利用雙門反相器振蕩器提高LED亮度并省電
LED的亮度直接與通過它的電流成比例,這對低壓和電池供電的應用是一種挑戰(zhàn)。但它可能會在不增加系統(tǒng)功率需求的情況下提高LED的亮度。
這里所述的解決方案使用高峰值電流獲得亮LED,并使用低平均電流降低功耗。LED振蕩電路通過以短時間的“開”和長期的“關”提供低功率周期波形的方法來達到這些要求(圖1)。
脈沖LED由于兩方面的原因可比直接驅動的LED更亮。首先是作為峰值檢波器和積分器的人眼功能。因此,眼睛察覺到峰值與平均亮度之間某處脈沖LED的亮度。查看LED的相對效率對峰值電流的曲線也顯示出另一個原因。
例如,在30mA的脈沖電流時,安捷倫的翡翠綠HLMP發(fā)光二極管(LED)的亮度約為同等直流驅動電路的30%。注意脈沖電路并非總是產生更亮的LED,在10mA下,直流電路會產生更亮的峰電流LED。
振蕩器電路起源于占空比約為50%的常規(guī)雙門反相器振蕩器。但LED振蕩器電路有兩個RC時間常數,因此無論占空比還是頻率皆可調節(jié)。R2和C2控制LED脈沖“開”的時間,而R1和C1控制“關”的時間。要確保上電時的振蕩,增加了與C2并行的R4,通過電容器提供直流通路。如果使用NAND門代替反相器,可對電路進行改進,使其容納像狀態(tài)指示燈(圖2)之類的應用“開/關”控制。圖3顯示振蕩器LED驅動電壓V1。
通過分析在每個反相器形成的RC網絡的放電時間可得出描述振動頻率和占空比方程式。為簡化運算,在分析中不包括不包括R3、R4和LED。
利用這些方程式來預測RC電路放電到反相器閾值轉換電壓(假定為電源電壓的一半)所需要的時間。輸出電流的作用是,當輸出電流增加時,實際的VOH減少。放電到邏輯轉換閾值電壓(VTH)(帶有起始電壓(Vi))的RC電路一般方程式為:
下列假定推到出求解時間(t)的方程式。假定VTH=0.5×VCC并且Vi=VOH≈VCC。
當LED“開”的時間由在反相器U1A端的放電時間(t1)控制時,在反相器U1B端的放電時間(t2)控制LED“關”的時間:
t1≈0.693×R2C2≈0.693×(12,000Ω)(0.01μF)≈83.2μst2≈0.693×R1C1≈0.693×(12,000Ω)(0.1μF)≈832μs
振蕩器的時間周期(T)等于第一和第二RC階段充電時間之和:
T=t1+t2=83.2μs+832μs=915μsf=(1/T)=(1/915μs)=1.09kHz
在V1的振蕩器占空比(DS)與通過電容器C1和C2設置的兩個時間常數之比成比例: