双门反相器振荡器：省电并提高LED亮度

 led的亮度直接与通过它的电流成比例，这对低压和电池供电的应用是一种挑战。但它可能会在不增加系统功率需求的情况下提高LED的亮度。

  这里所述的解决方案使用高峰值电流获得亮LED，并使用低平均电流降低功耗。LED振荡电路通过以短时间的“开”和长期的“关”提供低功率周期波形的方法来达到这些要求(图1)。

  脉冲LED由于两方面的原因可比直接驱动的LED更亮。首先是作为峰值检波器和积分器的人眼功能。因此，眼睛察觉到峰值与平均亮度之间某处脉冲LED的亮度。查看LED的相对效率对峰值电流的曲线也显示出另一个原因。

  例如，在30mA的脉冲电流时，安捷伦的翡翠绿HLMP发光二极管(LED)的亮度约为同等直流驱动电路的30％。注意脉冲电路并非总是产生更亮的LED，在10mA下，直流电路会产生更亮的峰电流LED。

  振荡器电路起源于占空比约为50％的常规双门反相器振荡器。但LED振荡器电路有两个RC时间常数，因此无论占空比还是频率皆可调节。R2和C2控制LED脉冲“开”的时间，而R1和C1控制“关”的时间。要确保上电时的振荡，增加了与C2并行的R4，通过电容器提供直流通路。如果使用NAND门代替反相器，可对电路进行改进，使其容纳像状态指示灯(图2)之类的应用“开/关”控制。图3显示振荡器LED驱动电压V1。

  通过分析在每个反相器形成的RC网络的放电时间可得出描述振动频率和占空比方程式。为简化运算，在分析中不包括不包括R3、R4和LED。

  利用这些方程式来预测RC电路放电到反相器阈值转换电压(假定为电源电压的一半)所需要的时间。输出电流的作用是，当输出电流增加时，实际的VOH减少。放电到逻辑转换阈值电压(VTH)(带有起始电压(Vi))的RC电路一般方程式为：

  下列假定推到出求解时间(t)的方程式。假定VTH=0.5×VCC并且Vi=VOH≈VCC。

  当LED“开”的时间由在反相器U1A端的放电时间(t1)控制时，在反相器U1B端的放电时间(t2)控制LED“关”的时间：

  t1≈0.693×R2C2≈0.693×(12,000Ω)(0.01μF)≈83.2μst2≈0.693×R1C1≈0.693×(12,000Ω)(0.1μF)≈832μs

  振荡器的时间周期(T)等于第一和第二RC阶段充电时间之和：

  T=t1+t2=83.2μs+832μs=915μsf=(1/T)=(1/915μs)=1.09kHz

  在V1的振荡器占空比(DS)与通过电容器C1和C2设置的两个时间常数之比成比例.