利用555定时器构成白光LED电压调节器的方法

2006-11-03 14:27:38来源: 电子系统设计
本文以一个555定时器为主要器件构成电压调节电路(如图所示),用来控制一个或多个白光LED。定时器IC1与R1、R2、C2构成了可复位非稳态多谐振荡器

首次输入电压VS后,D1将使存储电容器C1充电直到其电压略低于VS。最初,晶体管Q2处于截止状态,IC1的复位输入为高电平,输出端(OUTPUT)为高电平,以让电流能经过R1给C2充电。

这段时间内,R4拉动放电端(DISCHARGE)导通晶体管Q1,电感L1中的电流IL开始斜线增大。由于Q1饱和,因此D3和LED都处于反向偏压状态。

当C2的电压超过IC1中管脚6的极限电压(THRESHOLD)时,输出端(OUTPUT)与放电端(DISCHARGE)都变为低电平,Q1截止。所产生的反电动势越过L1,使LED的阳极电压瞬间升高到VA,VA大于VS,因此LED被点亮。这时,二极管D3处于正向偏压状态,并拉动IC1的输入电压V+直到比VS高2~4V。

然后,C2立刻经由晶体管D2和电阻R2迅速放电,准备好下一个循环。倘若恰当选择R5和R6的阻值,在LED复位输入的同时Q2导通。当L1储存的能量耗尽的时候,LED和晶体管D3再次进入反向偏压状态,VA减小到一个较低的水平。Q2立刻关断,允许IC1开始另一个循环,C2再次开始经由R1充电。该过程每秒钟重复数千次,因此LED能够被持续点亮。

本电路利用三个“窍门”来优化性能。第一,晶体管D3的自增益能够提高定时器的输入电压,即使在VS降到1V以下时,电路也能继续正常工作。此外,它经由R4为Q1提供增强的基极驱动。

第二,经由Q2的反馈确保了在L1的能量耗尽时,新的循环能够开始,从而使LED的平均电流最大化。

第三,Q1不是由定时器输出端,而是由定时器漏极的放电终端来驱动的,因此基极驱动不依赖于555定时器输出终端的电流源性能。

晶体管Q1必须是低饱和型,其驱动时间为tON:tON= K×R1×C2

其中K是一个常量,由实际使用的555定时器类型决定。

LED的峰值电流大约等于最大感应电流I L(MAX),这里:IL(MAX)= [(VS-VCE(SAT))/L1] × tON如果Q1的饱和电压较低,例如低于50mV,则VCE(SAT)可忽略,上式简化为:I L(MAX)=( VS/L1) ×tON

因此,对于一个特定的VS值,通过选择R1、C2和L1的值可以得到IL(MAX)的最大值,从而在不超过峰值电流额定值的情况下使LED达到最大亮度。

必须适当选择电阻R5和R6,以确保在VA=VS时Q2被关断(在首次激励的情况下),在LED正向偏压(VA>VS)时被导通。Q2本身必须是高电流增益的小信号器件。

为了达到高效率、低电压工作模式,必须使用CMOS定时器,例如Intersil公司的ICM7555或者TI的TLC555。这些类型的定时器都有在2.0V低电压下运行的特殊功能。此外,它们的内部放电晶体管能够使管脚7的电压降至100mV甚至更低,从而确保Q1被完全关断。

在一个测试电路,IC1使用TLC555,Q1 = ZTX649、Q2 = BC546、L1 = 100 μH、 R5 = 56 kΩ、 R6=10kΩ,该电路能够在VS等于1.0V的低电压下启动。这个电路能使Lumileds(www.lumileds.com)的白光LED达到最好的亮度。

晶体管Q1的上升时间(tON)大约为20 μs,使得在VS =1.5 V时峰值感应电流大约为300 mA。但是改变C2、R1或者C2、R1、L1的值就可以改变峰值感应电流,使用ICM7555也能达到相同的性能,尽管其最低导通电压会略高于1.2V。

这个电路对单个LED应用非常理想,因为即使输入电压低于1.0 V,它仍能使LED保持足够的亮度。当然,可以把两个或者更多LED串联在一起,尽管其亮度会相应降低。

关键字:振荡器  复位  存储

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