Linearni stabilizator struje za LED diode. Nekoliko jednostavnih LED strujnih krugova

Obrazovni članak o LED stabilizatorima struje i više. Razmatraju se sheme stabilizatora linearne i impulsne struje.

Strujni stabilizator za LED diode ugrađen je u mnoge dizajne rasvjetnih tijela. LED diode, kao i sve diode, imaju nelinearnu strujno-naponsku karakteristiku. To znači da kada se napon na LED diodi promijeni, struja se mijenja neproporcionalno. Kako se napon povećava, struja isprva raste vrlo sporo i LED ne svijetli. Zatim, kada se dosegne napon praga, LED počinje svijetliti i struja se povećava vrlo brzo. S daljnjim povećanjem napona, struja se katastrofalno povećava i LED izgara.

Napon praga naznačen je u karakteristikama LED dioda kao prednji napon pri nazivnoj struji. Nazivna struja za većinu LED dioda male snage je 20 mA. Za LED rasvjetu velike snage, nazivna struja može biti veća - 350 mA ili više. Usput, LED velike snage stvaraju toplinu i moraju se instalirati na hladnjak.

Da bi LED ispravno radio, mora se napajati kroz stabilizator struje. Za što? Činjenica je da se napon praga LED-a razlikuje. Različiti tipovi LED imaju različite prednje napone, čak i LED iste vrste imaju različite prednje napone - to je naznačeno u karakteristikama LED kao minimalna i maksimalna vrijednost. Posljedično, dvije LED diode spojene na isti izvor napona u paralelnom krugu propuštat će različite struje. Ova struja može biti toliko različita da LED dioda može prije otkazati ili odmah izgorjeti. Osim toga, stabilizator napona također ima pomicanje parametara (od primarne razine snage, od opterećenja, od temperature, jednostavno tijekom vremena). Stoga je nepoželjno uključiti LED diode bez uređaja za izjednačavanje struje. Razni načini razmatra se izjednačenje struje. Ovaj članak govori o uređajima koji postavljaju vrlo specifičnu, specificiranu struju - stabilizatori struje.

Vrste stabilizatora struje

Stabilizator struje postavlja zadanu struju kroz LED, bez obzira na napon primijenjen na krug. Kada napon u krugu poraste iznad razine praga, struja dosegne zadanu vrijednost i ne mijenja se dalje. S daljnjim povećanjem ukupnog napona, napon na LED diodi se prestaje mijenjati, a napon na stabilizatoru struje raste.

Budući da je napon na LED diodi određen njezinim parametrima i opći slučaj uvijek se stabilizator struje može nazvati i stabilizatorom LED snage. U najjednostavnijem slučaju, aktivna snaga (toplina) koju stvara uređaj raspoređuje se između LED diode i stabilizatora proporcionalno naponu na njima. Takav stabilizator naziva se linearni. Postoje i ekonomičniji uređaji - stabilizatori struje koji se temelje na pretvaraču impulsa (ključni pretvarač ili pretvarač). Zovu se impulsni jer pumpaju snagu unutar sebe u dijelovima - impulsima, prema potrebi potrošača. Ispravan pretvarač impulsa kontinuirano troši energiju, interno je prenosi u impulsima od ulaznog kruga do izlaznog kruga i ponovno kontinuirano isporučuje snagu potrošaču.

Linearni stabilizator struje

Linearni stabilizator struje se zagrijava što je veći napon na njega. To je njegov glavni nedostatak. Međutim, ima niz prednosti, na primjer:

Linearni stabilizator ne stvara elektromagnetske smetnje
Jednostavan dizajn
Niska cijena u većini aplikacija

Budući da sklopni pretvarač nikada nije potpuno učinkovit, postoje primjene u kojima linearni regulator ima usporedivu ili čak veću učinkovitost - kada je ulazni napon samo malo viši od napona LED diode. Usput, kada se napaja iz mreže, često se koristi transformator, na čijem je izlazu instaliran linearni stabilizator struje. To jest, prvo se napon smanjuje na razinu usporedivu s naponom na LED-u, a zatim se pomoću linearnog stabilizatora postavlja potrebna struja.

U drugom slučaju, napon LED dioda možete približiti naponu napajanja - spojite LED diode u serijski lanac. Napon na lancu bit će jednak zbroju napona na svakoj LED diodi.

Krugovi linearnih stabilizatora struje

Najjednostavniji krug stabilizatora struje temelji se na jednom tranzistoru (krug "a"). Budući da je tranzistor strujno pojačalo, njegova izlazna struja (struja kolektora) je h 21 puta veća od struje upravljanja (struje baze) (pojačanje). Struja baze može se postaviti pomoću baterije i otpornika ili pomoću zener diode i otpornika (krug "b"). Međutim, takav je krug teško konfigurirati, rezultirajući stabilizator ovisit će o temperaturi, osim toga, tranzistori imaju širok raspon parametara i prilikom zamjene tranzistora struja će se morati ponovno odabrati. Krug s povratnom spregom "c" i "d" radi mnogo bolje. Otpornik R u krugu igra ulogu Povratne informacije- kako se struja povećava, napon na otporniku raste, čime se isključuje tranzistor i struja se smanjuje. Strujni krug "d", kada se koriste tranzistori istog tipa, ima veću temperaturnu stabilnost i mogućnost maksimalnog smanjenja vrijednosti otpornika, čime se smanjuje minimalni napon stabilizatora i oslobađanje snage na otporniku R.

Strujni stabilizator može se izraditi na temelju tranzistora s efektom polja p-n spoj(dijagram "d"). Napon gate-source postavlja struju odvoda. Pri nultom naponu gate-source struja kroz tranzistor jednaka je početnoj struji odvoda navedenoj u dokumentaciji. Minimalni radni napon takvog stabilizatora struje ovisi o tranzistoru i doseže 3 volta. Neki proizvođači elektroničkih komponenti proizvode posebne uređaje - gotove stabilizatore s fiksnom strujom, sastavljene prema sljedećoj shemi - CRD (Current Regulating Devices) ili CCR (Constant Current Regulator). Neki ga ljudi nazivaju diodnim stabilizatorom jer se ponaša kao dioda kada se okrene unatrag.

Tvrtka On Semiconductor proizvodi, na primjer, linearni stabilizator serije NSIxxx, koji ima dva terminala i, radi povećanja pouzdanosti, ima negativan temperaturni koeficijent - kako se temperatura povećava, struja kroz LED diode se smanjuje.

Stabilizator struje koji se temelji na pretvaraču impulsa vrlo je sličan po dizajnu stabilizatoru napona koji se temelji na pretvaraču impulsa, ali ne kontrolira napon preko opterećenja, već struju kroz opterećenje. Kada se struja u opterećenju smanjuje, pumpa snagu, a kada se povećava, smanjuje je. Najčešći krugovi impulsnih pretvarača uključuju reaktivni element - prigušnicu, koja se pomoću prekidača (prekidača) pumpa s dijelovima energije iz ulaznog kruga (iz ulaznog kapaciteta) i, zauzvrat, prenosi ga na opterećenje . Uz očitu prednost uštede energije, pretvarači impulsa imaju niz nedostataka koji se moraju prevladati različitim sklopovima i dizajnerskim rješenjima:

Preklopni pretvarač proizvodi električne i elektromagnetske smetnje
Obično ima složenu strukturu
Nema apsolutnu učinkovitost, odnosno troši energiju za vlastiti rad i zagrijava se
Najčešće ima višu cijenu u usporedbi, na primjer, s transformatorskim plus linearnim uređajima

Budući da je ušteda energije ključna u mnogim primjenama, dizajneri komponenti i sklopova nastoje smanjiti utjecaj tih nedostataka i često u tome uspijevaju.

Sklopovi pretvarača impulsa

Budući da se stabilizator struje temelji na pretvaraču impulsa, razmotrimo osnovne krugove pretvarača impulsa. Svaki pretvarač impulsa ima ključ, element koji može biti samo u dva stanja - uključeno i isključeno. Kada je isključen, ključ ne provodi struju i, prema tome, na njemu se ne oslobađa struja. Kada je uključen, prekidač provodi struju, ali ima vrlo nizak otpor (idealno jednak nuli), prema tome, snaga se oslobađa na njemu, blizu nule. Stoga sklopka može prenijeti dijelove energije iz ulaznog kruga u izlazni krug gotovo bez gubitka snage. Međutim, umjesto stabilne struje, koja se može dobiti iz linearnog napajanja, izlaz takve sklopke bit će impulsni napon i struja. Kako biste ponovno dobili stabilan napon i struju, možete instalirati filtar.

Koristeći konvencionalni RC filtar, možete dobiti rezultat, međutim, učinkovitost takvog pretvarača neće biti bolja od linearnog, jer će se sav višak snage osloboditi na aktivnom otporu otpornika. Ali ako koristite filtar umjesto RC - LC (krug "b"), tada se, zahvaljujući "specifičnim" svojstvima induktiviteta, mogu izbjeći gubici snage. Induktivitet ima korisno reaktivno svojstvo - struja kroz njega se postupno povećava, električna energija koja mu se dovodi pretvara se u magnetsku energiju i nakuplja u jezgri. Nakon što se sklopka isključi, struja u induktivitetu ne nestaje, napon preko induktiviteta mijenja polaritet i nastavlja puniti izlazni kondenzator, induktivitet postaje izvor struje kroz premosnu diodu D. Ovaj induktivitet, dizajniran za prijenos snaga, naziva se prigušnica. Struja u induktoru ispravnog uređaja stalno je prisutna - tzv. kontinuirani mod ili kontinuirani strujni mod (u zapadnoj literaturi ovaj mod se naziva Constant Current Mode - CCM). Kada se struja opterećenja smanji, napon na takvom pretvaraču raste, energija akumulirana u induktoru se smanjuje i uređaj može prijeći u diskontinuirani način rada kada struja u induktoru postane isprekidana. Ovaj način rada naglo povećava razinu smetnji koje stvara uređaj. Neki pretvarači rade u graničnom načinu rada, kada se struja kroz induktor približava nuli (u zapadnoj literaturi ovaj se način rada naziva Border Current Mode - BCM). U svakom slučaju, značajni protok kroz leptir za gas D.C., što dovodi do magnetizacije jezgre, pa je stoga induktor izrađen od posebnog dizajna - s razmakom ili pomoću posebnih magnetskih materijala.

Stabilizator koji se temelji na pretvaraču impulsa ima uređaj koji regulira rad ključa ovisno o opterećenju. Stabilizator napona registrira napon na opterećenju i mijenja rad sklopke (krug "a"). Stabilizator struje mjeri struju kroz opterećenje, na primjer, pomoću malog mjernog otpora Ri (shema "b") spojenog u seriju s opterećenjem.

Pretvarač se, ovisno o signalu regulatora, uključuje s različitim radnim ciklusom. Postoje dva uobičajena načina upravljanja ključem - modulacija širine impulsa (PWM) i strujni način. U PWM modu, signal greške kontrolira trajanje impulsa uz održavanje stope ponavljanja. U strujnom načinu rada mjeri se vršna struja u induktoru i mijenja se interval između impulsa.

Moderni sklopni pretvarači obično koriste MOSFET tranzistor kao sklopku.

Buck pretvarač

Gore razmotrena verzija pretvarača naziva se padajući pretvarač, budući da je napon na opterećenju uvijek niži od napona izvora napajanja.

Budući da induktor stalno teče jednosmjernu struju, zahtjevi za izlaznim kondenzatorom mogu se smanjiti, induktor s izlaznim kondenzatorom djeluje kao učinkovit LC filter. U nekim krugovima stabilizatora struje, na primjer za LED diode, možda uopće nema izlaznog kondenzatora. U zapadnoj literaturi, buck converter se naziva Buck converter.

Boost pretvarač

Krug preklopnog regulatora u nastavku također radi na temelju prigušnice, ali je prigušnica uvijek spojena na izlaz napajanja. Kada je sklopka otvorena, struja teče kroz induktor i diodu do opterećenja. Kada se sklopka zatvori, induktor akumulira energiju; kada se ključ otvori, EMF koji nastaje na njegovim stezaljkama dodaje se EMF izvora napajanja i napon na opterećenju raste.

Za razliku od prethodnog kruga, izlazni kondenzator se puni povremenom strujom, stoga izlazni kondenzator mora biti velik i može biti potreban dodatni filter. U zapadnoj literaturi, buck-boost pretvarač naziva se Boost pretvarač.

Invertirajući pretvarač

Drugi krug pretvarača impulsa radi slično - kada je sklopka zatvorena, induktor akumulira energiju; kada se sklopka otvori, EMF koji nastaje na njegovim terminalima imat će suprotan predznak i na opterećenju će se pojaviti negativan napon.

Kao iu prethodnom krugu, izlazni kondenzator se puni povremenom strujom, stoga izlazni kondenzator mora biti velik i može biti potreban dodatni filter. U zapadnoj literaturi, invertirajući pretvarač naziva se Buck-Boost pretvarač.

Prednji i povratni pretvarači

Najčešće se napajanja proizvode prema shemi koja koristi transformator. Transformator osigurava galvansku izolaciju sekundarnog kruga od izvora napajanja; osim toga, učinkovitost napajanja na temelju takvih krugova može doseći 98% ili više. Prednji pretvarač (krug "a") prenosi energiju od izvora do opterećenja u trenutku kada je prekidač uključen. Zapravo, radi se o modificiranom silaznom pretvaraču. Povratni pretvarač (krug "b") prenosi energiju od izvora do opterećenja tijekom isključenog stanja.

U izravnom pretvaraču, transformator radi normalno, a energija se pohranjuje u induktoru. Zapravo, to je generator impulsa s LC filtrom na izlazu. Povratni pretvarač pohranjuje energiju u transformator. Odnosno, transformator kombinira svojstva transformatora i prigušnice, što stvara određene poteškoće pri odabiru njegovog dizajna.

U zapadnoj literaturi, forward converter se naziva Forward converter. Povratni pretvarač.

Korištenje pretvarača impulsa kao stabilizatora struje

Većina sklopnih izvora napajanja proizvodi se sa stabilizacijom izlaznog napona. Tipični krugovi takvih izvora napajanja, posebno snažnih, osim povratne veze izlaznog napona, imaju strujni upravljački krug za ključni element, na primjer otpornik niskog otpora. Ova kontrola vam omogućuje da osigurate način rada leptira za gas. Najjednostavniji stabilizatori struje koriste ovaj kontrolni element za stabilizaciju izlazne struje. Dakle, stabilizator struje ispada još jednostavniji od stabilizatora napona.

Razmotrimo krug stabilizatora impulsne struje za LED na temelju mikro kruga poznatog proizvođača elektroničkih komponenti On Semiconductor:

Krug pretvarača dolara radi u kontinuiranom strujnom načinu rada s vanjskim prekidačem. Krug je odabran između mnogih drugih jer pokazuje koliko jednostavan i učinkovit može biti krug sklopnog regulatora struje sa stranim prekidačem. U gornjem krugu, upravljački čip IC1 kontrolira rad MOSFET sklopke Q1. Budući da pretvarač radi u kontinuiranom načinu rada, nije potrebno instalirati izlazni kondenzator. U mnogim krugovima, strujni senzor je instaliran u krugu izvora prekidača, međutim, to smanjuje brzinu uključivanja tranzistora. U gornjem krugu, strujni senzor R4 instaliran je u primarnom strujnom krugu, što rezultira jednostavnim i učinkovitim krugom. Ključ radi na frekvenciji od 700 kHz, što vam omogućuje ugradnju kompaktne prigušnice. Uz izlaznu snagu od 7 W, ulazni napon od 12 V pri radu na 700 mA (3 LED diode), učinkovitost uređaja je veća od 95%. Krug radi stabilno do 15 vata izlazne snage bez upotrebe dodatnih mjera za uklanjanje topline.

Još jednostavniji krug dobiva se pomoću čipova stabilizatora ključa s ugrađenim ključem. Na primjer, krug ključnog LED stabilizatora struje koji se temelji na /CAT4201 mikrokrugu:

Za rad uređaja snage do 7 W potrebno je samo 8 komponenti, uključujući sam čip. Preklopni regulator radi u načinu granične struje i za rad mu je potreban keramički kondenzator malenog izlaza. Otpornik R3 je neophodan kada se napaja na 24 volta ili više kako bi se smanjila brzina porasta ulaznog napona, iako to donekle smanjuje učinkovitost uređaja. Radna frekvencija prelazi 200 kHz i varira ovisno o opterećenju i ulaznom naponu. To je zbog metode regulacije - praćenje vršne struje induktora. Kad struja dosegne maksimalna vrijednost, ključ se otvara kada struja padne na nulu - uključuje se. Učinkovitost uređaja doseže 94%.

Glavni električni parametar svjetlosnih dioda (LED) je njihova radna struja. Kada vidimo radni napon u tablici LED karakteristika, moramo shvatiti da govorimo o padu napona na LED kada teče radna struja. Odnosno, radna struja određuje radni napon LED-a. Stoga samo stabilizator struje za LED može osigurati njihov pouzdan rad.

Svrha i princip rada

Stabilizatori moraju osigurati stalnu radnu struju za LED diode kada napajanje ima problema s odstupanjima napona od norme (zanimat će vas). Stabilna radna struja prvenstveno je neophodna za zaštitu LED-a od pregrijavanja. Uostalom, ako je najveća dopuštena struja prekoračena, LED diode ne uspijevaju. Također, stabilnost radne struje osigurava postojanost svjetlosnog toka uređaja, na primjer, tijekom pražnjenja baterije ili kolebanja napona u opskrbnoj mreži.

Stabilizatori struje za LED imaju različiti tipovi izvedba, a obilje mogućnosti dizajna ugodno je za oko. Slika prikazuje tri najpopularnija kruga stabilizatora poluvodiča.

Shema a) - Parametarski stabilizator. U ovom krugu, zener dioda postavlja konstantni napon na bazi tranzistora, koji je spojen prema krugu sljedbenika emitera. Zbog stabilnosti napona na bazi tranzistora konstantan je i napon na otporniku R. Na temelju Ohmovog zakona, struja kroz otpornik također se ne mijenja. Budući da je struja otpornika jednaka struji emitera, struje emitera i kolektora tranzistora su stabilne. Uključivanjem opterećenja u krug kolektora dobivamo stabiliziranu struju.
Shema b). U krugu se napon na otporniku R stabilizira na sljedeći način. Kako se pad napona na R povećava, prvi tranzistor se više otvara. To dovodi do smanjenja struje baze drugog tranzistora. Drugi tranzistor se lagano zatvara i napon na R se stabilizira.
Shema c). U trećem krugu, stabilizacijska struja određena je početnom strujom tranzistora s efektom polja. Neovisan je o naponu koji se primjenjuje između odvoda i izvora.

U krugovima a) i b) stabilizacijska struja određena je vrijednošću otpornika R. Upotrebom podlinijskog otpornika umjesto konstantnog otpornika možete regulirati izlaznu struju stabilizatora.

Proizvođači elektroničkih komponenti proizvode mnogo LED regulatorskih čipova. Stoga se trenutno integrirani stabilizatori češće koriste u industrijskim proizvodima i amaterskim radio dizajnima. Čitajte o svemu moguće načine Spajanje LED dioda je moguće.

Pregled poznatih modela

Većina mikro krugova za napajanje LED-a izrađena je u obliku pretvarača impulsnog napona. Pretvarači u kojima ulogu spremnika električne energije ima induktor (prigušnica) nazivaju se pojačivači. U pojačivačima se pretvorba napona događa zbog fenomena samoindukcije. Jedan od tipičnih krugova pojačala prikazan je na slici.

Krug stabilizatora struje radi na sljedeći način. Tranzistorski prekidač smješten unutar mikro kruga povremeno zatvara induktor na zajedničku žicu. U trenutku kada se sklopka otvori, u induktoru se javlja EMF samoindukcije, koji se ispravlja diodom. Karakteristično je da EMF samoindukcije može značajno premašiti napon izvora struje.

Kao što možete vidjeti na dijagramu, potrebno je vrlo malo komponenti za izradu pojačivača na TPS61160 kojeg proizvodi Texas Instruments. Glavni priključci su induktor L1, Schottky dioda D1, koja ispravlja impulsni napon na izlazu pretvarača, i R set.

Otpornik obavlja dvije funkcije. Prvo, otpornik ograničava struju koja teče kroz LED diode, a drugo, otpornik služi kao povratni element (neka vrsta senzora). Mjerni napon se uklanja iz njega, a unutarnji krugovi čipa stabiliziraju struju koja teče kroz LED na zadanoj razini. Promjenom vrijednosti otpornika možete promijeniti struju LED dioda.

Pretvarač TPS61160 radi na frekvenciji od 1,2 MHz, maksimalna izlazna struja može biti 1,2 A. Pomoću mikro kruga možete napajati do deset LED dioda povezanih u seriju. Svjetlina LED dioda može se promijeniti primjenom PWM signala promjenjivog radnog ciklusa na ulaz "kontrole svjetline". Učinkovitost gornjeg kruga je oko 80%.

Treba napomenuti da se pojačivači obično koriste kada je napon na LED diodama veći od napona napajanja. U slučajevima kada je potrebno smanjiti napon, često se koriste linearni stabilizatori. Cijelu liniju takvih stabilizatora MAX16xxx nudi MAXIM. Tipični dijagram povezivanja i unutarnja struktura takvih mikro krugova prikazani su na slici.

Kako se vidi iz blok dijagram, stabilizaciju LED struje provodi P-kanalni tranzistor s efektom polja. Napon pogreške uklanja se s otpornika R sens i dovodi u krug upravljanja poljem. Budući da tranzistor s efektom polja radi u linearnom načinu rada, učinkovitost takvih krugova je znatno niža od one u krugovima pretvarača impulsa.

Linija IC-ova MAX16xxx često se koristi u automobilskim aplikacijama. Maksimalni ulazni napon čipova je 40 V, izlazna struja je 350 mA. Oni, poput preklopnih stabilizatora, omogućuju PWM prigušivanje.

Stabilizator na LM317

Ne samo specijalizirani mikro krugovi mogu se koristiti kao stabilizator struje za LED diode. Krug LM317 vrlo je popularan među radio amaterima.

LM317 je klasični linearni regulator napona s mnogo analoga. U našoj zemlji, ovaj mikro krug je poznat kao KR142EN12A. Tipični krug za povezivanje LM317 kao stabilizatora napona prikazan je na slici.

Da biste ovaj krug pretvorili u stabilizator struje, dovoljno je isključiti otpornik R1 iz kruga. Uključivanje LM317 kao linearnog stabilizatora struje je kako slijedi.

Izračun ovog stabilizatora je prilično jednostavan. Dovoljno je izračunati vrijednost otpornika R1 zamjenom trenutne vrijednosti u sljedeću formulu:

Snaga koju rasipa otpornik jednaka je:

Podesivi stabilizator

Prethodni krug može se lako pretvoriti u podesivi stabilizator. Da biste to učinili, morate zamijeniti konstantni otpornik R1 potenciometrom. Dijagram će izgledati ovako:

Kako napraviti stabilizator za LED diodu vlastitim rukama

Sve gore navedene sheme stabilizatora koriste minimalni broj dijelova. Stoga čak i početnik radio amater koji je savladao vještine rada s lemilom može samostalno sastaviti takve strukture. Dizajn na LM317 je posebno jednostavan. Ne morate ih ni razvijati da biste ih napravili. isprintana matična ploča. Dovoljno je lemiti odgovarajući otpornik između referentne igle mikro kruga i njegovog izlaza.

Također, potrebno je zalemiti dva fleksibilna vodiča na ulaz i izlaz mikro kruga i dizajn će biti spreman. Ako se namjerava napajati snažna LED pomoću stabilizatora struje na LM317, mikro krug mora biti opremljen radijatorom koji će osigurati uklanjanje topline. Kao radijator možete koristiti malu aluminijsku ploču površine 15-20 četvornih centimetara.

Prilikom izrade dizajna pojačivača, možete koristiti filtarske zavojnice iz različitih izvora napajanja kao prigušnice. Na primjer, feritni prstenovi iz računalnih izvora napajanja dobro su prikladni za ove svrhe, oko njih treba namotati nekoliko desetaka zavoja emajlirane žice promjera 0,3 mm.

Koji stabilizator koristiti u automobilu

U današnje vrijeme, ljubitelji automobila često se bave nadogradnjom tehnologije osvjetljenja svojih automobila, koristeći LED ili LED trake(čitati,). Poznato je da napon mreže u automobilu može uvelike varirati ovisno o načinu rada motora i generatora. Stoga je u slučaju automobila posebno važno koristiti ne 12-voltni stabilizator, već onaj koji je dizajniran za određenu vrstu LED-a.

Za automobile možemo preporučiti dizajn temeljen na LM317. Također možete koristiti jednu od modifikacija linearnog stabilizatora s dva tranzistora, u kojem se kao element napajanja koristi snažni N-kanalni tranzistor s efektom polja. Ispod su opcije za takve sheme, uključujući shemu.

Zaključak

Ukratko, možemo reći da se za pouzdan rad LED struktura moraju napajati pomoću strujnih stabilizatora. Mnogi stabilizatorski krugovi su jednostavni i lako ih je napraviti sami. Nadamo se da će informacije navedene u materijalu biti korisne svima koji su zainteresirani za ovu temu.

Stabilizatori struje dizajnirani su za stabilizaciju struje na opterećenju. Napon na teretu ovisi o njegovom otporu. Stabilizatori su potrebni za funkcioniranje raznih elektroničkih uređaja, na primjer.

Možete prilagoditi pad napona tako da bude vrlo mali. To omogućuje smanjenje gubitaka uz dobru stabilnost izlazne struje. Otpor na izlazu tranzistora je vrlo visok. Ovaj krug se koristi za spajanje LED dioda ili punjenje baterija male snage.

Napon na tranzistoru određuje zener dioda VD1. R2 igra ulogu senzora struje i određuje struju na izlazu stabilizatora. Kako struja raste, pad napona na ovom otporniku postaje veći. Napon se dovodi do emitera tranzistora. Kao rezultat toga, napon na spoju baza-emiter, koji je jednak razlici između napona baze i napona emitera, opada, a struja se vraća na zadanu vrijednost.

Strujni zrcalni krug

Generatori struje rade slično. Popularan sklop za takve generatore je "strujno zrcalo", u kojem se umjesto zener diode koristi bipolarni tranzistor, točnije emiterski spoj. Umjesto otpora R2 koristi se otpor emitera.

Stabilizatori struje na terenu

Korištenje sheme tranzistori s efektom polja jednostavnije.

Struja opterećenja prolazi kroz R1. Struja u krugu: "+" izvora napona, odvodna vrata VT1, otpor opterećenja, negativni pol izvora vrlo je beznačajna, budući da je odvodna vrata pristrasna u suprotnom smjeru.

Napon na R1 je pozitivan: lijevo "-", desno napon je jednak naponu desnog kraka otpornika. Stoga je napon vrata u odnosu na izvor negativan. Kako se otpor opterećenja smanjuje, struja se povećava. Stoga napon gejta u usporedbi sa sorsom ima još veću razliku. Kao rezultat toga, tranzistor se jače zatvara.

Kako se tranzistor više zatvara, struja opterećenja će se smanjiti i vratiti na početnu vrijednost.

Uređaji na čipu

U prošlim shemama postoje elementi usporedbe i prilagodbe. Slična struktura kruga koristi se pri projektiranju uređaja za izjednačavanje napona. Razlika između uređaja koji stabiliziraju struju i napon je u tome što signal u povratnom krugu dolazi od strujnog senzora, koji je spojen na strujni krug opterećenja. Stoga se za stvaranje strujnih stabilizatora koriste popularni mikro krugovi 142 EH 5 ili LM 317.

Ovdje ulogu senzora struje igra otpor R1, na kojem stabilizator održava konstantan napon i struju opterećenja. Vrijednost otpora senzora znatno je niža od otpora opterećenja. Smanjenje napona na senzoru utječe na izlazni napon stabilizatora. Ova shema dobro ide uz punjači, LED diode.

Preklopni stabilizator

Stabilizatori impulsa izrađeni na temelju prekidača imaju visoku učinkovitost. Oni su sposobni stvoriti visoki napon na potrošaču s niskim ulaznim naponom. Ovaj krug je sastavljen na mikrokrugu MAKSIMALNO 771.

Otpori R1 i R2 igraju ulogu razdjelnika napona na izlazu mikro kruga. Ako napon na izlazu mikrosklopa postane veći od referentne vrijednosti, tada mikrosklop smanjuje izlazni napon i obrnuto.

Ako se krug promijeni tako da mikrokrug reagira i regulira izlaznu struju, tada se dobiva stabilizirani izvor struje.

Kada napon na R3 padne ispod 1,5 V, krug djeluje kao stabilizator napona. Čim se struja opterećenja poveća na određenu razinu, pad napona na otporniku R3 postaje veći, a krug djeluje kao stabilizator struje.

Otpor R8 je spojen prema krugu kada napon poraste iznad 16,5 V. Otpor R3 postavlja struju. Negativni aspekt ovog kruga je značajan pad napona na otporu za mjerenje struje R3. Ovaj problem se može riješiti spajanjem operacijskog pojačala za pojačavanje signala iz R3.

Stabilizatori struje za LED diode

Takav uređaj možete sami napraviti pomoću mikro kruga LM 317. Da biste to učinili, ostaje samo odabrati otpornik. Preporučljivo je koristiti sljedeće napajanje za stabilizator:

Blok pisača od 32 V.
19 V laptop blok.
Bilo koje napajanje od 12 V.

Prednost takvog uređaja je njegova niska cijena, jednostavnost dizajna i povećana pouzdanost. Nema smisla sami sastavljati složeni krug, lakše ga je kupiti.

Veliki izbor elektronike na današnjem tržištu stvara velike zahtjeve za napajanjem. Postoji ogroman broj gotovih modula i elektroničkih komponenti. Za LED diode često se koriste posebni stabilizatori. Ova tehnologija koristi se u gotovo svakoj modernoj LED reflektor, lampa ili lampa.

Među korisnicima koji žele vlastitim rukama napraviti stabilizator struje za LED diode, najpopularniji je mikro krug LM317 (uključujući njegove analoge), koji pripada podklasi linearnih stabilizatora.

Takvi uređaji podijeljeni su u nekoliko vrsta:

Linearni stabilizator struje za LED diode, čiji ulazni napon ne prelazi 40 V pri struji od 10 A.
Pulsni uređaji koji imaju nizak ulazni napon (na primjer, pulsni PWM kontroler);
Stabilizator sklopne struje, koji karakterizira visoki ulazni napon.

Odabir najprikladnijeg stabilizatora ovisi o učinkovitosti i sustavu hlađenja uređaja.

Step-up i step-down stabilizatori

Regulator pojačanja pretvara niski ulazni napon u viši izlazni napon. Ova se opcija koristi za LED diode s niskovoltnim napajanjem (na primjer, u automobilu ćete možda morati povećati 12 volti za LED diode na 19 V ili 45 V). Buck stabilizatori, naprotiv, smanjuju visoki napon na željenu razinu. Svi moduli podijeljeni su na univerzalne i specijalizirane. Univerzalni su obično opremljeni s dva promjenjiva otpora - kako bi se dobili potrebni parametri struje i napona na izlazu. Za specijalizirane uređaje izlazne vrijednosti najčešće su fiksne.

Kao stabilizator za LED diode koristi se poseban stabilizator struje, čiji krugovi mogu biti velike količine pronaći na internetu. Popularan model ovdje je Lm2596. LED diode su često spojene na napajanje ili akumulator automobila preko otpornika. U tom slučaju napon može varirati u impulsima do 30 volti, zbog čega nekvalitetne LED diode mogu otkazati (treptajuća svjetla s djelomično neispravnim LED diodama). Stabilizacija struje u ovom slučaju može se izvesti pomoću minijaturnog pretvarača.

Jednostavan pretvarač struje

Sastavljanje minijaturnog pretvarača struje vlastitim rukama smatra se prilično jednostavnim. Takvi stabilizatori napona obično se proizvode u načinu stabilizacije struje. Međutim, nemojte brkati maksimalni napon za cijeli blok i maksimalno opterećenje na PWM kontroleru. Na bloku se može instalirati sustav niskonaponskih kondenzatora od 20 V, a impulsni mikro krug može imati ulaz do 35 V. Najjednostavniji DIY LED stabilizator struje je verzija LM317. Samo trebate izračunati otpornik za LED pomoću online kalkulatora.

Za LM317 možete koristiti dostupno napajanje (na primjer, napajanje od 19 V iz prijenosnog računala, napajanje od 24 V ili 32 V iz pisača ili napajanje od 9 ili 12 V iz potrošačke elektronike). Prednosti takvog pretvarača uključuju niska cijena, minimalan broj dijelova, visoka pouzdanost i dostupnost u trgovinama. Nije racionalno sastaviti složeniji krug stabilizatora struje vlastitim rukama. Stoga, ako niste iskusni radio amater, tada će stabilizator pulsne struje biti puno lakše i brže kupiti gotov. Ako je potrebno, može se modificirati na tražene parametre.

Bilješka! Moduli nemaju zaštitu od visokog napona koji može oštetiti uređaj. Stoga se modifikacija modula mora obaviti što je pažljivije moguće.

Za sastavljanje LM317 nisu potrebna posebna znanja ili vještine u elektronici (na dijagramima broj vanjski elementi minimalan). Takav jednostavan stabilizator struje je vrlo jeftin, a njegove mogućnosti su mnogo puta testirane u praksi.

Jedina mana je što LM317 može zahtijevati dodatno hlađenje. Također biste trebali biti oprezni s kineskim mikro krugovima LM317 s nižim parametrima. U svakom slučaju, trošak je više nego pristupačan, a dostava je uključena u cijenu. Kineski proizvođači obavljaju prilično radno intenzivan rad po cijeni proizvoda od 30-50 rubalja po komadu. Nepotrebne rezervne dijelove možete prodati na Avitu ili forumima na internetu.

Sastavljanje jednostavnog stabilizatora vlastitim rukama

LED predstavlja poluvodički uređaj, koji zahtijeva struju za rad. Uključivanje LED dioda kroz stabilizator smatra se najispravnijim. Trajanje bez gubitka svjetline ovisi o načinu rada. Glavna prednost najjednostavnijih stabilizatora (drivera), kao što je stabilizatorski čip LM317, je da ih je prilično teško spaliti. Dijagram povezivanja LM317 zahtijeva samo dva dijela: sam mikro krug, koji je uključen u stabilizacijski način rada, i otpornik.

Morat ćete kupiti promjenjivi otpornik s otporom od 0,5 kOhm (ima tri terminala i gumb za podešavanje). Možete ga naručiti online ili kupiti u Radioamateru.
Žice su zalemljene na srednji terminal, kao i na jedan od krajnjih.
Pomoću multimetra uključenog u načinu mjerenja otpora, mjeri se otpor otpornika. Potrebno je postići maksimalno očitanje od 500 Ohma (tako da LED ne izgori kada je otpor otpornika nizak). Pisano je o tome kako provjeriti samu LED multimetrom.
Nakon pažljive provjere ispravnih veza prije spajanja, sklop je sastavljen.

Maksimalna snaga LM317 je 1,5 Ampera. Ako želite povećati struju, možete krugu dodati tranzistor s efektom polja ili obični tranzistor. Kao rezultat toga, za uređaj temeljen na tranzistoru, može se postići napajanje od 10 A na izlazu (postavljeno otporom niskog otpora). U ove svrhe možete koristiti tranzistor KT825 ili instalirati analogni s najboljim tehničke karakteristike i sustav hlađenja.

U svakom slučaju, raspon prodanih modula i blokova je prilično širok, tako da se uređaj s potrebnim parametrima može sastaviti u minimalnom vremenu. Učinkovitost ovisi o razlici između ulaznog i izlaznog napona, kao i o načinu rada.

Uređaji srednje složenosti

Upravljački programi za LED diode od 220 V prosječne su složenosti za proizvodnju. Njihovo postavljanje može potrajati puno vremena, zahtijevajući iskustvo postavljanja. Takav se vozač može izvući iz LED svjetiljke, reflektori i svjetiljke s neispravnim LED krugom. Većina upravljačkih programa također se može modificirati prepoznavanjem modela PWM kontrolera pretvarača. Izlazni parametri se obično postavljaju pomoću jednog ili više otpornika. Tehnička tablica pokazuje razinu otpora potrebnu za postizanje željene struje. Ako instalirate podesivi otpornik, broj ampera na izlazu bit će podesiv (ali bez prekoračenja navedene nazivne snage).

Univerzalni modul XL4015 bio je vrlo popularan na kineskim web stranicama 2016. Po svojim karakteristikama pogodan je za spajanje LED dioda velike snage (do 100 W). Standardna verzija kućišta ovog modula je zalemljena na pločicu koja ima ulogu radijatora. Kako bi se poboljšalo hlađenje XL4015, krug stabilizatora struje mora se modificirati kako bi se instalirao hladnjak na kućište uređaja.

Mnogi korisnici jednostavno postavljaju radijator na vrh, ali učinkovitost ove instalacije je prilično niska. Sustav hlađenja najbolje je smjestiti na dnu ploče, nasuprot lemljenju čipa. Za optimalnu kvalitetu, može se odlemiti i instalirati na punopravni radijator pomoću termalne paste. Žice će se morati produžiti. Za diode se također može ugraditi dodatno hlađenje, što će značajno povećati učinkovitost cijelog kruga.

Među vozačima, podesivi pokretač smatra se najsvestranijim. U ovom slučaju, u krugu je instaliran promjenjivi otpornik, koji postavlja broj ampera na izlazu. Te su karakteristike obično navedene u sljedećim dokumentima:

u specifikaciji za mikrokrug;
u podatkovnoj tablici;
u tipičnom dijagramu spajanja.

Bez dodatnog hlađenja mikro kruga, takvi uređaji mogu izdržati 1-3 A (u skladu s modelom PWM kontrolera). Slaba točka takvih pokretača je zagrijavanje diode i induktora. Iznad 3 A bit će potrebno hlađenje snažne diode i PWM kontrolera. U tom slučaju, prigušnica se zamjenjuje prikladnijom ili se premotava debelom žicom.

Gdje mogu naručiti dijelove?

Za traženje visokokvalitetnih i istodobno pristupačnih modula možete koristiti web stranicu Aliexpress. Trošak će biti 2-3 puta jeftiniji u usporedbi s drugim trgovinama. Stoga je za testiranje bolje naručiti 2-3 komada odjednom (na primjer, 12 volti) po najnižoj cijeni. Na web mjestu možete pronaći bilo koji trenutni stabilizator za slobodnu prodaju, uključujući visoko specijalizirane. Ako imate odgovarajuće iskustvo, možete napraviti spektrometar vrijedan 100.000 rubalja za samo 10.000 rubalja. Razlika od 90% je u pravilu marža za marku (plus blago redizajnirani kineski softver).

Vodeće pozicije u asortimanu strujnih pretvarača, napajanja i drajvera zauzeli su Kineske online trgovine. Narudžbe stižu u 98% slučajeva. Cijene za DC-DC pretvarač početi od 35 rubalja. Skuplje verzije mogu se razlikovati u prisutnosti dva ili tri otpornika za podrezivanje, umjesto jednog. Bolje je naručiti unaprijed.

LED diode ne vole fluktuacije napona, to je činjenica. Ne sviđa im se jer se LED diode ponašaju drugačije od lampi ili drugih linearnih uređaja. Njihova struja varira nelinearno s naponom, tako da, primjerice, udvostručenje napona ne udvostručuje struju kroz LED diode. Zbog toga se pregrijavaju, brzo razgrađuju i kvare.

Većina dioda koje se koriste u automobilima imaju ugrađeni otpornik koji je dizajniran za napon od 12 volti. Ali napon mreže u automobilu nikad nije 12 volti (osim s ispražnjenom baterijom), plus nije ni približno stabilan koliko bismo željeli. Ako koristite jeftine kineske diodne uređaje u automobilu, a da ih prethodno ne stabilizirate, oni će brzo početi treptati, a zatim će potpuno prestati svijetliti.

Tako sam naišao na isti problem - LED diode u dimenzijama su počele treptati, jer sam jednom bio previše lijen da ih stabiliziram.

Postoji mnogo gotovih krugova stabilizatora za uređaje od 12 volti. Najčešće na policama možete pronaći mikro krug KR142EN8B ili sličan. Ovaj mikro krug je dizajniran za struju do 1,5 A, ali za veći učinak potrebno ga je uključiti pomoću ulaznih i izlaznih kondenzatora.

Standardni krug uključuje korištenje kondenzatora od 0,33 i 0,033 μF (ako me sjećanje ne vara). Ali osobno sam ga odlučio uključiti pomoću 4 kondenzatora: 470 µF i 0,47 µF na ulazu i, sukladno tome, 10 puta manji kapacitet na izlazu. Ne sjećam se, ali negdje na forumima naišao sam na upravo takvo uključivanje i odlučio ga primijeniti.

Kako bi se sve to moglo lako implementirati u auto, odlučio sam sve elemente zalemiti direktno na čip.

Mikrokrug s elementima

Osim kondenzatora, dvije žice su zalemljene na mikro krug, odnosno ulaz i izlaz. Masa će doći kroz nosač mikro kruga. Srednja noga mikro kruga koristi se samo za noge kondenzatora. Nisam uklonio žicu s njega, budući da je integriran s tijelom kruga.
Kako bih osigurao čvrstoću cijele konstrukcije, odlučio sam sve napuniti ljepilom, a zatim termoskupljati.

Mikrosklopovi

Čip i toplinsko skupljanje

Spremni stabilizatori

U automobilu ga možete pričvrstiti na karoseriju pomoću samoreznog vijka.

Priloženi stabilizator

Post ne pretendira biti nešto super-mega-tehnološko, ali nikad se ne zna kome može biti od koristi :)

Dijagram povezivanja

Umjesto KR142EN8B možete koristiti L7812CV, spojni krug je sličan. Ako pogledate standardni dijagram i usporedite ga s mojim, postavljaju se pitanja: "Zašto baš takvi spremnici?"

Dopustite mi da objasnim: Standardni rasklopni sklop podrazumijeva samo stabilizaciju napona, ali ni na koji način ne štiti od (kratkotrajnih) padova napona, pa su u krug uvedeni elektroliti dovoljno velikog kapaciteta da izglade takve padove.

U teoriji bi, naravno, akumulator u automobilu trebao djelovati kao filter za padove napona, no ponekad se događaju padovi koje akumulator jednostavno nema vremena uhvatiti. Na primjer, kada se iskra dovodi na svjećicu, znatna struja prolazi kroz zavojnicu, koja savršeno odvodi napon u putnoj mreži.