用一只节电池点亮LED的非稳态多谐振荡器

用一节 1.5V 电池点亮 LED 存在着一个问题，因为 LED 的正向电压高于电池的电压。最简单的办法是采用一种步进升压 DC/DC 转换器。本设计实例为低成本应用提供了一种简单而可靠的替代方法。图 1 中的电路采用了一种经典的非稳态振荡器，由晶体管 Q1 的 Q2 构成。Q2 集电极的方波驱动信号使 PNP 开关晶体管 Q3 导通或截止。当 Q3 导通时，它为电感 L1 充电，而当它关闭时，电感 L1 通过 LED 反向释放存储的能量，因此能够点亮任何类型的彩色 LED。
 

　　当电池电压为 1.5V 时，非稳态电路的振荡频率为 1/TO，其中：TO=TL+TH，而TL≈0.76R2C2 和 TH≈0.76R1C1，其中 TO 是时间，TL 是导通时间，而 TH 是截止时间。采用图 1 中的元件值时，频率与占空比大约分别是 28.5 kHz 和 50%。在导通期间，晶体管 Q3 导通，而电感 L1 开始以恒定电压充电，因此其电流线性地上升至一个峰值，该值如下式所示：IL1PEAK=[(VBAT–VCESATQ3)/L1]×TL，其中 IL1PEAK 是 L1 的峰值电流，VBAT 是电池电压，而 VCESATQ3 是 Q3 的集电极-射极饱和电压。在截止期间，Q3 截止，而电感电压极性反转，使 LED 正偏，电感以恒定电压通过 LED 放电，电压大致等于 LED 的正向电压，而电流则斜降到零。

　　由于这个循环高速重复，因此 LED 看起来是稳定发光。LED 的亮度取决于自己的平均电流，它与峰值电流成正比。LED 的电流大致是一个三角波，由于 Q3 的截止时间有限，其峰值电流约等于电感的电流，可以简单估算出平均电流：ILEDAVG≈(?)×IL1PEAK×(TDIS/TO)，其中 TDIS 是电感 L1 通过 LED 的放电时间，这个值可以从 L1 的放电斜率大致估计出来，为 VLED/ L1，VLED 是 LED 的电压。

　　如要控制 LED 的亮度，可以改变电感的值来增加或减小电感的峰值电流，电感修改范围为 100 至 330 ?H，这样就针对所采用的 LED 型号实现了最佳亮度。但是，L1 的充电斜率总是小于放电斜率，并且由于 TL 等于 TH，L1 有足够的时间完全放电。当它下一个循环充电时，其电流循环总是从零开始。如果不是这种情况（例如 TH 降得过大），每个循环的电感电流都会增加到 Q3 脱离饱和时为止，而由于最终电流值依赖于 Q3 的直流增益，因此变得无法预测。用一个低频门控信号驱动可选晶体管 Q4 的基极，该电路可使 LED 闪烁。

　　没有一个元件是关键性元件，比如说，可以使用任何小信号晶体管。但可能情况下，尽量为Q3 选择一个有高直流增益和低集射饱和电压的 PNP 晶体管，以获得最佳效率。另外，注意峰值电流不要使 L1 饱和，并且不会超过 Q3 和 LED 的最大额定峰值电流。非稳态电路可在低至 0.6V 电源下开始工作，但 LED 不发光，当电源电压超过 0.9V 时发弱光。当电源电压超过 1V 时，LED 有充足的亮度，不过这要稍稍取决于 LED 的正向电压。