Lineárny stabilizátor prúdu pre LED diódy. Niekoľko jednoduchých napájacích obvodov LED

Vzdelávací článok o stabilizátoroch prúdu LED a ďalších. Uvažujú sa schémy lineárnych a impulzných stabilizátorov prúdu.

Prúdový stabilizátor pre LED je inštalovaný v mnohých prevedeniach svietidiel. LED diódy, rovnako ako všetky diódy, majú nelineárnu charakteristiku prúdového napätia. To znamená, že keď sa napätie na LED zmení, prúd sa neúmerne zmení. Keď sa napätie zvyšuje, prúd sa najskôr zvyšuje veľmi pomaly a LED sa nerozsvieti. Potom, keď sa dosiahne prahové napätie, LED začne svietiť a prúd sa veľmi rýchlo zvýši. Pri ďalšom zvyšovaní napätia sa prúd katastrofálne zvyšuje a LED sa spáli.

Prahové napätie je indikované v charakteristikách LED ako dopredné napätie pri menovitom prúde. Menovitý prúd pre väčšinu LED diód s nízkym výkonom je 20 mA. Pre vysokovýkonné LED osvetlenie môže byť prúdový výkon vyšší - 350 mA alebo viac. Mimochodom, vysokovýkonné LED diódy generujú teplo a musia byť inštalované na chladiči.

Aby LED dióda fungovala správne, musí byť napájaná cez stabilizátor prúdu. Prečo? Faktom je, že prahové napätie LED sa mení. Odlišné typy LED diódy majú rôzne priepustné napätie, dokonca aj LED rovnakého typu majú rôzne priepustné napätie - to je uvedené v charakteristike LED ako minimálne a maximálne hodnoty. V dôsledku toho budú dve LED diódy pripojené k rovnakému zdroju napätia v paralelnom obvode prechádzať rôznymi prúdmi. Tento prúd môže byť taký odlišný, že LED môže zlyhať skôr alebo okamžite vyhorieť. Okrem toho má stabilizátor napätia aj drift parametrov (od primárnej úrovne výkonu, od záťaže, od teploty, jednoducho v čase). Preto je nežiaduce zapínať LED diódy bez zariadení na vyrovnávanie prúdu. Rôzne spôsoby uvažuje sa o vyrovnaní prúdu. Tento článok pojednáva o zariadeniach, ktoré nastavujú veľmi špecifické, špecifikované prúdové stabilizátory.

Typy stabilizátorov prúdu

Prúdový stabilizátor nastavuje daný prúd cez LED bez ohľadu na napätie aplikované na obvod. Keď sa napätie na obvode zvýši nad prahovú úroveň, prúd dosiahne nastavenú hodnotu a ďalej sa nemení. S ďalším zvýšením celkového napätia sa napätie na LED prestane meniť a napätie na stabilizátore prúdu sa zvýši.

Keďže napätie na LED je určené jej parametrami a všeobecný prípad stabilizátor prúdu môže byť vždy nazývaný aj stabilizátorom výkonu LED. V najjednoduchšom prípade je aktívny výkon (teplo) generovaný zariadením rozdelený medzi LED a stabilizátor v pomere k napätiu na nich. Takýto stabilizátor sa nazýva lineárny. Existujú aj ekonomickejšie zariadenia - prúdové stabilizátory založené na impulznom meniči (kľúčový konvertor alebo konvertor). Nazývajú sa pulzné, pretože čerpajú energiu do seba po častiach – pulzoch, podľa potreby spotrebiteľa. Správny pulzný menič spotrebúva energiu nepretržite, interne ju v impulzoch prenáša zo vstupného obvodu do výstupného obvodu a opäť nepretržite dodáva energiu do záťaže.

Lineárny stabilizátor prúdu

Lineárny stabilizátor prúdu sa zahrieva, čím viac je naň aplikované napätie. Toto je jeho hlavná nevýhoda. Má však množstvo výhod, napr.

Lineárny stabilizátor nevytvára elektromagnetické rušenie
Dizajnovo jednoduchý
Nízke náklady vo väčšine aplikácií

Keďže spínací menič nie je nikdy úplne účinný, existujú aplikácie, kde má lineárny regulátor porovnateľnú alebo dokonca väčšiu účinnosť – keď je vstupné napätie len o málo vyššie ako napätie LED. Mimochodom, pri napájaní zo siete sa často používa transformátor, na výstupe ktorého je inštalovaný lineárny stabilizátor prúdu. To znamená, že najprv sa napätie zníži na úroveň porovnateľnú s napätím na LED a potom sa pomocou lineárneho stabilizátora nastaví požadovaný prúd.

V inom prípade môžete napätie LED priblížiť k napájaciemu napätiu - LED diódy zapojte do sériového reťazca. Napätie na reťazi sa bude rovnať súčtu napätí na každej LED.

Obvody lineárnych stabilizátorov prúdu

Najjednoduchší obvod stabilizátora prúdu je založený na jednom tranzistore (obvod „a“). Keďže tranzistor je prúdový zosilňovač, jeho výstupný prúd (kolektorový prúd) je h 21-krát väčší ako riadiaci prúd (základný prúd) (zosilnenie). Základný prúd je možné nastaviť pomocou batérie a odporu, alebo pomocou zenerovej diódy a odporu (obvod "b"). Takýto obvod je však náročný na konfiguráciu, výsledný stabilizátor bude závisieť od teploty, navyše tranzistory majú široké spektrum parametrov a pri výmene tranzistora bude treba opäť zvoliť prúd. Obvod so spätnou väzbou „c“ a „d“ funguje oveľa lepšie. Úlohu hrá rezistor R v obvode spätná väzba- pri zvyšovaní prúdu sa zvyšuje napätie na rezistore, čím sa tranzistor vypne a prúd klesá. Obvod "d" pri použití tranzistorov rovnakého typu má väčšiu teplotnú stabilitu a schopnosť čo najviac znížiť hodnotu odporu, čo znižuje minimálne napätie stabilizátora a uvoľnenie výkonu na rezistore R.

Prúdový stabilizátor môže byť vyrobený na báze tranzistora s efektom poľa s p-n križovatka(diagram "d"). Napätie zdroja brány nastavuje odtokový prúd. Pri nulovom napätí hradlového zdroja sa prúd cez tranzistor rovná počiatočnému odberovému prúdu špecifikovanému v dokumentácii. Minimálne prevádzkové napätie takéhoto stabilizátora prúdu závisí od tranzistora a dosahuje 3 volty. Niektorí výrobcovia elektronických komponentov vyrábajú špeciálne zariadenia - hotové stabilizátory s pevným prúdom, zostavené podľa nasledujúcej schémy - CRD (Current Regulating Devices) alebo CCR (Constant Current Regulator). Niektorí ho nazývajú diódovým stabilizátorom, pretože pri spätnom prepnutí funguje ako dióda.

Firma On Semiconductor vyrába napríklad lineárny stabilizátor radu NSIxxx, ktorý má dva vývody a pre zvýšenie spoľahlivosti má negatívny teplotný koeficient - so stúpajúcou teplotou klesá prúd cez LED.

Prúdový stabilizátor založený na impulznom meniči je svojou konštrukciou veľmi podobný stabilizátoru napätia založeným na impulznom meniči, ale neriadi napätie na záťaži, ale prúd cez záťaž. Keď prúd v záťaži klesá, napumpuje výkon a keď sa zvýši, zníži ho. Medzi najbežnejšie obvody impulzných meničov patrí reaktívny prvok - tlmivka, ktorá sa pomocou spínača (spínača) čerpá časťami energie zo vstupného obvodu (zo vstupnej kapacity) a následne ju prenáša do záťaže. . Okrem zjavnej výhody úspory energie majú pulzné meniče množstvo nevýhod, ktoré je potrebné prekonať rôznymi obvodovými a konštrukčnými riešeniami:

Spínací menič vytvára elektrické a elektromagnetické rušenie
Zvyčajne má zložitú štruktúru
Nemá absolútnu účinnosť, to znamená, že plytvá energiou na vlastnú prácu a zohrieva sa
Najčastejšie má vyššie náklady v porovnaní napríklad s transformátorom a lineárnymi zariadeniami

Keďže úspory energie sú v mnohých aplikáciách rozhodujúce, dizajnéri komponentov a obvodov sa snažia znížiť vplyv týchto nevýhod a často sa im to podarí.

Obvody meniča impulzov

Keďže prúdový stabilizátor je založený na impulznom meniči, uvažujme o základných obvodoch impulzných meničov. Každý impulzný menič má kľúč, prvok, ktorý môže byť len v dvoch stavoch – zapnutý a vypnutý. Keď je kľúč vypnutý, nevedie prúd, a preto sa naň neuvoľňuje žiadna energia. Keď je spínač zapnutý, vedie prúd, ale má veľmi nízky odpor (ideálne sa rovná nule), preto sa na ňom uvoľňuje energia takmer nulová. Spínač teda môže prenášať časti energie zo vstupného obvodu do výstupného obvodu prakticky bez straty výkonu. Avšak namiesto stabilného prúdu, ktorý je možné získať z lineárneho napájacieho zdroja, bude výstupom takéhoto spínača impulzné napätie a prúd. Aby ste opäť získali stabilné napätie a prúd, môžete nainštalovať filter.

Pomocou bežného RC filtra môžete získať výsledok, ale účinnosť takéhoto prevodníka nebude lepšia ako lineárna, pretože všetok prebytočný výkon sa uvoľní pri aktívnom odpore odporu. Ale ak namiesto RC - LC použijete filter (obvod "b"), potom sa vďaka "špecifickým" vlastnostiam indukčnosti dá vyhnúť stratám výkonu. Indukčnosť má užitočnú reaktívnu vlastnosť - prúd cez ňu sa postupne zvyšuje, elektrická energia, ktorá sa jej dodáva, sa premieňa na magnetickú energiu a hromadí sa v jadre. Po vypnutí vypínača prúd v indukčnosti nezmizne, napätie na indukčnosti zmení polaritu a pokračuje v nabíjaní výstupného kondenzátora, indukčnosť sa stáva zdrojom prúdu cez obtokovú diódu D. Táto indukčnosť, určená na prenos výkon, sa nazýva tlmivka. Prúd v induktore správne fungujúceho zariadenia je neustále prítomný - takzvaný nepretržitý režim alebo režim nepretržitého prúdu (v západnej literatúre sa tento režim nazýva režim konštantného prúdu - CCM). Keď sa záťažový prúd zníži, napätie na takomto prevodníku sa zvýši, energia nahromadená v induktore sa zníži a zariadenie môže prejsť do prerušovaného prevádzkového režimu, keď sa prúd v induktore stane prerušovaným. Tento režim prevádzky výrazne zvyšuje úroveň rušenia generovaného zariadením. Niektoré meniče pracujú v hraničnom režime, keď sa prúd cez induktor blíži k nule (v západnej literatúre sa tento režim nazýva Border Current Mode - BCM). Každopádne výrazné prietoky cez škrtiacu klapku D.C., čo vedie k magnetizácii jadra, a preto je tlmivka vyrobená v špeciálnej konštrukcii - s prerušením alebo pomocou špeciálnych magnetických materiálov.

Stabilizátor na báze impulzného meniča má zariadenie, ktoré reguluje činnosť kľúča v závislosti od zaťaženia. Stabilizátor napätia registruje napätie na záťaži a mení činnosť spínača (obvod „a“). Prúdový stabilizátor meria prúd cez záťaž, napríklad pomocou malého meracieho odporu Ri (schéma „b“) zapojeného do série so záťažou.

Spínač meniča v závislosti od signálu regulátora je zapnutý s rôznym pracovným cyklom. Existujú dva bežné spôsoby ovládania kľúča – pulzne šírková modulácia (PWM) a prúdový režim. V režime PWM chybový signál riadi trvanie impulzov pri zachovaní frekvencie opakovania. V prúdovom režime sa meria špičkový prúd v induktore a mení sa interval medzi impulzmi.

Moderné spínacie meniče zvyčajne používajú ako spínač MOSFET tranzistor.

Prevodník Buck

Verzia meniča, o ktorej sme hovorili vyššie, sa nazýva menič so znížením tlaku, pretože napätie na záťaži je vždy nižšie ako napätie zdroja energie.

Keďže tlmivkou neustále tečie jednosmerný prúd, možno znížiť požiadavky na výstupný kondenzátor, tlmivka s výstupným kondenzátorom pôsobí ako efektívny LC filter. V niektorých obvodoch stabilizátora prúdu, napríklad pre LED diódy, nemusí byť výstupný kondenzátor vôbec. V západnej literatúre sa konvertor babiek nazýva konvertor babiek.

Boost konvertor

Obvod spínacieho regulátora nižšie funguje tiež na báze tlmivky, ale tlmivka je vždy pripojená na výstup napájacieho zdroja. Keď je spínač otvorený, prúd prúdi cez induktor a diódu do záťaže. Keď sa spínač zatvorí, induktor akumuluje energiu; keď sa spínač otvorí, EMF vznikajúce na jeho svorkách sa pridá k EMF zdroja energie a napätie na záťaži sa zvýši.

Na rozdiel od predchádzajúceho obvodu sa výstupný kondenzátor nabíja prerušovaným prúdom, preto musí byť výstupný kondenzátor veľký a môže byť potrebný ďalší filter. V západnej literatúre sa buck-boost konvertor nazýva Boost konvertor.

Invertujúci prevodník

Ďalší obvod pulzného meniča funguje podobne - keď je spínač zatvorený, induktor akumuluje energiu, keď sa spínač otvorí, EMF vznikajúce na jeho svorkách bude mať opačné znamienko a na záťaži sa objaví záporné napätie.

Rovnako ako v predchádzajúcom obvode je výstupný kondenzátor nabíjaný prerušovaným prúdom, preto musí byť výstupný kondenzátor veľký a môže byť potrebný ďalší filter. V západnej literatúre sa invertujúci prevodník nazýva Buck-Boost prevodník.

Dopredné a spätné prevodníky

Najčastejšie sa napájacie zdroje vyrábajú podľa schémy, ktorá používa transformátor. Transformátor zabezpečuje galvanické oddelenie sekundárneho okruhu od zdroja energie, navyše účinnosť napájacieho zdroja založeného na takýchto obvodoch môže dosiahnuť 98% alebo viac. Dopredný menič (obvod „a“) prenáša energiu zo zdroja do záťaže v momente, keď je spínač zapnutý. V skutočnosti ide o upravený znižovací prevodník. Flyback menič (obvod "b") prenáša energiu zo zdroja do záťaže počas vypnutého stavu.

V doprednom konvertore funguje transformátor normálne a energia je uložená v induktore. V skutočnosti ide o generátor impulzov s LC filtrom na výstupe. Flyback konvertor uchováva energiu v transformátore. To znamená, že transformátor kombinuje vlastnosti transformátora a tlmivky, čo vytvára určité ťažkosti pri výbere jeho konštrukcie.

V západnej literatúre sa dopredný konvertor nazýva dopredný konvertor. Flyback konvertor.

Použitie impulzného meniča ako stabilizátora prúdu

Väčšina spínaných zdrojov sa vyrába so stabilizáciou výstupného napätia. Typické obvody takýchto napájacích zdrojov, najmä výkonných, majú okrem spätnej väzby výstupného napätia obvod na riadenie prúdu pre kľúčový prvok, napríklad nízkoodporový odpor. Toto ovládanie vám umožňuje zabezpečiť prevádzkový režim škrtiacej klapky. Najjednoduchšie prúdové stabilizátory využívajú tento ovládací prvok na stabilizáciu výstupného prúdu. Preto sa súčasný stabilizátor ukazuje ešte jednoduchší ako stabilizátor napätia.

Zoberme si obvod stabilizátora impulzného prúdu pre LED založenú na mikroobvode od známeho výrobcu elektronických komponentov On Semiconductor:

Obvod konvertora pracuje v režime trvalého prúdu s externým spínačom. Obvod bol vybraný z mnohých iných, pretože ukazuje, aký jednoduchý a efektívny môže byť obvod regulátora spínacieho prúdu s cudzím spínačom. Vo vyššie uvedenom obvode riadi riadiaci čip IC1 činnosť MOSFET spínača Q1. Keďže prevodník pracuje v režime trvalého prúdu, nie je potrebné inštalovať výstupný kondenzátor. V mnohých obvodoch je v obvode zdroja spínača inštalovaný prúdový snímač, čo však znižuje rýchlosť zapínania tranzistora. Vo vyššie uvedenom obvode je prúdový snímač R4 inštalovaný v primárnom silovom obvode, čo vedie k jednoduchému a efektívnemu obvodu. Kľúč pracuje na frekvencii 700 kHz, čo umožňuje inštaláciu kompaktnej tlmivky. S výstupným výkonom 7 wattov, vstupným napätím 12 voltov pri prevádzke pri 700 mA (3 LED diódy) je účinnosť zariadenia viac ako 95 %. Obvod pracuje stabilne až do 15 wattov výstupného výkonu bez použitia dodatočných opatrení na odvod tepla.

Ešte jednoduchší obvod sa získa pomocou čipov stabilizátora kľúča so vstavaným kľúčom. Napríklad obvod kľúčového stabilizátora prúdu LED založený na mikroobvode /CAT4201:

Na prevádzku zariadenia s výkonom až 7 Wattov je potrebných iba 8 komponentov vrátane samotného čipu. Spínací regulátor pracuje v režime hraničného prúdu a na svoju činnosť vyžaduje malý výstupný keramický kondenzátor. Rezistor R3 je potrebný pri napájaní 24 V alebo vyšším, aby sa znížila rýchlosť nárastu vstupného napätia, hoci to trochu znižuje účinnosť zariadenia. Pracovná frekvencia presahuje 200 kHz a mení sa v závislosti od zaťaženia a vstupného napätia. Je to spôsobené spôsobom regulácie - monitorovaním špičkového prúdu induktora. Keď prúd dosiahne maximálna hodnota, kľúč sa otvorí, keď prúd klesne na nulu - zapne sa. Účinnosť zariadenia dosahuje 94%.

Hlavným elektrickým parametrom svetelných diód (LED) je ich prevádzkový prúd. Keď v tabuľke charakteristík LED vidíme prevádzkové napätie, musíme pochopiť, že hovoríme o poklese napätia na LED pri pretekaní prevádzkového prúdu. To znamená, že prevádzkový prúd určuje prevádzkové napätie LED. Preto iba stabilizátor prúdu pre LED môže zabezpečiť ich spoľahlivú prevádzku.

Účel a princíp činnosti

Stabilizátory musia zabezpečiť konštantný prevádzkový prúd pre LED, keď má zdroj problémy s odchýlkami napätia od normy (budete mať záujem vedieť). Stabilný prevádzkový prúd je primárne potrebný na ochranu LED pred prehriatím. Koniec koncov, ak je prekročený maximálny povolený prúd, LED diódy zlyhajú. Stabilita pracovného prúdu tiež zaisťuje stálosť svetelného toku zariadenia, napríklad pri vybíjaní batérie alebo kolísanie napätia v napájacej sieti.

Prúdové stabilizátory pre LED diódy majú odlišné typy prevedenie a množstvo dizajnových možností lahodí oku. Obrázok ukazuje tri najobľúbenejšie obvody polovodičových stabilizátorov.

Schéma a) - Parametrický stabilizátor. V tomto obvode zenerova dióda nastavuje konštantné napätie na báze tranzistora, ktorý je zapojený podľa obvodu sledovača emitora. V dôsledku stability napätia na báze tranzistora je napätie na rezistore R tiež konštantné. Na základe Ohmovho zákona sa prúd cez odpor tiež nemení. Pretože prúd rezistora sa rovná prúdu emitora, prúdy emitora a kolektora tranzistora sú stabilné. Zaradením záťaže do obvodu kolektora získame stabilizovaný prúd.
Schéma b). V obvode je napätie na rezistore R stabilizované nasledovne. Keď sa pokles napätia na R zvyšuje, prvý tranzistor sa otvára viac. To vedie k zníženiu základného prúdu druhého tranzistora. Druhý tranzistor sa mierne uzavrie a napätie na R sa stabilizuje.
Schéma c). V treťom obvode je stabilizačný prúd určený počiatočným prúdom tranzistora s efektom poľa. Je nezávislý od napätia aplikovaného medzi kolektorom a zdrojom.

V obvodoch a) a b) je stabilizačný prúd určený hodnotou odporu R. Použitím podriadeného odporu namiesto konštantného odporu môžete regulovať výstupný prúd stabilizátorov.

Výrobcovia elektronických súčiastok vyrábajú veľa LED regulačných čipov. Preto sa v súčasnosti v priemyselných výrobkoch a amatérskych rádiových prevedeniach častejšie používajú integrované stabilizátory. Prečítajte si o všetkom možné spôsoby Pripojenie LED je možné.

Recenzia slávnych modelov

Väčšina mikroobvodov na napájanie LED je vyrobená vo forme impulzných meničov napätia. Meniče, v ktorých úlohu zásobníka elektrickej energie zohráva tlmivka (tlmivka), sa nazývajú zosilňovače. V zosilňovačoch dochádza ku konverzii napätia v dôsledku fenoménu samoindukcie. Jeden z typických zosilňovacích obvodov je znázornený na obrázku.

Obvod stabilizátora prúdu funguje nasledovne. Tranzistorový spínač umiestnený vo vnútri mikroobvodu periodicky uzatvára induktor k spoločnému vodiču. V momente rozopnutia spínača vzniká v tlmivke samoindukčné EMF, ktoré je usmernené diódou. Je charakteristické, že samoindukčný EMF môže výrazne prekročiť napätie zdroja energie.

Ako môžete vidieť z diagramu, na vytvorenie zosilňovača na TPS61160 vyrobenom spoločnosťou Texas Instruments je potrebných len veľmi málo komponentov. Hlavnými prílohami sú tlmivka L1, Schottkyho dióda D1, ktorá usmerňuje impulzné napätie na výstupe meniča a R súprava.

Rezistor vykonáva dve funkcie. Po prvé, odpor obmedzuje prúd pretekajúci cez LED diódy a po druhé, odpor slúži ako spätnoväzbový prvok (druh snímača). Meracie napätie je z neho odstránené a vnútorné obvody čipu stabilizujú prúd pretekajúci LED na danej úrovni. Zmenou hodnoty odporu môžete zmeniť prúd LED.

Prevodník TPS61160 pracuje na frekvencii 1,2 MHz, maximálny výstupný prúd môže byť 1,2 A. Pomocou mikroobvodu môžete napájať až desať LED zapojených do série. Jas LED diód je možné zmeniť privedením signálu PWM s premenlivým pracovným cyklom na vstup „regulácie jasu“. Účinnosť vyššie uvedeného okruhu je asi 80%.

Treba poznamenať, že zosilňovače sa zvyčajne používajú, keď je napätie na LED diódach vyššie ako napätie napájacieho zdroja. V prípadoch, keď je potrebné znížiť napätie, sa často používajú lineárne stabilizátory. Celý rad takýchto stabilizátorov MAX16xxx ponúka MAXIM. Typická schéma zapojenia a vnútorná štruktúra takýchto mikroobvodov je znázornená na obrázku.

Ako je možné vidieť z Bloková schéma, stabilizácia prúdu LED sa vykonáva tranzistorom P-kanálovým poľom. Chybové napätie je odstránené z rezistora R sens a privádzané do riadiaceho obvodu poľa. Pretože tranzistor s efektom poľa pracuje v lineárnom režime, účinnosť takýchto obvodov je výrazne nižšia ako účinnosť obvodov impulzných meničov.

Rad integrovaných obvodov MAX16xxx sa často používa v automobilových aplikáciách. Maximálne vstupné napätie čipov je 40 V, výstupný prúd je 350 mA. Rovnako ako spínacie stabilizátory umožňujú stmievanie PWM.

Stabilizátor na LM317

Ako stabilizátor prúdu pre LED diódy možno použiť nielen špecializované mikroobvody. Obvod LM317 je medzi rádioamatérmi veľmi obľúbený.

LM317 je klasický lineárny regulátor napätia s mnohými analógmi. V našej krajine je tento mikroobvod známy ako KR142EN12A. Typický obvod na pripojenie LM317 ako stabilizátora napätia je znázornený na obrázku.

Aby sa tento obvod zmenil na stabilizátor prúdu, stačí z obvodu vylúčiť odpor R1. Zahrnutie LM317 ako lineárneho stabilizátora prúdu je nasledovné.

Výpočet tohto stabilizátora je pomerne jednoduchý. Stačí vypočítať hodnotu odporu R1 dosadením aktuálnej hodnoty do nasledujúceho vzorca:

Výkon rozptýlený rezistorom sa rovná:

Nastaviteľný stabilizátor

Predchádzajúci okruh sa dá jednoducho premeniť na nastaviteľný stabilizátor. Aby ste to dosiahli, musíte nahradiť konštantný odpor R1 potenciometrom. Diagram bude vyzerať takto:

Ako vyrobiť stabilizátor pre LED vlastnými rukami

Všetky vyššie uvedené schémy stabilizátorov používajú minimálny počet dielov. Preto dokonca aj nováčik rádioamatér, ktorý zvládol zručnosti pri práci s spájkovačkou, môže samostatne zostaviť takéto konštrukcie. Dizajn na LM317 je obzvlášť jednoduchý. Na ich výrobu ich ani nemusíte vyvíjať. vytlačená obvodová doska. Medzi referenčný kolík mikroobvodu a jeho výstup stačí prispájkovať vhodný odpor.

Na vstup a výstup mikroobvodu je tiež potrebné prispájkovať dva flexibilné vodiče a návrh bude pripravený. Ak je určený na napájanie výkonnej LED pomocou prúdového stabilizátora na LM317, mikroobvod musí byť vybavený radiátorom, ktorý zabezpečí odvod tepla. Ako radiátor môžete použiť malú hliníkovú platňu s plochou 15-20 štvorcových centimetrov.

Pri vytváraní návrhov zosilňovačov môžete ako tlmivky použiť cievky filtrov z rôznych napájacích zdrojov. Na tieto účely sú vhodné napríklad feritové krúžky z počítačových zdrojov, okolo ktorých by sa malo namotať niekoľko desiatok závitov smaltovaného drôtu s priemerom 0,3 mm.

Ktorý stabilizátor použiť v aute

V dnešnej dobe sa automobiloví nadšenci často venujú modernizácii svetelnej techniky svojich áut, pomocou LED resp LED pásy(čítať,). Je známe, že napätie palubnej siete automobilu sa môže značne líšiť v závislosti od prevádzkového režimu motora a generátora. Preto je v prípade auta obzvlášť dôležité použiť nie 12-voltový stabilizátor, ale určený pre konkrétny typ LED.

Pre auto môžeme odporučiť dizajn podľa LM317. Môžete tiež použiť jednu z modifikácií lineárneho stabilizátora s dvoma tranzistormi, v ktorej je ako výkonový prvok použitý výkonný N-kanálový tranzistor s efektom poľa. Nižšie sú uvedené možnosti pre takéto schémy vrátane schémy.

Záver

Aby sme to zhrnuli, môžeme povedať, že pre spoľahlivú prevádzku LED štruktúr musia byť napájané pomocou prúdových stabilizátorov. Mnohé obvody stabilizátora sú jednoduché a ľahko sa vyrábajú sami. Dúfame, že informácie uvedené v materiáli budú užitočné pre každého, kto sa o túto tému zaujíma.

Prúdové stabilizátory sú určené na stabilizáciu prúdu na záťaži. Napätie na záťaži závisí od jeho odporu. Stabilizátory sú potrebné napríklad pre fungovanie rôznych elektronických zariadení.

Pokles napätia môžete nastaviť tak, aby bol veľmi malý. To umožňuje znížiť straty pri dobrej stabilite výstupného prúdu. Odpor na výstupe tranzistora je veľmi vysoký. Tento obvod sa používa na pripojenie LED diód alebo na nabíjanie nízkoenergetických batérií.

Napätie na tranzistore je určené zenerovou diódou VD1. R2 hrá úlohu snímača prúdu a určuje prúd na výstupe stabilizátora. Keď sa prúd zvyšuje, úbytok napätia na tomto rezistore sa zväčšuje. Napätie sa privádza do emitora tranzistora. V dôsledku toho sa napätie na prechode báza-emitor, ktoré sa rovná rozdielu medzi základným napätím a napätím emitora, zníži a prúd sa vráti na špecifikovanú hodnotu.

Prúdový zrkadlový obvod

Prúdové generátory fungujú podobne. Populárnym obvodom pre takéto generátory je „prúdové zrkadlo“, v ktorom sa namiesto zenerovej diódy používa bipolárny tranzistor alebo presnejšie emitorový prechod. Namiesto odporu R2 sa používa odpor emitora.

Prúdové stabilizátory na ihrisku

Použitie schémy tranzistory s efektom poľa jednoduchšie.

Záťažový prúd prechádza cez R1. Prúd v obvode: „+“ zdroja napätia, odtokové hradlo VT1, odpor záťaže, záporný pól zdroja je veľmi nevýznamné, pretože odtokové hradlo je predpäté v opačnom smere.

Napätie na R1 je kladné: vľavo „-“, vpravo sa napätie rovná napätiu pravého ramena odporu. Preto je hradlové napätie vzhľadom na zdroj záporné. Keď odpor záťaže klesá, prúd sa zvyšuje. Preto má hradlové napätie v porovnaní so zdrojom ešte väčší rozdiel. V dôsledku toho sa tranzistor zatvára silnejšie.

Keď sa tranzistor viac zatvára, zaťažovací prúd sa zníži a vráti sa na svoju počiatočnú hodnotu.

Zariadenia na čipe

V minulých schémach sú prvky porovnávania a úpravy. Podobná štruktúra obvodu sa používa pri navrhovaní zariadení na vyrovnávanie napätia. Rozdiel medzi zariadeniami, ktoré stabilizujú prúd a napätie je v tom, že signál v obvode spätnej väzby pochádza z prúdového snímača, ktorý je pripojený k obvodu záťažového prúdu. Preto sa na vytvorenie stabilizátorov prúdu používajú obľúbené mikroobvody 142 EH 5 alebo LM 317.

Tu zohráva úlohu prúdového snímača odpor R1, na ktorom stabilizátor udržuje konštantné napätie a zaťažovací prúd. Hodnota odporu snímača je výrazne nižšia ako odpor záťaže. Pokles napätia na snímači ovplyvňuje výstupné napätie stabilizátora. Táto schéma sa dobre hodí nabíjačky, LED diódy.

Spínací stabilizátor

Stabilizátory impulzov vyrobené na báze spínačov majú vysokú účinnosť. Sú schopné vytvárať vysoké napätie u spotrebiteľa s nízkym vstupným napätím. Tento obvod je zostavený na mikroobvode MAXIMÁLNE 771.

Odpory R1 a R2 zohrávajú úlohu rozdeľovačov napätia na výstupe mikroobvodu. Ak je napätie na výstupe mikroobvodu vyššie ako referenčná hodnota, potom mikroobvod zníži výstupné napätie a naopak.

Ak sa obvod zmení tak, že mikroobvod reaguje a reguluje výstupný prúd, získa sa stabilizovaný zdroj prúdu.

Keď napätie na R3 klesne pod 1,5 V, obvod funguje ako stabilizátor napätia. Akonáhle sa záťažový prúd zvýši na určitú úroveň, pokles napätia na rezistore R3 sa zväčší a obvod pôsobí ako stabilizátor prúdu.

Odpor R8 sa zapája podľa obvodu, keď napätie stúpne nad 16,5 V. Odpor R3 nastavuje prúd. Negatívnym aspektom tohto obvodu je významný pokles napätia na odpore R3 na meranie prúdu. Tento problém je možné vyriešiť pripojením operačného zosilňovača na zosilnenie signálu z R3.

Prúdové stabilizátory pre LED diódy

Takéto zariadenie si môžete vyrobiť sami pomocou mikroobvodu LM 317. Aby ste to dosiahli, zostáva len vybrať odpor. Pre stabilizátor sa odporúča použiť nasledujúci napájací zdroj:

32 V blok tlačiarne.
Blok na 19 V notebook.
Akékoľvek 12 V napájanie.

Výhodou takéhoto zariadenia je nízka cena, jednoduchosť dizajnu a zvýšená spoľahlivosť. Nemá zmysel zostavovať zložitý obvod sami, je jednoduchšie si ho kúpiť.

Široká škála elektroniky na dnešnom trhu vytvára vysoké požiadavky na energiu. Existuje obrovské množstvo hotových modulov a elektronických komponentov. Pre LED diódy sa často používajú špeciálne stabilizátory. Táto technológia používané takmer v každom modernom LED reflektor, lampa alebo lampa.

Medzi používateľmi, ktorí si chcú vyrobiť stabilizátor prúdu pre LED vlastnými rukami, je najobľúbenejší mikroobvod LM317 (vrátane jeho analógov), ktorý patrí do podtriedy lineárnych stabilizátorov.

Takéto zariadenia sú rozdelené do niekoľkých typov:

Lineárny stabilizátor prúdu pre LED, ktorého vstupné napätie nepresahuje 40 V pri prúde 10 A.
Impulzné zariadenia, ktoré majú nízke vstupné napätie (napríklad pulzný PWM regulátor);
Stabilizátor spínaného prúdu, ktorý sa vyznačuje vysokým vstupným napätím.

Výber najvhodnejšieho stabilizátora závisí od účinnosti a chladiaceho systému zariadenia.

Stupňovacie a zostupné stabilizátory

Zosilňovací regulátor konvertuje nízke vstupné napätie na vyššie výstupné napätie. Táto možnosť sa používa pre LED diódy s nízkonapäťovým napájaním (napríklad v aute môže byť potrebné zvýšiť 12 voltov pre LED na 19 V alebo 45 V). Stabilizátory Buck, naopak, znižujú vysoké napätie na požadovanú úroveň. Všetky moduly sú rozdelené na univerzálne a špecializované. Univerzálne sú zvyčajne vybavené dvoma premenlivými odpormi - na získanie požadovaných parametrov prúdu a napätia na výstupe. Pre špecializované zariadenia sú výstupné hodnoty najčastejšie pevné.

Ako stabilizátor pre LED diódy sa používa špeciálny stabilizátor prúdu, ktorého obvody môžu byť veľké množstvá nájsť na internete. Populárny model tu je 2596 Lm. LED diódy sú často pripojené k napájaniu auta alebo batérii cez odpor. V tomto prípade môže napätie kolísať v impulzoch až do 30 voltov, a preto môžu nekvalitné LED diódy zlyhať (blikajúce svetlá s čiastočne nefunkčnými LED). Stabilizácia prúdu v tomto prípade možno vykonať pomocou miniatúrneho prevodníka.

Jednoduchý prevodník prúdu

Zostavenie miniatúrneho prevodníka prúdu vlastnými rukami sa považuje za celkom jednoduché. Takéto stabilizátory napätia sa zvyčajne vyrábajú v režime stabilizácie prúdu. Nezamieňajte si však maximálne napätie pre celý blok a maximálne zaťaženie PWM regulátora. Na blok môže byť inštalovaný systém nízkonapäťových kondenzátorov 20 V a impulzný mikroobvod môže mať vstup až 35 V. Najjednoduchší DIY stabilizátor prúdu LED je verzia LM317. Potrebujete len vypočítať odpor pre LED pomocou online kalkulačky.

Pre LM317 môžete použiť dostupné napájanie (napríklad 19 V napájanie z notebooku, 24 V alebo 32 V napájanie z tlačiarne alebo 9 alebo 12 V napájanie zo spotrebnej elektroniky). Medzi výhody takéhoto prevodníka patrí nízka cena, minimálny počet dielov, vysoká spoľahlivosť a dostupnosť na predajniach. Nie je racionálne zostaviť zložitejší obvod stabilizátora prúdu vlastnými rukami. Preto, ak nie ste skúsený rádioamatér, potom bude oveľa jednoduchšie a rýchlejšie kúpiť stabilizátor impulzného prúdu. V prípade potreby je možné ho upraviť na požadované parametre.

Poznámka! Moduly nemajú ochranu proti vysokému napätiu, ktoré môže poškodiť zariadenie. Modifikácia modulu preto musí byť vykonaná čo najšetrnejšie.

Na zostavenie LM317 nie sú potrebné žiadne špeciálne znalosti alebo zručnosti v elektronike (v schémach číslo vonkajšie prvky minimálne). Takýto jednoduchý stabilizátor prúdu je veľmi lacný a jeho schopnosti boli mnohokrát overené v praxi.

Jedinou nevýhodou je, že LM317 môže vyžadovať dodatočné chladenie. Pozor by ste si mali dávať aj na čínske mikroobvody LM317 s nižšími parametrami. V každom prípade sú náklady viac ako prijateľné a v cene je zahrnuté aj doručenie. Čínski výrobcovia vykonávajú pomerne náročnú prácu za cenu produktu 30-50 rubľov za kus. Nepotrebné náhradné diely je možné predať na Avito alebo na fórach na internete.

Zostavenie jednoduchého stabilizátora vlastnými rukami

LED predstavuje polovodičové zariadenie, ktorý na svoju činnosť vyžaduje prúd. Zapnutie LED cez stabilizátor sa považuje za najsprávnejšie. Trvanie bez straty jasu závisí od jeho prevádzkového režimu. Hlavnou výhodou najjednoduchších stabilizátorov (ovládačov), ako je stabilizačný čip LM317, je, že sa dosť ťažko spália. Schéma zapojenia LM317 vyžaduje iba dve časti: samotný mikroobvod, ktorý je zahrnutý v režime stabilizácie, a odpor.

Budete si musieť kúpiť variabilný odpor s odporom 0,5 kOhm (má tri svorky a nastavovací gombík). Môžete si ho objednať online alebo zakúpiť v Rádiu Amatér.
Drôty sú spájkované na strednú svorku, ako aj na jednu z extrémnych.
Pomocou multimetra zapnutého v režime merania odporu sa meria odpor odporu. Je potrebné dosiahnuť maximálne čítanie 500 Ohmov (aby LED nevyhorela, keď je odpor odporu nízky). Píše sa o tom, ako skontrolovať samotnú LED pomocou multimetra.
Po dôkladnej kontrole správnych pripojení pred pripojením je obvod zostavený.

Maximálny výkon LM317 je 1,5 ampéra. Ak chcete zvýšiť prúd, môžete do obvodu pridať poľný alebo bežný tranzistor. Výsledkom je, že pre zariadenie na báze tranzistorov možno dosiahnuť na výstupe dodávku 10 A (nastavenú odporom s nízkym odporom). Na tieto účely môžete použiť tranzistor KT825 alebo nainštalovať analóg s najlepšími technické vlastnosti a chladiaci systém.

V každom prípade je sortiment predávaných modulov a blokov pomerne široký, takže zariadenie s požadovanými parametrami je možné zostaviť za minimálny čas. Účinnosť závisí od rozdielu medzi vstupným a výstupným napätím, ako aj od prevádzkového režimu.

Zariadenia strednej zložitosti

Ovládače pre LED diódy na 220 V majú priemernú zložitosť výroby. Ich nastavenie môže zabrať veľa času a vyžaduje si skúsenosti s nastavením. Takýto ovládač možno extrahovať z LED lampy, reflektory a svietidlá s chybným LED obvodom. Väčšinu ovládačov je možné upraviť aj rozpoznaním modelu PWM regulátora meniča. Výstupné parametre sú zvyčajne nastavené jedným alebo viacerými odpormi. Technický list uvádza úroveň odporu potrebnú na získanie požadovaného prúdu. Ak nainštalujete nastaviteľný odpor, počet ampérov na výstupe bude nastaviteľný (ale bez prekročenia určeného menovitého výkonu).

Univerzálny modul XL4015 bol v roku 2016 veľmi populárny na čínskych weboch. Podľa svojich vlastností je vhodný na pripojenie vysokovýkonných LED diód (až 100 Watt). Štandardná verzia krytu tohto modulu je prispájkovaná k doske, ktorá funguje ako radiátor. Na zlepšenie chladenia XL4015 je potrebné upraviť obvod stabilizátora prúdu tak, aby sa na telo zariadenia nainštaloval chladič.

Mnohí používatelia jednoducho umiestnia radiátor na vrch, ale účinnosť tejto inštalácie je dosť nízka. Chladiaci systém je najlepšie umiestnený v spodnej časti dosky, oproti spájke čipov. Pre optimálnu kvalitu je možné ho odspájkovať a nainštalovať na plnohodnotný radiátor pomocou tepelnej pasty. Drôty bude potrebné predĺžiť. Pre diódy je možné nainštalovať aj dodatočné chladenie, ktoré výrazne zvýši účinnosť celého okruhu.

Medzi ovládačmi je nastaviteľný ovládač považovaný za najuniverzálnejší. V tomto prípade je v obvode inštalovaný premenlivý odpor, ktorý nastavuje počet ampérov na výstupe. Tieto vlastnosti sú zvyčajne špecifikované v nasledujúcich dokumentoch:

v špecifikácii pre mikroobvod;
v údajovom liste;
v typickej schéme zapojenia.

Bez dodatočného chladenia mikroobvodu môžu takéto zariadenia vydržať 1-3 A (v súlade s modelom regulátora PWM). Slabým miestom takýchto ovládačov je zahrievanie diódy a tlmivky. Nad 3 A bude potrebné chladenie výkonnej diódy a PWM regulátora. V tomto prípade je tlmivka nahradená vhodnejšou alebo previnutá hrubým drôtom.

Kde si môžem objednať diely?

Na vyhľadávanie kvalitných a zároveň cenovo dostupných modulov môžete použiť webovú stránku Aliexpress. Náklady budú 2-3 krát lacnejšie v porovnaní s inými obchodmi. Preto je na testovanie lepšie objednať 2-3 kusy naraz (napríklad 12 voltov) za najnižšiu cenu. Na stránke nájdete akýkoľvek aktuálny stabilizátor na voľný predaj, vrátane vysoko špecializovaných. Ak máte príslušné skúsenosti, môžete vyrobiť spektrometer v hodnote 100 000 rubľov len za 10 000 rubľov. Rozdiel 90 % je spravidla prirážka pre značku (plus mierne prerobený čínsky softvér).

Popredné miesta obsadili v sortimente prúdových meničov, napájacích zdrojov a budičov Čínske internetové obchody. Objednávky prichádzajú v 98% prípadov. Ceny za DC-DC menič začať od 35 rubľov. Drahšie verzie sa môžu líšiť v prítomnosti dvoch alebo troch orezávacích rezistorov namiesto jedného. Je lepšie zadať objednávku vopred.

LEDky nemajú radi kolísanie napätia, to je fakt. Nepáči sa im to, pretože LED diódy sa správajú inak ako lampy alebo iné lineárne zariadenia. Ich prúd sa mení nelineárne s napätím, takže napríklad zdvojnásobenie napätia nezdvojnásobí prúd cez LED. To je dôvod, prečo sa prehrievajú, rýchlo degradujú a zlyhávajú.

Väčšina diód používaných v automobiloch má zabudovaný odpor, ktorý je určený pre napätie 12 voltov. Napätie palubnej siete automobilu však nikdy nie je 12 voltov (okrem vybitej batérie), navyše nie je ani zďaleka také stabilné, ako by sme chceli. Ak používate lacné čínske diódové zariadenia v aute bez toho, aby ste ich najprv stabilizovali, rýchlo začnú blikať a potom prestanú svietiť úplne.

Tak som narazil na rovnaký problém - LEDky v rozmeroch začali blikať, keďže som bol kedysi lenivý ich stabilizovať.

Existuje veľa hotových stabilizačných obvodov pre 12-voltové zariadenia. Na policiach najčastejšie nájdete mikroobvod KR142EN8B alebo podobné. Tento mikroobvod je určený pre prúd do 1,5A, ale pre väčší efekt je potrebné ho zapnúť pomocou vstupných a výstupných kondenzátorov.

Štandardný obvod zahŕňa použitie kondenzátorov 0,33 a 0,033 μF (ak slúži pamäť). Osobne som sa však rozhodol zapnúť pomocou 4 kondenzátorov: 470 µF a 0,47 µF na vstupe a teda 10-krát menšej kapacity na výstupe. Nepamätám si, ale niekde na fórach som narazil práve na takéto zaradenie a rozhodol som sa ho použiť.

Aby sa to všetko dalo jednoducho implementovať do auta, rozhodol som sa všetky prvky prispájkovať priamo na čip.

Mikroobvod s prvkami

Okrem kondenzátorov sú k mikroobvodu prispájkované dva vodiče, respektíve vstup a výstup. Hmota bude prechádzať cez držiak mikroobvodu. Stredná noha mikroobvodu sa používa iba pre nohy kondenzátorov. Neodstránil som z neho drôt, pretože je integrovaný s telom obvodu.
Aby som zabezpečil pevnosť celej konštrukcie, rozhodol som sa ju celú vyplniť lepidlom a následne zmrštiť.

Mikroobvody

Čip a teplo sa zmršťujú

Pripravené stabilizátory

V aute ho môžete pripevniť ku karosérii pomocou samoreznej skrutky.

Priložený stabilizátor

Príspevok sa netvári ako niečo super-megatechnologické, ale nikdy neviete, komu sa môže hodiť :)

Schéma zapojenia

Namiesto KR142EN8B môžete použiť L7812CV, pripojovací obvod je podobný. Ak sa pozriete na štandardný diagram a porovnáte ho s mojím, vyvstávajú otázky: „Prečo práve takéto kontajnery?

Nechaj ma vysvetliť: Štandardný spínací obvod zahŕňa iba stabilizáciu napätia, ale žiadnym spôsobom nechráni pred (krátkodobými) poklesmi napätia, preto boli do obvodu zavedené elektrolyty dostatočne veľkej kapacity, aby sa takéto poklesy vyhladili.

Teoreticky by samozrejme mala batéria v aute fungovať ako filter pre poklesy napätia, no niekedy sa vyskytujú poklesy, ktoré batéria jednoducho nestihne zachytiť. Napríklad pri privádzaní iskry do zapaľovacej sviečky prechádza cievkou značný prúd, ktorý dokonale odvádza napätie v palubnej sieti.