利用555定时器构成白光LED电压调节器的方法

本文以一个555定时器为主要器件构成电压调节电路，用来控制一个或多个白光LED。定时器IC1与R1、R2、C2构成了可复位非稳态多谐振荡器。
    首次输入电压VS后，D1将使存储电容器C1充电直到其电压略低于VS。最初，晶体管Q2处于截止状态，IC1的复位输入为高电平，输出端(OUTPUT)为高电平，以让电流能经过R1给C2充电。

    这段时间内，R4拉动放电端(DISCHARGE)导通晶体管Q1，电感L1中的电流IL开始斜线增大。由于Q1饱和，因此D3和LED都处于反向偏压状态。

    当C2的电压超过IC1中管脚6的极限电压(THRESHOLD)时，输出端(OUTPUT)与放电端(DISCHARGE)都变为低电平，Q1截止。所产生的反电动势越过L1，使LED的阳极电压瞬间升高到VA，VA大于VS，因此LED被点亮。这时，二极管D3处于正向偏压状态，并拉动IC1的输入电压V+直到比VS高2~4V。

    然后，C2立刻经由晶体管D2和电阻R2迅速放电，准备好下一个循环。倘若恰当选择R5和R6的阻值，在LED复位输入的同时Q2导通。当L1储存的能量耗尽的时候，LED和晶体管D3再次进入反向偏压状态，VA减小到一个较低的水平。Q2立刻关断，允许IC1开始另一个循环，C2再次开始经由R1充电。该过程每秒钟重复数千次，因此LED能够被持续点亮。

    本电路利用三个“窍门”来优化性能。第一，晶体管D3的自增益能够提高定时器的输入电压，即使在VS降到1V以下时，电路也能继续正常工作。此外，它经由R4为Q1提供增强的基极驱动。

    第二，经由Q2的反馈确保了在L1的能量耗尽时，新的循环能够开始，从而使LED的平均电流最大化。

    第三，Q1不是由定时器输出端，而是由定时器漏极的放电终端来驱动的，因此基极驱动不依赖于555定时器输出终端的电流源性能。

    晶体管Q1必须是低饱和型，其驱动时间为tON：tON= K×R1×C2

    其中K是一个常量，由实际使用的555定时器类型决定。

    LED的峰值电流大约等于最大感应电流I L(MAX)，这里：IL(MAX)= [(VS－VCE(SAT))/L1] × tON如果Q1的饱和电压较低，例如低于50mV，则VCE(SAT)可忽略，上式简化为：I L(MAX)=( VS/L1) ×tON

    因此，对于一个特定的VS值，通过选择R1、C2和L1的值可以得到IL(MAX)的最大值，从而在不超过峰值电流额定值的情况下使LED达到最大亮度。

    必须适当选择电阻R5和R6，以确保在VA=VS时Q2被关断(在首次激励的情况下)，在LED正向偏压(VA>VS)时被导通。Q2本身必须是高电流增益的小信号器件。

    为了达到高效率、低电压工作模式，必须使用CMOS定时器，例如Intersil公司的ICM7555或者TI的TLC555。这些类型的定时器都有在2.0V低电压下运行的特殊功能。此外，它们的内部放电晶体管能够使管脚7的电压降至100mV甚至更低，从而确保Q1被完全关断。

    在一个测试电路，IC1使用TLC555，Q1 = ZTX649、Q2 = BC546、L1 = 100 μH、 R5 = 56 kΩ、 R6=10kΩ，该电路能够在VS等于1.0V的低电压下启动。这个电路能使Lumileds(www、lumileds、com)的白光LED达到最好的亮度。

    晶体管Q1的上升时间(tON)大约为20 μs，使得在VS =1.5 V时峰值感应电流大约为300 mA。但是改变C2、R1或者C2、R1、L1的值就可以改变峰值感应电流，使用ICM7555也能达到相同的性能，尽管其最低导通电压会略高于1.2V。

    这个电路对单个LED应用非常理想，因为即使输入电压低于1.0 V，它仍能使LED保持足够的亮度。当然，可以把两个或者更多LED串联在一起，尽管其亮度会相应降低。