Преобразователь напряжения для питания светодиодов

Автор: Сергей Безруков (aka Ser60)
Опубликовано 11.02.2013
Создано при помощи КотоРед.

Здесь на форуме часто задают вопрос о том, как повысить напряжение цилиндрической батарейки на 1.5В для питания светодиодов или других устройств. В этой заметке я расскажу про микросхемы TPS6120х, выпускаемые фирмой Texas Instruments, которые позволяют довольно просто решить поставленную задачу.

Микросхемы эти выпускается в нескольких модификациях: с возможностью регулирования выходного напряжения (TPS61200) и с фиксированным выходным напряжением 3.3В (TPS61201) или 5В (TPS61202). Микросхемы сохраняют работоспособность при снижении входного напряжения  до 0.3В (!) и могут отдать в нагрузку ток вплоть до 1А. Они содержат синхронный выпрямитель и требуют лишь 3 внешних конденсатора в обвязке. Максимальная частота преобразования около 1.2 МГц, что позволяет использовать дроссель с малой индуктивностью и, соответственно, малыми габаритами. Собственный потребляемый преобразователем ток около 55 мкА. Вход ULVO микросхем позволяет отключать преобразователь при падении входного напряжения ниже порога, устанавливаемого внешними резисторами. Эта опция может быть использована при питании от аккумуляторов для предотвращения их глубокого разряда.

Я собрал на монтажке следующую типичную схему из ДШ для питания светодиода фирмы Cree.  Падение напряжение на этом светодиоде составляет около 3В при рабочем токе до 1.5А. В ходе экспериментов выяснилось, что при токах более 0.5А светодиод сильно нагревается. Светит он так ярко, что у меня даже после его кратковременного включения долгое время плывут круги перед глазами. В результате был выбран компромисс между яркостью и разогревом, выразившийся в рабочем токе 150мА. Измеренный КПД преобразователя при питании схемы от одной или двух батареек типа 373 варьировался в пределах 70-80%.


В схеме применен дроссель CDHR2D14NP-1R5 фирмы Sumida, резистор на мощность 0.5Вт типоразмера 1206 и керамические конденсаторы. Спасибо фирме TI за предоставленные семплы TPS61200. В режиме регулирования напряжение на входе FB микросхемы составляет 0.5В, так что выходное напряжение преобразователя получилось около 3.5В при токе через светодиод 0.5/3.3 ~ 150мА. В отличии от светодиода, микросхема преобразователя практически не греется даже при токе нагрузки до 0.5А (выше не пробовал). Однако, для эффективного отвода тепла от корпуса подложка микросхемы должна быть припаяна к обширной фольгированной области на плате.

Я планирую в будующем использование этого преобразователя совместно с небольшими солнечными панелями. Погоняв микросхему в разных режимах, я стал подумывать где-бы мне эти тестовые платы применить, чтобы они не завалялись. Решено было использовать их для замены лампочки накаливания в древнем китайском фонарике, которая как раз недавно перегорела. Сам фонарик (надеюсь все еще) легко узнаваем и работает со штатной лампочкой на 2.47В/0.3А, питаемой от двух батареек типа 343.


Платы собраны на двусторонне фольгированном текстолите, обратная сторона изпользуется в качестве общего провода и радиатора. Платы смонтированы в виде сэндвича одна над другой на расстоянии около 3мм и соединены между собой тремя отрезками медного провода диаметром 0.5мм. Два из них используются для подключения светодиода, а третий соединен с общим проводом. К нижней плате я припаял по периметру патрон от той самой перегоревшей лампочки. Центральная жила патрона заменена на отрезок изолированного провода диаметра 0.5мм, припаянного к нижнему цоколю, и соединяюшего его со входом преобразователя на плате. Для этого в цоколе следует просверлить отверстие и удалить все остатки внутренней арматуры лампочки. Чтобы как можно большая часть светового потока от светодиода попадала на отражатель, пришлось его поднять на максимум, подкрутив кольцо фокусировки.

Не скажу, что после модификации с этим фонариком стало светло как днем, но яркость светового пятна заметно улучшилась, поскольку светодиод гораздо ярче лампы. Кроме того, цвет пятна поменялся от желтого к белому. Вот как оно выглядит при положении фонарика на высоте пояса.


Исходник на этот раз не выкладываю, но файлы плат для Eagle прилагаю.

Файлы:
Файл плат для Eagle

Все вопросы в Форум.