用一节电池点亮超高亮LED的设计及制作

用一节电池点亮超高亮LED的设计及制作

一、电路设计
    一节镍氢电池的电压只有1.2V，而超高亮LED需要3.3V以上的工作电压才能保证足够的亮度。因此。必须设法将电压升高，常见的升压电路一般有二种形式，即高频振荡电路和电磁感应升压电路。对于升压电路，有两种电路可选择。如图1和图2所示。
 
    图1的电路使用一个脉冲小变压器，功率管VT3将高频振荡信号放大，加在L1通过变压器T直接升压。
    图2是利用电感的自感高压来实现对电压的提升。当振荡信号输入VT3的基极时，VT3将周期性地饱和、截止。当饱和时，电感L通电，电能转化为磁能储存在L中，此时二极管截止，靠C3储存的能量向负载供电；当VT3截止时。电感将产生下正上负的自感电动势。二极管VD导通，该自感电动势与电源电动势叠加，向电容C3充电和负载供电，由于两个电动势正串。可以得到比电源还要高的电压，具体大小主要由负载和VT3饱和时电感L通过的电流之比确定。
    这两种电路都可以将1.2V升高到3.3V以上，第一种电路如果在变压器上加绕正反馈线圈。可以免去振荡电路。使电路更加简洁。但使用这种电路计算较复杂。输出功率较难调节，变压器的绕制也有些麻烦。第二种只需一个小电感。电感量也没有较大的要求，调节电感的驱动电流，就能方便地调节输出电压。在此采用第二种电路。
    振荡电路采用图3所示的电路，虽然能在1.2V电压下正常工作的振荡电路有不少，但经实践证明，图3的电路制作容易，计算简单。成功率高。振荡频率也容易确定。而且。调节R4的大小，就能在不影响信号频率的前提下调节信号的幅度，因此采用这种电路产生一个高频方波脉冲为升压电路做准备。这样一来，电路设计完成，由图2和图3共同组成。
 

二、计算参数
    关于电路参数计算，关键在于功率。电感通电后，储存的电能为E=LI2/2，设f为方波的频率，1a内开关管将导通f次，这样。电感每秒储存的电能为W=f×E，设这些能量转化向负载的效率为η，那么输出功率为P=η×W+Po，Po为电源直接向负载供电的功率(因为电源与自感高压叠加。必须考虑这一点)。
    现进行估算。驱动一个LED约要100mW。电源的Po约为20mW。为了保证供给，按P=100mW计算。取η=80％，再随便找一个几百uH的电感，如500 uH：另一方面，根据能量守恒。3.3V约为1.2V的3倍。再由于效率问题。电感的驱动电流差不多要LED工作电流的3-4倍，就取为120mA，这样一来。便可算出振荡频率为34kHz左右，这样，取R=2kΩ，C=0.01 uF便能达到要求。确定参数时。频率可高不可低，电感宁大勿小，这样才能保证输出功率足够大，才能有足够的调节空间。
 

元件表

元器件	型号	说明
R1	0.1-2 kΩ	500Ω为宜。大些有利于VT1的饱和。小些有利于电路对称
R2	2 kΩ
R3	2 kΩ
R4	100 Ω	具体数值视驱动电流而定
C1	0.01 uF
C2	0.01 uF
C3	10-100u F 电解电容
VT1 VT2	9014	β≥ 40的NPN管皆可，两管型号最好一致
VT3	8050	Pcm ≥1W。Icm≥1A。β≥40的中功率NPN管皆可
电感L	几百uH 宁大勿小
二极管VD	1N5819	最好是锗管。其压降小。若无。硅管也行
电池	7号

三、制作
    由于电路简单。元件在2×2cm的板上。只要操作无误，接通电源电路就能工作。先不要接上LED，用万用表测出输出电压，这时候，调节R4的大小，R4越大，输出电压越小。反之亦然，当输出电压在3.2V左右时，可接上LED，再调节R4的大小，使其足够亮，注意，不可让LED两端的电压超过3.6V，否则有可能烧毁LED。这样一来，电路便调试完成。