Стабилизатор тока светодиода, схемы

См. также:  Электронный балласт для светодиодной лампы. Схемотехника.

Статья-ликбез по стабилизаторам тока светодиодов и не только. Рассматриваются схемы линейных и импульсных стабилизаторов тока.

Стабилизатор тока для светодиода устанавливается во многие конструкции светильников. Светодиоды, как и все диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. Это означает, что при изменении напряжения на светодиоде, ток изменяется непропорционально. По мере увеличения напряжения, сначала ток растёт очень медленно, светодиод при этом не светится. Затем, при достижении порогового напряжения, светодиод начинает светиться и ток возрастает очень быстро. При дальнейшем увеличении напряжения, ток возрастает катастрофически и светодиод сгорает.

Пороговое напряжение указывается в характеристиках светодиодов, как прямое напряжение при номинальном токе. Номинальный ток для большинства маломощных светодиодов — 20 мА. Для мощных светодиодов освещения, номинальный ток может быть больше — 350 мА или более. Кстати, мощные светодиоды выделяют тепло и должны быть установлены на теплоотвод.

Для правильной работы светодиода, его надо питать через стабилизатор тока. Зачем? Дело в том, что пороговое напряжение светодиода имеет разброс. Разные типы светодиодов имеют разное прямое напряжение, даже однотипные светодиоды имеют разное прямое напряжение — это указано в характеристиках светодиода как минимальное и максимальное значения. Следовательно, два светодиода, подключенные к одному источнику напряжения по параллельной схеме будут пропускать разный ток. Этот ток может быть настолько разным, что светодиод может раньше выйти из строя или сгореть сразу. Кроме того, стабилизатор напряжения также имеет дрейф параметров (от уровня первичного питания, от нагрузки, от температуры, просто по времени). Следовательно, включать светодиоды без устройств выравнивания тока — нежелательно. Различные способы выравнивания тока рассмотрены отдельно. В этой статье рассматриваются устройства, устанавливающие вполне определённый, заданный ток — стабилизаторы тока.

Типы стабилизаторов тока

Стабилизатор тока устанавливает заданный ток через светодиод вне зависимости от приложенного к схеме напряжения. При увеличении напряжения на схеме выше порогового уровня, ток достигает установленного значения и далее не изменяется. При дальнейшем увеличении общего напряжения, напряжение на светодиоде перестаёт меняться, а напряжение на стабилизаторе тока растёт.

Поскольку напряжение на светодиоде определяется его параметрами и в общем случае неизменно, то стабилизатор тока можно назвать также стабилизатором мощности светодиода. В простейшем случае, выделяемая устройством активная мощность (тепло) распределяется между светодиодом и стабилизатором пропорционально напряжению на них. Такой стабилизатор называется линейным. Также существуют более экономичные устройства — стабилизаторы тока на базе импульсного преобразователя (ключевого преобразователя или конвертера). Они называются импульсными, поскольку внутри себя прокачивают мощность порциями — импульсами по мере необходимости для потребителя. Правильный импульсный преобразователь потребляет мощность непрерывно, внутри себя передаёт её импульсами от входной цепи к выходной и выдаёт мощность в нагрузку уже опять непрерывно.

Линейный стабилизатор тока

Линейный стабилизатор тока греется тем больше, чем больше приложено к нему напряжение. Это его основной недостаток. Однако, он имеет ряд преимуществ, например:

• Линейный стабилизатор не создаёт электромагнитных помех
• Прост по конструкции
• Имеет низкую стоимость в большинстве применений

Поскольку импульсный преобразователь не бывает абсолютно эффективным, существуют приложения, когда линейный стабилизатор имеет сравнимую или даже большую эффективность — когда входное напряжение лишь немного превышает напряжение на светодиоде. Кстати, при питании от сети, часто используется трансформатор, на выходе которого устанавливается линейный стабилизатор тока. То есть, сначала напряжение снижается до уровня, сравнимого с напряжением на светодиоде, а затем, с помощью линейного стабилизатора устанавливается необходимый ток.

В другом случае, можно приблизить напряжение светодиода к напряжению питания — соединить светодиоды в последовательную цепочку. Напряжение на цепочке будет равняться сумме напряжений на каждом светодиоде.

Схемы линейных стабилизаторов тока

Самая простая схема стабилизатора тока — на одном транзисторе (схема «а»). Поскольку транзистор — это усилитель тока, то его выходной ток (ток коллектора) больше тока управления (ток базы) в h₂₁ раз (коэффициент усиления). Ток базы можно установить с помощью батарейки и резистора, или с помощью стабилитрона и резистора (схема «б»). Однако такую схему трудно настраивать, полученный стабилизатор будет зависеть от температуры, кроме того, транзисторы имеют большой разброс параметров и при замене транзистора, ток придётся подбирать снова. Гораздо лучше работает схема с обратной связью «в» и «г». Резистор R в схеме выполняет роль обратной связи — при увеличении тока, напряжение на резисторе возрастает, тем самым запирает транзистор и ток снижается. Схема «г», при использовании однотипных транзисторов, имеет бóльшую температурную стабильность и возможность максимально уменьшить номинал резистора, что снижает минимальное напряжение стабилизатора и выделение мощности на резисторе R.

Стабилизатор тока можно выполнить на базе полевого транзистора с p-n переходом (схема «д»). Напряжение затвор-исток устанавливает ток стока. При нулевом напряжении затвор-исток, ток через транзистор равен начальному току стока, указанному в документации. Минимальное напряжение работы такого стабилизатора тока зависит от транзистора и достигает 3 вольт. Некоторые производители электронных компонентов выпускают специальные устройства — готовые стабилизаторы с фиксированным током, собранные по такой схеме — CRD (Current Regulating Devices) или CCR (Constant Current Regulator) . Некоторые называют его диодным стабилизатором, поскольку в обратном включении он работает как диод.

Компания On Semiconductor выпускает линейный стабилизатор серии NSIxxx, например NSIC2020B, который имеет два вывода и для увеличения надежности, имеет отрицательный температурный коэффициент — при увеличении температуры, ток через светодиоды снижается.

Импульсный стабилизатор тока

Стабилизатор тока на базе импульсного преобразователя по конструкции очень похож на стабилизатор напряжения на базе импульсного преобразователя, но контролирует не напряжение на нагрузке, а ток через нагрузку. При снижении тока в нагрузке, он подкачивает мощность, при увеличении — снижает. Наиболее распространённые схемы импульсных преобразователей имеют в своём составе реактивный элемент — дроссель, который с помощью коммутатора (ключа) подкачивается порциями энергии от входной цепи (от входной ёмкости) и в свою очередь передаёт её нагрузке. Кроме очевидного преимущества экономии энергии, импульсные преобразователи обладают рядом недостатков, с которыми приходится бороться различными схемотехническими и конструктивными решениями:

• Импульсный конвертер производит электрические и электромагнитные помехи
• Имеет как правило сложную конструкцию
• Не обладает абсолютной эффективностью, то есть тратит энергию для собственной работы и греется
• Имеет чаще всего бóльшую стоимость, по сравнению, например, с трансформаторными плюс линейными устройствами

Поскольку экономия энергии во многих приложениях является решающей, разработчики компонентов, схемотехники стараются снизить влияние этих недостатков, и, зачастую, преуспевают в этом.

Схемы импульсных преобразователей

Поскольку стабилизатор тока основан на импульсном преобразователе, рассмотрим основные схемы импульсных преобразователей. Каждый импульсный преобразователь имеет ключ, элемент, который может находиться только в двух состояниях — включенном и выключенном. В выключенном состоянии, ключ не проводит ток и, соответственно, на нём не выделяется мощность. Во включенном состоянии, ключ проводит ток, но имеет очень малое сопротивление (в идеале — равное нулю), соответственно на нём выделяется мощность, близкая к нулю. Таким образом, ключ может передавать порции энергии от входной цепи к выходной практически без потерь мощности. Однако, вместо стабильного тока, какой можно получить от линейного источника питания, на выходе такого ключа будет импульсное напряжение и ток. Для того, чтобы получить снова стабильные напряжение и ток, можно поставить фильтр.

С помощью обычного RC фильтра можно получить результат, однако, эффективность такого преобразователя не будет лучше линейного, поскольку вся избыточная мощность выделится на активном сопротивлении резистора. Но если использовать вместо RC — LC фильтр (схема «б»), то, благодаря «специфическим» свойствам индуктивности, потерь мощности можно избежать. Индуктивность обладает полезным реактивным свойством — ток через неё возрастает постепенно, подаваемая на него электрическая энергия преобразуется в магнитную и накапливается в сердечнике. После выключения ключа, ток в индуктивности не пропадает, напряжение на индуктивности меняет полярность и продолжает заряжать выходной конденсатор, индуктивность становится источником тока через обводной диод D. Такая индуктивность, предназначенная для передачи мощности, называется дросселем. Ток в дросселе правильно работающего устройства присутствует постоянно — так называемый неразрывный режим или режим непрерывного тока (в западной литературе такой режим называется Constant Current Mode — CCM). При снижении тока нагрузки, напряжение на таком преобразователе возрастает, энергия, накапливаемая в дросселе снижается и устройство может перейти в разрывный режим работы, когда ток в дросселе становится прерывистым. При таком режиме работы резко повышается уровень помех, создаваемых устройством. Некоторые преобразователи работают в пограничном режиме, когда ток через дроссель приближается к нулю (в западной литературе такой режим называется Border Current Mode — BCM). В любом случае, через дроссель течет значительный постоянный ток, что приводит к намагничиванию сердечника, в связи с чем, дроссель выполняется особой конструкции — с разрывом или с использованием специальных магнитных материалов.

Стабилизатор на базе импульсного преобразователя имеет устройство, регулирующее работу ключа, в зависимости от нагрузки. Стабилизатор напряжения регистрирует напряжение на нагрузке и изменяет работу ключа (схема «а»). Стабилизатор тока измеряет ток через нагрузку, например с помощью маленького измерительного сопротивления Ri (схема «б»), включенного последовательно с нагрузкой.

Ключ преобразователя, в зависимости от сигнала регулятора, включается с различной скважностью. Есть два распространённых способа управления ключом — широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и токовый режим. В режиме ШИМ, сигнал ошибки управляет длительностью импульсов при сохранении частоты следования. В токовом режиме, измеряется пиковый ток в дросселе и изменяется интервал между импульсами.

В современных ключевых преобразователях в качестве ключа обычно используется MOSFET транзистор.

Понижающий преобразователь

Рассмотренный выше вариант преобразователя называется понижающим, поскольку напряжение на нагрузке всегда ниже напряжения источника питания.

Поскольку в дросселе постоянно течёт однонаправленный ток, требования к выходному конденсатору могут быть снижены, дроссель с выходным конденсатором играют роль эффективного LC фильтра. В некоторых схемах стабилизаторов тока, например для светодиодов, выходной конденсатор может отсутствовать вообще. В западной литературе понижающий преобразователь называется Buck converter.

Повышающий преобразователь

Схема импульсного стабилизатора, приведённая ниже, также работает на основе дросселя, однако дроссель всегда подключен к выходу источника питания. Когда ключ разомкнут, питание поступает через дроссель и диод на нагрузку. Когда ключ замыкается, дроссель накапливает энергию, когда ключ размыкается, возникающее на его выводах ЭДС добавляется к ЭДС источника питания и напряжение на нагрузке возрастает.

В отличие от предыдущей схемы, выходной конденсатор заряжается прерывистым током, следовательно выходной конденсатор должен быть большим, и, возможно, понадобится дополнительный фильтр. В западной литературе повышающе-понижающий преобразователь называется Boost converter.

Инвертирующий преобразователь

Еще одна схема импульсного преобразователя работает аналогично — когда ключ замыкается, дроссель накапливает энергию, когда ключ размыкается, возникающее на его выводах ЭДС будет иметь обратный знак и на нагрузке появится отрицательное напряжение.

Как и в предыдущей схеме, выходной конденсатор заряжается прерывистым током, следовательно выходной конденсатор должен быть большим, и, возможно, понадобится дополнительный фильтр. В западной литературе инвертирующий преобразователь называется Buck-Boost converter.

Прямоходовой и обратноходовой преобразователи

Наиболее часто блоки питания изготавливаются по схеме, использующей в своем составе трансформатор. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку вторичной цепи от источника питания, кроме того, эффективность блока питания на основе таких схем может достигать 98% и более. Прямоходовой преобразователь (схема «а») передаёт энергию от источника в нагрузку в момент включенного состояния ключа. Фактически — это модифицированный понижающий преобразователь. Обратноходовой преобразователь (схема «б») передаёт энергию от источника в нагрузку во время выключенного состояния.

В прямоходовом преобразователе трансформатор работает в обычном режиме и энергия накапливается в дросселе. Фактически — это генератор импульсов с LC фильтром на выходе. Обратноходовой преобразователь накапливает энергию в трансформаторе. То есть трансформатор совмещает свойства трансформатора и дросселя, что создаёт определённые сложности при выборе его конструкции.

В западной литературе прямоходовой преобразователь называется Forward converter. Обратноходовой — Flyback converter.

Применение импульсного конвертера в качестве стабилизатора тока

Большинство импульсных блоков питания выпускаются с стабилизацией выходного напряжения. Типичные схемы таких блоков питания, особенно мощных, кроме обратной связи по выходному напряжению, имеют схему контроля тока ключевого элемента, например резистор с малым сопротивлением. Такой контроль позволяет обеспечивать режим работы дросселя. Простейшие стабилизаторы тока используют этот элемент контроля для стабилизации выходного тока. Таким образом, стабилизатор тока оказывается даже проще стабилизатора напряжения.

Рассмотрим схему импульсного стабилизатора тока для светодиода на базе микросхемы NCL30100 от известного производителя электронных компонентов On Semiconductor:

Схема понижающего преобразователя работает в режиме неразрывного тока с внешним ключом. Схема выбрана из множества других, поскольку она показывает, насколько простой и эффективной может быть схема импульсного стабилизатора тока с внешним ключом. В приведённой схеме, управляющая микросхема IC1 управляет работой MOSFET ключа Q1. Поскольку преобразователь работает в режиме неразрывного тока, выходной конденсатор ставить необязательно. В многих схемах датчик тока устанавливается в цепи истока ключа, однако, это снижает скорость включения транзистора. В приведённой схеме датчик тока R4 установлен в цепи первичного питания, в результате схема получилась простой и эффективной. Ключ работает на частоте 700 кГц, что позволяет установить компактный дроссель. При выходной мощности 7 Ватт, входном напряжении 12 Вольт при работе на 700 мА (3 светодиода), эффективность устройства более 95%. Схема стабильно работает до 15 Ватт выходной мощности без применения дополнительных мер по отводу тепла.

Ещё более простая схема получается с использованием микросхем ключевых стабилизаторов с встроенным ключом. Например, схема ключевого стабилизатора тока светодиода на базе микросхемы CAV4201/CAT4201:

Для работы устройства мощностью до 7 Ватт необходимо всего 8 компонентов, включая саму микросхему. Импульсный стабилизатор работает в пограничном режиме тока и для его работы требуется небольшой выходной керамический конденсатор. Резистор R3 необходим при питании от 24 Вольт и выше для снижения скорости нарастания входного напряжения, хотя это несколько снижает эффективность устройства. Частота работы превышает 200 кГц и меняется в зависимости от нагрузки и входного напряжения. Это обусловлено методом регулирования — контролем пикового тока дросселя. Когда ток достигает максимального значения, ключ размыкается, когда ток снижается до нуля — включается. Эффективность устройства достигает 94%.

Назад к каталогу статей >>>

Линейный стабилизатор тока

Всем известно, что светодиодные лампы иногда выходят из строя по причине перегорания. Нередко светодиоды перегорают без каких-либо видимых причин. Однако такие причины все-таки существуют и связаны они прежде всего с определенными параметрами светодиодных ламп, для которых требуется обязательная стабилизация. Чаще всего проблема заключается в силе тока самой лампы и падении напряжения в сети. Для решения этой задачи используется линейный стабилизатор тока, основной функцией которого является выравнивание параметров до нужного значения.

Содержание

Для чего нужен стабилизатор тока

Прежде чем рассматривать линейные стабилизирующие устройства, необходимо уяснить, зачем вообще нужен стабилизатор тока, широко использующийся в электрических и радиоэлектронных схемах.

Основная задача стабилизатора заключается в выравнивании тока до нужных показателей, независимо от скачков сетевого напряжения. Стабилизирующие устройства могут быть линейными или импульсными. Первый тип приборов выполняет регулировку всех параметров на выходе, распределяя мощности пропорционально между собственным сопротивлением и нагрузкой. Второй тип стабилизаторов считается более эффективным, так как в этом случае светодиоды обеспечиваются только необходимым количеством мощности. В основе действия таких устройств лежит принцип широтно-импульсной модуляции.

По всем показателям импульсные стабилизаторы значительно превосходят линейные устройства и тем более – стабилизаторы тока на лампах. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия, составляющим не менее 90%. Однако импульсные приборы отличаются довольно сложной схемой, что делает их стоимость значительно выше, чем у линейных стабилизаторов. Кроме того, стабилизаторы LM317 могут использоваться только в линейных схемах. Не допускается их включение в цепи с высокими токовыми значениями. Благодаря этим свойствам, линейные стабилизаторы считаются наиболее подходящими для эксплуатации вместе со светодиодами.

Использование стабилизаторов является обязательным из-за специфических особенностей и параметров светодиодов. К одной из них относится нелинейная вольтамперная характеристика, при которой изменяющееся напряжение светодиода вызывает непропорциональное изменение тока. Когда же напряжение начинает увеличиваться, ток в это время возрастает очень медленно и лампочка не светится. После достижения напряжением своего порогового значения, свет начинает излучаться, а ток очень быстро возрастает. При дальнейшем росте напряжения, ток увеличивается еще больше, в результате светодиод сгорает.

Следовательно, для обеспечения нормальной работы светодиодов, они должны быть подключены к источнику питания через стабилизатор тока. С помощью этого устройства происходит выравнивание токов на каждом светильнике, компенсируя, таким образом, разброс порогового напряжения, которое не бывает одинаковым даже у однотипных ламп. В конечном итоге ток поступает на светодиод уже с определенной, заданной величиной.

Простой импульсный стабилизатор тока на транзисторах

Как уже отмечалось, в радиоэлектронике практикуется использование двух типов стабилизаторов – линейных и импульсных. Действие линейных стабилизаторов основано на принципе работы резисторов. То есть, ток, протекающий через транзистор, ограничивается таким образом, чтобы значение напряжения в нагрузке оставались на постоянном уровне. Во время этого процесса наблюдаются частичные потери полезной мощности в виде выделения тепла на регулирующем транзисторе.

В некоторых случаях эти потери могут быть очень существенными. Например, если входное напряжение составляет 10 вольт, а выходное – 2,5 В, то разница, то есть падение напряжения, составит 7,5 вольт. Таким образом, на ненужный разогрев транзистора затрачивается 75% электроэнергии, поступающей от источника питания, а для выполнения полезной работы остается лишь 25%.

Подобные недостатки отсутствуют у импульсных стабилизаторов, выполняющих трансформацию напряжения в ток и обратно. В связи с этим, их КПД находится практически на одном уровне, независимо от значения входного или выходного напряжения и составляет, в среднем, от 80 до 95%. На величину коэффициента оказывает влияние используемая схема, качество и характеристики комплектующих. Высокий КПД дает значительное облегчение для теплового режима стабилизатора. Его компоненты не подвержены заметному нагреву, а вместо громоздких теплоотводных радиаторов используются миниатюрные детали. Те 75% энергии, которая в линейных стабилизаторах уходит в тепло, здесь превращаются в дополнительный электрический ток, согласно закона сохранения энергии.

Таким образом, импульсные преобразователи представляют собой эффективные и экономичные устройства, называемые также ключевыми преобразователями или конвертерами. Прокачка мощности внутри прибора осуществляется импульсами, каждый из которых выглядит как установленная порция энергии. Все устройства, работающие в нормальном режиме, непрерывно потребляют мощность. Ее передача происходит непрерывно между входом и выходом, после чего она поступает в нагрузку.

Следует отметить, что стабилизаторы тока и напряжения, использующиеся в электрических схемах, работают по одному и тому же принципу. Основное отличие заключается в том что в первом варианте контролируется ток через нагрузку, а во втором – напряжение на нагрузке. При снижении тока в нагрузке, с помощью стабилизатора выполняется подкачка мощности. Если же ток увеличивается, то мощность снижается. За счет этого можно создавать стабилизирующие устройства для светодиодов любой мощности.

Наиболее распространенные схемы оборудуются дросселем. От входа на него поступают определенные порции энергии, которые далее передаются на нагрузку. Подобные передачи происходят с помощью коммутатора или ключа, находящегося во включенном или выключенном состоянии. В первом случае через ключ с незначительным сопротивлением проводится ток, а значение выделяемой мощности становится близко нулю. Во втором, когда коммутатор выключен, отсутствует прохождение тока и выделение мощности. Подобная коммутация позволяет передавать энергию без потерь мощности. Тем не менее, импульсные токи относятся к категории нестабильных и для их выравнивания требуется использование специальных фильтров.

К основным недостаткам импульсных стабилизаторов относится сложность конструкции и создание электрических и электромагнитных помех. Однако, несмотря на довольно высокую стоимость, эти устройства очень популярны среди потребителей.

Линейный стабилизатор тока для светодиодов

С помощью стабилизирующих устройств линейного типа выполняется выравнивание тока, проходящего через светодиод, до необходимого значения. Полученное значение тока не зависит от напряжения, прилагаемого к схеме. Ток будет оставаться без изменений, даже в случае превышения напряжением порогового уровня. В случае дальнейшего общего роста напряжения, оно возрастет лишь на стабилизаторе тока, а в светодиоде – останется без изменений.

Следовательно, если параметры светодиода остаются неизменными, схема линейного стабилизатора тока будет одновременно стабилизировать и его мощность. Активная мощность, выделяемая в виде теплоты, распределяется между светодиодом и стабилизатором в соответствии с напряжением на каждом из этих элементов. Линейный стабилизатор нагревается постепенно по мере роста напряжения, приложенного к нему. Это и есть основной недостаток данного устройства. Преимуществами линейной конструкции считается простая схема, низкая стоимость и отсутствие электромагнитных помех.

Стабилизаторы напряжения переменного тока: принцип работы + схемы

Какой стабилизатор напряжения лучше купить — ТОП лучших для дома, дачи, котла, холодильника в 2023 году

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Стабилизатор тока для светодиодов

Стабилизатор напряжения для телевизора — нужен ли и как его выбрать

Чем отличается фазное напряжение или ток, от линейного

Китай Производитель стабилизатора напряжения, вентилятор, поставщик увлажнителя

Дом  Производители/Поставщики

Подробнее

Список продуктов

Выбранные поставщики, которые могут вам понравиться

Гидравлические осевые вентиляторы с регулируемым шагом

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Крыльчатка вентилятора осевого потока из алюминиевого сплава Pag Пластиковая вентиляция для холодильного оборудования

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Крыльчатка вентилятора осевого потока из алюминиевого сплава Pag Пластиковая вентиляция для холодильного оборудования

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Suptec MIG-136 Gas Galless Lift TIG Горячая распродажа Дешевая цена по прейскуранту завода-изготовителя Gasless Flux Wire MIG Inverter 3 в 1 Multi Process Welders

 Свяжитесь сейчас

Suptec Хорошая цена Горячая Распродажа Домашнее и промышленное использование Руководство Zx7-200 Сварочный аппарат Однофазный мини-электрический Soldador De Punto Инверторная сварка

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Suptec Лидер продаж Дешевая цена Газовый безгазовый флюсовый инвертор MIG 3 в 1 Многофункциональный сварочный аппарат MIG Welder

 Свяжитесь сейчас

2. 0kw/67dB портативный инверторный бензиновый генератор с EPA/Carb/CE/Noise/GS/EMC

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

4-дюймовая вентиляция, ванная комната, кухня, окно, настенный вытяжной вентилятор, вытяжной вентилятор

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Оптовая 4-дюймовый Бесшумный Пластиковый Квадратный Ванная Комната Ультратихий Вентилятор Потолочный Вытяжной Вентилятор Вытяжной Вентилятор

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Пластиковый вентиляционный настенный встроенный канальный вентилятор

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Off Grid Pure Sine Wave 5000W инвертор солнечной энергии с WiFi и приложениями

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

Гибридный инвертор Hsi Plus 1200 Вт Низкочастотное зарядное устройство Чистая синусоида MPPT Солнечный инвертор

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь сейчас

24V 48V 3000W Чистый синусоидальный гибридный инвертор с контроллером MPPT для автономной домашней солнечной энергетической системы

Рекомендуемый продукт

 Свяжитесь прямо сейчас

схема, регулируемая, импульсная, конструкция и назначение

Яркость светодиодных источников зависит от протекающего тока, который, в свою очередь, зависит от напряжения питания. В условиях колебаний нагрузки светильники пульсируют. Для предотвращения этого используется специальный драйвер — стабилизатор тока. В случае поломок элемент можно изготовить самостоятельно.

Содержание

1. Устройство и принцип работы
2. Разновидности стабилизаторов тока
3. Резистивные стабилизаторы
4. Транзисторные устройства
5. Стабилизаторы тока на полевике
6. Линейные устройства
7. Феррорезонансное устройство
8. Особенности схемы токового зеркала
9. Компенсационный стабилизатор напряжения
10. Устройства на микросхемах
11. Импульсные стабилизаторы
12. Как сделать стабилизатор тока для светодиодов самостоятельно
13. Драйверная основа
14. Стабилизатор для автомобильных фар
15. Нюансы расчета тока стабилизатора

Устройство и принцип работы

Стабилизатор обеспечивает постоянный ток при его отклонении

Стабилизатор обеспечивает постоянство рабочего тока светодиодов при его отклонении это отклонение от нормы. Предотвращает перегрев и перегорание светодиодов, поддерживает постоянный поток при перепадах напряжения или разрядке аккумулятора.

Простейшее устройство состоит из трансформатора, выпрямительного моста, соединенного с резисторами и конденсаторами. Действие стабилизатора основано на следующих принципах:

• подвод тока к трансформатору и изменение его предельной частоты на частоту сети — 50 Гц;
• Регулировка напряжения на повышение и понижение с последующим выравниванием частоты до 30 Гц.

Высоковольтные выпрямители также участвуют в процессе преобразования. Они определяют полярность. Стабилизация электрического тока осуществляется с помощью конденсаторов. Резисторы используются для уменьшения помех.

Разновидности стабилизаторов тока

Светодиод загорается при достижении порогового значения тока. У маломощных устройств этот показатель составляет 20 мА, у сверхъярких — от 350 мА. Разброс порогового напряжения объясняет наличие разных типов стабилизаторов.

Стабилизаторы резисторные

Стабилизатор КРЭН

Для регулируемого стабилизатора токовых параметров маломощных светодиодов используется схема КРЭН. Он предусматривает наличие элементов КР142ЕН12 или LM317. Процесс выравнивания осуществляется при силе тока 1,5 А и входном напряжении 40 В. При нормальном тепловом режиме резисторы рассеивают мощность до 10 тс. Их собственная потребляемая мощность составляет около 8 мА.

Узел LM317 поддерживает постоянное значение напряжения на основном резисторе, регулируемое подстроечным резистором. Основной, или токораспределительный элемент, может стабилизировать проходящий через него ток. По этой причине стабилизаторы на КРЭН используются для зарядки аккумуляторов.

Значение 8 мА не изменяется даже при колебаниях тока и напряжения на входе.

Транзисторные устройства

Схема транзисторного регулятора напряжения

Транзисторный регулятор предусматривает использование одного или двух элементов. Несмотря на простоту схемы, при колебаниях напряжения не всегда бывает стабильный ток нагрузки. При его увеличении на одном транзисторе напряжение резистора повышается до 0,5-0,6 В. после этого начинает работать второй транзистор. В момент его открытия первый элемент закрывается, а сила и величина проходящего через него тока уменьшаются.

Второй транзистор должен быть биполярным.

Две схемы на транзисторах разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2

Для реализации с химией с заменой стабилитронов применяются:

• диоды VD1 и VD2;
• Резистор R1;
• Резистор R2.

Подача тока через светодиодный элемент задается резистором R2. Резистор R1 служит для достижения линейного участка ВАХ диодов по отношению к току базового транзистора. Для того чтобы транзистор оставался стабильным, напряжение питания не должно быть меньше суммарного напряжения диодов +2-2,5 В.

Для получения тока 30 мА через 3 последовательно соединенных диода с напряжением 3,1 В по прямой линии подается 12 В. Сопротивление резистора должно быть равно 20 Ом при мощности рассеяния 18 мВт.

Схема нормализует режим работы элементов, уменьшает пульсации тока.

Схема на советских транзисторах. Допустимое напряжение советских КТ940 или КТ969 до 300 В, что подходит, если источником света является мощный SMD элемент. Параметры тока задаются резистором. Напряжение стабилитрона 5,1 В, мощность 0,5 В.

Недостатком схемы является падение напряжения при увеличении силы тока. Его можно устранить, заменив биполярный транзистор низкоимпедансным МОП-транзистором. Мощный диод заменен на IRF7210 на 12 А или IRLML6402 на 3,7 А.

Стабилизаторы тока на полевик

Стабилизатор напряжения на полевых транзисторах

Полевой элемент имеет короткозамкнутые исток и затвор, встроенный канал. При использовании полевого контроллера (ИРЛЗ 24) с 3 выводами на вход подается напряжение 50 В, на выход 15,7 В.

Потенциал земли используется для подачи напряжения. Параметры выходного тока зависят от начального тока стока и не привязаны к истоку.

Линейные устройства

Стабилизатор или делитель постоянного тока воспринимает нестабильное напряжение. На выходе линейное устройство выравнивает его. Он работает по принципу постоянного изменения параметров сопротивления для выравнивания питания на выходе.

К преимуществам эксплуатации можно отнести минимальное количество деталей, отсутствие помех. Недостатком является низкий КПД при разнице мощности питания на входе и выходе.

Устройство феррорезонансное

Стабилизатор переменного тока устаревшего образца, схема которого представлена ​​конденсатором и двумя катушками — с ненасыщенным и насыщенным сердечником. На насыщенный (индуктивный) сердечник подается постоянное напряжение, не зависящее от параметров тока. Это облегчает выбор данных для второй катушки и емкостного диапазона стабилизации питания.

Устройство работает по принципу качелей, которые сложно сразу остановить или раскачать сильнее. Напряжение подается по инерции, поэтому может быть падение нагрузки или обрыв в цепи питания.

Особенности схемы токового зеркала

Классическая схема токового зеркала

Токовое зеркало, или рефлектор, построено на паре транзисторов согласованного типа, т.е. с одинаковыми параметрами. Для их производства используется один светодиодный полупроводниковый кристалл.

Схема токового зеркала по уравнению Эберса-Молля. Принцип работы заключается в том, что базы транзисторов объединены, а эмиттеры перекинуты на одну шину питания. В результате параметры переходного напряжения связи база-транзистор-эмиттер равны.

Преимуществами схемы являются равный диапазон стабильности и отсутствие падения напряжения на эмиттерном резисторе. Параметры проще установить, используя ток. Недостатком является эффект Эрли — привязка выходного напряжения к напряжению коллектора и его колебания.

Цепь токового зеркала Вильсона. Токовое зеркало может стабилизировать постоянное значение выходного тока и реализовано следующим образом:

1. Транзисторы №1 и №1 включены по принципу стандартного токового зеркала.
2. Транзистор № 3 фиксирует потенциал коллектора элемента № 1 на удвоенном значении параметра падения напряжения на диоде.
3. Будет меньше напряжения питания, подавляющего эффект Эрли.
4. Коллектор транзистора №1 используется для задания режима схемы.
5. Выходной ток зависит от транзистора № 2.
6. Транзистор № 3 преобразует выходной ток в нагрузку переменного тока.

Транзистор № 3 не может быть согласован с другими.

Компенсационный стабилизатор напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения

Выпрямитель работает по принципу обратной связи по напряжению. Полное или частичное напряжение соответствует опоре. В результате регулятор выдает ошибку параметров напряжения, устраняя колебания яркости светодиодов. Устройство состоит из следующих элементов:

• Регулирующий элемент или транзистор, который вместе с сопротивлением нагрузки образует делитель напряжения. Эмиттерный индекс транзистора должен превышать ток нагрузки в 1,2 раза.
• Усилитель — управляет ОМ, выполнен на базе транзистора №2. Маломощный элемент согласован с мощным по композиционному принципу.
• Источник опорного напряжения — в схеме применен стабилизатор параметрического типа. Он уравнивает напряжения стабилитрона и резистора.
• Дополнительные источники.
• Конденсаторы — для сглаживания пульсаций, устранения паразитного возбуждения.

Компенсационные стабилизаторы напряжения работают по принципу увеличения входного напряжения при дальнейшем увеличении токов. Выключение первого транзистора увеличивает сопротивление и напряжение зоны коллектор-эмиттер. После приложения нагрузки она выравнивается до номинального значения.

Устройства на микросхемах

Микросхема 142ЕН5

Для стабилизирующих устройств используется микросхема 142ЕН5 или LM317. Он позволяет выравнивать напряжение, получая сигнал обратной связи от датчика, подключенного к сети тока нагрузки.

В качестве датчика используется сопротивление, при котором регулятор может поддерживать постоянное напряжение и ток нагрузки. Сопротивление датчика будет меньше сопротивления нагрузки. Схема используется для зарядных устройств, по ней и спроектирована светодиодная лампа.

Стабилизаторы импульсные

Импульсное устройство отличается высоким КПД и создает высокое напряжение потребителей при минимальных параметрах входного напряжения. Для сборки используется микросхема MAX 771.

Один или два преобразователя будут регулировать силу тока. Делитель выпрямительного типа выравнивает магнитное поле, снижая допустимую частоту напряжения. Для подачи тока на обмотку светодиодный элемент подает сигнал на транзисторы. Стабилизация выхода осуществляется посредством вторичной обмотки.

Как сделать стабилизатор тока для светодиодов своими руками

Изготовление стабилизатора для светодиодов своими руками осуществляется несколькими способами. Новичку желательно работать с простыми схемами.

Драйвер на базе

Вам нужно будет выбрать трудновыжигаемую микросхему — LM317. Она будет выполнять роль стабилизатора. Второй элемент представляет собой переменный резистор сопротивлением 0,5 кОм с тремя выводами и ручкой.

Сборка осуществляется по следующему алгоритму:

1. Припаяйте провода к средней и концевой клеммам резистора.
2. Переведите мультиметр в режим сопротивления.
3. Измерить параметры резистора — они должны быть равны 500 Ом.
4. Проверьте целостность соединений и соберите цепь.

На выходе будет модуль мощностью 1,5 А. Для увеличения тока до 10 А можно добавить полевого оператора.

Стабилизатор автомобильных фар

Стабилизатор L7812

Для работы потребуется линейное устройство в виде микросхемы L7812, две клеммы, конденсатор 100н (1-2 шт.), текстолитовый материал и термоусадочная трубка. Изготовление производится шаг за шагом:

1. Выбираем схему для L7805 из даташита.
2. Отрежьте от печатной платы кусок нужного размера.
3. Разметьте дорожки, сделав насечки отверткой.
4. Припаяйте элементы так, чтобы вход был слева, а выход справа.
5. Сделать корпус из термотрубки.

Стабилизирующее устройство выдерживает нагрузку до 1,5 А и монтируется на радиатор.

Кузов автомобиля используется как радиатор за счет соединения центрального выхода кузова с минусом.

Нюансы расчета стабилизатора тока

Стабилизатор рассчитывается исходя из напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. Например, напряжение на входе делителя 25 В, на выходе нужно получаем 9 В. В расчеты входят:

1. Подбор по справочнику стабилитрона. Ориентируются на напряжение стабилизации: Д814В.
2. Найдите средний ток I по таблице. Он равен 5 мА.
3. Расчет напряжения питания как разности между стабильными напряжениями входа и выхода: UR1 = Uвх — Uвых, или 25-9 = 16 В.
4. Полученное значение разделить по закону Ома на ток стабилизации по по формуле R1 = UR1/Iст, или 16/0,005 = 3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
5. Расчет максимальной мощности по формуле ПР1=УР1*Iст, или 16х0,005=0,08.