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返馳交換器可在低至1.1V的電壓下運行並點亮高亮度LED燈

2015年02月16日  | R O Ocaya

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本文展示的是一種利用單個1.5V電池帶動低功率電子電路的方法。該設計基於一隻自由振盪(free-running)振盪器,它可驅動一個返馳變壓器產生可控制的更高電壓。該設計方法可以用來為類比電路、微控制器及其他任何輕負荷應用供電。


該電源電路經過設計、模擬,最終建構出來,可在功率損耗小於50mW、甚至電壓低至1.1V的條件下可靠運行。經測試,基於給出的電路值,通過調整單個電阻器值產生的穩壓輸出在6V~24V之間。輸出功率足以帶動低電量模式(15μA,32kHz)下的PIC微控制器。此外,該電路無需任何更改即可作為閃控(strobe)裝置,點亮0.1Hz~20Hz的一連串LED燈或一個電源指示燈。雖然對於本來“簡單”的任務來說,這種設計可能看起來電路過多,但考慮到電源電壓低以及輸出可調節或閃爍可控制的優勢,該設計仍值得採用。


圖1	1.5V反相器的電路圖。電感器L1和L2(10匝,22 AWG)及L3(130匝,32 AWG)纏繞在一個Fair-Rite Products Corporation的核心元件(編號:5961001801)上。
圖1 1.5V反相器的電路圖。電感器L1和L2(10匝,22 AWG)及L3(130匝,32 AWG)纏繞在一個Fair-Rite Products Corporation的核心元件(編號:5961001801)上。

圖1所示,為在穩壓輸出(+VREGOUT)條件下使用電路,例如下文提到的20.7V,應將電阻器R2和R3分別設置為680Ω和100kΩ。流經R11的電壓通過R5/R11分壓器設置為140mV左右。由Q1構成的振盪器持續在電源應用上運行,並將L2中的電能磁耦合至L3。一旦流經C1的電壓超過2V,則比較器U1將得到有效供電。一開始,流經R2的電壓會隨著電容器的充電而逐漸升高,直至超過流經R11的電壓值。在該連接方式下,集電極開路比較器U1會不斷將該電壓與140mV進行比較。由Q2/Q3組成的半導體閘流體(thyristor)均未接通電源,且未被U1的輸出電壓觸發。電容器持續順暢充電。因此,基於R2-R3之和,U1輸出電壓將在以下情形升高:


返馳交換器可在低至1.1V的電壓下運行並點亮高亮度LED燈的方程式

T1可使用不同形狀和尺寸的磁芯。為複製上述結果,建議採用電感因子(inductance factor)約為80nH且相對導磁率(permeability)約為80μ的磁芯。推薦使用的產品有EPCOS,的ETD磁芯(產品編號:B66361G0100X1)、Ferroxcube的環形磁芯TN33/20/11-2P80及類似產品。


對於圖1中的元件值(除R2=680Ω和R3=100kΩ外),當VC1=20.7V時將可觸發半導體閘流體。輸出濾波器由L4和C3構成。C1在電路中擔任兩種角色:第一,作為電荷儲存“桶”;第二,與R10一起確保一定的環路穩定性。電阻器R4用於上拉U1的集電極開路,而D3用於防止擾亂U1的輸出電壓出現偏置。


為了要將電路當作一3-LED燈的閃光/閃控裝置使用,R10應設置為100Ω。對於圖中所示元件值,當VC1 = 6.33V時將可觸發半導體閘流體。一旦半導體閘流體被觸發,Q4基極將會被施加約為2V的脈衝,使之完全開啟,從而產生較大的Q4集電極電流,導致C1快速放電。如果該集電極電流通過一連串LED燈或單只電源指示燈發生,LED燈將會逐漸變亮,直至Q4基極被強觸發導通時出現明亮閃光。C1的放電也會停機U1(即,使其電源電壓降至2V以下)。因此,在C1恢復充電狀態前,VR2會降至約43mV的最低值,然後重複上述流程。LED燈閃爍時,需要加上一個限制電阻(R10),否則LED燈會被損壞。模擬過程顯示,閃爍率為50%時,測量得到的電流脈衝峰值為3.3A,持續時間為50μs。閃爍率可以藉由改變R2或R11的值進行調整。


圖2	LED閃爍/閃控裝置中的LTspice模擬定時波形。假定電源指示燈D4未連接,測量R10中的電流。
圖2 LED閃爍/閃控裝置中的LTspice模擬定時波形。假定電源指示燈D4未連接,測量R10中的電流。

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