使用 QSPICE 了解和调整 LED 闪光灯电路

出处：维库电子市场网发布于：2024-11-11 16:33:28 | 109 次阅读

　　，“QSPICE 闪光灯电路”实际上可以指两个不同原理图中的任何一个。这是因为 LTspice LED 组件在 QSPICE 库中没有直接等效的组件。这两个示意图代表了解决该问题的两种不同方法：
　　使用模仿 LED 电流-电压行为的组件（在本例中为与电源串联的普通二极管）替换 LED。
　　手动将 LED 的 SPICE 模型导入 QSPICE。

　　我们将使用电路的导入 SPICE 模型版本（图 1）。

　　采用进口 SPICE 模型的 QSPICE LED 闪光灯电路原理图。
　　图 1.我们将在本文中研究的 QSPICE LED 闪光灯电路。
　　我们在上一篇文章中了解到，只有当我们在 LED 节点上给它一点额外的电压时，电路的导入 SPICE 模型版本才会振荡。这就是为什么我们添加了您在上图中看到的V FWD源，当与 QTLP690C LED 模型结合使用时，它会创建一个具有稍高正向电压的 LED。
　　正如我们将在下一节中看到的，使用V FWD还揭示了闪光灯电路照明行为的一个重要方面。
　　正向电压如何影响振荡频率

　　图 2 至图 4 绘制了三个不同V FWD值下的 LED 电流。图 2 中的正向电压为 100 mV，图 3 中的正向电压为 400 mV，图 4 中的正向电压为 800 mV。

　　添加了 100 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。

　　图 2.添加 100 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。

　　图 3.添加了 400 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。

　　
　　图 4.添加了 800 mV 正向电压的 LED 闪光灯电路。
　　并排查看这些图可以清楚地看出，脉冲频率随着正向电压的增加而增加。出于实际原因，这一点很重要，因为不同的 LED 具有不同的正向电压特性，这意味着实际电路中的振荡频率取决于所选的特定 LED 部件。它还引导我们对方向灯的功能进行一些基本观察。
　　了解振荡行为
　　节点V LED实际上相当复杂，直接连接到LED、三个电阻和Q1 的集电极。该节点的电压强烈影响振荡频率。
　　快速查看图 1 中的 Q2B 节点可以看出，较高的V LED电压对应于较高的Q2基极电压。这表明V LED的值会以直接改变电路振荡的方式影响 Q2 的运行。图 5 显示了 LED 电流（绿色迹线）和 Q2 集电极电压（红色迹线）之间的关系。
　　

　　图 5.当电流流过 LED 时 Q2 集电极的电压行为。
　　上图显示了 LED 点亮时集电极电压的大幅下降。这告诉我们，当 LED 导通时，较高的 Q2 基极电压也会导致 Q2 导通。当Q2导通时，其集电极电压较低。
　　Q1的基极通过R2连接到Q2集电极节点，因此其基极电压也降低。正如我们在图 6 中看到的，Q1 基极电压的下降增加了流过 Q1 的电流。

　　Q1 的基极电压随着 Q2 集电极电压的下降而下降，导致流过 Q1 的电流增加。

　　图 6. Q1 的基极电压随着 Q2 集电极电压的下降而下降，导致流经 Q1 的电流增加。
　　现在我们回到了原点——流经 Q1 的电流被传送至 LED。我们可以将 LED、Q1 和 Q2 之间的相互作用总结如下：
　　LED 照明电流从电源流经 Q1。
　　当LED导通时，V LED节点处的电压较高，该电压受LED正向电压特性的影响。
　　当V LED增加时，Q2 传导更多电流。
　　增加 Q2 电流会降低 Q1 的基极电压。
　　分析和调整振荡特性
　　接下来，我们来看看如何使用RC 网络（R6 和 C1）来调整闪光灯电路的频率和脉冲宽度。我们首先查看图 7，该图绘制了同一时间段内通过 LED 的电流和传递到 RC 网络的电流。
　

　　图 7.流经 LED 和晶体管 Q2 的电流遵循相同的模式。
　　我们可以看到，传递到 RC 网络的电流与通过 LED 的电流一致，因此也与 Q2 的电流一致。
　　正如我们在图 8 中观察到的，从 Q2 发射极流出的电流对电容器 (C1) 充电，从而提高了 RC 网络上的电压 ( V RC )。该电流是电路振荡行为的关键。

　　通过 Q2 的电流为 RC 网络充电。

　　图 8.通过 Q2 的电流为 RC 网络充电。
　　Q2 的基极至发射极电压随着V RC 的增加而稳定下降。当V RC达到某个阈值时，Q2停止导通。这就是导致图 8 中红色迹线行为的原因。其陡峭的向上斜率代表充电阶段，此后电容器通过 R6 缓慢放电。
　　现在很明显，RC 网络的充电/放电行为是电路振荡时序的基础。 LED 的点亮时间对应于 RC 网络的充电持续时间；从一个脉冲结束到下一个脉冲开始的延迟是RC网络的放电持续时间。图 9 对此进行了说明。

　　LED 闪光灯的完整周期显示 RC 网络的充电和放电。

　　图 9. LED 闪光灯的完整周期显示了 RC 网络的充电和放电。
　　调整频率
　　综上所述，我们应该可以通过减小R6的值来提高频率，从而使放电更快。图 10 通过将 R6 从 800 kΩ 减小到 400 kΩ 对此进行了测试。

　　R6 = 400 kΩ 时的脉冲频率。

　　图 10. R6 = 400 kΩ 时的脉冲频率。
　　正如预期的那样，降低电阻会导致更高的脉冲频率。
　　调整脉冲宽度
　　电容越大，充电阶段电压上升越慢，因此我们应该能够通过增加 C1 的值来加宽脉冲。为了测试这一点，图 11 中的图是使用 C1 = 10 μF 而不是原始的 3.3 μF 生成的。 R6 的值与图 10 相同，并且使用相同的横轴限值，以便可以直接比较脉冲宽度。

　　C1 的脉冲宽度 = 10 μF，比之前增加了 6.7 μF。