Меню

Импульсный стабилизатор тока или драйвер схема

Стабилизатор тока для светодиодов, схемы

За последние 10-20 лет количество бытовой электроники многократно выросло. Появилось огромное разнообразие электронных компонентов и готовых модулей. Возросли и требования к питанию, для многих требуется стабилизированное напряжение или стабильный ток.

Драйвер чаще всего используется как стабилизатор тока для светодиодов и зарядки автомобильных аккумуляторов. Такой источник теперь есть в каждой светодиодном прожекторе, лампе или светильнике. Рассмотрим все варианты стабилизации, начиная от старых и простых до самых эффективных и современных. Еще они называются светодиодным драйвером, led driver.

  • 1. Типы стабилизаторов
  • 2. Популярные модели
  • 3. Стабилизатор для светодиодов
  • 4. Драйвер на 220 В
  • 5. Стабилизатор тока, схема
  • 6. LM317
  • 7. Регулируемый стабилизатор тока
  • 8. Цены в Китае

Типы стабилизаторов

Импульсные регулируемые постоянного тока

15 лет назад на первом курсе я сдавал зачёты по предмету «Источники питания» для радиоэлектронной аппаратуры. Начиная с тех пор и до сегодняшнего времени, самым народным и популярным остаётся микросхема LM317 и её аналоги, которая относится к классу линейных стабилизаторов.

На данный момент есть несколько видов стабилизаторов напряжения и тока:

  1. линейные до 10А и входным напряжением до 40В;
  2. импульсные с высоким входным напряжением, понижающие;
  3. импульсные с низким входным напряжением, повышающие.

На импульсном ШИМ контроллере обычно от 3 до 7 ампер по характеристикам. В реальности зависит от системы охлаждения и КПД в конкретном режиме. Повышающий из низкого входного напряжения на выходе делает более высокое. Такой вариант используется для питания светодиодов от блоков питания с малым количеством вольт. Например в автомобиле, когда из 12В надо сделать 19В или 45В. С понижающим проще, высокое снижается до нужного уровня.

Про все способы питания светодиодов читайте в статье «Как подключить светодиод к 12 и 220В». Отдельно описаны схемы подключения от простейших за 20 руб до полноценных блоков с хорошим функционалом.

По функционалу они делятся на специализированные и универсальные. Универсальные модули обычно имеют 2 переменных сопротивления, для настройки Вольт и Ампер на выходе. Специализированные чаще всего не имеют построечных элементов и значения на выходе фиксированы. Среди специализированных, распространены стабилизаторы тока для светодиодов, схемы в большом количестве есть в интернете.

Популярные модели

Среди импульсных стала популярна LM2596, но по современным меркам у неё низкий КПД. Если более 1 ампера, то требуется радиатор. Небольшой список аналогичных:

  1. LM317
  2. LM2576
  3. LM2577
  4. LM2596
  5. MC34063

Дополню современным китайским ассортиментом, который хороший по характеристикам, но встречается гораздо реже. На Алиэкспресс помогает поиск именно по маркировке. Список собран по интернет-магазинам:

  • MP2307DN
  • XL4015
  • MP1584EN
  • XL6009
  • XL6019
  • XL4016
  • XL4005
  • L7986A

Так же подходят для китайских дневных ходовых огней ДХО. Из-за дешевизны светодиоды подключены через резистор к авто аккумулятору или автомобильной сети. Но напряжения скачет до 30 вольт импульсами. Низкокачественные светодиоды не выдерживают таких скачков и начинают дохнуть. Скорее всего вы видали мигающие ДХО или ходовые огни, у которых некоторые светодиоды не работают.

Миниатюрный преобразователь тока

Миниатюрный преобразователь тока

Сборка схемы своими руками на этих элементах будет простой. Преимущественно это стабилизаторы напряжения, которые включаются в режиме стабилизации тока.

Не путайте максимальное напряжение всего блока и максимальное напряжение ШИМ контроллера. На блоке могут быть установлены низковольтные конденсаторы на 20В, когда импульсная микросхема имеет вход до 35В.

Стабилизатор для светодиодов

Сделать стабилизатор тока для светодиодов своими руками проще всего на LM317, требуется только рассчитать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе. Питание можно использовать подручное, например:

  1. блок питания от ноутбука на 19V;
  2. от принтера на 24В и 32В;
  3. от бытовой электроники на 12 вольт, 9V.

Преимущества такого преобразователя, это низкая цена, легко купить, минимум деталей, высокая надежность. Если схема стабилизатора тока сложнее, то собирать её своими руками становится не рационально. Если вы не радиолюбитель, то импульсный стабилизатор тока проще и быстрее купить. В дальнейшем его можно доработать до необходимых параметров. Подробнее вы можете узнать в разделе «Готовые модули».

Драйвер на 220 В

Если вас интересует драйвер для светодиода на 220в, то лучше его заказать или купить. Они имеют среднюю сложность изготовления, но настройка отнимет больше времени и потребуется опыт по наладке.

Светодиодный драйвер на 220 можно извлечь из неисправных светодиодных ламп, светильников и прожекторов, у которых неисправна цепь со светодиодами. К тому же практически любой имеющийся драйвер можно доработать. Для этого узнайте модель ШИМ контроллера, на котором собран преобразователь. Обычно параметры на выходе задаются резистором или несколькими. По даташиту (datasheet) посмотрите, какое сопротивление должно быть, чтобы получить нужные Амперы.

Если поставить регулируемый резистор рассчитанного номинала, то количество Ампер на выходе будет настраиваемым. Только не превышайте номинальную мощность, которая была указана.

Стабилизатор тока, схема

Мне приходится часто просматривать ассортимент на Aliexpress в поисках недорогих но качественных модулей. Разница по стоимости может быть в 2-3 раза, время уходит на поиск минимальной цены. Но благодаря этому делаю заказ на 2-3 штуки для тестов. Покупаю для обзоров и консультаций производителей, которые покупают комплектующие в Китае.

В июне 2016 года оптимальным выбором стал универсальный модуль на XL4015, цена которого 110руб с бесплатной доставкой. Его характеристики подходят для подключения мощных светодиодов до 100 Ватт.

Типовая схема включения понижающего преобразователя

Типовая схема включения понижающего преобразователя

Схема в режиме драйвера, стабильного тока.

Схема в режиме драйвера.

В стандартном варианте корпус XL4015 припаян к плате, которая служит радиатором. Для улучшения охлаждения на корпус XL4015 надо поставить радиатор. Большинство ставят его сверху, но эффективность такой установки низкая. Лучше систему охлаждения ставить снизу платы, напротив места пайки микросхемы. В идеале её лучше отпаять и поставить на полноценный радиатор через термопасту. Ножки скорее всего придется удлинить проводами. Если потребуется такое серьезное охлаждение контроллеру, то оно потребуется и диоду Шотки. Его тоже придётся поставить на радиатор. Такая доработка значительно повысит надежность всей схемы.

В основном модули не имеют защиты от неправильной подачи питания. Это моментально выводит их из строя, будьте внимательны.

Разновидности XL4015, добавлен вольтметр

Разновидности XL4015, добавлен вольтметр

LM317

Применение LM317 (крен) даже не требует каких либо навыков и знаний по электронике. Количество внешних элементов в схемах минимально, поэтому это доступный вариант для любого. Её цена очень низкая, возможности и применение многократно испытаны и проверены. Только она требует хорошего охлаждения, это её основной недостаток. Единственное стоит опасаться низкокачественных китайских микросхем ЛМ317, которые имеют параметры похуже.

Микросхемы линейной стабилизации из-за отсутствия лишних шумов на выходе, использовал для питания высококачественных ЦАП класса Hi-Fi и Hi-End. Для ЦАП огромную роль играет чистота питания, поэтому некоторые используют аккумуляторы для этого.

Схема стабилизации до 10 ампер

Схема стабилизации до 10 ампер

Максимальная сила для LM317 составляет 1,5 Ампера. Для увеличения количества ампер можно добавить в схему полевой транзистор или обычный. На выходе можно будет получить до 10А, задаётся низкоомным сопротивлением. На данной схеме основную нагрузку на себя берёт транзистор КТ825.

Другой способ, это поставить аналог с более высокими техническими характеристиками на большую систему охлаждения.

Регулируемый стабилизатор тока

Универсальный регулируемый вариант

Универсальный регулируемый вариант

Меня как радиолюбителя со стажем 20 лет радует ассортимент продаваемых готовых блоков и модулей. Сейчас из готовых блоков можно собрать любое устройство за минимальное время.

Я начал терять доверие к китайской продукции, после того, как у видел в «Танковом биатлоне», как у лучшего китайского танка отпало колесо.

Лидером по ассортименту блоков питания, преобразователей тока DC-DC, драйверов стали китайские интернет-магазины. У них в свободной продаже можно найти практически любые модули, если поискать получше, то и очень узкоспециализированные. Например за 10.000 т.руб можно собрать спектрометр стоимостью 100.000 руб. Где 90% цены это накрутка за бренд и немного доработанный китайский софт.

Цена начинается от 35руб. за DC-DC преобразователь напряжения, драйвер подороже и отличается двумя тремя подстроечными резисторами, вместо одного.

Для более универсального использования лучше подходит регулируемый драйвер. Основное отличие, это установка переменного резистора в цепи, задающей амперы на выходе. Эти характеристики могут быть указаны в типовых схемах включения в спецификациях на микросхему, даташит, datasheet.

Слабые места таких драйверов, это нагрев дросселя и диода Шотки. В зависимости от модели ШИМ контроллера, они выдерживают то 1А до 3А без дополнительного охлаждения микросхемы. Если выше 3А, то требуется охлаждение ШИМ и мощного диода Шотки. Дроссель перематывают более толстым проводом или заменяют на подходящий.

КПД зависит от режима работы, разницы напряжения между входом и выходом. Чем выше коэффициент полезного действия, тем ниже нагрев стабилизатора.

Цены в Китае

Стоимость очень низкая, с учетом того, что доставка включена в цену. Раньше я думал, что из-за товара за 30-50 руб китайцы даже и мараться не будут, много работы при малом доходе. Но как показала практика, я ошибался. Любую копеечную ерунду они упаковывают и отсылают. Приходит в 98% случаев, а закупаю на Aliexpress уже более 7 лет и на большие суммы, наверное уже около 1 млн руб.

Поэтому оформляю заказ заранее, обычно 2-3 штуки одного наименования. Ненужное распродаю на местном форуме или Авито, всё расходится как горячие пирожки.

Здравствуйте. Вы пишете про схемы стабилизации ТОКА для светодиодов. Но если ставить в авто, там ведь скачет напряжение — значит надо в машине использовать стабилизацию по напряжению, а не по току ?

Ток стабилизируется независимо от входного напряжения, если вы про драйвер для авто. Если подключаете диод с резистором, как в ленте светодиодной, то тут нужен стабилизатор напряжения.

Доброго времени! Немного оффтоп, но у вас в статье есть упоминание о спекрометре за 10 тыс.
Я понимаю что это в качестве примера, но если есть какие то наработки в этом направлении в публичном доступе, не могли бы дать ссылку?
Заранее спасибо! Отличный ресурс!

Готовая плата спектрометра с датчиком, подключением USB и софтом стоит около 8 т.руб у китайцев. То есть нужен только корпус и дифракционная решётка. Получаете по начинке аналог спектрометра за 100 т руб. В инете есть несколько вариантов как собрать спектрометр за 3-5 труб. Есть вариант спектрометра и за 1000 руб.

Доброго дня. Подскажите пожалуйста, если использовать LM317 из Ali с регулировкой сопротивления (как у вас в статье) обязательно ли подключать к ней минус? Просто если паять самому на LM317, то по вашей схеме нужен только плюс, а у китайской готовой плате вижу две колодки с двумя контактами. Просто не хочу разрезать общий минус идущий ко всем лампочкам сзади в авто. И второй вопрос. Можно ли использовать одну плату LM317 для подключения двух лампочек подключенных параллельно (лампочки заднего хода в авто)?

Лампы параллельно подключайте. Подключение по схеме.

Здравствуйте, подскажите, имеем мотор лифан 15 л.с., переменка 24v. Как подключить к нему диодную фару 36w 12v, какой выбрать стабилизатор? фара по типу

Листайте раздел «Питание» там всё есть.

Здравствуйте. Подскажите советом. Я на авто сделал ДХО с использованием светодиодов, а для питания приобрел вот такой dc-dc преобразователь А так как живу я в сельской местности, где радио еле работает, при включении ДХО идут сильные помехи на радио. В описании к преобразователю указано, что частота преобразования 180 КГц. У этого же продавца есть наподобие такие же ШИМ, только с частотой преобразования 300 КГц. Не могли бы вы подсказать, будут ли улучшения в приеме радио с ШИМом с 300КГц?

Пробуйте с другой частотой, может фонить в радиодиапазоне меньше будет.

Доброго времени. Подскажите пожалуйста, есть ли драйвер уровня XL4015 (или лучше?), но только с каналом для диммирования. Есть непреодолимое желание собрать подсветку для аквариума на xm l2. На драйв2.ру находил схему доработки этого преобразователя, но для меня это уже за гранью. Ещё на али находил подозрительные dc-dc на микросхеме xl4005, у которого на плате вроде есть pwm (в описании PWM C4A3 и C4A4, что бы это не значило). Правда заказов мало, и отзывов почти нет. Может вы посоветуете готовое/проверенное решение? Спасибо.

Зачем вам так сильно заморачиваться. Проще ленту или светодиодную трубку поставить с диммером. Читайте раздел «Питание», там я описал много видов драйверов для светодиодов.

Порекомендуйте стабилизатор тока для автомобильной лампы «Образец №1» из раздела «Как выбирать светодиодные лампы для ДХО HB3» .
Вход 12 Вольт, выход около 45 Вольт при стабильном токе 0,1 Ампера.
В этой лампе пять диодов COB по три элемента в каждом. Китайский драйвер на микросхеме РТ4115 перегревается и сгорает.

Лучше купите хорошие лампы, меньше проблем и выгодней в итоге.

Читайте также:  Индуктивным называют сопротивление которое оказывает переменному току

Источник

Экономичные бюджетные светодиодные драйверы

В настоящее время найти драйвер для светодиодов не проблема — были бы деньги (иногда немалые) да время (дождаться посылки из Поднебесной). Поэтому те, для которых эти два фактора не являются решающими, дальше могут не читать. Написанное ниже предназначено для «рукоделов», которым продукт своего труда дороже чужих «жемчугов», в кармане не то, чтобы ветер гуляет, но и от излишка денег он не рвется, а результат хочется увидеть еще «вчера».

Итак, первое и главное положение: «Светодиоды — не лампочки и питаются не напряжением, а током!». Падение напряжения на светодиоде(-ах, включенных последовательно цепочкой) является параметром вторичным, зависит от тока через светодиод(ы) и учитывается исключительно для выбора драйвера, способного обеспечить нужный ток при напряжении, не меньше, чем падение напряжения на нем (них). Поэтому главной функцией светодиодного драйвера является формирование достаточно стабильного тока, питающего светодиоды. Идеальной стабилизации силы тока добиваться нет смысла, т.к. глазом небольшие колебания яркости в зависимости от колебаний силы тока практически незаметны, а схему могут серьезно усложнить. Сказанное выше частично относится и к светодиодным лентам, в которых «драйверами» являются токоограничительные резисторы, соединенные последовательно с цепочками светодиодов, состоящими, как правило, из трех штук.

Ради справедливости, следует отметить, что для питания светодиодов не оставляются попытки применения стабилизаторов напряжения (и даже работающих) [1].

Рис. 1 Светодиодный драйвер, выполненный на стабилизаторе напряжения [1]

Если для относительно маломощных светодиодов такие схемы еще допустимы, то для мощных светодиодов, к сожалению, не учитывается положительная зависимость ВАХ от температуры, что приводит к лавинообразному повышению протекающего через них тока по мере их разогрева.

Токостабилизирующие драйверы существуют двух видов:

  1. линейные;
  2. импульсные.

Линейные могут быть только понижающими, т.е., входное питающее напряжение должно быть в обязательном порядке выше, чем падение напряжения на цепочке светодиодов. КПД таких драйверов, как правило, невысок, однако, вследствие простоты схемы, их применение имеет свою нишу, в частности при относительно небольшой разнице между напряжением питания и падением напряжения на светодиодах и небольших токах питания последних. Импульсные же драйверы способны как понижать выходное напряжение, так и его повышать.

Ныне существует множество драйверных микросхем (например, MAX4080, MAX4081, LT494, LT1637, LT1672, LT1784, LTC2053, LTC6800, INA337 и т.п.) [2]) Все они хороши, если бы не два «НО»! а) Сто́ят они не так, чтобы дешево и б) достаточно дефицитны. А некоторые — так и вообще экзотика.

Важным параметром для применимости этих микросхем в качестве стабилизаторов тока, является опорное напряжение для компаратора обратной связи (ОС), от которого зависит падение напряжения на токоизмерительном шунте и, в конечном итоге, влияющее (в числе прочих факторов) на экономичность и КПД преобразователя. Для микросхем, позиционируемых, как стабилизаторы напряжения, этот параметр составляет порядка 1,25…1,5 В. Для специализированных токостабилизирующих микросхем как, например, NCP3065/NCP3066 — намного меньше, порядка 0,235 В. К сожалению, цены на вторые «кусаются». Поэтому основной задачей данной разработки было применение распространенных бюджетных микросхем стабилизаторов напряжения в качестве токостабилизирующих, с экономичностью, приближенной к специализированным микросхемам токовых стабилизаторов (а в идеале — даже превысить ее).

Из наиболее распространенных микросхем импульсных стабилизаторов напряжения можно назвать MC34063, найти которую можно чуть ли не в любой лавке, а сто́ит она в корпусе DIP-8 меньше $0,20 (в корпусе SO-8 — еще меньше). В конце концов, ее можно просто выпаять из старой аппаратуры (например, модемов, свичей, даже некоторых старых материнских плат). И все бы с ней было хорошо, если бы не довольно высокое значение опорного напряжения — 1,25 В (Рис. 2). Принцип стабилизации напряжения в данной микросхеме заключается в подержании потенциала на входе компаратора ОС (5-м выводе) на 1,25 В плюсовее, чем на входе «земли» (4-м выводе). Именно такое напряжение должно упасть на токоизмерительном резистивном шунте (R2), что вызывает его нагрев и существенно снижает КПД драйвера при достаточно высоких значениях тока питания светодиодов (порядка 0,7 А для 3-ваттных двухкристальных светодиодов, либо 1 А для 10-ваттных матриц).

Рис. 2 Схема простого токостабилизирующего драйвера на MC34063

Есть, конечно, методы обхода этой проблемы с использованием дополнительных ОУ (Рис. 3), усиливающих падение напряжения на токоизмерительном шунте (R1). Но это усложняет драйвер, а мы рассматриваем именно простые бюджетные схемы.

Рис. 3 Пример схемы светодиодного драйвера с токоизмерительным шунтом в минусовой шине питания и ОУ в качестве усилителя напряжения токового шунта [3]

Падение напряжения на токоизмерительном шунте R1, пропорциональное току через светодиоды, «разгоняется» ОУ до +1,25 В относительно 4-го вывода, подключенного к нулевой шине. Возникает вопрос: нельзя ли добиться этого иным, более простым способом? И этих песен у нас-таки есть! Для этого нужно искусственно суммировать выходное напряжение с токоизмерительного шунта с дополнительным напряжением, подаваемым на вход компаратора ОС. Скажем, +1 В. Тогда на R1 должно падать всего 0,25 В, что по эффективности уже сопоставимо с NCP3065/NCP3066. Откуда же взять это напряжение? Да с плюсовой шины питания, подключенной к 4-му выводу! Подобная схема была предложена одним из соавторов данной статьи несколько лет назад [4] для питания светодиода велофары.

Сущность данного технического решения заключается в замене резистивного делителя между выходом и общей шиной, подключенного ко входу компаратора ОС, делителем, образованным токоизмерительным шунтом (R2) и резистором подтяжки (R1) ко входному напряжению питания, причем, между токоизмерительным шунтом и входом компаратора ОС в включен низковольтный «стабилитрон» (Рис. 4), за счет которого из порогового напряжения срабатывания компаратора ОС вычитается напряжение, падающее на «стабилитроне». Оставшееся напряжение падает на токоизмерительном шунте.

Рис. 4 Принципиальная схема простого понижающего токостабилизирующего драйвера [4]

В случае применения в качестве «стабилитрона» кремниевого диода, на нем упадет всего около 0,65 В. При увеличении тока через светодиод падение напряжения на R2 возрастает, что приводит к снижению выходного напряжения, а значит, и тока (и наоборот). Следовательно, на токоизмерительном шунте должно упасть 1,25 — 0,65 = 0,6 В, что все-таки слишком много. На цепочке, составленной из диодов кремниевого и германиевого (или Шоттки), упадет около 1 В, что уже вполне приемлемо.

Как вариант, в качестве одного из диодов, можно использовать падение на базо-эмиттерном переходе транзистора (VT1) p-n-p структуры, включенного в виде эмиттерного повторителя (Рис. 5).

Рис. 5 Принципиальная схема варианта простого понижающего токостабилизирующего драйвера [4]

Работает данная схема аналогично приведенной на Рис. 4. На вход компаратора ОС (5-й вывод) микросхемы поступает положительное напряжение через резистор R1. Одновременно оно ограничивается падением напряжения на базо-эмиттерном переходе VT1. В принципе, этого было бы достаточно, чтобы «срезать» 0,65 В, если транзистор кремниевый, тогда на токоизмерительном шунте R2 должно упасть всего 0,6 В вместо 1,25 В. Неплохо, но хотелось бы еще меньше. Учитывая, что транзистор — p-n-p проводимости, а такая была у большинства старых германиевых транзисторов, можно какой-то из них и использовать, дополнив кремниевым диодом VD2. Суммарное падение на двух p-n переходах из разных материалов составит при этом около 1 В. Либо же возможен другой вариант: кремниевый транзистор и германиевый диод (Д2, Д9, ГДххх и т.п.). К сожалению, в настоящее время германиевые полупроводниковые приборы стали дефицитом.

Измерительная часть повышающего токостабилизирующего драйвера принципиально не отличается от понижающего (Рис. 6).

Рис. 6 Принципиальная схема простого повышающего токостабилизирующего драйвера

В этой схеме, аналогично Рис. 5, также возможно применение p-n-p транзистора вместо одного из диодов. С инвертирующим драйвером (Рис. 7) ситуация еще проще:

Рис. 7 Принципиальная схема простого инвертирующего токостабилизирующего драйвера

Напряжение на входе компаратора ОС просто стабилизируется относительно обшей шины параметрическим стабилизатором, образованным резистором R1 и «стабилитроном» VD2VD3, подключенным анодом не к токоизмерительному шунту, а непосредственно к общей шине, обеспечивая на нем потенциал +1 В относительно нулевой шины, тогда как на 4-й вывод поступает отрицательное напряжение с токоизмерительного шунта. Алгебраическое суммирование этих двух потенциалов дает ту же величину +1,25 В на входе компаратора ОС (5-м выводе) относительно «земляного» (4-го вывода).

При всей простоте описанного решения, оно обладает существенными недостатками, главные из которых следующие:

  1. «Стабилитрон» из диодов либо транзистора и диода является нерегулируемым, что существенно ограничивает возможности выбора компонентов;
  2. На напряжение, падающее на «стабилитроне» большое влияние оказывает температура.

Поэтому дальнейшее усовершенствование схемы пошло по пути использования более температурно-стабильного «стабилитрона» (миль пардон за тавтологию), в качестве которого применен шунтовый регулятор напряжения TL431. Решение было предложено соавтором данной статьи Hepo (Рис. 8). Похожее решение, но отличающееся по принципу работы, было описано в статьях [5, 6].

Рис. 8 Принцип построения токостабилизирующей цепи с использованием стабилизации шунтовым регулятором TL431

Принцип работы данной токостабилизирующей цепи заключается в следующем. Напряжение на делителе R1/R2+RS стабилизируется параметрическим стабилизатором RBDA1 на уровне, превышающем входное напряжение компаратора ОС. В данном случае — 2,5 В. Использование в качестве «стабилитрона» шунтового регулятора TL431 обусловлено исключительно его термостабильностью. Если таковая не важна — можно применить любой низковольтный стабилитрон (Рис. 9).

Рис. 9 Варианты стабилитронов для токостабилизирующей цепи

В отсутствие выходного напряжения, а следовательно, и тока, протекающего через светодиод(ы) HL1, напряжение в точке соединения R1R2 (а следовательно, и на входе компаратора ОС) ниже, чем требуемое для него пороговое, поскольку номинал RS составляет доли Ома (на Рис. 9 указано значение 1,15 В). Микросхема запускается в работу, на выходе появляется рабочее напряжение, а ток, протекающий через светодиод HL1, создает на токоизмерительном шунте RS определенное падение напряжения, пропорциональное протекающему через него току, за счет чего потенциал в точке соединения R1R2 (а следовательно, и на входе компаратора ОС) становится равным пороговому напряжению срабатывания компаратора, останавливающему работу микросхемы и вновь запускающему ее при падении тока через светодиод и, соответственно, через RS. Резистор R2 составлен из двух: основного R2.1 и подстроечного R2.2.

На основе описанного принципа спроектирован и изготовлен токостабилизирующий драйвер третьего стоп-сигнала для спорткара, выполненного на двух последовательно включенных светодиодных матрицах по 30 Вт (суммарно 60 Вт при суммарном падении напряжения на них порядка 60…66 В при токе 1 А и питании от бортовой сети легкового автомобиля напряжением 12 В). Для такого тока номинал токоизмерительного шунта составляет 0,1 Ома, что обеспечивает падение напряжения на нем всего 0,1 В и, следовательно, рассеиваемую мощность всего 0,1 Вт. Принципиальная схема собственно драйвера приведена на Рис. 10.

Рис. 10 Принципиальная схема токостабилизирующего драйвера для мощных светодиодных матриц

Режим работы данного стоп-сигнала заказчиком выбран мигающим. Управление драйвером выполнено на таймере NE555 (Рис. 11).

Рис. 11 Принципиальная схема управления светодиодным драйвером стоп-сигнала

Отличительной особенностью самого драйвера является цепь VT1R7R8R9, защищающая ключевой транзистор VT3 от пробоя высоким напряжением при обрыве контакта со светодиодами. Делитель R8R9 с коэффициентом деления 1:120. При выходном напряжении более 80 на базе транзистора VT1 появляется напряжение, превышающее 0,7 В, он открывается и шунтирует на общую шину первый каскад выходного ключа. Такой принцип защиты описан в [7], но опять же, сама его схемотехническая реализация была другой.

К этому же выводу по схеме «проводного ИЛИ» подключен и 7-й вывод таймера (с открытым коллектором), разрешающий работу драйвера при единичном состоянии на 3-м выводе (состояние формирования выходного импульса). Аналогов подобного метода управления не найдено. Это не значит, что их нет вообще, но авторам статьи в открытом доступе они не встречались.

Фото готовых драйверов показано на Рис. 12, а сам стоп-сигнал (в разобранном виде) — на рис. 13. Светодиодные матрицы прикреплены к алюминиевому радиатору. За счет кратковременности работы стоп-сигнала тепловой режим рассеивания мощности матрицами в закрытом корпусе не критичен.

Фото драйверов стоп-сигнала

Рис. 12 Фото драйверов стоп-сигнала

Фото стоп-сигнала

Рис. 13 Фото стоп-сигнала

Следует отметить, что для таких токов весьма существенной является топология печатной платы. Первый вариант ее разводки не позволил поднять ток через светодиоды более 0,7 А при любом соотношении номиналов делителя R3R4R5R6. После ее переразводки с оптимизацией дорожек (Рис. 14) максимальное значение удалось поднять до 1,2 А, что свидетельствует о неоптимальности и этого варианта. Поэтому файл с печатной платой и не прикладывается. Но заказчика работа стоп-сигнала полностью удовлетворила и дальнейшей оптимизации разводки не производилось.

Рис. 14 Печатная плата мощного светодиодного драйвера

До сих пор речь шла о токостабилизирующих драйверах, выполненных на микросхеме MC34063, однако, сам описанный выше принцип стабилизации тока позволяет применить его для практически любого импульсного преобразователя-стабилизатора напряжения.

В качестве «подопытного кролика» был выбран повышающий стабилизатор на микросхеме SDB6826 китайского производства. Его исходная схема приведена на Рис. 15, а переделанная под токостабилизацию — на Рис. 16. Платы импульсных преобразователей до и после переделки показаны на Рис. 17.

Читайте также:  Над нагретым хромом пропустили ток азота

Рис. 15 Принципиальная схема повышающего стабилизатора напряжения на SDB6826 [8]

Рис. 16 Принципиальная схема переделки импульсного стабилизатора напряжения на SDB6826 под стабилизацию тока

Платы повышающих импульсных преобразователей на основе микросхемы SDB6826

Рис. 17 Платы повышающих импульсных преобразователей на основе микросхемы SDB6826
Слева вверху — до переделки; справа внизу — после переделки.

Переделанная плата была использована для питания трех последовательно включенных белых светодиодов мощностью по 3 Вт током 300 мА от одного литиевого аккумулятора 18650 в ручном фонарике (Рис. 18). КПД составил 91%.

Повышающий драйвер для ручного светодиодного фонарика

Рис. 18 Повышающий драйвер для ручного светодиодного фонарика

Вторым «подопытным кроликом» стала опять же готовая плата понижающего стабилизатора напряжения на микросхеме LM2596S [9] для питания 10-ваттной белой светодиодной матрицы от гелевого 12-вольтового аккумулятора током 1 А. Стабилизация тока сохранялась при питании от свежезаряженного аккумулятора (13,4 В) и прекращалась при снижении питающего напряжения ниже 12,2 В, что можно объяснить значительным напряжением насыщения биполярного ключевого транзистора данной микросхемы, работающего по схеме включения с общим коллектором. К сожалению, фото, иллюстрирующие этот экспериент, не сохранились. По его результатам стала очевидной необходимость применения внешнего ключевого транзистора, как на схеме по Рис. 8.

Экспериментов с инвертирующим драйвером не производилось.

Таким образом, экспериментально подтверждена применимость использования различных микросхем, позиционируемых, как стабилизаторы напряжения, в качестве стабилизаторов тока для светодиодов, обеспечивающих минимальные потери на токоизмерительном шунте.

Источник

7 схем импульсных стабилизаторов напряжения

Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напряжения получают в последнее время все более широкое распространение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов. Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь малая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходные транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.

Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов является наличие на выходе высокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.

Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входного, можно собрать на трех транзисторах (рис. 6.1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (ѴТЗ) является усилителем сигнала рассогласования.

принципиальная схема

Рис. 6.1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%.

Устройство работает в автоколебательном режиме. Напряжение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора ѴТ1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора ѴТ2.

Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласования является каскад на транзисторе ѴТЗ. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.

В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа. Включением/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора ѴТЗ управляет транзистор ѴТ2. В моменты, когда транзистор ѴТ1 открыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запасается электромагнитная энергия. После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульсации выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильтром L1, СЗ.

Характеристики стабилизатора целиком определяются свойствами транзистора ѴТ1 и диода VD1, быстродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, выходном — 15 В и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.

Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — около 1 мГн.

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 6.2. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых каркасах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ. Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм. Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, активное сопротивление обмотки — 13 мОм. Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала.

принципиальная схема

Рис. 6.2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5. 7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая величину конденсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18. 20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе СЗ минимальны.

Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8. 10В, увеличив величину резистора R7 и установив новое значение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе ѴТЗ, также увеличится.

В схемах импульсных стабилизаторов желательно использовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходимую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.

Основные технические характеристики:

Входное напряжение, В — 15. 25.

Выходное напряжение, В — 5.

Максимальный ток нагрузки, А — 4.

Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мВ, не более — 50.

КПД, %, не ниже — 60.

Рабочая частота при входном напряжении 20 б и токе нагрузки 3А, кГц—20.

В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стабилизатора в новой конструкции А. А. Миронова (рис. 6.3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и характер переходного процесса при воздействии импульсной нагрузки.

принципиальная схема

Рис. 6.3. Схема импульсного стабилизатора напряжения.

Оказалось, что при работе прототипа (рис. 6.2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзистор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительные потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.

Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 6.2) был введен дополнительный выходной LC-фильтр (L2, С5). Уменьшить нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2. Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью уменьшения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличится пульсация выходного напряжения.

Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выходной фильтр, а емкость конденсатора С2 увеличить в 5. 10 раз (параллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею).

Цепь R2, С2 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практически не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резистора R3 увеличить до 820 Ом. Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 6 до 25 6 ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт). Подключением нижнего по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсатора С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 6.3) должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключевой транзистор. Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достигнуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной. Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна превышать 30 мкГч.

Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше быстродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравнению с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Конденсатор С2 типа К52-1.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особенность работы мощного транзистора ѴТЗ в исходном и улучшенном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет высокое значение коэффициента передачи тока и быстро закрывается. Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рассеиваемая мощность в 1,5. 2 раза превышает минимально достижимое значение.

Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода питания) напряжения смещения на эмиттер транзистора ѴТ2 (см. рис. 6.3). Необходимую величину напряжения смещения подбирают при налаживании стабилизатора. Если он питается от выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдельную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 6.4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1. Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

принципиальная схема

Рис. 6.4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 6.3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ. Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 6.4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35. Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 6.5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1. Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

принципиальная схема

Рис. 6.5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.

Технические характеристики стабилизатора:

Входное напряжение — 15. 25 В.

Выходное напряжение — 12 6.

Номинальный ток загрузки — 1 А.

Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, Ін=1 А) — 89%.

Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.

Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ѴТ4 и закрыванию ключевого элемента. Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ѴТ1 следует установить на теплоотводе размерами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ѴТ4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 6.2.

Читайте также:  Функции трансформатора переменного тока

принципиальная схема

Рис. 6.6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69. 72%.

принципиальная схема

Рис. 6.7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малыми пульсациями.

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3. 48 кГц.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм. Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69. 72%. Коэффициент стабилизации — 500. Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при входном напряжении 20. 25 В обеспечивает на выходе стабильное напряжение 12 В при токе нагрузки 1,2 А. Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.

Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А] ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Источник



Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.

Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).

Стабилизаторы тока на транзисторах

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т.н. эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Далее, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: Iэ = Uэ/R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды.

Стабилизатор для светодиодов

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы транзистора.

Например, если нужно получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиодов с прямым напряжением 3.1 В, то схему следует запитать напряжением не ниже 12 Вольт. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Транзистор следует подобрать с максимальным напряжением Uкэ не ниже напряжения питания, например, распространенный S9014 (n-p-n).

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для S9014 и диодов 1N4148 достаточно будет 10 кОм.

Светодиодный светильник со стабилизацией тока

Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:

Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения. Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы.

LED-светильник со стабилизатором тока

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0.5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1.2 мкФ, то на транзисторе будет падать

23 Вольт, а мощность составит около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544, можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора больше 100 мА и допустимым напряжением Uкэ не менее 300 В (подойдут, например, старые советские КТ940, КТ969).

Желаемый ток, как обычно, задается резистором R*. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5.1 В и мощность 0.5 Вт. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты).

Стабилизатор тока светодиодов

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.6/Iнагр. При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока.

Достоинства схемы — ее простота. К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения (а следовательно и мощности) на транзисторе VT1. Это не критично при небольших токах (десятки и сотни миллиампер), однако дальнейшее увеличение тока через светодиоды потребует установки этого транзистора на радиатор.

Стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе (схема)

Также, вместо биполярного транзистора, можно применить p-канальный MOSFET. Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух 10-ваттных светодиодах и 40-ваттном IRF9510 в корпусе ТО-220 (см. характеристики):

Ток через светодиоды задается подбором резистора R1. VT1 — любой маломощный. Светодиоды — Cree XM-L T6 10W (см. спецификацию) или аналогичные.

Транзистор VT2 и светодиоды необходимо разместить на общем радиаторе, площадью не менее 900 см 2 (это если без принудительного охлаждения). Использование термопасты обязательно. Ребра радиатора должен быть толстым и массивным, чтобы максимально быстро отводить тепло. Оцинкованные профили для гипсокартона, консервные банки из-под селедки и крышки от кастрюль категорически не подходят.

Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного. Но при этом придется понизить напряжение питания на 3-3.5 вольта. Иначе потребляемая мощность останется прежней, транзистор будет греться в два раза сильнее, а светить будет в два раза хуже.

Для снижения мощности правильнее было бы оставить оба светодиода, но уменьшить ток, например, до 2А — тогда мощность упадет с 20 до 12 Вт, а срок жизни светодиодов многократно возрастет. И площадь радиатора можно будет уменьшить до 600 см 2 .

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Если совсем ничего нет, самое время закупиться по дешевке:

наименование характеристики цена
IRF9510 P-channel, 100V, 4A 209 руб. / 10 шт.
IRF9Z34N P-channel, 55V, 19A 124 руб. / 10 шт.
NDP6020P P-channel, 20V, 24A 120 руб. / 10 шт.
Cree XM-L T6 10W, 3A 135 руб. / шт.

Стабилизатор (генератор) тока на полевом транзисторе КП303Е

Ну а самая простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:

Выходная характеристика полевого транзистора

Вместо КП303Е подойдет, например, BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли». Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (берется из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток Uси. Это хорошо видно из графика выходной характеристики:

На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока (а значит и ток нагрузки).

Генератор (стабилизатор) тока на MOSFET

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS229. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Схема включения TL431 в качестве стабилизатора тока

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I = IR2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать.

R1 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить минимальный рабочий ток микросхемы — 1 мА.

Схема светильника без пульсаций (LED-лампа на TL431)

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает около 20-30 В, рассеиваемая мощность составляет менее 1.5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544 можно применить более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе TO-220 не требуют установки на радиатор до мощностей 1.5-2 Вт включительно.

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

В качестве нагрузки Rн здесь выступают 90 белых чип-светодиодов 2835. Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0.2 Вт (24Lm), падение напряжения — 3.2 В. Также можно применить любые другие подходящие светодиоды, например, SMD5050.

Для увеличение срока службы мощность диодов специально занижена на 20% (0.16 Вт, ток 45 мА), соответственно, суммарная мощность всех светодиодов составляет — 14 Вт.

Хотя я бы рекомендовал найти светодиоды в точно таком же форм-факторе (2.8х3.5мм), но мощностью 0.5 Вт. Они и греться будут меньше и прослужат дольше.

Найти такие светодиоды, а также все необходимое для сборки схемы можно по этим ссылкам:

наименование характеристики цена
SMD 2835 LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W 67 руб. / 100 шт.
2SC4544 NPN, 300V, 0.1A 10 руб. / шт.
BD711 NPN, 100V, 12A 120 руб. / 10 шт.
1N4007 1000V, 1A 51 руб. / 100 шт.
TL431A 36V, 100mA 87 руб. / 100 шт.

Разумеется, приведенную схему стабилизатора тока для светодиодов на 220 В можно пересчитать под любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся в распоряжении светодиодов.

С учетом допустимого разброса напряжения 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014), выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от 293 до 358 В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений, рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0.5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED = 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007.

Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):

название характеристики стоимость
SMD 5630 LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W 240руб. / 1000шт.
LM317 1.25-37V, >1.5A 112руб. / 10шт.
MB6S 600V, 0.5A 67руб. / 20шт.
120μF, 400V 18х30mm 560руб. / 10шт.

Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (. ) не мерцающих (. ) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.

Вместо заключения

К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.

Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением импульсных стабилизаторов тока.

Источник