一節(jié)鎳氫電池設(shè)計(jì)超高亮LED燈的方法

一、電路設(shè)計(jì)
一節(jié)鎳氫電池的電壓只有1.2V，而超高亮LED需要3.3V以上的工作電壓才能保證足夠的亮度。因此。必須設(shè)法將電壓升高，常見的升壓電路一般有二種形式，即高頻振蕩電路和電磁感應(yīng)升壓電路。對(duì)于升壓電路，有兩種電路可選擇。如圖1和圖2所示。

圖1的電路使用一個(gè)脈沖小變壓器，功率管VT3將高頻振蕩信號(hào)放大，加在L1通過變壓器T直接升壓。
圖2是利用電感的自感高壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的提升。當(dāng)振蕩信號(hào)輸入VT3的基極時(shí)，VT3將周期性地飽和、截止。當(dāng)飽和時(shí)，電感L通電，電能轉(zhuǎn)化為磁能儲(chǔ)存在L中，此時(shí)二極管截止，靠C3儲(chǔ)存的能量向負(fù)載供電；當(dāng)VT3截止時(shí)。電感將產(chǎn)生下正上負(fù)的自感電動(dòng)勢(shì)。二極管VD導(dǎo)通，該自感電動(dòng)勢(shì)與電源電動(dòng)勢(shì)疊加，向電容C3充電和負(fù)載供電，由于兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)正串?？梢缘玫奖入娫催€要高的電壓，具體大小主要由負(fù)載和VT3飽和時(shí)電感L通過的電流之比確定。
這兩種電路都可以將1.2V升高到3.3V以上，第一種電路如果在變壓器上加繞正反饋線圈?？梢悦馊フ袷庪娐?。使電路更加簡(jiǎn)潔。但使用這種電路計(jì)算較復(fù)雜。輸出功率較難調(diào)節(jié)，變壓器的繞制也有些麻煩。第二種只需一個(gè)小電感。電感量也沒有較大的要求，調(diào)節(jié)電感的驅(qū)動(dòng)電流，就能方便地調(diào)節(jié)輸出電壓。在此采用第二種電路。
振蕩電路采用圖3所示的電路，雖然能在1.2V電壓下正常工作的振蕩電路有不少，但經(jīng)實(shí)踐證明，圖3的電路制作容易，計(jì)算簡(jiǎn)單。成功率高。振蕩頻率也容易確定。而且。調(diào)節(jié)R4的大小，就能在不影響信號(hào)頻率的前提下調(diào)節(jié)信號(hào)的幅度，因此采用這種電路產(chǎn)生一個(gè)高頻方波脈沖為升壓電路做準(zhǔn)備。這樣一來，電路設(shè)計(jì)完成，由圖2和圖3共同組成。

二、計(jì)算參數(shù)
關(guān)于電路參數(shù)計(jì)算，關(guān)鍵在于功率。電感通電后，儲(chǔ)存的電能為E=LI2/2，設(shè)f為方波的頻率，1a內(nèi)開關(guān)管將導(dǎo)通f次，這樣。電感每秒儲(chǔ)存的電能為W=f×E，設(shè)這些能量轉(zhuǎn)化向負(fù)載的效率為η，那么輸出功率為P=η×W+Po，Po為電源直接向負(fù)載供電的功率(因?yàn)殡娫磁c自感高壓疊加。必須考慮這一點(diǎn))。
現(xiàn)進(jìn)行估算。驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED約要100mW。電源的Po約為20mW。為了保證供給，按P=100mW計(jì)算。取η=80％，再隨便找一個(gè)幾百uH的電感，如500 uH：另一方面，根據(jù)能量守恒。3.3V約為1.2V的3倍。再由于效率問題。電感的驅(qū)動(dòng)電流差不多要LED工作電流的3-4倍，就取為120mA，這樣一來。便可算出振蕩頻率為34kHz左右，這樣，取R=2kΩ，C=0.01 uF便能達(dá)到要求。確定參數(shù)時(shí)。頻率可高不可低，電感寧大勿小，這樣才能保證輸出功率足夠大，才能有足夠的調(diào)節(jié)空間。

元件表

三、制作
由于電路簡(jiǎn)單。元件在2×2cm的板上。只要操作無誤，接通電源電路就能工作。先不要接上LED，用萬(wàn)用表測(cè)出輸出電壓，這時(shí)候，調(diào)節(jié)R4的大小，R4越大，輸出電壓越小。反之亦然，當(dāng)輸出電壓在3.2V左右時(shí)，可接上LED，再調(diào)節(jié)R4的大小，使其足夠亮，注意，不可讓LED兩端的電壓超過3.6V，否則有可能燒毀LED。這樣一來，電路便調(diào)試完成。