Потужний стабілізатор імпульсний струму для світлодіодів. Стабілізатор напруги та стабілізатор струму

Багато автомобілістів знайомі з такою проблемою, як швидкий вихід з ладу світлодіодних ламп. Які часто ставляться в габаритні вогні, денні ходові вогні (ДХВ) або інші ліхтарі.
Як правило, ці світлодіодні лампи мають малу потужність і струм споживання. Чим, власне, і обумовлений їх вибір.
Сам по собі світлодіод легко служить в оптимальних умовах більше 50000 годин, але в автомобілі, особливо у вітчизняному, його не вистачає часом і на місяць. Спочатку світлодіод починає мерехтіти, а потім і взагалі перегорає.

Чим це пояснюється?

Виробник ламп пише маркування "12V". Це оптимальна напруга, коли світлодіоди в лампі працюють майже на максимумі. І якщо подати на цю лампу 12 В, вона прослужить на максимальній яскравості дуже довгий час.
То чому вона перегорає в автомобілі? Спочатку напруга бортової мережі автомобіля - 12,6 В. Вже видно завищення від 12. А напруга мережі заведеного автомобіля може сягати 14,5 В. Додамо до цього різні стрибки від перемикання потужних ламп далекого або ближнього світла, потужні імпульси по напругі і магнітні наведення під час пуску двигуна від стартера. І отримаємо не найкращу мережу для живлення світлодіодів, які на відміну від ламп розжарювання дуже чутливі до всіх перепадів.
Так як часто в простих китайських лампах немає жодних обмежуючих елементів, крім резистора - лампа виходить з ладу від перенапруги.
За свою практику я змінював десятки таких ламп. Більшість із них не служила й року. Зрештою, я втомився і вирішив пошукати вихід простіше.

Простий стабілізатор напруги для світлодіодів

Щоб забезпечити комфортну експлуатацію для світлодіодів, я вирішив зробити простий стабілізатор. Абсолютно не складний, його зможе повторити будь-який автомобіліст.
Все що нам знадобиться:

• - Шматок текстоліту для плати,

Наче все. Вся комплектація коштує копійки на експрес Алі – посилання в списку.

Схема стабілізатора

Схема взята з даташиту на мікросхему L7805.

Все просто – зліва вхід, праворуч – вихід. Такий стабілізатор може витримати до 1,5 А навантаження, за умови, що буде встановлений на радіатор. Звичайно для маленьких лампочок ніякого радіатора не потрібно.

Складання стабілізатора для світлодіодів

Все, що потрібно, це вирізати з текстоліту потрібний шматочок. Труїти доріжки не потрібно - я вирізав прості лінії звичайною викруткою.
Припаюємо всі елементи і все готове. Налаштування не потребує.

У ролі корпусу служить термообдування.
Плюс схеми ще в тому, що в ролі радіатора модно використовувати кузов автомобіля, тому що центральне виведення корпусу мікросхеми з'єднане з мінусом.

На цьому все світлодіоди більше не вигорають. Їжджу більше року і про цю проблему забув, чого раджу і вам.

Головним електричним параметром світлодіодів (LED) є їхній робочий струм. Коли в таблиці показників світлодіода ми зустрічаємо робочу напругу, потрібно розуміти, що йдеться про падіння напруги на світлодіоді при протіканні робочого струму. Тобто робочий струм визначає робочу напругу LED. Тому тільки стабілізатор струму для світлодіодів може забезпечити їхню надійну роботу.

Призначення та принцип роботи

Стабілізатори повинні забезпечувати постійний робочий струм світлодіодів, коли в мережі живлення є проблеми з відхиленням напруги від норми (вам буде цікаво дізнатися, ). Стабільний робочий струм насамперед необхідний захисту LED від перегріву. Адже при перевищенні максимально допустимого струму світлодіоди виходять з ладу. Також стабільність робочого струму забезпечує сталість світлового потоку приладу, наприклад, при розряді акумуляторних батарей або коливання напруги в мережі живлення.

Стабілізатори струму для світлодіодів різні видивиконання, а безліч варіантів схем виконання радує око. На малюнку наведено три найпопулярніші схеми стабілізаторів на напівпровідниках.

1. Схема а) - Параметричний стабілізатор. У цій схемі стабілітрон задає постійну напругу на базі транзистора, який включений за схемою емітерного повторювача. Завдяки стабільності напруги на базі транзистора, напруга на резисторі R теж завжди. З огляду на закону Ома струм на резисторі також змінюється. Оскільки струм резистора дорівнює струму емітера, стабільні струми емітера і колектора транзистора. Включаючи навантаження в коло колектора, ми отримаємо стабілізований струм.
2. Схема б). У схемі напруга на резисторі R стабілізується наступним чином. При збільшенні падіння напруги на R більше відкривається перший транзистор. Це призводить до зменшення струму основи другого транзистора. Другий транзистор трохи закривається і напруга R стабілізується.
3. Схема в). У третій схемі струм стабілізації визначається початковим струмом польового транзистора. Він залежить від напруги, прикладеного між стоком і витоком.

У схемах а) та б) струм стабілізації визначається номіналом резистора R. Застосовуючи замість постійного резистора підрядковий можна регулювати вихідний струм стабілізаторів.

Виробники електронних компонентів виробляють безліч мікросхем стабілізаторів для світлодіодів. Тому в даний час у промислових виробах та в радіоаматорських конструкціях частіше застосовуються стабілізатори в інтегральному виконанні. Почитати про всі можливі способи підключення світлодіодів можна.

Огляд відомих моделей

Більшість мікросхем для живлення світлодіодів виконані як імпульсних перетворювачів напруги. Перетворювачі, в яких роль накопичувача електричної енергії виконує котушка індуктивності (дросель), називаються бустерами. У бустерах перетворення напруги відбувається з допомогою явища самоіндукції. Однією з типових схем бустера наведено малюнку.

Схема стабілізатора струму працює в такий спосіб. Транзисторний ключ, що знаходиться всередині мікросхеми, періодично замикає дросель на загальний провід. У момент розмикання ключа у дроселі виникає ЕРС самоіндукції, яка випрямляється діодом. Характерно те, що ЕРС самоіндукції може значно перевищувати напругу джерела живлення.

Як видно зі схеми виготовлення бустера на TPS61160 виробництва фірми Texas Instruments потрібно зовсім небагато компонентів. Головними навісними деталями є дросель L1, діод Шоттки D1, що випрямляє імпульсну напругу на виході перетворювача, і R set .

Резистор виконує дві функції. По-перше, резистор обмежує струм, що протікає через світлодіоди, а по-друге, резистор служить елементом зворотного зв'язку (свого роду датчиком). З нього знімається вимірювальна напруга, і внутрішні схеми чіпа стабілізують струм, що протікає через LED, на заданому рівні. Змінюючи номінал резистора, можна змінювати струм світлодіодів.

Перетворювач TPS61160 працює на частоті 1.2 МГц, максимальний вихідний струм може становити 1.2 А. За допомогою мікросхеми можна живити до десяти світлодіодів включених послідовно. Яскравість світлодіодів можна змінювати шляхом подачі на вхід "контроль яскравості" сигналу ШІМ змінної шпаруватості. ККД наведеної схеми становить близько 80%.

Потрібно помітити, що бустери зазвичай використовуються, коли напруга на світлодіодах вища за напругу джерела живлення. У випадках, коли потрібно зменшити напругу, частіше застосовують лінійні стабілізатори. Цілу лінійку таких стабілізаторів MAX16xxx пропонує фірма MAXIM. Типова схема включення та внутрішня структура подібних мікросхем представлена ​​малюнку.

Як видно з структурної схеми, стабілізація струму світлодіодів здійснюється Р-канальним польовим транзистором Напруга помилки знімається з резистора R sens і подається на схему керування польовиком. Так як польовий транзистор працює в лінійному режимі, ККД подібних схем помітно нижче, ніж у імпульсних схем перетворювачів.

Мікросхеми лінійки MAX16xxx часто використовуються в автомобільних додатках. Максимальна вхідна напруга чіпів становить 40 В, вихідний струм – 350 мА. Вони, як і імпульсні стабілізатори, допускають ШІМ-димування.

Стабілізатор на LM317

Як стабілізатор струму для світлодіодів можна використовувати не лише спеціалізовані мікросхеми. Великою популярністю у радіоаматорів користується схема LM317.

LM317 являє собою класичний лінійний стабілізатор напруги, що має безліч аналогів. У нашій країні ця мікросхема відома як КР142ЕН12А. Типова схема включення LM317 як стабілізатор напруги показана на малюнку.

Для перетворення цієї схеми стабілізатор струму досить виключити зі схеми резистор R1. Включення LM317 як лінійний стабілізатор струму виглядає наступним чином.

Здійснити розрахунок цього стабілізатора досить легко. Достатньо обчислити номінал резистора R1, підставивши значення струму в наступну формулу:

Потужність, що розсіюється на резисторі дорівнює:

Регульований стабілізатор

Попередню схему легко перетворити на регульований стабілізатор. Для цього потрібно постійний резистор R1 замінити на потенціометр. Схема виглядатиме так:

Як зробити стабілізатор для світлодіода своїми руками

У всіх наведених схемах стабілізаторів використовується мінімальна кількість деталей. Тому самостійно зібрати подібні конструкції зможе навіть радіоаматор-початківець, який освоїв навички роботи з паяльником. Особливо прості конструкції на LM317. Для їх виготовлення навіть не потрібно розробляти друковану плату. Достатньо припаяти відповідний резистор між опорним виведенням мікросхеми та її виходом.

Також до входу та виходу мікросхеми потрібно припаяти два гнучкі провідники і конструкція буде готова. Якщо за допомогою стабілізатора струму на LM317 передбачається живити потужний світлодіод, мікросхему потрібно оснастити радіатором, який забезпечить відведення тепла. Як радіатор можна використовувати невелику алюмінієву пластинку площею 15-20 квадратних сантиметрів.

Виготовляючи конструкції бустерів, як дроселі можна використовувати котушки фільтрів різних блоків живлення. Наприклад, для цього добре підійдуть феритові кільця від блоків живлення комп'ютерів, на які слід намотати кілька десятків витків емальованого дроту діаметром 0.3 мм.

Який стабілізатор використовувати в авто

Зараз автолюбителі часто займаються модернізацією світлотехніки своїх машин, застосовуючи для цього світлодіоди або світлодіодні стрічки (читайте, ). Відомо, що напруга бортової мережі автомобіля може сильно змінюватись в залежності від режиму роботи двигуна та генератора. Тому у випадку з авто особливо важливо застосовувати стабілізатор не 12 вольт, а розрахований на конкретний тип світлодіодів.

Для автомобіля можна порадити конструкції на основі LM317. Також можна використовувати одну з модифікацій лінійного стабілізатора на двох транзисторах, в якій як силовий елемент використаний потужний N-канальний польовий транзистор. Нижче наведено варіанти подібних схем, у тому числі і схема .

Висновок

Підсумовуючи, можна сказати, що для надійної роботи світлодіодних конструкцій їх необхідно живити за допомогою стабілізаторів струму. Багато схем стабілізаторів прості та доступні для виготовлення своїми руками. Ми сподіваємося, що наведені у матеріалі відомості будуть корисні всім, хто цікавиться цією темою.

Стабілізатори струму призначені для стабілізації струму на навантаженні. Напруга на навантаженні залежить від його опору. Стабілізатори необхідні функціонування різних електронних приладів, наприклад .

Можна налаштувати падіння напруги таким чином, що воно буде дуже маленьким. Це дає можливість зниження втрат за хорошої стабільності струму на виході. На виході транзистора опір дуже великий. Така схема застосовується для підключення світлодіодів або заряджання акумуляторних батарей малої потужності.

Напруга на транзисторі визначається стабілітроном VD1. R2 відіграє роль датчика струму та обумовлює струм на виході стабілізатора. При збільшенні струму падіння напруги на цьому резистори стає більше. Напруга надходить на емітер транзистора. У результаті напруга на переході база-емітер, яка дорівнює різниці напруги бази та емітерної напруги, знижується, і струм повертається до заданої величини.

Схема струмового дзеркала

Аналогічно функціонують генератори струму. Популярною схемою таких генераторів є «струмове дзеркало», в якій замість стабілітрону застосовується біполярний транзистор, а точніше, емітерний перехід. Замість опору R2 застосовується опір емітера.

Стабілізатори струму на полівці

Схема із застосуванням польових транзисторів простіша.

Навантажувальний струм проходить через R1. Струм у ланцюзі: «+» джерела напруги, сток-затвор VТ1, опір навантаження, негативний полюс джерела – дуже незначний, так як сток-затвор має зсув у зворотний бік.

Напруга на R1 позитивна: зліва «-», праворуч напруга дорівнює напрузі правого плеча опору. Тому напруга затвора щодо витоку мінусова. При зниженні опору навантаження, струм підвищується. Тому напруга затвора в порівнянні з витоком має ще велику різницю. Внаслідок цього транзистор закривається сильніше.

При більшому закритті транзистора струм навантаження знизиться, і повернеться до початкової величини.

Пристрої на мікросхемі

У попередніх схемах є елементи порівняння та регулювання. Аналогічна структура схеми застосовується під час проектування пристроїв, що вирівнюють напругу. Відмінність пристроїв, що стабілізують струм і напруга, полягає в тому, що ланцюг зворотного зв'язку сигнал приходить від датчика струму, який підключений до ланцюга навантажувального струму. Тому для створення стабілізаторів струму використовують популярні мікросхеми 142 ЕН 5 або LМ 317.

Тут роль датчика струму грає опір R1, на якому стабілізатор підтримує постійну напругу та струм навантаження. Величина опору датчика значно нижча, ніж опір навантаження. Зниження напруги на датчику впливає напругу виходу стабілізатора. Подібна схема добре поєднується із зарядними пристроями, світлодіодами.

Імпульсний стабілізатор

Високі ККД мають імпульсні стабілізатори, виконані на основі ключів. Вони здатні при незначній напрузі входу створювати високу напругу споживача. Така схема зібрана на мікросхемі МАХ 771.

Опір R1 і R2 відіграють роль дільників напруги на виході мікросхеми. Якщо напруга на виході мікросхеми стає вищою за опорне значення, то мікросхема знижує вихідну напругу, і навпаки.

Якщо схему змінити таким чином, щоб мікросхема реагувала та регулювала струм на виході, то вийде стабілізоване джерело струму.

При падінні напруги на R3 нижче 1,5, схема працює в якості стабілізатора напруги. Як тільки навантажувальний струм підвищується до певного рівня, то на резисторі R3 падіння напруги стає більшим, і схема діє як стабілізатор струму.

Опір R8 підключається за схемою тоді, коли напруга стає вище 16,5 В. Опір R3 задає струм. Негативним моментом цієї схеми можна відзначити значне падіння напруги на струмовимірювальному опорі R3. Цю проблему можна вирішити шляхом підключення операційного підсилювачадля посилення сигналу опору R3.

Стабілізатори струму для світлодіодів

Виготовити такий пристрій самостійно можна із застосуванням мікросхеми LМ 317. Для цього залишиться лише підібрати резистор. Живлення для стабілізатора доцільно застосовувати наступне:

• Блок від принтера на 32 ст.
• Блок від ноутбука на 19 ст.
• Будь-який блок живлення на 12 ст.

Перевагою такого пристрою є низька вартість, простота конструкції, підвищена надійність. Складну схему немає сенсу збирати самостійно, простіше її придбати.

Світлодіодне підсвічування все глибше впроваджується в наше життя. Капризні лампочки виходять з ладу і краса одразу меркне. І все тому, що світлодіоди не можуть працювати просто від включення до електромережі. Вони обов'язково підключаються через стабілізатори (драйвери). Останні перешкоджають перепадам напруги, виходу з ладу компонентів, перегріву тощо. Про це і як зібрати просту схемусвоїми руками, і піде мова у статті.

Вибір стабілізатора

У бортовій мережі автомашини робоче харчування становить приблизно від 13 В, більшості ж світлодіодів підходить 12 В. Тому зазвичай ставлять стабілізатор напруги, на виході якого 12 В. Таким чином, забезпечуються нормальні умови для роботи світлотехніки без НП та передчасного виходу з ладу.

На цьому етапі любителі стикаються із проблемою вибору: конструкцій опубліковано безліч, але не всі добре працюють. Вибрати потрібно той, що вартий улюбленого транспортного засобу і, крім того:

• справді працюватиме;
• забезпечить безпеку та захищеність світлотехніки.

Найпростіший стабілізатор напруги, зроблений своїми руками

Якщо у вас немає бажання купувати готовий пристрій, варто дізнатися, як зробити простенький стабільник самому. Імпульсний стабілізатор в авто складно виготовити своїми руками. Саме тому варто придивитися до добірки аматорських схем та конструкцій лінійних стабілізаторівнапруги. Найпростіший і найпоширеніший варіант стабільника складається з готової мікросхеми та резистора (опору).

Зробити стабілізатор струму для світлодіодів своїми руками найпростіше на мікросхемі. Складання деталей (див. малюнок нижче) здійснюється на перфорованій панелі або універсальному друкованому плато.

Схема 5 амперного блока живлення із регулятором напруги від 1,5 до 12 В.

Для самостійного збирання такого пристрою знадобляться деталі:

• плато розміром 35*20 мм ;
• мікросхема LD1084;
• діодний міст RS407 або будь-який невеликий діод для зворотного струму;
• блок живлення, що складається з транзистора та двох опорів. Призначений для відключення кілець при включенні далекого чи ближнього світла.

При цьому світлодіоди (у кількості 3 шт.) З'єднуються послідовно з струмообмежуючим резистором, що вирівнює струм. Такий набір, у свою чергу, паралельно з'єднується з таким же набором світлодіодів.

Стабілізатор для світлодіодів на мікросхемі L7812

Стабілізатор струму світлодіодів може бути зібраний на базі 3-контактного регулятора напруги постійного струму (серії L7812). Пристрій навісного виконання відмінно підходить для живлення як світлодіодних стрічок, так і окремих лампочок в автомобілі.

Необхідні компоненти для збирання такої схеми:

• мікросхема L7812;
• конденсатор 330 мкф 16;
• конденсатор 100 мкф 16;
• діод випрямляючий на 1 ампер (1N4001, наприклад, або аналогічний діод Шоттки);
• дроти;
• термоусадка 3 мм.

Варіантів насправді може бути багато.

Схема підключення на базі LM2940CT-12.0

Корпус стабілізатора можна виконати практично з будь-якого матеріалу, крім дерева. При використанні більше десяти світлодіодів, рекомендується до стабільника зробити алюмінієвий радіатор.

Може хтось пробував і скаже, що можна легко обійтися без зайвих проблем, безпосередньо підключивши світлодіоди. Але в цьому випадку останні більшу частину часу будуть у несприятливі умовиТому прослужать недовго або зовсім згорять. А тюнінг дорогих авто виливається в досить велику суму.

А щодо описаних схем, їхня головна перевага – простота. Для виготовлення не потрібно особливих навичок та умінь. Втім, якщо схема надто складна, то збирати її власноруч стає не раціонально.

Висновок

Ідеальний варіант підключення світлодіодів – через . Пристрій врівноважує коливання мережі, з його використанням вже не будуть страшні кидки струму. При цьому необхідно дотримуватись вимог до електроживлення. Це дозволить підлаштувати свій стабілізатор під мережу.

Апарат повинен забезпечувати максимальну надійність, стійкість та стабільність, бажано на довгі роки. Вартість зібраних пристроїв залежить від того, де всі необхідні деталі купуватимуться.

На відео – для світлодіодів.

Стабілізатори струму, на відміну від стабілізаторів напруги, стабілізують струм. При цьому напруга на навантаженні залежатиме від її опору. Стабілізатори струму потрібні для живлення електронних приладів, таких як світлодіоди або газорозрядні лампи, вони можуть застосовуватись у паяльних станціяхабо термостабілізатори для завдання робочої температури. Крім того, стабілізатори струму потрібні для заряду акумуляторів різного типу. Стабілізатори струму широко застосовуються у складі інтегральних мікросхем для завдання струму підсилювальних та перетворювальних каскадів. Там зазвичай називаються генераторами струму.

Особливістю стабілізаторів струму є їхній великий вихідний опір. Це дозволяє виключити вплив вхідної напруги та опору навантаження на величину вихідного струму. Звичайно в найпростішому випадку як генератор струму може служити джерело напруги та резистор. Така схема часто використовується для живлення індикаторного світлодіода. Подібна схема наведена малюнку 1.

Малюнок 1. Схема стабілізатора струму на резисторі

Як недолік цієї схеми можна назвати необхідність застосування високої напруги джерела живлення. Тільки в цьому випадку вдається застосувати досить високоомний резистор і досягти прийнятної стабільності струму. При цьому на резистори виділяється потужність P = I 2 × R, що за великих струмах може бути неприйнятним.

Набагато краще зарекомендували себе стабілізатори струму на транзисторах. Тут ми користуємося тим, що вихідний опір транзистора дуже великий. Це чудово видно за вихідними характеристиками транзистора. Для ілюстрації малюнку 2 показано як визначити вихідний опір транзистора з його вихідним характеристикам.

Рисунок 2. Визначення вихідного опору транзистора за його вихідними характеристиками

При цьому падіння напруги можна задати невеликим, що дозволяє отримати невеликі втрати за високої стабільності вихідного струму. Це дозволяє використовувати дану схему для живлення світлодіодів підсвічування або заряду малопотужних акумуляторів. Схема стабілізатора струму на біполярному транзисторі наведено малюнку 3.

Рисунок 3. Схема стабілізатора струму на транзисторі

У цій схемі напруга на базі транзистора визначається стабілітроном VD1, резистор R2 служить датчиком струму. Саме його опір визначає вихідний струм стабілізатора. У разі зростання струму падіння напруги у ньому зростає. Воно прикладається до емітера транзистора. В результаті напруга база-емітер, що визначається як різниця постійної напруги на базі і напруги на емітері зменшується і струм повертається до заданого значення.

Подібним чином працюють генератори струму, найбільш відомим з яких є схема струмового дзеркала. У ній замість стабілітрона використовується емітерний перехід біполярного транзистора, а як резистора R2 використовується внутрішній опір емітера транзистора. Схема струмового дзеркала наведено малюнку 4.

Малюнок 4. Схема "струмового дзеркала"

Стабілізатори струму, працюючі за принципом роботи схеми, показаної малюнку 3, зібрані на польових транзисторах ще простіше. Вони замість стабілізатора напруги можна використовувати потенціал землі. Схема стабілізатора струму, виконана на польовому транзисторі наведено малюнку 5.

Рисунок 5. Схема стабілізатора струму на польовому транзисторі

Усі розглянуті схеми поєднують елемент регулювання та схему порівняння. Така ситуація спостерігалася розробки компенсаційних стабілізаторів напруги. Стабілізатори струму відрізняються від стабілізаторів напруги тим, що сигнал ланцюг зворотного зв'язку надходить від датчика струму, включеного в ланцюг струму навантаження. Тому для реалізації стабілізаторів струму застосовують такі поширені мікросхеми як 142ЕН5 (LM7805) або LM317. На малюнку 6 наведено схему стабілізатора струму на мікросхемі LM317.

Рисунок 6. Схема стабілізатора струму на мікросхемі LM317

Датчиком струму є резистор R1 і на ньому стабілізатор підтримує незмінною напругу, а отже, струм у навантаженні. Опір датчика струму набагато менше опору навантаження. Падіння напруги на датчику відповідає вихідному напрузі компенсаційного стабілізатора. Схема, наведена малюнку 6 чудово підходить як живлення освітлювальних світлодіодів, так зарядних пристроїв акумуляторів.

Як стабілізатори струму відмінно підійдуть і . Вони забезпечують більший к.п.д. порівняно із компенсаційними стабілізаторами. Саме ці схеми зазвичай застосовуються як драйвери всередині світлодіодних ламп.

Література:

1. Сажнів А.М., Рогуліна Л.Г., Абрамов С.С. "Електроживлення пристроїв та систем зв'язку": Навчальний посібник/ ГОУ ВПО СібГУТІ. Новосибірськ, 2008р. - 112 с.
2. Алієв І.І. Електротехнічний довідник - 4-те вид. випр. - М.: ІП Радіо Софт, 2006. - 384с.
3. Гейтенко О.М. Джерела вторинного електроживлення. Схемотехніка та розрахунок. Навчальний посібник. - М., 2008. - 448 с.
4. Електроживлення пристроїв та систем телекомунікацій: Навчальний посібник для вузів/В.М.Бушуєв, В.А. Демінський, Л.Ф. Захаров та ін. – М.,2009. - 384 с.