一节电池供电的非稳态多谐振荡器

  作者：李东伟     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。最简单的改进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。附图中的电路采用了一种经典的非稳态振荡器，由晶体管Q1和Q2组成。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而升压．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／T0．其中：T0=TL+TH，而TL≈0.76R2C2和TH≈0.76R1C1，其中T0是周期时间，TL是导通时间．而TH是截止时间。采用附图中的元件值时，频率与占空比大约分别是28.5kHz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，电感以较高的峰值电压通过LED放电．电压大致等于LED的正向电压。     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≈0.5*IL1PEAK*(TDIS/T0)，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100μH至330μH，这样可针对所采用的LED型号实现最佳亮度。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。由于最终电流值依赖于Q3的直流增益，因此变得无法预测。可用一个低频门控信号驱动可选晶体管Q4的基极，即可使LED闪烁。   在电路元件选择时．元件参数无特殊限制，其中的晶体管，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，不过这要取决于LED的正向电压。如果不需附图电路中的LED闪烁，可不用Q4管。