Экономичные светодиодные индикаторы включения питания
Схемы эффективных индикаторов напряжения для устройств с батарейным питанием на транзисторах и микросхемах
Широкому распространению светодиодных индикаторов напряжения для устройств с автономным питанием препятствует значительный ток, потребляемый светодиодом от
батареи в режиме свечения. Применение современных сверхярких светодиодов, которые начинают светиться уже при токах: от 100...200 мкА, несколько
снижает остроту проблемы экономичности, но тем не менее не решает её кардинально. Особенно это касается устройств, питаемых от маломощных автономных источников
и предназначенных для работы в течение продолжительного промежутка времени.
Повысить экономичность индикатора можно посредством довольно простых схемотехнических решений, и именно такие устройства мы рассмотрим в рамках данной статьи.
А начнём мы со схемы экономичного светодиодного индикатора, опубликованной в журнале Радио №7, 2006 г. под авторством В. Стрюкова.
Вот что пишет автор:
Экономичный светодиодный индикатор (В. Стрюков, г. Калининград)
Можно существенно (в десятки раз) повысить экономичность индикатора, если перейти от постоянного свечения к мигающему с большой скважностью свету.
Как правило, подобный узел содержит времязадающую RC-цепь и управляемый ею коммутатор, который подключает светодиод к цепи питания.
Ток, потребляемый светодиодом, является полезным, в то время как ток перезарядки конденсатора пропадает зря. Для повышения экономичности мигающего
индикатора до возможного предела имеет смысл совместить обе эти цепи и сделать так, чтобы времязадающий конденсатор разряжался через светодиод.
Тогда в индикаторе не останется другого тока потребления, кроме зарядного тока времязадающей цепи.
Одна из возможных реализаций показана на рисунке. Цепи питания микросхемы на схеме не показаны (плюсовой вывод питания подключен к выводу 14 микросхемы;
минус питания, соединенный с общим проводом – к выводу 7).
Даже в случае применения светодиодов серии АЛ307 вспышки хорошо заметны несмотря на малую длительность, а потребляемый ток не превышает 0,1...0,2 мА при
напряжении 5...9 В. Применение сверхярких светодиодов позволит еще в несколько раз повысить экономичность, если увеличить сопротивление резистора R1 и,
соответственно, уменьшить емкость конденсатора С1. Другое немаловажное преимущество такого индикатора – потребляемый им ток близок к постоянному, в нём почти
полностью отсутствует импульсная составляющая. Если внешнее управление индикатором не требуется, оба входа триггера Шмитта соединяют вместе.
Следует иметь в виду, что к светодиоду в момент включения индикатора приложено напряжение питания в обратной полярности, превышающее предельно допустимое
значение (максимальное обратное напряжение для большинства светодиодов — 2...4 В). Чтобы обойти это ограничение, можно последовательно со светодиодом
включить в прямом направлении любой импульсный кремниевый диод. Хотя, как показала практика, если напряжение питания не превышает 5...9 В, в этом нет
необходимости.
Кроме того, при напряжении питания микросхемы больше 9 В (9... 15 В) импульсный ток разрядки конденсатора, протекающий через светодиод и выход элемента, может
превысить допустимое для этих приборов значение. В этом случае рекомендую последовательно со светодиодом включить токоограничивающий резистор сопротивлением
несколько десятков ом.
Несмотря на заверения автора, импульсная составляющая в потребляемом токе такого индикатора существует и если для цифровых устройств она никакой опасности не
представляет, то для некоторых высокочувствительных аналоговых может стать источником помех.
Избавиться от этого недостатка позволяет схема, приведённая в журнале Радиоконструктор 11-2011:
Экономичные светодиодные индикаторы (Бутов А. П.)
Это устройство предназначено для индикации включения устройств с автономным питанием. Отличительной особенностью является очень малый потребляемый ток,
доступность элементной базы. Режим работы индикатора импульсный, с большой скважностью следования вспышек светодиода.
При подаче питания на устройство, через резистор R1 начинает заряжаться конденсатор С1. Когда напряжение на обкладках превысит 7В, напряжение затвор-исток
полевого транзистора достигнет порогового напряжения открывания, транзистор начнёт открываться, а это повлечет за собой открывание транзистора VT1.
Благодаря положительной обратной связи через конденсатор С2, последует лавинообразное открывание обоих транзисторов и связанное с этим увеличение тока
через резистор R2, светодиод вспыхнет. Конденсатор С1 быстро разрядится, оба транзистора закроются, после чего цикл повторится.
Номинальное напряжение питания устройства 9 В. При таком напряжении ток потребляемый устройством будет около 20 мкА, частота вспышек 0.5 Гц.
Теоретически при таком токе потребления индикатор способен непрерывно работать от батареи "Крона" не менее 612 дней.
При напряжении питания 7 В индикатор будет потреблять ток 10 мкА, при 12 В – 32 мкА.
Если сопротивление резистора R1 уменьшить вдвое, то средний потребляемый ток тоже удвоится, а частота вспышек светодиода возрастёт.
При сопротивлении R1 равным 1 МОм и напряжении питания 12 В потребляемый устройством ток будет около 7 мкА, а светодиод будет вспыхивать каждые 5 секунд.
При понижении напряжения питания частота вспышек убывает, что даёт возможность по частоте мигания косвенно следить за состоянием источника питания.
Данная схема обеспечивает полное отсутствие помех по питанию. При этом вовсе не обязательно использовать столь высокие номиналы резисторов, сопоставимые
с токами утечки транзисторов и снижающие стабильность и надёжность работы устройства. А в качестве иллюстрации приведу схему неоднократно проверенного
в боевых условиях экономичного светодиодного индикатора, лишённого указанного недостатка.
Устройство очень стабильно в работе и при использовании сверхяркого светодиода обеспечивает интенсивное свечение, достаточное для любого внешнего (в том числе и
солнечного) освещения.
При 9 В питания частота вспышек составляет около 1 сек, потребление от источника питания не превышает 25 мкА.
|
