Импульсный стабилизатор тока ZXLD381 для питания светодиодов

Микросхемы ZXLD381 производства фирмы Diodes Incorporated предназначены для питания светодиодов от одного гальванического элемента или аккумулятора в малогабаритных радиоэлектронных устройствах . По принципу действия стабилизатор 2XLD381 представляет собой повышающий преобразователь напряжения со стабилизацией тока нагрузки, что обеспечивает независимость яркости свечения светодиодов от напряжения источника питания.

Для работы стабилизатора необходим только один внешний компонент — накопительный дроссель, подборкой которого по индуктивности можно изменять средний ток через светодиоды.

Рис.1 Цоколёвка ZXLD381

Рис. 2  Функциональная схема ZXLD381

 
Стабилизаторы ZXLD381 выпускают в миниатюрном трёхвыводном пластмассовом корпусе SOT23-3 с плоскими лужёными выводами, чертёж которого показан на рис. 1. Цоколёвка прибора представлена в табл. 1.

 Таблица 1

 
Функциональная схема стабилизатора показана на рис. 2. Прибор содержит тактовый генератор импульсов с двумя время задающим и конденсаторами С1 и С2, узел управления, биполярный транзистор VT1, резистор R1 — датчик тока. Генератор вырабатывает импульсы, частоту повторения которых определяет ёмкость конденсатора С1, а длительность — конденсатора С2.

 
Узел управления контролирует значение напряжения питания, включает и выключает генератор, пропускает импульсы генератора на базу транзистора VT1. Кроме этого, узел следит за током эмиттера этого транзистора, закрывая его, когда ток превысит предельное значение. В результате происходит стабилизация пикового значения тока нагрузки, а значит, и пропорционального ему среднего значения.

 Основные технические характеристики

Предельно допустимые значения

Рис. 3. Простейшая схема включения ZXLD381

Простейшая типовая схема включения стабилизатора ZXLD381 показана на рис. 3. В устройстве использован только один внешний элемент — накопительный дроссель L1. Вместо одного светодиода EL1 можно включить цепь из нескольких последовательно соединённых светодиодов с учётом того, что суммарное падение напряжения на них не должно превышать 20 В.

 Временная зависимость тока нагрузки 1н (через светодиод EL1) показана на рис. 4,а, а напряжения UM на ней — на рис. 4,б. В момент to устройство управления открывает выходной транзистор VT1, подключая дроссель L1 к источнику питания. Дроссель начинает накапливать энергию, ток через него увеличивается. Как только ток превысит предельное значение (момент t,), узел управления закроет транзистор VT1, шунтировавший светодиод EL1.

 Рис. 4. Временная зависимость тока нагрузки

 
Источник питания и последовательно соединённый с ним дроссель оказываются подключёнными к светодиоду. Ток через светодиод сначала скачком возрастает, а затем начинает почти линейно уменьшаться. Вольт-амперная характеристика светодиода подобна стабисторной, поэтому, пока напряжение на нём уменьшается незначительно, несмотря на многократное уменьшение тока через него, светодиод продолжает излучать свет.

 
В момент t2 светодиод EL1 гаснет, так как дроссель L1 отдал накопленную энергию, а напряжения источника питания недостаточно для свечения светодиода. Далее описанный процесс повторяется с частотой тактового генератора.

 
Графики, показанные на рис. 4, сняты при индуктивности дросселя 4,7 мкГн и светодиоде с прямым напряжением 3,5 В.

 Яркость свечения светодиода можно изменять заменой накопительного дросселя L1 другими, с иным значением индуктивности. Типовая зависимость максимального и среднего тока через светодиод от индуктивности накопительного дросселя представлена в табл. 2 для напряжения питания 1,5 В.

 Таблица 2

 
Зависимость потребляемого стабилизатором тока I_пот от напряжения питания U_пит, при различных значениях индуктивности L_д накопительного дросселя показана на рис. 5, а зависимости среднего тока I_вых.ср. через светодиод — на рис. 6. С увеличением напряжения питания и уменьшением индуктивности дросселя ток через светодиод увеличивается.

Рис. 5

Рис. 6

 
Зависимости КПД η стабилизатора от индуктивности дросселя и напряжения питания изображены на рис. 7. Отметим, что при напряжении питания в пределах 1...2 В и индуктивности дросселя 10...47мкГн КПД существенно превышает 80 %, а при напряжении 1,5...2 В и индуктивности 10...47мкГн становится больше 90 %.

Рис. 7

Рис. 8

 Тактовая частота f_T стабилизатора зависит от напряжения питания, о чём свидетельствует график на рис. 8.

 
Рис. 4 и табл. 2 показывают, что максимальный (импульсный) ток через светодиод в 5...8 раз превышает среднее значение. Так, например, при среднем токе 20 мА максимальный достигает 120 мА. Очевидно, что не каждый светодиод выдержит такую перегрузку. В этом состоит недостаток включения стабилизатора по простейшей схеме (см. рис. 3).

Рис. 9. Улучшенная схема включения ZXLD381

 
Более совершенная схема включения изображена на рис. 9. Введение диода Шотки VD1 и сглаживающего конденсатора С1 практически устраняет пульсации тока через светодиод EL1. Конденсатор С1 должен иметь низкое значение ЭПС, т. е. быть, например, керамическим с диэлектриком из материала XSR или XZR.

Зависимость тока через светодиод от индуктивности накопительного дросселя для этого варианта включения стабилизатора представлена в табл. 3. Из-за падения напряжения на диоде Шотки средний ток через светодиод немного меньше, чем при простейшей схеме включения, но уменьшения яркости его свечения практически незаметно.

 
Следует отметить, что соблюдение полярности подключения светодиодов обязательно. При ошибочном включении амплитуда импульсов на выходе стабилизатора достигает 20 В, что превышает предельно допустимое обратное напряжение большинства светодиодов. Для того чтобы исключить возможность повреждения светодиода, подключаемого в обратной полярности, необходимо к выходным зажимам испытателя подключить маломощный стабилитрон на напряжение стабилизации, меньшее предельно допустимого обратного напряжения проверяемого светодиода.