 Ом, иначе КПД устройства заметно снизится.

Возможности изготовленного преоб­разователя напряжения были провере­ны с использованием регулируемого источника напряжения 0...3 В вместо батареи GB1. Снятая зависимость вы­ходного напряжения от входного пока­зана на рис. 4. Преобразователь про­должал работать даже при снижении напряжения питания до 0,4 В, отдавая в этом режиме напряжение 2,6 В при то­ке 7 мА (вместо исходных 110 мА). Све­чение светодиодов все еще оставалось заметным. После выключения и повтор­ного включения преобразователь запус­кался лишь при напряжении питания бо­лее 0,7 В. Измеренный КПД при свежих элементах питания составил 87 %.

Фирма Maxim сегодня выпускает усовершенствованный вариант микро­схемы МАХ756 — МАХ1674. В ней име­ется встроенный синхронный выпрями­тель, делающий ненужным внешний диод и дающий возможность довести КПД преобразователя до 94 %. Следу­ет иметь в виду, что достичь столь вы­сокого КПД удается только при пра­вильном выборе типа и номиналов внешних элементов и продуманном монтаже преобразователя..