用一只節(jié)電池點亮LED的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

用一節(jié) 1.5V 電池點亮 LED 存在著一個問題，因為 LED 的正向電壓高于電池的電壓。最簡單的辦法是采用一種步進升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。本設計實例為低成本應用提供了一種簡單而可靠的替代方法。圖 1 中的電路采用了一種經(jīng)典的非穩(wěn)態(tài)振蕩器，由晶體管 Q1 的 Q2 構(gòu)成。Q2 集電極的方波驅(qū)動信號使 PNP 開關晶體管 Q3 導通或截止。當 Q3 導通時，它為電感 L1 充電，而當它關閉時，電感 L1 通過 LED 反向釋放存儲的能量，因此能夠點亮任何類型的彩色 LED。
 

　　當電池電壓為 1.5V 時，非穩(wěn)態(tài)電路的振蕩頻率為 1/TO，其中：TO=TL+TH，而TL≈0.76R2C2 和 TH≈0.76R1C1，其中 TO 是時間，TL 是導通時間，而 TH 是截止時間。采用圖 1 中的元件值時，頻率與占空比大約分別是 28.5 kHz 和 50%。在導通期間，晶體管 Q3 導通，而電感 L1 開始以恒定電壓充電，因此其電流線性地上升至一個峰值，該值如下式所示：IL1PEAK=[(VBAT–VCESATQ3)/L1]×TL，其中 IL1PEAK 是 L1 的峰值電流，VBAT 是電池電壓，而 VCESATQ3 是 Q3 的集電極-射極飽和電壓。在截止期間，Q3 截止，而電感電壓極性反轉(zhuǎn)，使 LED 正偏，電感以恒定電壓通過 LED 放電，電壓大致等于 LED 的正向電壓，而電流則斜降到零。

　　由于這個循環(huán)高速重復，因此 LED 看起來是穩(wěn)定發(fā)光。LED 的亮度取決于自己的平均電流，它與峰值電流成正比。LED 的電流大致是一個三角波，由于 Q3 的截止時間有限，其峰值電流約等于電感的電流，可以簡單估算出平均電流：ILEDAVG≈(?)×IL1PEAK×(TDIS/TO)，其中 TDIS 是電感 L1 通過 LED 的放電時間，這個值可以從 L1 的放電斜率大致估計出來，為 VLED/ L1，VLED 是 LED 的電壓。

　　如要控制 LED 的亮度，可以改變電感的值來增加或減小電感的峰值電流，電感修改范圍為 100 至 330 ?H，這樣就針對所采用的 LED 型號實現(xiàn)了最佳亮度。但是，L1 的充電斜率總是小于放電斜率，并且由于 TL 等于 TH，L1 有足夠的時間完全放電。當它下一個循環(huán)充電時，其電流循環(huán)總是從零開始。如果不是這種情況（例如 TH 降得過大），每個循環(huán)的電感電流都會增加到 Q3 脫離飽和時為止，而由于最終電流值依賴于 Q3 的直流增益，因此變得無法預測。用一個低頻門控信號驅(qū)動可選晶體管 Q4 的基極，該電路可使 LED 閃爍。

　　沒有一個元件是關鍵性元件，比如說，可以使用任何小信號晶體管。但可能情況下，盡量為Q3 選擇一個有高直流增益和低集射飽和電壓的 PNP 晶體管，以獲得最佳效率。另外，注意峰值電流不要使 L1 飽和，并且不會超過 Q3 和 LED 的最大額定峰值電流。非穩(wěn)態(tài)電路可在低至 0.6V 電源下開始工作，但 LED 不發(fā)光，當電源電壓超過 0.9V 時發(fā)弱光。當電源電壓超過 1V 時，LED 有充足的亮度，不過這要稍稍取決于 LED 的正向電壓。