Spínací stabilizátor prúdu pre LED diódy. DIY jednoduché lineárne stabilizátory prúdu pre LED diódy

Vzdelávací článok o stabilizátoroch prúdu LED a ďalších. Uvažujú sa obvody 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 mení napätie na LED, prúd sa neúmerne mení. Keď sa napätie zvyšuje, prúd najprv stúpa veľmi pomaly, zatiaľ čo LED nesvieti. 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 špecifikované v špecifikáciách LED ako dopredné napätie pri menovitom prúde. Menovitý prúd pre väčšinu LED s nízkym výkonom je 20 mA. V prípade vysokovýkonných svetelných diód LED môže byť prúdový výkon až 350 mA alebo viac. Mimochodom, vysokovýkonné LED diódy generujú teplo a mali by byť namontované na chladiči.

Pre správnu činnosť LED musí byť napájaná cez stabilizátor prúdu. Prečo? Faktom je, že prahové napätie LED má rozptyl. odlišné typy LED majú iné priepustné napätie, dokonca rovnaký typ LED má iné priepustné napätie - to je uvedené v charakteristike LED ako minimálne a maximálne hodnoty. Preto dve LED diódy pripojené paralelne k rovnakému zdroju napätia budú prechádzať rôznymi prúdmi. Tento prúd môže byť taký odlišný, že LED môže zlyhať skôr alebo okamžite vyhorieť. Okrem toho má regulátor napätia aj posun parametrov (v závislosti od primárnej úrovne výkonu, záťaže, teploty, just in time). Preto je zapnutie LED bez zariadení na vyrovnávanie prúdu nežiaduce. Rôzne spôsoby zvažuje sa vyrovnanie prúdu. Tento článok pojednáva o zariadeniach, ktoré nastavujú dobre definovaný, daný prúd - prúdové stabilizátory.

Typy stabilizátorov prúdu

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

Pretože napätie na LED je určené jeho parametrami a je vo všeobecnosti nezmenené, regulátor prúdu sa môže nazývať aj regulátor výkonu LED. V najjednoduchšom prípade je aktívny výkon (teplo) uvoľnený zariadením rozdelený medzi LED a stabilizátor v pomere k napätiu na nich. Takýto stabilizátor sa nazýva lineárny. Existujú aj ekonomickejšie zariadenia - prúdové stabilizátory na báze impulzného meniča (spínací menič alebo menič). Nazývajú sa pulzné, pretože do seba pumpujú energiu po častiach – pulzoch podľa potreby spotrebiteľa. Správny pulzný menič nepretržite spotrebúva energiu, interne ju prenáša impulzmi zo vstupného obvodu do výstupného obvodu a opäť nepretržite vydáva výkon do záťaže.

Lineárny stabilizátor prúdu

Lineárny regulátor prúdu sa zahrieva tým viac, čím viac napätia je naň privedené. 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 reťazci sa bude rovnať súčtu napätí na každej LED.

Schémy lineárnych stabilizátorov prúdu

Najjednoduchší obvod stabilizátora prúdu je na jednom tranzistore (obvod "a"). Keďže tranzistor je prúdový zosilňovač, jeho výstupný prúd (kolektorový prúd) je väčší ako riadiaci prúd (základný prúd) o h 21-krát (zosilnenie). Základný prúd je možné nastaviť pomocou batérie a odporu alebo pomocou zenerovej diódy a odporu (schéma "b"). Takýto obvod sa však ťažko ladí, výsledný stabilizátor bude závisieť od teploty, navyše tranzistory majú veľký rozptyl parametrov a pri výmene tranzistora bude treba opäť voliť prúd. Obvod so spätnou väzbou "c" a "d" funguje oveľa lepšie. Rezistor R v obvode funguje ako spätná väzba - pri zvyšovaní prúdu sa zvyšuje napätie na rezistore, čím sa tranzistor uzamkne a prúd klesá. Schéma "g" pri použití rovnakého typu tranzistorov má väčšiu teplotnú stabilitu a schopnosť minimalizovať hodnotu odporu, čo znižuje minimálne napätie stabilizátora a stratový výkon na rezistore R.

Prúdový stabilizátor môže byť vyrobený na báze tranzistora s efektom poľa p-n križovatka(schéma "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 pevného prúdu zostavené podľa tejto schémy - CRD (Current Regulating Devices) alebo CCR (Constant Current Regulator). Niektorí to nazývajú stabilizátor diód, pretože funguje ako dióda v opačnom smere.

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

Prúdový stabilizátor na báze impulzného meniča je svojou konštrukciou veľmi podobný regulátoru napätia na báze impulzného meniča, ale neriadi napätie na záťaži, ale prúd cez záťaž. S poklesom prúdu v záťaži pumpuje výkon, s nárastom znižuje. Medzi najbežnejšie obvody impulzných meničov patrí reaktívny prvok - tlmivka, ktorá sa pomocou spínača (kľúča) po častiach prečerpáva zo vstupného obvodu (zo vstupnej kapacity) a následne prenáša to do záťaže. Okrem zjavnej výhody úspory energie majú pulzné meniče množstvo nevýhod, s ktorými sa musia vyrovnať rôzne obvodové a konštrukčné riešenia:

• Pulzný menič vytvára elektrické a elektromagnetické rušenie
• Zvyčajne má zložitú štruktúru
• Nemá absolútnu účinnosť, to znamená, že míňa energiu na vlastnú prácu a ohrieva sa
• Zvyčajne má vyššie náklady ako napríklad transformátor plus lineárne zariadenia

Keďže úspory energie sú v mnohých aplikáciách kritické, dizajnéri komponentov a obvodov sa snažia znížiť vplyv týchto nedostatkov a často uspejú.

Schémy impulzných meničov

Pretože súčasný stabilizátor je založený na impulznom meniči, uvažujme o hlavných obvodoch impulzných meničov. Každý impulzný menič má kľúč, prvok, ktorý môže byť len v dvoch stavoch – zapnutý a vypnutý. Vo vypnutom stave kľúč nevedie prúd, a preto sa na ňom nevytvára žiadna energia. V zapnutom stave kľúč vedie prúd, ale má veľmi nízky odpor (ideálne nula), respektíve uvoľňuje výkon blízko nule. Kľúč 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 vložiť filter.

Pomocou bežného RC filtra môžete získať výsledok, ale účinnosť takéhoto prevodníka nebude lepšia ako lineárna, pretože všetok prebytočný výkon sa uvoľní na aktívny odpor odporu. Ale ak použijete filter namiesto RC - LC (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 tlmivke nezmizne, napätie na tlmivke zmení polaritu a pokračuje v nabíjaní výstupného kondenzátora, indukčnosť sa stáva zdrojom prúdu cez obtokovú diódu D. Takáto 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 meniči sa zvýši, energia nahromadená v induktore sa zníži a zariadenie môže prejsť na prerušovanú prevádzku, keď sa prúd v induktore stane prerušovaným. Pri tomto režime prevádzky sa úroveň rušenia vytváraného zariadením prudko zvyšuje. 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). V každom prípade cez induktor preteká významný jednosmerný prúd, ktorý vedie k magnetizácii jadra, a preto je induktor vyrobený v špeciálnej konštrukcii - s medzerou 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 kľúča (schéma "a"). Prúdový stabilizátor meria prúd cez záťaž napríklad pomocou malého meracieho odporu Ri (obvod "b"), zapojeného do série so záťažou.

Tlačidlo prevodníka sa v závislosti od signálu regulátora zapína s rôznymi pracovnými cyklami. Existujú dva bežné spôsoby ovládania kľúča – pulzne šírková modulácia (PWM) a prúdový režim. V režime PWM chybový signál riadi šírku impulzu pri zachovaní frekvencie opakovania. V prúdovom režime sa meria špičkový prúd v induktore a mení sa interval medzi impulzmi.

V moderných meničoch kľúčov sa ako kľúč zvyčajne používa tranzistor MOSFET.

Konvertor Buck

Verzia meniča zvažovaná vyššie sa nazýva menič so znižovaním, pretože napätie na záťaži je vždy nižšie ako napätie zdroja energie.

Keďže tlmivkou neustále tečie jednosmerný prúd, je možné znížiť požiadavku na výstupný kondenzátor, tlmivka s výstupným kondenzátorom zohráva úlohu efektívneho LC filtra. V niektorých obvodoch stabilizátorov prúdu, napríklad pre LED, môže výstupný kondenzátor úplne chýbať. V západnej literatúre sa konvertor babiek nazýva konvertor babiek.

Boost Converter

Obvod spínacieho regulátora nižšie pracuje aj s tlmivkou, ale tlmivka je vždy pripojená k výstupu napájacieho zdroja. Keď je kľúč otvorený, napájanie sa dodáva cez induktor a diódu do záťaže. Keď je kľúč zatvorený, induktor akumuluje energiu; keď je kľúč otvorený, EMF, ktorý sa vyskytuje na jeho svorkách, sa pridá k EMF zdroja energie a napätie na záťaži sa zvyšuje.

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

invertorový menič

Ďalší obvod impulzného meniča funguje podobným spôsobom - keď sa kľúč zatvorí, induktor akumuluje energiu, keď sa kľúč otvorí, EMF, ktorý sa vyskytuje 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, takže výstupný kondenzátor musí byť 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 vo svojom zložení 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 kľúč zapnutý. V skutočnosti ide o upravený prevodník peňazí. 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 ukladá energiu do transformátora. 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 - Flyback prevodník.

Aplikácia impulzného meniča ako stabilizátora prúdu

Väčšina spínaných zdrojov je dostupná so stabilizáciou výstupného napätia. Typické obvody takýchto napájacích zdrojov, najmä výkonných, majú okrem spätnej väzby výstupného napätia kľúčový prvok riadiaceho obvodu prúdu, napríklad odpor s nízkym odporom. Takéto ovládanie vám umožňuje zabezpečiť režim činnosti škrtiacej klapky. Najjednoduchšie prúdové stabilizátory využívajú tento ovládací prvok na stabilizáciu výstupného prúdu. Prúdový stabilizátor je teda ešte jednoduchší ako stabilizátor napätia.

Zvážte obvod stabilizátora spínacieho 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 externým spínačom. V danom diagrame kontrolný čip IC1 riadi činnosť prepínača MOSFET Q1. Keďže prevodník pracuje v režime trvalého prúdu, nie je potrebné inštalovať výstupný kondenzátor. V mnohých obvodoch je v zdrojovom obvode spínača inštalovaný prúdový snímač, čo však znižuje rýchlosť zapínania tranzistora. Vo vyššie uvedenom diagrame je prúdový snímač R4 inštalovaný v primárnom napájacom obvode, v dôsledku čoho sa okruh ukázal ako jednoduchý a efektívny. 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) 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 mikroobvodov stabilizátora kľúča so vstavaným kľúčom. Napríklad schéma kľúčového stabilizátora prúdu LED založeného na čipe /CAT4201:

Na prevádzku zariadenia s výkonom do 7 wattov je potrebných iba 8 komponentov vrátane samotného mikroobvodu. Spínací regulátor pracuje v režime obmedzenia prúdu a na svoju činnosť vyžaduje malý výstupný keramický kondenzátor. Rezistor R3 je potrebný pri napájaní z 24 voltov a vyššie na zníženie rýchlosti prúdenia vstupného napätia, hoci to trochu znižuje účinnosť zariadenia. Prevádzková frekvencia presahuje 200 kHz a mení sa v závislosti od zaťaženia a vstupného napätia. Je to spôsobené spôsobom regulácie - riadením špičkového prúdu tlmivky. Keď prúd dosiahne maximálnu hodnotu, kľúč sa otvorí, keď prúd klesne na nulu, zapne sa. Účinnosť zariadenia dosahuje 94%.

Takmer všetci motoristi sú oboznámení s takým problémom, ako je rýchle zlyhanie LED svietidiel. Ktoré sa často umiestňujú do obrysových svetiel, denných svetiel (DRL) alebo iných svetiel.
Tieto LED svietidlá majú spravidla nízku spotrebu energie a prúdu. Čo presne je dôvodom ich výberu.
Sama o sebe LED bez problémov slúži v optimálnych podmienkach aj viac ako 50 000 hodín, no v aute, najmä v domácom, je to niekedy málo na mesiac. Najprv LED začne blikať a potom úplne vyhorí.

čo to vysvetľuje?

Výrobca svietidla píše označenie "12V". Ide o optimálne napätie, pri ktorom LED diódy v svietidle fungujú takmer na maximum. A ak na túto lampu použijete 12 V, potom vydrží pri maximálnom jase veľmi dlho.
Prečo to teda v aute vyhorí? Spočiatku je napätie palubnej siete auta 12,6 V. Viditeľné je už nadhodnotenie 12. A napätie siete rozbehnutého auta môže dosiahnuť až 14,5 V. K tomu všetkému pripočítajme rôzne skoky zo spínania výkonných diaľkové alebo stretávacie svetlá, silné napäťové impulzy a magnetické rušenie pri štartovaní motora zo štartéra. A nedostaneme najlepšiu sieť na napájanie LED, ktoré sú na rozdiel od žiaroviek veľmi citlivé na všetky kvapky.
Pretože v jednoduchých čínskych lampách často nie sú žiadne obmedzujúce prvky, okrem odporu, lampa zlyhá v dôsledku prepätia.
Počas svojej praxe som vystriedal desiatky takýchto svietidiel. Väčšina z nich neslúžila ani rok. Nakoniec som sa unavil a rozhodol som sa hľadať jednoduchšie východisko.

Jednoduchý regulátor napätia pre LED diódy

Aby som zabezpečil pohodlnú prevádzku LED diód, rozhodol som sa vyrobiť jednoduchý stabilizátor. Absolútne nenáročné, zopakuje si to každý motorista.
Všetko, čo potrebujeme:

• - kúsok textolitu na dosku,

Vyzerá to tak. Všetko vybavenie stojí na Ali Express cent - odkazy v zozname.

Obvod stabilizátora

Obvod je prevzatý z údajového listu pre čip L7805.

Je to jednoduché – naľavo je vchod, napravo východ. Takýto stabilizátor môže vydržať zaťaženie až 1,5 A za predpokladu, že je inštalovaný na radiátore. Prirodzene, pre malé žiarovky nie je potrebný žiadny radiátor.

Zostavenie stabilizátora pre LED diódy

Všetko, čo je potrebné, je vystrihnúť požadovaný kúsok z textolitu. Nie je potrebné leptať stopy - jednoduché čiary som vyrezal bežným skrutkovačom.
Spájkujte všetky prvky a máte hotovo. Nepotrebuje nastavenie.

V úlohe tela je tepelné dúchadlo.
Ďalšou výhodou schémy je, že je módne používať karosériu automobilu ako radiátor, pretože centrálna svorka krytu mikroobvodu je pripojená k mínusu.

To je všetko, LED diódy sa už nevypaľujú. Jazdím už viac ako rok a zabudol som na tento problém, ktorý radím aj vám.

Je známe, že jas LED je veľmi závislý od prúdu, ktorý ňou preteká. Súčasne je prúd LED veľmi prudko závislý od napájacieho napätia. Výsledkom je viditeľné vlnenie jasu aj pri miernej nestabilite napájania.

Ale zvlnenie nie je strašné, oveľa horšie je, že najmenšie zvýšenie napájacieho napätia môže viesť k takému silnému zvýšeniu prúdu cez LED, že jednoducho vyhoria.

Aby sa tomu zabránilo, LED diódy (najmä výkonné) sú zvyčajne napájané cez špeciálne obvody - ovládače, ktoré sú v podstate stabilizátormi prúdu. Tento článok sa bude zaoberať obvodmi jednoduchých stabilizátorov prúdu pre LED diódy (na tranzistoroch alebo bežných mikroobvodoch).

Existujú aj veľmi podobné LED diódy - SMD 5730 (bez jednotky v názve). Majú výkon len 0,5 W a maximálny prúd 0,18 A. Takže sa nemýlite.

Pretože keď sú LED diódy zapojené do série, celkové napätie sa bude rovnať súčtu napätí na každej z LED, minimálne napájacie napätie obvodu by malo byť: Upit \u003d 2,5 + 12 + (3,3 x 10) \ u003d 47,5 voltov.

Pomocou jednoduchého programu Regulator Design (na stiahnutie) môžete vypočítať odpor a výkon odporu pre iné aktuálne hodnoty.

Je zrejmé, že čím vyššie je výstupné napätie stabilizátora, tým viac tepla sa bude generovať na rezistore s nastavením prúdu, a preto bude účinnosť horšia. Preto je pre naše účely LM7805 vhodnejší ako LM7812.

LM317

Rovnako účinný je lineárny regulátor prúdu pre LED na LM317. Typický spínací obvod:

Najjednoduchší spínací obvod LM317 pre LED diódy, ktorý vám umožňuje zostaviť výkonnú lampu, pozostáva z usmerňovača s kapacitným filtrom, stabilizátora prúdu a 93 LED diód SMD 5630. Používajú sa tu MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3,1 V, 400 mW, 5,3x3 mm).

Ak nie je potrebná taká veľká girlanda LED, potom bude musieť byť k ovládaču na LM317 pridaný predradný odpor alebo kondenzátor na napájanie LED (na zhasnutie nadmerného napätia). Ako to urobiť, sme veľmi podrobne zvážili.

Nevýhodou takéhoto súčasného obvodu vodiča pre LED je, že keď napätie v sieti stúpne nad 235 voltov, LM317 bude mimo vypočítaného prevádzkového režimu a keď klesne na ~ 208 voltov a nižšie, mikroobvod úplne prestane stabilizovať. a hĺbka zvlnenia bude úplne a úplne závisieť od nádrže C1.

Preto je potrebné použiť také svietidlo, kde je napätie viac-menej stabilné. A kapacita tohto kondenzátora nestojí za záchranu. Diódový mostík môže byť hotový (napríklad miniatúrny MB6S) alebo zostavený z vhodných diód (U arr najmenej 400 V, dopredný prúd >= 100 mA). Ideálne pre vyššie spomenuté. 1N4007.

Ako vidíte, obvod je jednoduchý a neobsahuje žiadne drahé komponenty. Tu sú aktuálne ceny (a pravdepodobne ešte klesnú):

názov	vlastnosti	cena
SMD 5630	LED, 3,3V, 0,15A, 0,5W	240 rubľov. / 1000 ks
LM317	1,25-37V, >1,5A	112 rubľov. / 10 kusov.
MB6S	600V, 0,5A	67 rub. / 20ks
120 uF, 400 V	18 x 30 mm	560 rubľov. / 10 kusov.

Tým, že utratíte celkovo 1 000 rubľov, môžete zhromaždiť tucet 30-wattových (!!!) neblikajúcich (!!!) žiaroviek. A keďže LED diódy nefungujú na plnú kapacitu a jediný elektrolyt sa neprehrieva, tieto lampy budú takmer večné.

Namiesto záveru

Nevýhody schém uvedených v článku zahŕňajú nízku účinnosť v dôsledku zbytočného plytvania energiou na regulačných prvkoch. To je však charakteristické pre všetky lineárne stabilizátory prúdu.

Nízka účinnosť je neprijateľná pre zariadenia napájané autonómnymi zdrojmi prúdu (lampy, baterky atď.). Použitím je možné dosiahnuť výrazné zvýšenie účinnosti (90% a viac).

Napriek bohatému výberu LED bateriek rôznych prevedení v predajniach si rádioamatéri vyvíjajú vlastné obvody na napájanie bielych supersvietivých LED diód. V podstate ide o to, ako napájať LED len jednou batériou alebo akumulátorom, aby sa uskutočnil praktický výskum.

Po prijatí pozitívny výsledok, obvod je rozobratý, detaily vložené do škatuľky, zážitok dokončený, nastupuje morálna spokojnosť. Výskum sa tam často zastaví, ale niekedy sa zážitok z montáže konkrétneho uzla na doštičku zmení na skutočný dizajn vyrobený podľa všetkých pravidiel umenia. Nasleduje niekoľko jednoduchých obvodov vyvinutých rádioamatérmi.

V niektorých prípadoch je veľmi ťažké určiť, kto je autorom schémy, keďže tá istá schéma sa objavuje na rôznych stránkach a v rôznych článkoch. Autori článkov často úprimne píšu, že tento článok bol nájdený na internete, ale kto publikoval túto schému prvýkrát, nie je známe. Mnohé obvody sú jednoducho skopírované z dosiek tých istých čínskych svietidiel.

Prečo sú potrebné konvertory

Ide o to, že priamy pokles napätia naprieč spravidla nie je menší ako 2,4 ... 3,4 V, preto je jednoducho nemožné rozsvietiť LED z jednej batérie s napätím 1,5 V a ešte viac z batérie s napätím 1,2V. Existujú dva východy. Buď použite batériu s tromi alebo viacerými galvanickými článkami, alebo postavte aspoň ten najjednoduchší.

Práve konvertor vám umožní napájať baterku len jednou batériou. Toto riešenie znižuje náklady na napájacie zdroje a tiež umožňuje plnohodnotnejšie využitie: mnohé konvertory sú v prevádzke s hlbokým vybitím batérie až do 0,7 V! Použitie prevodníka tiež umožňuje zmenšiť veľkosť baterky.

Obvod je blokovací generátor. Jedná sa o jeden z klasických elektronických obvodov, takže pri správnej montáži a opraviteľných dieloch začne fungovať hneď. Hlavná vec v tomto obvode je správne navíjať transformátor Tr1, nezamieňať fázovanie vinutia.

Ako jadro pre transformátor môžete použiť feritový krúžok z dosky zo zlého. Stačí navinúť niekoľko závitov izolovaného drôtu a pripojiť vinutia, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Transformátor môže byť navinutý navíjacím drôtom typu PEV alebo PEL s priemerom nie väčším ako 0,3 mm, čo vám umožní trochu položiť veľká kvantita otáčky, najmenej 10 ... 15, čo trochu zlepší fungovanie obvodu.

Vinutia by mali byť navinuté do dvoch drôtov a potom spojiť konce vinutí, ako je znázornené na obrázku. Začiatok vinutí v diagrame je znázornený bodkou. Ako môžete použiť akýkoľvek nízkoenergetický NPN tranzistor vodivosť: KT315, KT503 a podobne. V súčasnosti je jednoduchšie nájsť importovaný tranzistor, napríklad BC547.

Ak nie je po ruke tranzistor n-p-n štruktúr, potom môžete použiť napríklad KT361 alebo KT502. V tomto prípade však budete musieť zmeniť polaritu batérie.

Rezistor R1 je vybraný podľa najlepšieho žiaru LED, hoci obvod funguje, aj keď je nahradený jednoducho prepojkou. Vyššie uvedená schéma je určená jednoducho "pre dušu", na experimenty. Takže po ôsmich hodinách nepretržitej prevádzky na jednej LED, batéria z 1,5V „sadne“ na 1,42V. Dá sa povedať, že takmer nie je vybitý.

Ak chcete študovať nosnosť obvodu, môžete sa pokúsiť paralelne pripojiť niekoľko ďalších LED. Napríklad pri štyroch LED diódach obvod funguje ďalej celkom stabilne, pri šiestich LED sa tranzistor začne zahrievať, pri ôsmich LED jas citeľne klesne, tranzistor sa veľmi silno zahrieva. A schéma však naďalej funguje. Ale to je len v poradí vedeckého výskumu, pretože tranzistor v tomto režime nebude dlho fungovať.

Ak plánujete vytvoriť jednoduchú baterku založenú na tomto obvode, budete musieť pridať niekoľko ďalších detailov, ktoré zabezpečia jasnejšiu žiaru LED.

Je ľahké vidieť, že v tomto obvode LED nie je napájaná pulzovaním, ale jednosmerným prúdom. Prirodzene, v tomto prípade bude jas žiary o niečo vyšší a úroveň pulzácií vyžarovaného svetla bude oveľa menšia. Ako dióda je vhodná akákoľvek vysokofrekvenčná dióda, napríklad KD521 ().

Tlmivkové meniče

Ďalší najjednoduchší obvod znázornené na obrázku nižšie. Je o niečo zložitejší ako obvod na obrázku 1, obsahuje 2 tranzistory, ale namiesto transformátora s dvoma vinutiami má len tlmivku L1. Takúto tlmivku je možné navinúť na krúžok z tej istej energeticky úspornej žiarovky, pre ktorú bude potrebné navinúť iba 15 závitov navíjacieho drôtu s priemerom 0,3 ... 0,5 mm.

Pri špecifikovanom nastavení tlmivky môže LED získať až 3,8 V (pokles napätia vpred na LED 5730 je 3,4 V), čo je dostatočné na napájanie 1W LED. Úprava obvodu spočíva vo výbere kapacity kondenzátora C1 v rozsahu ± 50% podľa maximálneho jasu LED. Obvod je funkčný pri poklese napájacieho napätia na 0,7V, čo zaisťuje maximálne využitie kapacity batérie.

Ak je uvažovaný obvod doplnený o usmerňovač na dióde D1, filter na kondenzátore C1 a zenerovu diódu D2, získate napájací zdroj s nízkym výkonom, ktorý možno použiť na napájanie obvodov na operačnom zosilňovači alebo iných elektronických komponentoch. V tomto prípade sa indukčnosť induktora volí v rozmedzí 200 ... 350 μH, dióda D1 so Schottkyho bariérou, zenerova dióda D2 sa volí podľa napätia napájaného obvodu.

S úspešnou kombináciou okolností pomocou takéhoto prevodníka môžete na výstupe získať napätie 7 ... 12V. Ak máte v úmysle použiť prevodník na napájanie iba LED diód, zenerovu diódu D2 je možné z obvodu vylúčiť.

Všetky uvažované obvody sú najjednoduchšie zdroje napätia: obmedzenie prúdu cez LED sa vykonáva takmer rovnakým spôsobom ako v rôznych príveskoch na kľúče alebo v zapaľovačoch s LED.

LED dióda cez tlačidlo napájania, bez akéhokoľvek obmedzujúceho odporu, je napájaná 3 ... 4 malými diskovými batériami, ktorých vnútorný odpor obmedzuje prúd cez LED na bezpečnej úrovni.

Aktuálne obvody spätnej väzby

A LED je predsa aktuálne zariadenie. Nie nadarmo je jednosmerný prúd uvedený v dokumentácii k LED. Preto skutočné obvody na napájanie LED diód obsahujú prúdovú spätnú väzbu: akonáhle prúd cez LED dosiahne určitú hodnotu, koncový stupeň sa odpojí od napájania.

Stabilizátory napätia tiež fungujú úplne rovnako, len existuje spätná väzba napätia. Obvod pre napájanie LED s prúdovou spätnou väzbou je znázornený nižšie.

Pri bližšom skúmaní môžete vidieť, že základom obvodu je rovnaký blokovací oscilátor, zostavený na tranzistore VT2. Tranzistor VT1 je riadenie v obvode spätnej väzby. Spätná väzba v tejto schéme funguje nasledovne.

LED diódy sú napájané napätím, ktoré je uložené na elektrolytickom kondenzátore. Kondenzátor sa nabíja cez diódu impulzným napätím z kolektora tranzistora VT2. Usmernené napätie sa používa na napájanie LED diód.

Prúd cez LED prechádza nasledujúcou cestou: kladná kondenzátorová doska, LED diódy s obmedzovacími odpormi, prúdový spätnoväzbový odpor (senzor) Roc, záporná doska elektrolytického kondenzátora.

V tomto prípade vzniká úbytok napätia na spätnoväzbovom rezistore Uoc=I*Roc, kde I je prúd cez LED diódy. Keď sa napätie naprieč zvyšuje (generátor stále pracuje a nabíja kondenzátor), prúd cez LED sa zvyšuje a následne sa zvyšuje aj napätie cez spätnoväzbový odpor Roc.

Keď Uoc dosiahne 0,6 V, tranzistor VT1 sa otvorí, čím sa uzavrie spojenie báza-emitor tranzistora VT2. Tranzistor VT2 sa zatvorí, blokovací generátor sa zastaví a zastaví nabíjanie elektrolytického kondenzátora. Pod vplyvom záťaže sa kondenzátor vybije, napätie na kondenzátore klesne.

Zníženie napätia na kondenzátore vedie k zníženiu prúdu cez LED a v dôsledku toho k zníženiu spätnoväzbového napätia Uoc. Preto sa tranzistor VT1 zatvára a nezasahuje do činnosti blokovacieho generátora. Generátor sa spustí a celý cyklus sa opakuje znova a znova.

Zmenou odporu spätnoväzbového odporu je možné meniť prúd cez LED v širokom rozsahu. Takéto schémy sú tzv spínacie regulátory prúd.

Integrované stabilizátory prúdu

V súčasnosti sa prúdové stabilizátory pre LED vyrábajú v integrovanej verzii. Príklady zahŕňajú špecializované mikroobvody ZXLD381, ZXSC300. Obvody zobrazené nižšie sú prevzaté z údajových listov (DataSheet) týchto mikroobvodov.

Na obrázku je znázornené zariadenie čipu ZXLD381. Obsahuje PWM generátor (Pulse Control), prúdový snímač (Rsense) a výstupný tranzistor. Závesné diely sú len dve. Toto je LED a tlmivka L1. Typický spínací obvod je znázornený na nasledujúcom obrázku. Mikroobvod sa vyrába v balení SOT23. Generačná frekvencia 350KHz je nastavená internými kondenzátormi, nie je možné ju meniť. Účinnosť zariadenia je 85%, štartovanie pod záťažou je možné už pri napájacom napätí 0,8V.

Predné napätie LED by nemalo byť väčšie ako 3,5 V, ako je uvedené v spodnom riadku pod obrázkom. Prúd cez LED sa riadi zmenou indukčnosti induktora, ako je znázornené v tabuľke na pravej strane obrázku. Stredný stĺpec zobrazuje špičkový prúd, posledný stĺpec zobrazuje priemerný prúd cez LED. Na zníženie úrovne pulzácií a zvýšenie jasu žiary je možné použiť usmerňovač s filtrom.

Tu používame LED s priepustným napätím 3,5V, vysokofrekvenčnú diódu D1 so Schottkyho bariérou, kondenzátor C1, najlepšie s nízkou hodnotou ekvivalentného sériového odporu (nízke ESR). Tieto požiadavky sú potrebné, aby sa zvýšila celková účinnosť zariadenia, aby sa dióda a kondenzátor zahrievali čo najmenej. Výstupný prúd sa volí výberom indukčnosti tlmivky v závislosti od výkonu LED.

Od ZXLD381 sa líši tým, že nemá vnútorný výstupný tranzistor a rezistor snímania prúdu. Toto riešenie umožňuje výrazne zvýšiť výstupný prúd zariadenia, a teda použiť LED s vyšším výkonom.

Ako prúdový snímač je použitý externý rezistor R1, ktorého zmenou hodnoty nastavíte požadovaný prúd v závislosti od typu LED. Výpočet tohto odporu sa robí podľa vzorcov uvedených v údajovom liste pre čip ZXSC300. Tieto vzorce tu nebudeme uvádzať, ak je to potrebné, je ľahké nájsť údajový list a nahliadnuť do vzorcov odtiaľ. Výstupný prúd je obmedzený len parametrami výstupného tranzistora.

Pri prvom zapnutí všetkých popísaných obvodov je vhodné pripojiť batériu cez odpor 10 Ohm. To pomôže vyhnúť sa smrti tranzistora, ak napríklad vinutia transformátora nie sú správne pripojené. Ak sa LED pri tomto odpore rozsvieti, potom je možné odpor odstrániť a vykonať ďalšie nastavenia.

Boris Aladyshkin

Prúdové stabilizátory, na rozdiel od stabilizátorov napätia, stabilizujú prúd. V tomto prípade bude napätie na záťaži závisieť od jeho odporu. Prúdové stabilizátory sú potrebné na napájanie elektronických zariadení, ako sú LED alebo plynové výbojky, môžu byť použité v spájkovacie stanice alebo termostaty na nastavenie prevádzkovej teploty. Okrem toho sú na nabíjanie batérií potrebné stabilizátory prúdu. rôzne druhy. Prúdové stabilizátory sú široko používané ako súčasť integrovaných obvodov na nastavenie prúdu zosilňovacích a prevádzacích stupňov. Tam sa zvyčajne nazývajú generátory prúdu.

Charakteristickým znakom prúdových stabilizátorov je ich vysoká výstupná impedancia. Tým sa eliminuje vplyv vstupného napätia a odporu záťaže na výstupný prúd. Samozrejme, v najjednoduchšom prípade môže zdroj napätia a rezistor slúžiť ako generátor prúdu. Takáto schéma sa často používa na napájanie indikačnej LED. Podobná schéma je znázornená na obrázku 1.

Obrázok 1. Schéma stabilizátora prúdu na rezistore

Nevýhodou tejto schémy je potreba použiť vysokonapäťový zdroj. Iba v tomto prípade je možné použiť dostatočne vysokoodporový odpor a dosiahnuť prijateľnú stabilitu prúdu. V tomto prípade sa energia rozptýli v rezistore P=I 2× R, čo môže byť pri vysokých prúdoch neprijateľné.

Oveľa lepšie sa osvedčili prúdové stabilizátory na tranzistoroch. Tu využívame skutočnosť, že výstupný odpor tranzistora je veľmi vysoký. To je jasne vidieť na výstupných charakteristikách tranzistora. Pre ilustráciu, obrázok 2 ukazuje, ako určiť výstupnú impedanciu tranzistora z jeho výstupných charakteristík.

Obrázok 2. Určenie výstupného odporu tranzistora podľa jeho výstupných charakteristík

V tomto prípade môže byť pokles napätia nastavený na malý, čo umožňuje dosiahnuť malé straty s vysokou stabilitou výstupného prúdu. To vám umožňuje použiť tento obvod na napájanie LED podsvietenia alebo na nabíjanie nízkoenergetických batérií. Obvod stabilizátora prúdu na bipolárnom tranzistore je znázornený na obrázku 3.

Obrázok 3. Schéma stabilizátora prúdu na tranzistore

V tomto obvode je napätie na báze tranzistora nastavené zenerovou diódou VD1, odpor R2 slúži ako prúdový snímač. Je to jeho odpor, ktorý určuje výstupný prúd stabilizátora. Keď sa prúd zvyšuje, úbytok napätia na ňom sa zvyšuje. Aplikuje sa na emitor tranzistora. Výsledkom je, že napätie báza-emitor, definované ako rozdiel medzi konštantným napätím na báze a napätím na emitore, klesá a prúd sa vracia na nastavenú hodnotu.

Podobne fungujú aj generátory prúdu, z ktorých najznámejší je obvod „prúdového zrkadla“. Namiesto zenerovej diódy využíva emitorový prechod bipolárneho tranzistora a vnútorný odpor emitora tranzistora je použitý ako rezistor R2. Schéma aktuálneho zrkadla je znázornená na obrázku 4.

Obrázok 4. Schéma "aktuálneho zrkadla"

Prúdové stabilizátory pracujúce na princípe činnosti obvodu znázorneného na obrázku 3, zostavené na tranzistoroch s efektom poľa, sú ešte jednoduchšie. V nich namiesto stabilizátora napätia môžete použiť potenciál zeme. Obvod stabilizátora prúdu, vyrobený na tranzistore s efektom poľa, je znázornený na obrázku 5.

Obrázok 5. Schéma stabilizátora prúdu na tranzistore s efektom poľa

Všetky uvažované schémy kombinujú ovládací prvok a porovnávaciu schému. Podobná situácia bola pozorovaná pri vývoji kompenzačných stabilizátorov napätia. Prúdové stabilizátory sa líšia od stabilizátorov napätia v tom, že signál do spätnoväzbového obvodu pochádza z prúdového snímača zahrnutého v prúdovom obvode záťaže. Preto sa na implementáciu stabilizátorov prúdu používajú také bežné mikroobvody ako 142EN5 (LM7805) alebo LM317. Obrázok 6 zobrazuje obvod stabilizátora prúdu na čipe LM317.

Obrázok 6. Schéma prúdového stabilizátora na čipe LM317

Prúdovým snímačom je odpor R1 a na ňom stabilizátor udržiava nezmenené napätie a teda aj prúd v záťaži. Aktuálny odpor snímača je oveľa menší ako odpor záťaže. Pokles napätia na snímači zodpovedá výstupnému napätiu kompenzačného regulátora. Obvod zobrazený na obrázku 6 je ideálny na napájanie osvetľovacích LED diód a nabíjačiek batérií.

A sú perfektné ako súčasné stabilizátory. Poskytujú vyššiu efektivitu. v porovnaní s kompenzačnými stabilizátormi. Práve tieto obvody sa bežne používajú ako ovládače vo vnútri LED svietidiel.

Literatúra:

1. Sazhnev A.M., Rogulina L.G., Abramov S.S. „Napájanie zariadení a komunikačných systémov“: Návod/ GOU VPO SibGUTI. Novosibirsk, 2008 - 112 s.
2. Aliev I.I. Elektrotechnická príručka. - 4. vyd. správne - M.: IP Radio Soft, 2006. - 384 s.
3. Geytenko E.N. Zdroje sekundárneho napájania. Obvod a výpočet. Návod. - M., 2008. - 448 s.
4. Napájanie zariadení a telekomunikačných systémov: Učebnica pre univerzity / V.M. Bushuev, V.A. Deminský, L.F. Zakharov a ďalší - M., 2009. – 384 s.