Импульсный стабилизатор тока: Стабилизатор тока для светодиодов, схемы

Содержание

принцип работы, импульсная модель, универсальный регулируемый прибор

Чтобы эффективно побороть различные помехи в сети, необходимо использовать простые стабилизаторы тока. Современные производители занимаются промышленным изготовлением таких устройств, благодаря чему каждая модель отличается своими функциональными и техническими характеристиками. В бытовой отрасли нет больших требований к стабилизаторам тока, но высококачественное измерительное оборудование всегда нуждается в стабильном напряжении.

Краткое описание

Опытные мастера прекрасно знают, что простейшие ограничители тока представлены в виде обычных резисторов. Такие агрегаты часто называют стабилизаторами, что не является действительностью, так как они не способны убрать все помехи при колебании напряжения на своём входе. Использование резистора в схеме питания того или иного прибора возможно только в том случае, если всё входное напряжение стабилизируется.

В иной ситуации даже мельчайшие скачки напряжения воспринимаются как повышенная нагрузка, что негативно отражается на работе всего устройства. Эффективность работы резистивных ограничителей тока является довольно низкой, так как потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.

Более высоким уровнем КПД обладают те конструкции, которые изготовлены на базе готовых интегральных микросхем линейных стабилизаторов. Схемы таких устройств отличаются минимальным набором элементов, простотой настройки и отсутствием помех. Чтобы избежать нежелательного перегрева регулирующего элемента, различия между входным и выходным напряжением должны быть минимальными. В противном случае корпус микросхемы будет вынужден рассеивать всю невостребованную энергию, что в несколько раз снижает итоговый показатель КПД.

Наибольшей эффективностью обладают схемы с широтно-импульсной модуляцией. Их производство основано на использовании универсальных микросхем, где присутствует цепь обратной связи и специальные защитные механизмы, благодаря чему существенно возрастает надёжность всего устройства. Использование импульсного трансформатора ведёт к удержанию схемы, что положительно влияет на уровень КПД и продолжительность эксплуатационного срока. Стоит отметить, что такие стабилизаторы мастера часто изготавливают своими руками, используя для этого специальные детали.

Функциональные возможности

Только тот мастер, который хорошо знает принцип работы стабилизатора тока, сможет эффективно применять это устройство в различных сферах. Основная сложность в том, что электросети насыщены различными помехами, которые негативно влияют на работоспособность оборудования и приборов. Чтобы эффективно преодолеть источники отрицательного воздействия, специалисты повсюду применяют стабилизаторы напряжения и тока.

В каждом таком изделии присутствует незаменимый элемент — трансформатор, который обеспечивает стабильную и безотказную работу всей системы. Даже самая элементарная схема обязательно укомплектована универсальным выпрямительным мостом, который соединён с разными резисторами, а также конденсаторами. К главным эксплуатационным характеристикам относятся предельный уровень сопротивления и индивидуальная ёмкость.

Квалифицированные специалисты отмечают, что простой стабилизатор тока функционирует по самой элементарной схеме. Всё дело в том, что электрический ток поступает на основной трансформатор, благодаря чему меняется его предельная частота. На входе она всегда совпадает с этим показателем в электросети, находясь в пределах 50 герц. Только после того, как произошло преобразование тока, предельная частота будет снижена до оптимальной отметки.

Стоит отметить, что в традиционной схеме присутствуют мощные высоковольтные выпрямители, которые помогают определить полярность напряжения. А вот конденсаторы участвуют в качественной стабилизации тока, резисторы устраняют имеющиеся помехи.

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Опытные мастера согласятся, что собрать качественный и долговечный стабилизатор не так уж и сложно. Главная особенность состоит в том, что на блок может быть установлена целая система низковольтных конденсаторов на 20 вольт, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор, выполненный своими руками — это вариант LM317. Потребуется только правильно рассчитать резистор для используемого светодиода с помощью специализированного онлайн-калькулятора.

Важным фактом остаётся то, что для слаженной работы такого агрегата отлично подходит подручное питание:

Стандартный блок на 19 вольт от ноутбука.
На 24 В.
Более мощный агрегат на 32 вольт от обычного принтера.
Либо на 9 или на 12 вольт от какой-либо бытовой электроники.

К основным преимуществам такого преобразователя всегда относят его доступность, минимальное количество элементов, высокую степень надёжности, а также наличие в магазинах. Собирать самостоятельно более сложную схему весьма нерационально. Если мастер не обладает необходимым опытом, тогда импульсный стабилизатор тока лучше купить в готовом виде. При необходимости его всегда можно усовершенствовать.

Продолжительность работы светодиода без потери яркости зависит от режима. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, — их довольно трудно сжечь. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора. Сам процесс сборки состоит из нескольких основных этапов:

Потребуется купить переменный резистор сопротивлением в 0.5 кОм (имеет три вывода и ручку регулировки). Заказать его можно через интернет или купить в «Радиолюбителе».
Провода припаиваются к среднему выводу, а также к одному из крайних.

С помощью мультиметра, включённого в режиме измерения сопротивления, замеряется сопротивление резистора. Нужно добиться максимального показания в 500 Ом (чтобы светодиод не перегорел при низком сопротивлении резистора).
После внимательной проверки правильности соединений перед подключением собирается цепь.

Для любого устройства можно добиться подачи 10 А (задаётся низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения. Максимальная мощность LM317 — 1.5 ампер. Если есть необходимость увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор.

Универсальная регулируемая модель

Многие мастера сталкиваются с необходимостью использования высококачественного стабилизатора, который позволил бы проводить настройки сети в широком диапазоне. Некоторые современные схемы отличаются тем, что в них предусмотрено наличие токозадающего резистора с пониженными характеристиками. Сами специалисты отмечают, что такое устройство позволяет проводить усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние принято называть усиленным напряжением ошибки.

Параметры опорного и ошибочного напряжения можно сравнить при помощи опорного усилителя, благодаря этому мастер осуществляет настройку состояния полевого транзистора. Стоит отметить, что такая схема требует дополнительного питания, которое обязательно должно поступать к отдельному разъёму. Всё дело в том, что питающее напряжение должно обеспечивать слаженную работу абсолютно всех компонентов используемой схемы. Допустимый уровень не должен быть превышен, так как это чревато преждевременной поломкой оборудования.

Чтобы максимально правильно настроить работу регулируемого стабилизатора тока, необходимо использовать специальный ползунок. Именно подстроечный резистор позволяет мастеру выставить максимальное значение тока. Настройка сети получается более гибкой, так как все параметры можно самостоятельно корректировать в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Многофункциональный прибор

Среднюю сложность изготовления имеют драйверы для светодиодов на 220 В. Много времени может занять их настройка, требующая опыта по наладке. Такой драйвер извлечь можно из светодиодных ламп, прожекторов и светильников с неисправной светодиодной цепью. Большинство из них также возможно доработать, узнав модель контроллера преобразователя. Параметры обычно задаются одним или несколькими резисторами.

В datasheet указывается уровень сопротивления, необходимый для получения нужного тока. Если установить регулируемый резистор, то количество Ампер будет настраиваемым (но без превышения указанной номинальной мощности).

Ещё недавно высокой популярностью пользовался универсальный модуль XL4015. По своим характеристикам он подходит для подключения светодиодов с высокой мощностью (до 100 Ватт). Стандартный вариант его корпуса припаян к плате, выполняющей функции радиатора. Чтобы улучшить охлаждение XL4015, схема должна быть доработана с установкой радиатора на коробку устройства.

Многие пользователи просто ставят его сверху, однако, эффективность такой установки довольно низкая. Систему охлаждения желательно располагать внизу платы, напротив пайки микросхемы. Для оптимального качества её можно отпаять и установить на полноценный радиатор, используя термопасту. Провода потребуется удлинить. Дополнительное охлаждение можно монтировать и для диодов, что значительно повысит эффективность работы всей схемы.

Среди драйверов наиболее универсальным считается регулируемый. Обязательно устанавливается переменный резистор, который задаёт количество ампер. Эти характеристики обычно указываются в следующих документах:

В сопроводительной документации к микросхеме.
В datasheet.
В стандартной схеме включения.

Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1—3 А (в соответствии с моделью контроллера широтно-импульсной модуляции). Главный недостаток этих драйверов — чрезмерный нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и контроллера. Дроссель заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.

Незаменимое устройство постоянного тока

Даже начинающий мастер знает, что такой агрегат работает по принципу двойного интегрирования. Абсолютно во всех моделях за этот процесс отвечают преобразователи. Универсальные двухканальные транзисторы предназначены для увеличения существующих динамических характеристик. Важно помнить, что для устранения тепловых потерь нужно использовать конденсаторы с большой ёмкостью.

Сделать показатель выпрямления можно только благодаря точному расчёту необходимого значения. Как показывает практика, если при выходном напряжении постоянного тока получается 12 ампер, то предельное значение должно составлять 5 В. Устройство сможет стабильно поддерживать рабочую частоту на отметке 30 Гц. Относительно порогового напряжения — всё зависит от блокировки сигнала, который поступает от трансформатора. Но фронт импульсов не должен превышать 2 МКС.

Только качественное преобразование тока позволяет обеспечить слаженную работу главных транзисторов. В этой схеме допускается использование исключительно полупроводниковых диодов. Если резисторы балластные, то это чревато большими тепловыми потерями. Именно поэтому коэффициент рассевания существенно увеличивается. Мастер может увидеть, что амплитуда колебаний возросла, а процесс индуктивности не произошёл.

Современная схема на базе КРЕН

Такое устройство будет стабильно работать только с элементами LM317 и КР142ЕН12. Это связано с тем, что они выступают в качестве универсальных стабилизаторов напряжения, хорошо справляясь с током до 1.5 А и выходным напряжением до 40 вольт. В классическом тепловом режиме эти элементы способны качественно рассеивать мощность до 10 Ватт. Сами микросхемы отличаются низким собственным потреблением, так как этот показатель составляет всего 8 мА. Главное, что этот показатель остаётся неизменным даже в том случае, если напряжение колеблется.

Отдельного внимания заслуживает микросхема LM317, которая способна удерживать постоянное напряжение на основном резисторе. Этот агрегат с неизменным сопротивлением обеспечивает максимальную стабильность проходящего через него тока, благодаря чему его часто называют токозадающим резистором. Современные стабилизаторы на КРЕН отличаются от своих аналогов относительной простотой, за счёт чего активно эксплуатируются в качестве зарядки для аккумуляторов и для электронной нагрузки.

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.

Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы тока.

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Виды стабилизаторов тока

Существует множество разных видов стабилизаторов в зависимости от их назначения и принципа работы. Рассмотрим подробнее основные из таких устройств.

Стабилизаторы на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I ²х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Стабилизаторы тока для светодиодов

Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:

Блок от принтера на 32 В.
Блок от ноутбука на 19 В.
Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Микросхемы импульсных понижающих стабилизаторов. Эволюция схемотехники – Компоненты и технологии

Рассмотрим схемотехнику и функциональные возможности микросхем понижающих импульсных стабилизаторов в их развитии.

Схема импульсного понижающего стабилизатора напряжения изображена на рис. 1. Детальное рассмотрение процесса работы стабилизатора можно найти в специальной литературе, например в [1]. Напомним только, что без учета потерь в элементах схемы выходное напряжение определяется следующим образом:

где t_on — время открытого состояния ключа, T — период следования импульсов.

Это позволяет путем изменения соотношения времени открытого состояния ключа и периода следования импульсов регулировать выходное напряжение, а при наличии цепи отрицательной обратной связи и стабилизировать его.

В качестве ключа VT используются как биполярные, так и полевые транзисторы, а вместо диода VD в стабилизаторах с синхронным выпрямлением применяется полевой транзистор.

Первой реализацией импульсного понижающего стабилизатора напряжения был релейный (гистерезисный) импульсный преобразователь, имеющий очень простое схемотехническое решение.

Если для большинства схем импульсных преобразователей практически неизбежно наличие пульсаций выходного напряжения, то для релейного преобразователя наличие пульсаций, приведенных к входу обратной связи, равных напряжению гистерезиса компаратора, — обязательное условие нормальной работы.

Упрощенная схема релейного преобразователя показана на рис. 2. Характерная и «малоприятная» особенность схемы — зависимость частоты преобразования от параметров элементов схемы и режима работы стабилизатора:

Как следует из вышеприведенной формулы, частота зависит от входного и выходного напряжений, эквивалентного последовательного сопротивления выходного конденсатора, индуктивности дросселя и напряжения гистерезиса компаратора. Изменение частоты вшироких пределах не позволяет оптимизировать по габаритам дроссель и выходной конденсатор, усложняет борьбу с излучаемыми помехами.

На рис. 3 изображена практическая схема релейного преобразователя, в которую входит микросхема линейного стабилизатора LM317. Такое решение — использование недорогих интегральных схем линейных стабилизаторов — применялось на первых порах при отсутствии специализированных микросхем импульсных стабилизаторов.

Хотя в настоящее время релейный способ регулирования в чистом виде практически не применяется, такие несомненные его достоинства, как малое время переходного процесса и отсутствие элементов коррекции частотной характеристики в цепи обратной связи, заставляют разработчиков искать новые конструктивные решения с его использованием.

На рис. 4 изображена схема стабилизатора с популярной микросхемой MC34063 фирмы Motorola. Частота собственных колебаний генератора задается емкостью конденсатора С2, частота вынужденных колебаний генератора выше и зависит от максимального тока ключа, устанавливаемого резистором ограничения тока R1. Поскольку скорость нарастания тока в индуктивности зависит от разности входного и выходного напряжений, частота преобразования увеличивается с ростом входного напряжения. Когда напряжение на выводе обратной связи 5 становится равным опорному напряжению, компаратор через логический элемент и триггер запрещает управление выходным ключом на один или несколько периодов частоты генератора. Таким образом, стабилизатор работает в режиме генерации пакетов импульсов. Коэффициент полезного действия стабилизатора не превышает 70%, основные потери — изза большого падения напряжения на составном транзисторе ключа и резисторе ограничения тока.

Обновленная версия MC34063 — микросхема NCP3063 фирмы ON Semiconductor — имеет более совершенную схему ограничения максимального тока ключа, работающую только в переходных и аварийных режимах, и дополнена температурной защитой.

Температурная защита, предусматриваемая во многих современных микросхемах, предназначенных для силовой электроники, переводит мощные выходные каскады в выключенное состояние при незначительном превышении температуры кристалла относительно максимально допустимой. Тем самым существенно повышается эксплуатационная надежность аппаратуры.

В микросхеме ADP1111 (схема, в состав которой она включена, показана на рис. 5) частота генератора фиксирована и равна 72 кГц. Регулирование выходного напряжения обеспечивается остановкой генератора по достижении выходным напряжением номинального значения, то есть, как и в предыдущей схеме, стабилизатор работает в режиме генерации пакетов импульсов. При остановленном генераторе собственное потребление микросхемы составляет всего 300 мкА, что делает работу схемы весьма эффективной. Дополнительный усилитель предназначен для построения схем детектора напряжения, усилителя ошибки, либо дополнительного линейного стабилизатора. Версии микросхемы с фиксированным выходным напряжением имеют встроенный делитель в цепи отрицательной обратной связи. У микросхемы есть встроенная защита по току ключа с возможностью уменьшения тока срабатывания защиты внешним резистором R_LIM, чем обеспечивается регулировка максимального выходного тока стабилизатора.

Ограничение максимального выходного тока стабилизатора установкой пользователем максимального тока ключа допускает ограниченная номенклатура микросхем. При необходимости можно воспользоваться техническим решением с применением микросхемы — измерителя тока, предлагаемым в [2].

Используя современные конденсаторы на выходе стабилизатора, пульсации на частоте работы генератора можно сделать весьма малыми. Пульсации же, вызванные прекращением работы выходного ключа, не могут быть меньше гистерезиса компаратора, типовое значение которого равно 2 мВ для MC34063 и 8 мВ для ADP1111, умноженного на отношение выходного напряжения к опорному напряжению.

Модифицированный релейный метод управления используется в одном из последних семейств от National Semiconductor — LM5007, LM5008, LM5010. Схема импульсного стабилизатора на LM5007 показана на рис. 6. В этой схеме время открытого состояния ключа, обратно пропорциональное входному напряжению, устанавливается резистором R1. При выходном токе более 50 мА стабилизатор работает в режиме с непрерывным током дросселя и постоянной частотой переключения, определяемой по формуле:

Частота преобразования не зависит от входного напряжения и нагрузки.

При низком выходном токе преобразователь работает в режиме прерывистого тока дросселя и на пониженных частотах, что позволяет минимизировать потери. Рабочая частота в этом режиме определяется выражением:

Чтобы гарантированно обеспечить нормальную работу стабилизатора с современными конденсаторами, имеющими, как правило, низкие значения эквивалентного последовательного сопротивления, последовательно с конденсатором С2 включают резистор R6. Пульсации выходного напряжения велики, поскольку для работы стабилизатора рекомендуется напряжение пульсации на выводе обратной связи в пределах 25ч50 мВ. При необходимости более низкого уровня пульсации выходного напряжения нагрузку можно подключать параллельно конденсатору С2, либо потребуется включение на выходе стабилизатора дополнительного LC-фильтра, не охваченного цепью отрицательной обратной связи.

Для питания затвора n-канального МОП-транзистора использована схема «зарядового насоса». Конденсатор С4, подключенный к выводу BST, на этапе закрытого состояния ключа заряжается через встроенный диод. На этапе открытого состояния ключа напряжение на конденсаторе суммируется с входным напряжением, что и обеспечивает большее напряжение на затворе транзистора, чем на его стоке.

Как видно из функциональной схемы LM5007, микросхема существенно сложнее рассмотренных выше, и включает в себя узлы, повышающие надежность работы. Защита от пониженного входного напряжения предотвращает отпирание выходного транзистора при входном напряжении менее 6,3 В, когда схема управления уже не способна к адекватным действиям. Тем самым предотвращается выход микросхемы из строя в аварийной ситуации. Защита от повышения выходного напряжения немедленно запирает выходной ключ, если напряжение на выводе FB превысит порог в 2,875 В при внезапном увеличении входного напряжения или отключении нагрузки. Схема ограничения тока устанавливает максимальный ток ключа на уровне 0,725 А и, кроме того, регулирует время открытого состояния ключа, устанавливаемое резистором R2, при включении и перегрузке. При замыкании вывода SD/R_on на «землю» стабилизатор можно выключить, при этом ток, потребляемый от источника питания, равен сумме тока собственного потребления микросхемы 100 мкА и тока через резистор R1.

Более высокие качественные характеристики преобразования обеспечивает техника ШИМ-регулирования, используемая в подавляющем большинстве микросхем понижающих стабилизаторов. Частота преобразования, как правило, постоянна, что позволяет оптимизировать параметры дросселя и конденсатора выходного фильтра и упрощает задачу фильтрации помех на частоте преобразования. Величина пульсаций выходного напряжения существенно меньше, чем в релейных стабилизаторах, но реакция на скачкообразное изменение нагрузки или входного напряжения заметно хуже. Для обеспечения устойчивости обязательна частотная коррекция в цепи отрицательной обратной связи.

Рис. 7 поясняет принцип ШИМ-регулирования с управлением по напряжению. Выходное напряжение или его часть поступает на вход усилителя ошибки, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения V_ref. Усиленная разность напряжений подается на вход ШИМ-компаратора, на другой вход которого поступает пилообразное напряжение с частотой задающего генератора. Сравнивая эти два напряжения, компаратор модулирует длительность импульсов, управляющих ключом S. Цепи частотной коррекции условно показаны в виде комплексных сопротивлений Z1 и Z2.

Практическая схема ШИМ-стабилизатора с применением микросхемы TPS5430 из серии Swift™ от Texas Instruments показана на рис. 8. Благодаря высокой частоте задающего генератора — 500 кГц, корректирующие конденсаторы имеют небольшие номиналы, и элементы частотной коррекции интегрированы в микросхему. Использована наиболее сложная из применяемых частотная коррекция типа 3, подробнее о которой можно узнать из публикации [3], посвященной частотной коррекции импульсных стабилизаторов. На рис. 9 схема изображена с керамическим выходным конденсатором С3. При использовании электролитических конденсаторов элементы коррекции С4, С6, С7, R3 не нужны, достаточно внутренней коррекции.

Микросхема включает в себя схему формирования повышенного напряжения питания драйвера n-канального МОП-транзистора, защиту от пониженного входного напряжения, защиту от повышенного выходного напряжения и тепловую защиту. В качестве датчика тока в схеме ограничения максимального тока ключа используется сопротивление канала открытого МОП-транзистора. При достижении током стока порогового значения ключ выключается до конца текущего периода тактовой частоты. В случае серьезной перегрузки, например, при коротком замыкании на выходе, по сигналу HICCUP источник опорного напряжения закорачивается на «землю» на 10–20 мс с последующим плавным пуском стабилизатора и повторением цикла до устранения перегрузки. Схема плавного пуска обеспечивает линейное нарастание напряжения на входе усилителя ошибки от нуля до величины опорного напряжения за 8 мс. При замыкании вывода ENA на «землю» стабилизатор можно выключить, при этом потребляемый ток не превышает 50 мкА.

Изменение амплитуды пилообразного напряжения обратно пропорционально изменению входного напряжения, что обеспечивает лучшую стабильность и меньшее время реакции на возмущение в виде изменения входного напряжения.

На рис. 9 изображена схема стабилизатора на микросхеме NCV8842 фирмы ON Semiconductor, в которой использована патентованная технология V² управления.

Обычная, относительно медленная, отрицательная обратная связь через усилитель ошибки обеспечивает высокую точность поддержания выходного напряжения в статическом режиме. Частотную коррекцию обеспечивает фильтр нижних частот, образованный большим выходным сопротивлением усилителя ошибки, около 8 МОм, и внешним конденсатором C4. Отсутствие усилителя в цепи быстрой отрицательной обратной связи обеспечивает ей широкую полосу пропускания, что существенно улучшает динамические характеристики стабилизатора.

Драйвер биполярного транзистора-ключа питается повышенным напряжением, что позволяет поддерживать транзистор при открытом состоянии выходного ключа в насыщении. Ключевой транзистор двухэмиттерный, ко второму эмиттеру меньшей площади подключен резистор — датчик тока.

Частота преобразования фиксирована и равна 170 кГц. При помощи импульсов внешней синхронизации, подаваемых на вывод SYNC, можно повысить частоту преобразования до 355 кГц и синхронизировать работу нескольких микросхем в устройстве. При этом можно организовать работу двух или более стабилизаторов со сдвигом фазы для уменьшения импульсного тока через конденсатор на входе стабилизатора, что снижает требования к конденсатору и упрощает его выбор.

Особенность микросхемы — в уменьшении тактовой частоты генератора до четверти от номинального значения, с одновременным уменьшением порога срабатывания защиты по току до 40% от номинального значения, пока напряжение обратной связи не достигнет порога срабатывания в цепи обратной связи по частоте, что обеспечивает уменьшение рассеиваемой мощности в микросхеме и внешних компонентах во время включения и при перегрузках.

Более совершенные динамические характеристики по сравнению со стабилизаторами с управлением по напряжению имеют ШИМ-стабилизаторы с управлением по току, обладающие к тому же лучшей устойчивостью. В дополнение к отрицательной обратной связи по напряжению их схема включает в себя быстродействующую цепь обратной связи по току, как показано на рис. 10. Сигнал обратной связи по току поступает с датчика тока ключа, выделяется на токоизмерительном резисторе R_I и суммируется с сигналом обратной связи по напряжению.

Практическая схема стабилизатора с управлением по току на микросхеме SC4518H фирмы Semtech изображена на рис. 11. Частота преобразования фиксированная — 600 кГц, в режиме с внешней синхронизацией — до 1,2 МГц.

Сигнал обратной связи по току снимается с датчика тока, резистора 0,04 Ом, включенного в коллектор ключевого транзистора. Падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается усилителем тока, суммируется с пилообразным напряжением, формируемым задающим генератором, и поступает на вход ШИМ-компаратора, становясь опорным сигналом для сигнала обратной связи по напряжению, поступающего с выхода усилителя ошибки. Сигнал с усилителя тока поступает также в схему ограничения тока при перегрузке.

Устойчивость стабилизатора обеспечивается внешними элементами коррекции R3, C4, C5. Схема коррекции наклона пилообразного напряжения устраняет возможность самовозбуждения стабилизатора на субгармониках при коэффициенте заполнения более 50%, к чему склонны стабилизаторы с обратной связью по току. Подробнее о сути явления и способе его устранения — в [4].

Максимальный ток ключа ограничен схемой защиты от перегрузки по току на уровне 2 А. При длительной перегрузке или коротком замыкании на выходе предпринимаются периодические попытки плавного пуска

В микросхеме LM25005 использовано так называемое «квазитоковое» управление. Как видно из функциональной схемы LM25005 на рис. 12, сигнал обратной связи по току снимается с резистора, включенного последовательно с диодом VD1. Микросхема имеет широкий диапазон входного напряжения — 7–42 В и оптимизирована для применений с высоким входным напряжением. При большом отношении входного напряжения к выходному коэффициент заполнения становится очень мал, и неизбежные из-за наличия паразитных элементов в схеме искажения формы тока ключа на датчике тока ухудшают характеристики регулирования. Напротив, длительность импульса тока через диод в таком случае составляет значительную часть периода, и искажения на фронтах импульса сказываются в меньшей степени. Схема выборки и хранения формирует на выходе постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде тока через токоизмерительный резистор, а в сумматоре восстанавливается пилообразная составляющая. Ток, заряжающий конденсатор С3, на котором формируется пилообразный сигнал, зависит от входного и выходного напряжений, а для устранения колебаний на субгармониках в зарядном токе присутствует постоянная составляющая, корректирующая наклон «пилы».

Уникальна схема контроля тока ключа и защиты от перегрузки. При корректной работе восстановленный сигнал пропорционален току ключа и, если его амплитуда превышает порог компаратора ограничения тока (1,75 В), ключ немедленно запирается. При малой индуктивности дросселя или высоком входном напряжении ток через ключ может превысить допустимую величину изза задержки распространения в компараторе. При подобной перегрузке схема выборки/хранения детектирует чрезмерное значение тока на этапе открытого состояния ключа, ключ запирается, и пропускается несколько импульсов, пока напряжение на выходе сумматора не станет меньше 1,75 В.

Еще одна особенность микросхемы — в гарантированной зарядке конденсатора вольтодобавки С7 при малой нагрузке через ключ, подключенный к выводу PRE, открывающийся на 250 нс в каждом цикле на этапе закрытого состояния выходного ключа.

Частота задающего генератора устанавливается резистором R3 в пределах 50–500 кГц, подачей синхронизирующих импульсов на вывод SYNC генератор можно заставить работать на частоте более высокой, чем частота собственных колебаний.

Плавный пуск обеспечивается зарядкой до опорного напряжения конденсатора С4, подключенного к выводу SS, а в итоге — к неинвертирующему входу усилителя ошибки, при постоянном токе 10 мкА. Изменяя емкость конденсатора, можно изменить время задержки выхода стабилизатора в номинальный режим.

На рис. 13 показана схема стабилизатора с синхронным выпрямлением и управлением по среднему току дросселя с применением микросхемы контроллера MAX5061 фирмы Maxim. Управление по среднему току дросселя свободно от проблем, связанных с усилением коротких импульсов тока, маскированием помех на их фронтах, задержками распространения сигнала, присущих методу управления по максимальному току ключа.

Поскольку стабилизатор рассчитан на большой выходной ток, мощные выходные транзисторы — внешние. Энергия передается в нагрузку и запасается в индуктивности, когда открыт транзистор верхнего плеча. В это время транзистор нижнего плеча закрыт. И, наоборот, при открытом транзисторе нижнего плеча, транзистор верхнего плеча закрыт, а энергия, запасенная в индуктивности, ретранслируется в нагрузку. Схемы с синхронным выпрямлением особенно эффективны при низких выходных напряжениях. Потери в транзисторе нижнего плеча многократно меньше, чем в диоде, который он заменяет.

Цепь обратной связи по току состоит из резистора датчика тока R1, включенного последовательно с дросселем, прецизионного дифференциального усилителя тока, усилителя ошибки по току и ШИМ-компаратора. Выходное напряжение усилителя ошибки по току представляет собой усиленную разность между выходным напряжением усилителя ошибки по напряжению и усилителя тока. Этим обеспечивается регулировка тока дросселя в соответствии с выходным напряжением. Частотная характеристика усилителя ошибки по току имеет спад на высоких частотах, что ослабляет влияние шумов и помех в сигнале с датчика тока. Внешние элементы коррекции частотной характеристики, требующие тщательного расчета, подключены к выводу CLP, соединенному с выходом усилителя ошибки по току.

Плавный пуск организован подачей линейно нарастающего напряжения 0–0,7 В с 5-разрядного ЦАП на третий (неинвертирующий) вход усилителя ошибки по напряжению. Пока напряжение на выходе ЦАП меньше опорного напряжения 0,6 В, схема работает под управлением ЦАП, далее переходит в режим работы с опорным напряжением.

Частота преобразования устанавливается в пределах от 125 кГц до 1,5 МГц внешним резистором R_T, подключенным к многофункциональному выводу RT/SYNC/EN. Соответствующими сигналами, подаваемыми на этот вывод, стабилизатор можно синхронизировать от внешнего генератора или выключить.

При максимально допустимом входном напряжении 27 В выходное напряжение не может превышать 5,5 В, максимального входного синфазного напряжения усилителя тока, ограниченного напряжением встроенного стабилизатора, питающего все узлы микросхемы.

Еще один пример стабилизатора с синхронным выпрямлением с использованием микросхемы MIC2285 фирмы Micrel, работающей с частотой преобразования 8 МГц, изображен на рис. 14. Коэффициент полезного действия конкретной схемы стабилизатора достигает 90%. Транзистор верхнего плеча p-канальный, соответственно отсутствует схема вольтодобавки для питания его драйвера.

При выходном токе, не превышающем 60 мА, при подаче высокого логического уровня на вывод LOWQ схему можно перевести в режим LDO-стабилизатора, что позволит уменьшить собственное потребление схемы и снизить уровень шумов в выходном напряжении.

Похожими возможностями обладает микросхема NCP1500, которая работает в качестве понижающего стабилизатора с синхронным выпрямлением при наличии импульсов синхронизации, автоматически переключаясь в режим с пропусками импульсов при малой нагрузке, а при отсутствии импульсов синхронизации схема переключается в режим линейного LDO-стабилизатора.

Микросхемы импульсных преобразователей, предназначенные для применения в компьютерах и портативной аппаратуре, имеют сложные функциональные схемы, включают в себя по несколько каналов импульсных и линейных стабилизаторов с управляемым по цифровым входам выходным напряжением, определенным порядком их включения и другими дополнительными функциями. Пример подобной микросхемы — MPC18730 от Freescale Semiconductor, управляемая микроконтроллером по трехпроводному интерфейсу и включающая в себя два понижающих импульсных стабилизатора с синхронным выпрямлением, один повышающий импульсный преобразователь и три линейных LDO-стабилизатора.

Производители микросхем стремятся максимально интегрировать в кристалл компоненты и функции стабилизатора, но не все возможно. Мала номенклатура микросхем со встроенным диодом, технология быстродействующих диодов плохо сочетается с технологией интегральных микросхем, да и площадь, занимаемая диодом на кристалле, слишком велика. В их числе одна из первых микросхем импульсного стабилизатора фирмы Motorola — μA78S40, медленный встроенный диод которой сам производитель рекомендует заменять внешним быстродействующим, и LT1572 от Linear Technology со встроенным диодом Шоттки (1 А, 20 В). Экзотикой остается и микросхема MIC33050 от Micrel, 0,5-А стабилизатор с интегрированным дросселем, работающий на частоте 4МГц.

Облегчают выбор подходящей микросхемы интерактивные таблицы, размещенные на сайтах производителей, позволяющие осуществлять сортировку по выбранным параметрам. Бесплатные программы, такие как Webench от National Semiconductor, Swift Designer Tool и SwitcherPro™ от Texas Instruments, LTSpice/SwitcherCAD III от Linear Technology, содержат большое количество примеров схем преобразователей различной конфигурации, позволяют рассчитать параметры внешних компонентов, моделировать схему стабилизатора и наблюдать сигналы в различных цепях схемы.

Литература

Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
Maxim/Dallas. Application Note 478. Current-Limit Circuit for Buck Regulator.
A General Approach for Optimizing Dynamic Response for Buck Converter. Application Note AN8143/D, ON Semiconductor.
Modelling, Analysis and Compensating of the Current Mode Controller. Application Note U-97, Unitrode. slua101.pdf. Texas Instruments.

Мощный импульсный стабилизатор напряжения и тока. Две простые, но надежные схемы стабилизатора тока для светодиодов в авто

Каждый раз, читая новые записи в блогах я сталкиваюсь с одной и той же ошибкой – ставят стабилизатор тока там, где нужен стабилизатор напряжения и наоборот. Постараюсь объяснить на пальцах, не углубляясь в дебри терминов и формул. Особенно будет полезно тем, кто ставит драйвер для мощных светодиодов и питает им множество маломощных. Для вас – отдельный абзац в конце статьи.

Для начала разберемся с понятиями:

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Исходя из названия – стабилизирует напряжение. Если написано, что стабилизатор 12В и 3А, то значит стабилизирует именно на напряжение 12В! А вот 3А – это максимальный ток, который может отдать стабилизатор. Максимальный! А не «всегда отдает 3 ампера». То есть от может отдавать и 3 миллиампера, и 1 ампер, и два… Сколько ваша схема кушает, столько и отдает. Но не больше трех. Собственно это главное.

Когда-то они были такие и подключали к ним телевизоры…

И теперь я перейду к описанию видов стабилизаторов напряжения:

Линейные стабилизаторы (те же КРЕН или LM7805/LM7809/LM7812 и тп)

Вот она – LM7812. Наш советский аналог – КРЕН8Б

Самый распространенный вид. Они не могут работать на напряжении ниже, чем указанное у него на брюхе. То есть если LM7812 стабилизирует напряжение на 12ти вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум примерно на полтора вольта больше. Если будет меньше, то значит и на выходе стабилизатора будет меньше 12ти вольт. Не может он взять недостающие вольты из ниоткуда. Потому и плохая это идея – стабилизировать напряжение в авто 12-вольтовыми КРЕНками. Как только на входе меньше 13.5 вольт, она начинает и на выходе давать меньше 12ти.

Еще один минус линейных стабилизаторов – сильный нагрев при хорошей такой нагрузке. То есть деревенским языком – все что выше тех же 12ти вольт, то превращается в тепло. И чем выше входное напряжение, тем больше тепла. Вплоть до температуры жарки яичницы. Чуть нагрузили ее больше, чем пара мелких светодиодов и все – получили отличный утюг.

Импульсные стабилизаторы – гораздо круче, но и дороже. Обычно для рядового покупателя это уже выглядит как некая платка с детальками.

Например вот такая платка – импульсный стабилизатор напряжения.

Бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Самые крутые – всеядные. Им все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим увеличения или уменьшения напряжения и держит заданное на выходе. И если написано, что ему на вход можно от 1 до 30 вольт и на выходе будет стабильно 12, то так оно и будет.

Но дороже. Но круче. Но дороже…
Не хотите утюг из линейного стабилизатора и огромный радиатор охлаждения впридачу – ставьте импульсный.
Какой вывод по стабилизаторам напряжения?
ЗАДАЛИ ЖЕСТКО ВОЛЬТЫ – а ток может плавать как угодно (в определенных пределах конечно)

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
В применении к светодиодам именно их еще называют «светодиодный драйвер». Что тоже будет верно.

Вот, к примеру, готовый драйвер. Хотя сам драйвер – маленькая черная восьминогая микросхема, но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Задает ток. Стабильно! Если написано, что на выходе 350мА, то хоть ты тресни – будет именно так. А вот вольты у него на выходе могут меняться в зависимости от требуемого светодиодам напряжения. То есть вы их не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из количества светодиодов.
Если очень просто, то описать могу только так. =)
А вывод?
ЗАДАЛИ ЖЕСТКО ТОК – а напряжение может плавать.

Теперь – к светодиодам. Ведь весь сыр-бор из-за них.

Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр – падение напряжения! То есть сколько на нем теряется . Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта. Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!

То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука. Ограничьте ему ток – и он будет сыт и будет светить долго и счастливо.

Вот берем самый распространненый вариант соединения светодиодов (такой почти во всех лентах используется) – последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Питаем от 12 вольт. Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели (про расчет не пишу, в интернете навалом калькуляторов). После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт………Нам пока хватает. На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта. И для третьего светодиода тоже хватит. А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта. И если захотите поставить четвертый, то уже не хватит. Вот если запитать не от 12В а от 15, то тогда хватит. Но надо учесть, что и резистор тоже надо будет пересчитать. Ну вот собственно и пришли плавно к…

Простейший ограничитель тока – резистор. Их часто ставят на те же ленты и модули. Но есть минусы – чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде. И наоборот. Поэтому если у вас в сети напряжение скачет, что кони через барьеры на соревнованиях по конкуру (а в автомобилях обычно так и есть), то сначала стабилизируем напряжение, а потом ограничиваем резистором ток до тех же 20мА. И все. Нам уже плевать на скачки напряжения (стабилизатор напряжения работает), а светодиод сыт и светит на радость всем.
То есть – если ставим резистор в автомобиле, то нужно стабилизировать напряжение.

Можно и не стабилизировать, если вы расчитаете резистор на максимально-возможное напряжение в сети автомобиля, у вас нормальная бортовая сеть (а не китайско-русский тазопром) и сделаете запас по току хотя бы в 10%.
Ну и к тому же резисторы можно ставить только до определенной величины тока. После некоторого порога резисторы начинают адски греться и приходится их сильно увеличивать в размерах (резисторы 5Вт, 10Вт, 20Вт и тд). Плавно превращаемся в большой утюг.

Есть еще вариант – поставить в качестве ограничителя что-нибудь типа LM317 в режиме токового стабилизатора.

LM317. Внешне как и LM7812. Корпус один, смысл несколько разный. Но и они тоже греются, ибо это тоже линейный регулятор (помните я писал про КРЕН в абзаце о стабилизаторах напряжения?). И тогда создали…

Импульсный стабилизатор тока (или драйвер).

Вот как раз то, о чем я говорю. На картинке речь о 1Вт-светодиодах, но и с любыми другими картина та же.
Именно это мы и видим в китайских модулях и кукурузинах, которые горят как спички через неделю/месяц работы. Потому что светодиоды имеют адский разброс, а китайцы на драйверах экономят покруче, чем кто либо еще. Почему не горят фирменные модули и лампы Osram, Philips и тд? Потому что они делают довольно мощную отбраковку светодиодов и от всего дичайшего количества выпущенных светодиодов остается 10-15%, которые по параметрам практически идентичны и из них можно сделать такой простой вид, какой и пытаются сделать многие – один мощный драйвер и много одинаковых цепочек светодиодов без драйверов. Но только вот в условиях «купил светодиоды на рынке и запаял сам» как правило будет им нехорошо. Потому что даже у «некитая» будет разброс. Может повезти и работать долго, а может и нет.

Запомните раз и навсегда! Я вас умоляю! =)
Да и просто – сделать правильно и сделать «смотрите как я сэкономил, а остальные – дураки» – это несколько разные вещи. Даже очень сильно разные. Учитесь делать не как пресловутые китайцы, учитесь делать красиво и правильно. Это сказано давно и не мной. Я лишь попробовал в стотыщпятьсотый раз объяснить прописные истины. Уж извиняйте, если криво объяснял =)

Вот прекрасная иллюстрация. Разве вы думаете мне не хотелось сэкономить и уменьшить количество драйверов раза в 3-4? Но так – правильно, а значит будет работать долго и счастливо.

Ну и напоследок тем, кому даже такое изложение было слишком заумным.
Запомните следующее и старайтесь следовать этому (здесь «цепочка» – это один светодиод или несколько ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-соединенных светодиодов):

1.—- КАЖДОЙ цепочке – свой ограничитель тока (резистор или драйвер…)
2. — Маломощная цепочка до 300мА? Ставим резистор и достаточно.
3. — Напряжение нестабильно? Cтавим СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
4. — Ток больше 300мА? Ставим на КАЖДУЮ цепочку ДРАЙВЕР (стабилизатор тока) без стабилизатора напряжения.

Вот так будет правильно и самое главное – будет работать долго и светить ярко! Ну и надеюсь, что все вышенаписанное убережет многих от ошибок и поможет сэкономить средства и нервы.

Схема токового зеркала

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

Импульсный стабилизатор

Стабилизаторы тока для светодиодов

Блок от принтера на 32 В.
Блок от ноутбука на 19 В.
Любой блок питания на 12 В.

В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.

Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А. Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А – это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.

Виды стабилизаторов напряжения

Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:

линейные
импульсные

Линейные стабилизаторы напряжения

Например, микросхемы КРЕН или , LM1117 , LM350 .

Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.

Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.

Стабилизатор LM7805

Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов – сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы – лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками.

Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.

Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересные – всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим – ставьте импульсный. Я использую настраиваемые импульсные стабилизаторы напряжения за копейки, которые заказываю с Aliexpress. Купить можно .

Хорошо. А что со стабилизатором тока?

Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор – маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.

Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.

Ну так и зачем всё это нужно то?

Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.

Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Как вы можете узнать из , для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания – 12 вольт.

Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор – простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус – чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.

Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы (зачем резистору мощность рассказано в о этом приборе) . Тепловыделение растёт, КПД падает.

Тоже называют светодиодным драйвером. Часто те, кто не сильно разбирается в этом, стабилизатор напряжения называют просто драйвером светодиодов, а импульсный стабилизатор тока – хорошим светодиодным драйвером. Он выдаёт сразу стабильное напряжение и ток. И почти не нагревается. Вот так он выглядит:

Бытует неправильное мнение, что для светодиода важным показателем является напряжение питания. Однако это не так. Для его исправной работы существенен прямой ток потребления (Iпотр.), который обычно бывает в районе 20 миллиампер. Величина номинального тока обусловлена конструкцией LED, эффективностью теплоотвода.

А вот величина падения напряжения, в большинстве своем определяется материалом полупроводника, из которого изготовлен светодиод, может доходить от 1,8 до 3,5В.

Отсюда следует, что для нормальной работы LED необходим именно стабилизатор тока, а не напряжения. В данной статье рассмотрим стабилизатор тока на lm317 для светодиодов .

Стабилизатор тока для светодиодов — описание

Конечно же, самым простым способ ограничить Iпотр. для LED является . Но следует отметить, что данный способ малоэффективен по причине больших энергетических потерь, и подходит лишь только для слаботочных LED.

Формула расчета необходимого сопротивления: Rд= (Uпит.-Uпад.)/Iпотр.

Пример : Uпит. = 12В; Uпад. на светодиоде = 1,5В; Iпотр. cветодиода = 0,02А. Необходимо рассчитать добавочное сопротивление Rд.

В нашем случае Rд = (12,5В-1,5В)/0,02А= 550 Ом.

Но опять, же повторюсь, данный способ стабилизации годится только для маломощных светодиодов.

Следующий вариант стабилизатора тока на более практичен. В ниже приведенной схеме, LM317 ограничивает Iпотр. LED, который задается сопротивлением R.

Для стабильной работы на LM317, входное напряжение должно превышать напряжение питания светодиода на 2-4 вольта. Диапазон ограничения выходного тока составляет 0,01А…1,5А и с выходным напряжением до 35 вольт.

Формула для расчета сопротивления резистора R: R=1,25/Iпотр.

Пример : для LED с Iпотр. в 200мА, R= 1,25/0, 2А=6,25 Ом.

Калькулятор стабилизатора тока на LM317

Для расчета сопротивления и мощности резистора просто введите необходимый ток:

Не забывайте, что максимальный непрерывный ток, которым может управляться LM317 составляет 1,5 ампер с хорошим радиатором. Для более больших токов используйте , который рассчитан на 5 ампер, а с хорошим радиатором до 8 ампер.

Если необходимо регулировать яркость свечения светодиода, то в статье приведен пример схемы с использованием стабилизатора напряжения LM2941.

Полупроводниковый прибор, о котором пойдет речь, предназначен для стабилизации тока на требуемом уровне, обладает низкой стоимостью и дает возможность упростить разработку схем многих электронных приборов. Попытаюсь немного восполнить недостаток информации о простых схемотехнических решениях стабилизаторов постоянного тока.

Немного теории

Идеальный источник тока обладает бесконечно большим ЭДС и бесконечно большим внутренним сопротивлением, что позволяет получить требуемый ток в цепи независящий от сопротивления нагрузки.

Рассмотрение теоретических допущений о параметрах источника тока помогает понять определение идеального источника тока. Ток, создаваемый идеальным источником тока остается постоянным при изменении сопротивления нагрузки от короткого замыкания до бесконечности. Для поддержания величины тока неизменной значение ЭДС меняется от величины не равной нулю до бесконечности. Свойство источника тока, позволяющее получить стабильное значение тока: при изменении сопротивления нагрузки изменяется ЭДС источника тока таким образом, что значение тока остается постоянным.

Реальные источники тока поддерживают ток на требуемом уровне в ограниченный диапазон напряжения, создаваемого на нагрузке и ограниченном сопротивление нагрузки. Идеальный источник рассматривается, а реальный источник тока может работать при нулевом сопротивлении нагрузки. Режим замыкания выхода источника тока не является исключением или трудно реализуемой функцией источника тока, это один из режимов работы, в который может безболезненно перейти прибор при случайном замыкании выхода и перейти на режим работы с сопротивлением нагрузки более нуля.

Реальный источник тока используется совместно с источником напряжения. Сеть 220 вольт 50 Гц, лабораторный блок питания, аккумулятор, бензиновый генератор, солнечная батарея – источники напряжения, поставляющие электроэнергию потребителю. Последовательно с одним из них включается стабилизатор тока. Выход такого прибора рассматривается как источник тока.

Простейший стабилизатор тока представляет собой двухвыводной компонент, ограничивающий протекающий через него ток величиной и точностью соответствующей данным фирмы изготовителя. Такой полупроводниковый прибор в большинстве случаев имеет корпус, напоминающий диод малой мощности. Благодаря внешнему сходству и наличию всего двух выводов компоненты этого класса часто упоминаются в литературе как диодные стабилизаторы тока. Внутренняя схема не содержит диодов, такое название закрепилось только благодаря внешнему сходству.

Примеры диодных стабилизаторов тока

Диодные стабилизаторы тока выпускаются многими производителями полупроводников.

1N5296
Производители: Microsemi и CDI

Ток стабилизации 0,91мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 1,29 В
Максимальное импульсное напряжение 100 В

E-103
Производитель Semitec

Ток стабилизации 10 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4,2 В

L-2227
Производитель Semitec

Ток стабилизации 25 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4 В
Максимальное импульсное напряжение 50 В

От теории к практике

Применение диодных стабилизаторов тока упрощает электрические схемы и снижает стоимость приборов. Использование диодных стабилизаторов тока привлекательно не только своей простотой, но и повышением устойчивости работы разрабатываемых приборов. Один полупроводник этого класса в зависимости от типа обеспечивает стабилизацию тока на уровне от 0,22 до 30 миллиампер. Наименования этих полупроводниковых приборов по ГОСТу и схемного обозначения найти не удалось. В схемах статьи пришлось применить обозначение обычного диода.

При включении в цепь питания светодиода диодный стабилизатор обеспечивает требуемый режим и надежную работу. Одна из особенностей диодного стабилизатора тока – работа в диапазоне напряжений от 1,8 до 100 вольт позволяющая защитить светодиод от выхода из строя при воздействии импульсных и длительных изменений напряжения. Яркость и оттенок свечения светодиода зависят от протекающего тока. Один диодный стабилизатор тока может обеспечить режим работы нескольких последовательно включенных светодиодов, как показано на схеме.

Эту схему легко преобразовать в зависимости от светодиодов и напряжения питания. Один или несколько параллельно включенных диодных стабилизаторов тока в цепь светодиодов зададут ток светодиодов, а количество светодиодов зависит от диапазона изменения напряжения питания.

С помощью диодных источников тока можно построить индикаторный или осветительный прибор, предназначенный для питания от постоянного напряжения. Благодаря питанию стабильным током источник света будет иметь постоянную яркость свечения при колебаниях напряжения питания.

Использование резистора в цепи светодиода индикатора напряжения питания двигателя постоянного тока станка сверловки печатных плат приводило к быстрому выходу светодиода из строя. Применение диодного стабилизатора тока позволило получить надежную работу индикатора. Диодные стабилизаторы тока допускается включать параллельно. Требуемый режим питания нагрузок можно получить, меняя тип или включая параллельно требуемое количество этих приборов.

При питании светодиода оптопары через резистор пульсации напряжения питания схемы приводят к колебаниям яркости, накладывающимся на фронт прямоугольного импульса. Применение диодного стабилизатора тока в цепи питания светодиода, входящего в состав оптопары, позволяет снизить искажение цифрового сигнала, передаваемого через оптопару и увеличить надежность канала информации.

Применение диодного стабилизатора тока задающего режим работы стабилитрона позволяет разработать простой источник опорного напряжения. При изменении питающего тока на 10 процентов напряжение на стабилитроне меняется на 0,2 процента, а так как ток стабилен, то величина опорного напряжения стабильна при изменении других факторов.

Влияние пульсаций питающего напряжения на выходное опорное напряжение уменьшается на 100 децибел.

Внутренняя схема

Вольтамперная характеристика помогает понять работу диодного стабилизатора тока. Режим стабилизации начинается при превышении напряжения на выводах прибора около двух вольт. При напряжениях более 100 вольт происходит пробой. Реальный ток стабилизации может отклоняться от номинального тока на величину до десяти процентов. При изменении напряжения от 2 до 100 вольт ток стабилизации меняется на 5 процентов. Диодные стабилизаторы тока, выпускаемые некоторыми производителями, изменяют ток стабилизации при изменении напряжения до 20 процентов. Чем выше ток стабилизации, тем больше отклонение при увеличении напряжения. Параллельное включение пяти приборов, рассчитанных на ток 2 миллиампера, позволяет получить более высокие параметры, чем у одного на 10 миллиампер. Так как уменьшается минимальное напряжение стабилизации тока, то диапазон напряжения в котором работает стабилизатор увеличивается.

Основой схемы диодного стабилизатора тока является полевой транзистор с p-n переходом. Напряжение затвор-исток определяет ток стока. При напряжении затвор-исток равному нулю ток через транзистор равен начальному току стока, который течет при напряжении между стоком и истоком более напряжения насыщения. Поэтому для нормальной работы диодного стабилизатора тока напряжение, приложенное к выводам должно быть больше некоторого значения от 1 до 3 вольт.

Полевой транзистор имеет большой разброс начального тока стока, точно эту величину предсказать нельзя. Дешевые диодные стабилизаторы тока представляют собой отобранные по току полевые транзисторы, у которых затвор соединен с истоком.

При смене полярности напряжения диодный стабилизатор тока превращается в обычный диод. Это свойство обусловлено тем, что p-n переход полевого транзистора оказывается смещенным в прямом направлении и ток течет по цепи затвор-сток. Максимальный обратный ток некоторых диодных стабилизаторов тока может достигать 100 миллиампер.

Источник тока 0.5А и более

Для стабилизации токов силой 0,5-5 ампер и более применима схема, главный элемент которой мощный транзистор. Диодный стабилизатор тока стабилизирует напряжение на резисторе 180 Ом и на базе транзистора КТ818. Изменение резистора R1 от 0,2 до10 Ом изменяется ток, поступающий в нагрузку. С помощью этой схемы можно получить ток, ограниченный максимальным током транзистора или максимальным током источника питания. Применение диодного стабилизатора тока с наиболее возможным номинальным током стабилизации улучшает стабильность выходного тока схемы, но при этом нельзя забывать о минимально возможном напряжении работы диодного стабилизатора тока. Изменение резистора R1 на 1-2 Ом значительно меняет величину выходного тока схемы. Этот резистор должен иметь большую мощность рассеяния тепла, изменение сопротивления из-за нагрева приведет к отклонению выходного тока от заданного значения. Резистор R1 лучше собрать из нескольких параллельно включенных мощных резисторов. Резисторы, применённые в схеме должны иметь минимальное отклонение сопротивления при изменении температуры. При построении регулируемого источника стабильного тока или для точной настройки выходного тока резистор 180 Ом можно заменить переменным. Для улучшения стабильности тока транзистор КТ818 усиливается вторым транзистором меньшей мощности. Транзисторы соединяются по схеме составного транзистора. При использовании составного транзистора минимальное напряжение стабилизации увеличивается.

Эту схему можно использовать для питания соленоидов, электромагнитов, обмоток шаговых двигателей, в гальванике, для зарядки аккумуляторов и других целей. Транзистор обязательно устанавливается на радиатор. Конструкция прибора должна обеспечивать хороший теплоотвод.

Если бюджет проекта позволяет увеличить затраты на 1-2 рубля и конструкция прибора допускает увеличение площади печатной платы, то использую параллельное объединение диодных стабилизаторов тока можно улучшить параметры разрабатываемого прибора. Соединенные параллельно 5 компонентов 1N5305 позволят стабилизировать ток на уровне 10 миллиампер, как и компонент СDLL257, но минимальное напряжение работы в случае пяти 1N5305 составит 1,85 вольт, что важно для схем с напряжением питания 3,3 или 5 вольт. Также к положительным свойствам 1N5305 относится его доступность, по сравнению с приборами производителя Semitec. Соединение параллельно группы стабилизаторов тока вместо одного позволяет снизить нагрев разрабатываемого прибора и отодвинуть верхнюю границу температурного диапазона.

Увеличение рабочего напряжения

Для использования диодных стабилизаторов тока при напряжениях более напряжения пробоя последовательно включается один или несколько стабилитронов, при этом область напряжений работы диодного ограничителя тока смещается на величину стабилизации напряжения стабилитроном. Схему можно использовать для грубого определения превышения порогового значения напряжения.

Найти отечественные аналоги зарубежных диодных стабилизаторов тока не удалось. Вероятно с течением времени ситуация с отечественными диодными стабилизаторами тока изменится.

Литература:
Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. 2000 г
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cclm0035-5750.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/other/ec051semiconductora.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cld_application_notes.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/ALL_SMD_CLD_curves.pdf
http://www.centralsemi.com/product/smd/select/diodes/CLD.aspx
http://www.datasheetarchive.com/CA500-datasheet.html

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
Схема 1.
Диод		1	В блокнот
Светодиод		5	В блокнот
Блок питания	24 В	1	В блокнот
Схема 2.
Диодный мост		1	В блокнот
Диод		1	В блокнот
Светодиод		1	В блокнот
Электролитический конденсатор		1	В блокнот
Трансформатор		1	В блокнот
Выключатель		1	В блокнот
Колекторный двигатель		1	В блокнот
Схема 3.
Стабилитрон	5.6 В	1	В блокнот
Диод		1	В блокнот
Блок питания	8-50 В	1

Регулируемый стабилизатор постоянного тока – Просто о технологиях

Автор adminВремя чтения 38 мин.Просмотры 172Опубликовано 08.11.2019

Как самому изготовить стабилизатор тока для светодиодов: схемы

Источники тока используются для запитки светодиодных ламп, заряда АКБ в авто и т.д. Если у вас возникла необходимость сделать простейший импульсный стабилизатор тока ходовых огней 12в для автомобиля своими руками, то предлагаем вашему вниманию несколько схем.

На КРЕНке

Обустройство цепи на кренке

Чтобы сделать простейший автомобильный импульсный стабилизатор тока в домашних условиях, вам потребуется микросхема 12v. Для этих целей отлично подойдет lm317.

Такой стабилизатор напряжения 12 в lm317 считается регулируемым и способен функционировать с токами бортовой сети до полутора ампер. При этом показатель входного напряжения может составить до 40 вольт, lm317 в состоянии рассеивать мощность до 10 ватт.

Но это возможно только в том случае, если будет соблюдаться тепловой режим.

В целом потребление тока lm317 сравнительно небольшое — в районе 8 мили ампер, и данный показатель почти никогда не изменяется. Даже в том случае, если через крен lm317 проходит другой ток или меняется показатель входного напряжение. Как вы можете понять, стабилизатор 12 в lm317 для бортовой сети авто дает возможность удерживать постоянное напряжение на компоненте R3.

Кстати, этот показатель можно регулировать благодаря использованию элемента R2, но пределы будут незначительными. В устройстве lm317 компонент R3 является устройством задающего тока. Так как показатель сопротивления lm317 всегда остается на одном и том же уровне, ток, который проходит через него, также будет стабильным (автор видео — Denis T).

Что касается входа крен lm317, ток на них составит на 8 мили ампер выше. Используя вышеописанную схему, можно разработать самый простой стабилизатор напряжения для ДХО автомобиля.

Такой девайс может применяться как устройство электронной нагрузки, источника тока для подзарядки АКБ и других целей. Нужно отметить, что интегральные девайсы током 3а или меньше довольно быстро реагируют на различные изменения импульса.

Что касается недостатков, то такие девайсы характеризуются слишком высоким сопротивлением, в результате чего придется применять мощные компоненты.

На двух транзисторах

Довольно распространенными сегодня являются стабилизаторы для бортовой сети автомобиля 12v на двух транзисторах. Одним из основных недостатков такого устройства является плохая стабильность тока, если происходят изменения в питающем напряжении вольт. Тем не менее, данная схема для бортовой сети автомобиля 12v подходит для многих задач.

Обустройство цепи на транзисторах

Ниже вы сможете ознакомиться с самой схемой. В этом случае устройством, которое раздает ток, является резистор R2. Когда данный показатель растет, соответственно растет и напряжение на данном элементе.

В том случае, если показатель составляет от 0.5 до 0.6 вольт, открывается компонент VT1. При открытии данное устройство будет закрывать элемент VT2, в результате чего ток, который проходит через VT2, начнет снижаться.

При разработке схемы можно использовать полевой транзистор Мосфет вместе VT2.

Что касается компонента VD1, то он применяется на напряжение от 8 до 15 вольт и нужен в том случае, если его уровень слишком высокий и работоспособность транзистора может быть нарушена.

Если транзистор мощный, то показатель напряжения в сети авто может составить около 20 вольт. Необходимо помнить о том, что транзистор Мосфет открывается в том случае, когда показатель напряжения на затворе составит 2 вольта.

Если вы используете универсальный выпрямитель для заряда АКБ или других задач, то вам вполне хватит работы транзистора и резистора R1.

На операционном усилителе (на ОУ)

Механизм на операционном усилителе

Вариант сборки устройства со специальным усилителем ошибки для авто актуален в том случае, если у вас возникла необходимость разработать устройство, работающее в широких пределах. В данном случае выполнять функцию токозадающего элемента будет R7. Операционный увелитель DA2.

2 позволяет усилить уровень напряжения в вольтах токозадающего элемента. Устройство DA 2.1 предназначено для сравнивания уровня опорного параметра. Помните о том, что данная схема девайса на 3а нуждается в дополнительном питании, которое должно подаваться на разъем ХР2.

Уровня напряжения в вольтах должно хватить для того, чтобы обеспечить функциональность элементов всей системы.

Устройство для авто должно быть дополнено генератором, в нашем случае эту функцию выполняет элемент REF198, характеризующийся уровнем выходного напряжения в 4 вольта.

Сама схема стоит достаточно дорого, так что при необходимости вместо нее можно установить кренку.

Чтобы правильно произвести настройку, следует установить ползунок резистора R1 в верхнее положение, а с помощью элемента R3 выставляется нужное значение тока 3а. Чтобы предотвратить возбуждение, используются компоненты R2, C2 и R4.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Схема механизма с применением импульсного устройства

В некоторых случаях устройство для авто должно функционировать не только в большом диапазоне нагрузок, при этом обладая высоким коэффициентом полезного действия. Тогда использование компенсационных устройств будет не целесообразным, вместо них применяются импульсные элементы.

Предлагаем ознакомиться с одной из наиболее распространенных схем МАХ771, ее особенности следующие:

уровень опорного напряжения — 1.5 вольт;
коэффициент полезного действия при нагрузке от 10 мили ампер до 1 ампера составит около 90%;
показатель питания составляет от 2 до 16.5 вольт;
мощность на выходе достигает 15 ватт (автор видео — Андрей Канаев).

Что представляет собой процедура стабилизации? Компоненты R1 и R2 — это делители выходных показателей схемы. Когда уровень делимого напряжения становится больше, чем опорное, устройство автоматически снижает выходной параметр.

При обратном процессе устройство будет увеличивать данный показатель.

Вы сможете получить рабочий стабилизированный источник тока в том случае, если цепи будут поменяны таким образом, что система в целом станет реагировать на выходной параметр.

Если нагрузка на устройство не особо большая, то есть менее 1.5 вольт, микросхема будет функционировать в качестве рабочего стабилизатора. Но когда этот параметр начнет резко возрастать, девайс переключится в режим стабилизации. Монтаж резистора R8 необходим только тогда, когда уровень нагрузки слишком высокий и составляет более 16 вольт.

Что касается элементы R3, то он является токораздающим. Одним из основных недостатков такого варианта является слишком высокое падение нагрузки на вышеуказанном резисторе. Если вы хотите избавиться от этого минуса, то для того, чтобы увеличить сигнал, необходимо дополнительно установить операционный усилитель.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели несколько вариантов стабилизирующих девайсов для авто. Разумеется, такие схемы всегда можно при необходимости модернизировать, способствуя повышению показателя быстродействия и т.д.

Имейте в виду, что если нужно, вы всегда можете использовать специально разработанные микросхемы в качестве регулятора.

Также при возможности можно самостоятельно производить достаточно мощные регулирующие компоненты, но таких варианты более актуальны для того, чтобы решать определенные задачи.

Как вы видите, разработка схемы — дело достаточно сложное и кропотливое, к нему нельзя просто так подойти, не имея соответствующего опыта. Отсутствие определенных навыков не позволит получить необходимый результат. Чтобы своими руками сделать такую схему для авто, необходимо внимательно выполнять все действия, описанные выше.

Видео «Устройство для питания светодиодов»

Как в домашних условиях сделать стабилизатор для питания ламп в авто или других целей — узнайте из видео (автор видео — Дед Синь).

Загрузка …

Стабилизатор тока светодиода

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 h31 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 >>>

Стабилизатор тока для зарядного устройства, светодиодов и т.д

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

При конструировании самых различных схем может потребоваться источник постоянного втекающего тока . Примером может служить ток фиксации управляющего электрода симистора в регуляторе яркости флуоресцентного или светодиодного светильника , или источник прецизионного втекающего тока на конце длинной линии , такой , скажем , как кабель ADSL модема .

В обоих случаях необходимо создать схему , способную отдавать постоянный ток в широком диапазоне входных напряжений . В общем случае задача решается с помощью схемы , состоящей из датчика тока на измерительном резисторе, маломощного транзистора и мощного транзистора .

На Рисунке 1 изображена схема стабилизатора тока, в которой используется мощный биполярный транзистор Q 1 . При высоком напряжении схема отдает относительно постоянный ток , однако входит в регулирование лишь тогда , когда напряжение достигает примерно 60 В , и в базу транзистора начинает поступать достаточный ток .

На Рисунке 2 мощный биполярный транзистор заменен MOSFET транзистором Q 1 , благодаря чему схема будет входить в режим регулирования при значительно меньшем напряжении .

На основе данных стабилизаторов тока можно строить схемы зарядных устройств различного назначения, а так же линейные драйверы для различных светодиодов, в том числе и с питанием непосредственно от сети 220 В, т.е. делать своими руками светодиодные лампы не меняющие свою яркость даже при провале сетевого напряжения до 130 вольт и не выходящие из строя при кратковременном повышении до 380В.

Пример использования данного стабилизатора тока в схеме светодиодного драйвера.

Данная схема получила логическое продолжение в ходе которого выяснилось несколько интересных вещей.
Разумеется, что схема была смоделирована в MicroCap и для данных параметров получилось следующее:

На схеме установлено 84 светодиода и номинал измерительного резистора составил 3,6 Ома. Однако при первичных тестах от пониженного напряжения стало понятно, что ток в 0,15 А для этих светодиодов слишком велик и после нескольких подюоров измерительный резистор стабилизатора тока приобрел номинал равный 26 Омам.

Плата со светодиодами была установлена на радиаотор через термопасту и через 20-30 минут нагревается до температуры 60 градусов, т.е. как бы и этого многовато.

По поводу этой матрицы было снято видео и благодаря подписчику LINKS_234 стала доступна более расширенная информация по пооводу этих и им аналогичных светодиодов.

Использования данного стабилизатора тока в схеме светодиодного драйвера на светодиодах SMD.

Прежде всего удалось выявить более-менее надежного продавца, чьи светодиоды соответствуют заявленым в описании характеристикам. Светодиоды конечно же несколько дороже, однако тут уж выбирайте сами – либо цена, либо качество.

Я покупал ЗДЕСЬ, а надо было покупать светодиоды ЗДЕСЬ.
Кроме всего прочего так же выяснилось, что совсем не обязательно самому паять SMD светодиоды, поскольку уже есть уже ГОТОВЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ МАТРИЦЫ на различные мощности.

Разннобразие и мощностной диапазон просто огромный и я обязательно что то для себя приобрету.
Было бы не справедливо умолчать еще об одной интересной ссылке – светодиодные лампы на 220 вольт нового поколения.

Конструктив данных ламп провел впечатление, а положительный отзыв давнего проверенного подписчика позволяет верить тому, что лампы действительно хороши. Лампы на 3, 7, 9 и 12 Вт.

Как и положено есть возможность выбора ТЕПЛОГО или ХОЛОДНОГО света, впрочем подробности смотрите сами ЗДЕСЬ.
Пожалуй это все, что хотелось сказать по поводу данной схемотехники и привязки ее к светодиодам, следующий вариант уже будет более расширенная информация по поводу импульсного драйвера для светодиодов с током до 1 А.

Адрес администрации сайта: [email protected]

Стабилизатор тока для светодиодов: виды, схемы, как сделать

Главным электрическим параметром светодиодов (LED) является их рабочий ток. Когда в таблице характеристик светодиода мы встречаем рабочее напряжение, то нужно понимать, что речь идет о падении напряжения на светодиоде при протекании рабочего тока. То есть рабочий ток определяет рабочее напряжение LED. Поэтому только стабилизатор тока для светодиодов может обеспечить их надежную работу.

Назначение и принцип работы

Стабилизаторы должны обеспечивать постоянный рабочий ток светодиодов когда в сети питания есть проблемы с отклонением напряжения от нормы (вам будет интересно узнать, как подключить светодиод от сети 220 вольт).

Стабильный рабочий ток в первую очередь необходим для защиты LED от перегрева. Ведь при превышении максимально допустимого тока, светодиоды выходят из строя.

Также стабильность рабочего тока обеспечивает постоянство светового потока прибора, например, при разряде аккумуляторных батарей или колебаниях напряжения в питающей сети.

Стабилизаторы тока для светодиодов имеют разные виды исполнения, а обилие вариантов схем исполнения радует глаз. На рисунке приведены три самые популярные схемы стабилизаторов на полупроводниках.

Схема а) — Параметрический стабилизатор. В этой схеме стабилитрон задает постоянное напряжение на базе транзистора, который включен по схеме эмиттерного повторителя. Благодаря стабильности напряжения на базе транзистора, напряжение на резисторе R тоже постоянно. В силу закона Ома ток на резисторе также не меняется. Так как ток резистора равен току эмиттера, то стабильны токи эмиттера и коллектора транзистора. Включая нагрузку в цепь коллектора, мы получим стабилизированный ток.

Схема б). В схеме, напряжение на резисторе R стабилизируется следующим образом. При увеличении падения напряжения на R, больше открывается первый транзистор. Это приводит к уменьшению тока базы второго транзистора. Второй транзистор немного закрывается и напряжение на R стабилизируется.

Схема в). В третьей схеме ток стабилизации определяется начальным током полевого транзистора. Он не зависит от напряжения, приложенного между стоком и истоком.

В схемах а) и б) ток стабилизации определяется номиналом резистора R. Применяя вместо постоянного резистора подстрочный можно регулировать выходной ток стабилизаторов.

Производители электронных компонентов производят множество микросхем стабилизаторов для светодиодов. Поэтому в настоящее время в промышленных изделиях и в радиолюбительских конструкциях чаще применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Почитать про все возможные способы подключения светодиодов можно здесь.

Обзор известных моделей

Большинство микросхем для питания светодиодов выполнены в виде импульсных преобразователей напряжения. Преобразователи, в которых роль накопителя электрической энергии выполняет катушка индуктивности (дроссель) называются бустерами. В бустерах преобразование напряжения происходит за счет явления самоиндукции. Одна из типичных схем бустера приведена на рисунке.

Схема стабилизатора тока работает следующим образом. Транзисторный ключ находящийся внутри микросхемы периодически замыкает дроссель на общий провод. В момент размыкания ключа в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая выпрямляется диодом. Характерно то, что ЭДС самоиндукции может значительно превышать напряжение источника питания.

Как видно из схемы для изготовления бустера на TPS61160 производства фирмы Texas Instruments требуется совсем немного компонентов. Главными навесными деталями являются дроссель L1, диод Шоттки D1, выпрямляющий импульсное напряжение на выходе преобразователя, и Rset.

Резистор выполняет две функции. Во-первых, резистор ограничивает ток, протекающий через светодиоды, а во-вторых, резистор служит элементом обратной связи (своего рода датчиком). С него снимается измерительное напряжение, и внутренние схемы чипа стабилизируют ток, протекающий через LED, на заданном уровне. Изменяя номинал резистора можно изменять ток светодиодов.

Преобразователь на TPS61160 работает на частоте 1.2 МГц, максимальный выходной ток может составлять 1.2 А. С помощью микросхемы можно питать до десяти светодиодов включенных последовательно. Яркость светодиодов можно изменять путем подачи на вход «контроль яркости» сигнала ШИМ переменной скважности. КПД приведенной схемы составляет около 80%.

Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания. В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке.

Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора Rsens и подается на схему управления полевиком. Так как полевой транзистор работает в линейном режиме, КПД подобных схем заметно ниже, чем у схем импульсных преобразователей.

Микросхемы линейки MAX16xxx часто применяются в автомобильных приложениях. Максимальное входное напряжение чипов составляет 40 В, выходной ток – 350 мА. Они, как и импульсные стабилизаторы, допускают ШИМ-диммирование.

Стабилизатор на LM317

В качестве стабилизатора тока для светодиодов можно использовать не только специализированные микросхемы. Большой популярностью у радиолюбителей пользуется схема LM317.

Для превращения этой схемы в стабилизатор тока достаточно исключить из схемы резистор R1. Включение LM317 в качестве линейного стабилизатора тока выглядит следующим образом.

Выполнить расчет этого стабилизатора довольно просто. Достаточно вычислить номинал резистора R1, подставив значение тока в следующую формулу:

R1=1.25*I0.

Мощность, рассеиваемая на резисторе равна:

W=I2R1.

Регулируемый стабилизатор

Предыдущую схему легко превратить в регулируемый стабилизатор. Для этого нужно постоянный резистор R1 заменить на потенциометр. Схема будет выглядеть так:

Как сделать стабилизатор для светодиода своими руками

Во всех приведенных схемах стабилизаторов используется минимальное количество деталей.

Поэтому самостоятельно собрать подобные конструкции сможет даже начинающий радиолюбитель освоивший навыки работы с паяльником. Особенно просты конструкции на LM317.

Для их изготовления даже не нужно разрабатывать печатную плату. Достаточно припаять подходящий резистор между опорным выводом микросхемы и ее выходом.

Также к входу и выходу микросхемы нужно припаять два гибких проводника и конструкция будет готова. В случае, если с помощью стабилизатора тока на LM317 предполагается питать мощный светодиод, микросхему нужно оснастить радиатором который обеспечит отвод тепла. В качестве радиатора можно использовать небольшую алюминиевую пластинку площадью 15-20 квадратных сантиметров.

Изготавливая конструкции бустеров, в качестве дросселей можно использовать катушки фильтров различных блоков питания. Например, для этих целей хорошо подойдут ферритовые кольца от блоков питания компьютеров, на которые следует намотать несколько десятков витков эмалированного провода диаметром 0.3 мм.

Какой стабилизатор использовать в авто

Сейчас автолюбители часто занимаются модернизацией светотехники своих машин, применяя для этих целей светодиоды или светодиодные ленты (читайте, как подключить светодиодную ленту в авто).

Известно, что напряжение бортовой сети автомобиля может сильно меняться в зависимости от режима работы двигателя и генератора.

Поэтому в случае с авто особенно важно применять не стабилизатор 12 вольт, а рассчитанный на конкретный тип светодиодов.

Для автомобиля можно посоветовать конструкции на основе LM317. Также можно использовать одну из модификаций линейного стабилизатора на двух транзисторах, в которой в качестве силового элемента использован мощный N-канальный полевой транзистор. Ниже приведены варианты подобных схем, в том числе и схема светодиодного драйвера.

Вывод

Подводя итог можно сказать, что для надежной работы светодиодных конструкций их необходимо питать с помощью стабилизаторов тока. Многие схемы стабилизаторов просты и доступны для изготовления своими руками. Мы надеемся, что приведенные в материале сведения будут полезны всем, кто интересуется данной темой.

Стабилизатор тока. Простейший стабилизатор постоянного тока :

Для того чтобы справляться с помехами в сети, необходимы стабилизаторы тока. Данные устройства могут сильно отличаться по своим характеристикам, а связано это с источниками питания.

Бытовые приборы в доме являются не сильно требовательными в плане стабилизации тока, однако измерительное оборудование нуждается в стабильном напряжении.

Благодаря беспомеховым моделям у ученых появилась возможность получать достоверную информацию в своих исследованиях.

Как устроен стабилизатор?

Основным элемент стабилизатора принято считать трансформатор. Если рассматривать простую модель, то там имеется выпрямительный мост. Соединяется он с конденсаторами, а также с резисторами. В цепи они могут устанавливаться различных типов и предельное сопротивление они выдерживают разное. Также в стабилизаторе имеется конденсатор.

Принцип работы

Когда ток попадает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе данный параметр находится в районе 50 Гц. Благодаря преобразованию тока предельная частота на выходе составляет 30 Гц.

Высоковольтные выпрямители при этом оценивают полярность напряжения. Стабилизация тока в данном случае осуществляется благодаря конденсаторам. Снижение помех происходит в резисторах.

На выходе напряжение вновь становится постоянным, и в трансформатор поступает с частотой не выше 30 Гц.

Принципиальная схема релейного устройства

Релейный стабилизатор тока (схема показана ниже) включает в себя компенсационные конденсаторы. Мостовые выпрямители в этом случае используются в начале цепи. Также следует учитывать, что транзисторов в стабилизаторе имеется две пары. Одна из них устанавливается перед конденсатором.

Необходимо это для поднятия предельной частоты. В данном случае выходное напряжение постоянного тока будет находиться на уровне 5 А. Чтобы номинальное сопротивление выдерживалось, используются резисторы. Для простых моделей свойственны двухканальные элементы.

Процесс преобразования в таком случае происходит долго, однако коэффициент рассеивания будет незначительным.

Устройство симисторного стабилизатора LM317

Как видно из названия, основным элементом LM317 (стабилизатор тока) является симистор. Он дает устройству колоссальную прибавку в предельном напряжении. На выходе данный показатель колеблется в районе 12 В.

Внешнее сопротивление системой выдерживается в 3 Ом. Для высокого коэффициента сглаживания используются многоканальные конденсаторы. Для высоковольтных устройств применяются транзисторы только открытого типа.

Смена их положения в такой ситуации контролируется за счет изменения номинального тока на выходе.

Дифференциальное сопротивление LM317 (стабилизатор тока) выдерживает 5 Ом. Для измерительных приборов этот показатель обязан составлять 6 Ом. Неразрывный режим тока дросселя обеспечивается за счет мощного трансформатора.

Устанавливается он в стандартной схеме за выпрямителем. Диодные мосты для низкочастотных приборов применяются редко. Если рассматривать приемники на 12 В, то для них свойственны резисторы балластного типа.

Это необходимо для того, чтобы снизить колебания в цепи.

Высокочастотные модели

Высокочастотный стабилизатор тока на транзисторе КК20 отличается быстрым процессом преобразования. Происходит это за счет смены полярности на выходе. Частотозадающие конденсаторы устанавливаются в цепи попарно. Фронт импульсов в такой ситуации не должен превышать 2 мкс.

В противном случае стабилизатор тока на транзисторе КК20 ждут значительные динамические потери. Насыщение резисторов в цепи может осуществляться при помощи усилителей. В стандартной схеме их предусмотрено не менее трех единиц. Для уменьшения тепловых потерь используются емкостные конденсаторы.

Скоростные характеристики ключевого транзистора зависят исключительно от величины делителя.

Широтно-импульсные стабилизаторы

Широтно-импульсный стабилизатор тока отличается большими значениями индуктивности дросселя. Происходит это за счет быстрой смены делителя. Также следует учитывать, что резисторы в данной схеме применяются двухканальные.

Ток они способны пропускать в различных направлениях. Конденсаторы в системе используются емкостные. За счет этого предельное сопротивление на выходе выдерживается на уровне 4 Ом.

В свою очередь, максимальную нагрузку стабилизаторы способны держать 3 А.

Для измерительных приборов такие модели используются довольно редко. Источники питания в данном случае предельное напряжение должны иметь не более 5 В. Таким образом, коэффициент рассеивания будет находиться в пределах нормы.

Скоростные характеристики ключевого транзистора в стабилизаторах данного типа не сильно высокие. Связано это с низкой способностью резисторов блокировать ток от выпрямителя. В результате помехи с высокой амплитудой приводят к значительным тепловым потерям.

Спады импульсов в данном случае происходят исключительно за счет снижения нейтрализации свойств трансформатора.

Процессом преобразования занимается только балластный резистор, который располагается за выпрямительным мостом. Полупроводниковые диоды в стабилизаторах используется редко. Необходимость в них отпадает из-за того, что фронт импульсов в цепи, как правило, не превышает 1 мкс. В результате динамические потери в транзисторах не являются фатальными.

Схема резонансных устройств

Резонансный стабилизатор тока (схема показана ниже) включают в себя малоемкостные конденсаторы и резисторы с различным сопротивлением. Трансформаторы в данном случае являются неотъемлемой частью усилителей.

Для увеличения коэффициента полезного действия используется множество предохранителей. Динамические характеристики резисторов от этого возрастают. Низкочастотные транзисторы монтируются сразу за выпрямителями.

Для хорошей проводимости тока конденсаторы способны работать при различной частоте.

Стабилизатор переменного тока

Стабилизатор тока данного типа является неотъемлемой частью источников питания с мощностью до 15 В. Внешнее сопротивление устройствами воспринимается до 4 Ом. Напряжение переменного тока на входе в среднем составляет 13 В.

В данном случае коэффициент сглаживания контролируется за счет конденсаторов открытого типа. Уровень пульсации на выходе зависит исключительно от схемы построения резисторов.

Пороговое напряжение стабилизатор тока должен быть способным выдерживать 5 А.

В таком случае параметр дифференциального сопротивления обязан находиться на отметке в 5 Ом. Максимально допустимая мощность рассеивания в среднем составляет 2 Вт.

Это говорит о том, что стабилизаторы переменного тока имеют существенные проблемы с фронтом импульсов. Понизить их колебания в данном случае способны только мостовые выпрямители. При этом в обязательном порядке учитывается величина делителя.

Для снижения тепловых потерь в стабилизаторах применяются предохранители.

Модель для светодиодов

Для регулировки светодиодов большой мощностью стабилизатор тока не должен обладать. В данном случае задача состоит в том, чтобы максимально снизить порог рассеивания.

Сделать стабилизатор тока для светодиодов это может несколькими способами. В первую очередь, в моделях применяются преобразователи. В результате предельная частота на всех этапах не превышает 4 Гц.

В данном случае это дает значительную прибавку к производительности стабилизатора.

Второй способ заключается в использовании усилительных элементов. В такой ситуации все завязывается на нейтрализации переменного тока. Для уменьшения динамических потерь транзисторы в схеме используются высоковольтные.

Справиться с излишним насыщением элементов способны конденсаторы открытого типа. Для наибольшего быстродействия трансформаторов применяются ключевые резисторы. В схеме они располагаются стандартно за выпрямительным мостом.

Стабилизатор с регулятором

Регулируемый стабилизатор тока является востребованным в промышленной сфере. С его помощью пользователь имеет возможность проводить настройку устройства.

Дополнительно многие модели рассчитаны на дистанционное управление. С этой целью в стабилизаторах монтируются контроллеры. Предельное напряжение переменного тока такие устройства выдерживают на уровне 12 В.

Параметр стабилизации в этом случае должен составлять не менее 14 Вт.

Показатель порогового напряжения зависит исключительно от частотности прибора. Для изменения коэффициента сглаживания регулируемый стабилизатор тока использует емкостные конденсаторы. Максимальный ток системой поддерживается на уровне 4 А.

В свою очередь, показатель дифференциального сопротивления допускается на уровне 6 Ом. Все это говорит о хорошей производительности стабилизаторов. Однако мощность рассеивания может довольно сильно отличаться.

Также следует знать, что неразрывный режим тока дросселя обеспечивается за счет трансформатора.

На первичную обмотку напряжение подается через катод. Блокировка тока на выходе зависит только от конденсаторов. Для стабилизации процесса предохранители, как правило, не используются. Быстродействие системы обеспечивается за счет спадов импульсов. Быстрый процесс преобразования тока в цепи приводит к понижению фронта. Транзисторы в схеме применяются исключительно ключевого типа.

Стабилизаторы постоянного тока

Стабилизатор постоянного тока работает по принципу двойного интегрирования. Преобразователи во всех моделях отвечают за этот процесс. Для увеличения динамических характеристик стабилизаторов используются двухканальные транзисторы.

Чтобы минимизировать тепловые потери, емкость конденсаторов должна быть значительной. Точный расчет значения позволяет сделать показатель выпрямления. При выходном напряжении постоянного тока в 12 А предельное значение максимум должно составлять 5 В.

В таком случае рабочая частота устройства будет поддерживаться на отметке в 30 Гц.

Пороговое напряжение зависит от блокировки сигнала от трансформатора. Фронт импульсов в данном случае не должен превышать 2 мкс. Насыщение ключевых транзисторов происходит только после преобразования тока.

Диоды в данной схеме могут использоваться исключительно полупроводникового типа. Балластные резисторы приведут стабилизатор тока к значительным тепловым потерям. В результате коэффициент рассеивания очень возрастет.

Как следствие – амплитуда колебаний увеличится, процесс индуктивности не произойдет.

Стабилизаторы тока

Содержание:

В каждой электрической сети периодически возникают помехи, отрицательно влияющие на стандартные параметры тока и напряжения.

Данная проблема успешно решается с помощью различных устройств, среди которых очень популярны и эффективны стабилизаторы тока.

Они имеют различные технические характеристики, что делает возможным их использование совместно с любыми бытовыми электроприборами и оборудованием. Особые требования предъявляются к измерительному оборудованию, требующему стабильного напряжения.

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Знание основных принципов работы стабилизаторов тока способствует наиболее эффективному использованию этих устройств. Электрические сети буквально насыщены различными помехами, негативно влияющими на работу бытовых приборов и электрооборудования. Для преодоления отрицательных воздействий используется схема простого стабилизатора напряжения и тока.

В каждом стабилизаторе имеется основной элемент – трансформатор, обеспечивающий работу всей системы. Самая простая схема включает в свой состав выпрямительный мост, соединенный с различными типами конденсаторов и резисторов. Их основными параметрами считаются индивидуальная емкость и предельное сопротивление.

После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения.

Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.

Диодный стабилизатор тока

Во многих конструкциях светильников имеются диодные стабилизаторы, более известные как стабилизаторы тока для светодиодов. Как и все типы диодов, светодиоды обладают нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, при изменяющемся напряжении на светодиоде, происходит непропорциональное изменение тока.

С ростом напряжения вначале наблюдается очень медленное возрастание тока, в результате, свечение светодиода отсутствует.

Затем, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света и очень быстрое возрастание тока. Дальнейший рост напряжения приводит к катастрофическому увеличению тока и перегоранию светодиода.

Значение порогового напряжения отражается в технических характеристиках светодиодных источников света.

Светодиоды с высокой мощностью требуют установки теплоотвода, поскольку их работа сопровождается выделением большого количества тепла. Кроме того, для них требуется и достаточно мощный стабилизатор тока. Правильная работа светодиодов также обеспечивается стабилизирующими устройствами.

Это связано с сильным разбросом порогового напряжения даже у однотипных источников света. Если два таких светодиода подключить параллельно к одному источнику напряжения, по ним будет проходить ток разной величины.

Разница может быть настолько существенной, что один из светодиодов сразу же сгорит.

К наиболее современным приборам относится двухвыводной стабилизатор для светодиодов, применяющийся для создания недорогих решений по управлению светодиодами.

В его состав входит полевой транзистор, обвязочные детали и другие радиоэлементы.

Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

В нормальном тепловом режиме эти устройства способны рассеивать мощность до 10Вт. Эти микросхемы обладают низким собственным потреблением, составляющим примерно 8мА.

Данный показатель остается неизменным даже при изменяющемся токе, проходящем через КРЕН и измененном входном напряжении.

Элемент LM317 способен удерживать на основном резисторе постоянное напряжение, регулируемое в определенных пределах с помощью подстроечного резистора. Основной резистор с неизменным сопротивлением обеспечивает стабильность проходящего через него тока, поэтому он известен еще, как токозадающий резистор.

Стабилизатор на КРЕН отличается простотой и может использоваться в качестве электронной нагрузки, зарядки аккумуляторов и в других областях.

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Благодаря своему простому исполнению, в электронных схемах очень часто используются стабилизаторы на двух транзисторах. Их основным недостатком считается не вполне стабильный ток в нагрузках при изменяющемся напряжении. Если же не требуется высоких токовых характеристик, то данное стабилизирующее устройство вполне сгодится для решения многих несложных задач.

Под действием этого напряжения (0,5-0,6В) начинает открываться другой транзистор (VT1). При открытии этого транзистора, другой транзистор – VT2 начинает закрываться.

Соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через него.

В качестве VT2 используется биполярный транзистор, однако в случае необходимости возможно создать регулируемый стабилизатор тока на полевом транзисторе MOSFET, используемом в качестве стабилитрона. Его выбор осуществляется исходя из напряжения 8-15 вольт.

Данный элемент используется при слишком высоком напряжении источника питания, под действием которого затвор в полевом транзисторе может быть пробит. Более мощные стабилитроны MOSFET рассчитаны на более высокое напряжение – 20 вольт и более. Открытие таких стабилитронов происходит при минимальном значении напряжения на затворе 2 вольта.

Соответственно, происходит и увеличение напряжения, обеспечивающего нормальную работу схемы стабилизатора тока.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Иногда возникает необходимость в стабилизаторах тока с возможностью регулировок в широком диапазоне. В некоторых схемах может использоваться токозадающий резистор с пониженными характеристиками. В этом случае необходимо применять усилитель ошибки, основой которого служит операционный усилитель.

С помощью одного токозадающего резистора происходит усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние называется усиленным напряжением ошибки. С помощью опорного усилителя сравниваются параметры опорного напряжения и напряжения ошибки, после чего выполняется регулировка состояния полевого транзистора.

Правильная настройка схемы требует установки ползунка переменного резистора в самое верхнее положение. С помощью подстроечного резистора выставляется максимальное значение тока.

Таким образом, переменный резистор позволяет выполнять регулировку тока от нуля до максимального значения, установленного в процессе настройки.

Мощный импульсный стабилизатор тока

Эту задачу успешно решает микросхема импульсного стабилизатора тока, заменяющая компенсационные стабилизаторы.

Приборы этого типа позволяют создавать высокое напряжение на нагрузке даже при наличии невысокого входного напряжения.

Кроме того, существует повышающий стабилизатор тока импульсного типа. Они используются вместе с нагрузками, питающее напряжение которых превышает входное напряжение стабилизирующего устройства. В качестве делителей выходного напряжения используются два резистора, задействованные в микросхеме, с помощью которой входное и выходное напряжение поочередно уменьшается или увеличивается.

Стабилизатор на LM2576

Импульсный стабилизатор тока своими руками. Подключение светодиодов через стабилизатор тока

Краткое описание

Опытные мастера прекрасно знают, что простейшие ограничители тока представлены в виде обычных резисторов. Такие агрегаты часто называют стабилизаторами , что не является действительностью, так как они не способны убрать все помехи при колебании напряжения на своём входе. Использование резистора в схеме питания того или иного прибора возможно только в том случае, если всё входное напряжение стабилизируется.

В иной ситуации даже мельчайшие скачки напряжения воспринимаются как повышенная нагрузка, что негативно отражается на работе всего устройства. Эффективность работы резистивных ограничителей тока является довольно низкой, так как потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.

Функциональные возможности

В каждом таком изделии присутствует незаменимый элемент – трансформатор , который обеспечивает стабильную и безотказную работу всей системы. Даже самая элементарная схема обязательно укомплектована универсальным выпрямительным мостом, который соединён с разными резисторами, а также конденсаторами. К главным эксплуатационным характеристикам относятся предельный уровень сопротивления и индивидуальная ёмкость.

Стоит отметить, что в традиционной схеме присутствуют мощные высоковольтные выпрямители, которые помогают определить полярность напряжения. А вот конденсаторы участвуют в качественной стабилизации тока, резисторы устраняют имеющиеся помехи.

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Опытные мастера согласятся, что собрать качественный и долговечный стабилизатор не так уж и сложно. Главная особенность состоит в том, что на блок может быть установлена целая система низковольтных конденсаторов на 20 вольт, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор, выполненный своими руками – это вариант LM317. Потребуется только правильно рассчитать резистор для используемого светодиода с помощью специализированного онлайн-калькулятора.

Важным фактом остаётся то, что для слаженной работы такого агрегата отлично подходит подручное питание:

Стандартный блок на 19 вольт от ноутбука.
На 24 В.
Более мощный агрегат на 32 вольт от обычного принтера.
Либо на 9 или на 12 вольт от какой-либо бытовой электроники.

Продолжительность работы светодиода без потери яркости зависит от режима. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, – их довольно трудно сжечь. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора. Сам процесс сборки состоит из нескольких основных этапов:

Потребуется купить переменный резистор сопротивлением в 0.5 кОм (имеет три вывода и ручку регулировки). Заказать его можно через интернет или купить в «Радиолюбителе».
Провода припаиваются к среднему выводу, а также к одному из крайних.
С помощью мультиметра, включённого в режиме измерения сопротивления, замеряется сопротивление резистора. Нужно добиться максимального показания в 500 Ом (чтобы светодиод не перегорел при низком сопротивлении резистора).
После внимательной проверки правильности соединений перед подключением собирается цепь.

Для любого устройства можно добиться подачи 10 А (задаётся низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения. Максимальная мощность LM317 – 1.5 ампер. Если есть необходимость увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор.

Универсальная регулируемая модель

Многофункциональный прибор

В datasheet указывается уровень сопротивления, необходимый для получения нужного тока. Если установить регулируемый резистор, то количество Ампер будет настраиваемым (но без превышения указанной номинальной мощности).

В сопроводительной документации к микросхеме.
В datasheet.
В стандартной схеме включения.

Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1-3 А (в соответствии с моделью контроллера широтно-импульсной модуляции). Главный недостаток этих драйверов – чрезмерный нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и контроллера. Дроссель заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.

Незаменимое устройство постоянного тока

Даже начинающий мастер знает, что такой агрегат работает по принципу двойного интегрирования . Абсолютно во всех моделях за этот процесс отвечают преобразователи. Универсальные двухканальные транзисторы предназначены для увеличения существующих динамических характеристик. Важно помнить, что для устранения тепловых потерь нужно использовать конденсаторы с большой ёмкостью.

Сделать показатель выпрямления можно только благодаря точному расчёту необходимого значения. Как показывает практика, если при выходном напряжении постоянного тока получается 12 ампер, то предельное значение должно составлять 5 В. Устройство сможет стабильно поддерживать рабочую частоту на отметке 30 Гц. Относительно порогового напряжения – всё зависит от блокировки сигнала, который поступает от трансформатора. Но фронт импульсов не должен превышать 2 МКС.

Современная схема на базе КРЕН

В настоящее время трудно представить тюнинг автомобиля без светодиодных ламп. Но порой их установка осложнена тем, что они перегорают. Чтобы избежать этой ситуации, в сеть можно включить стабилизатор тока для светодиодов своими руками. В статье приводятся примеры микросхем, по которым можно его сделать.

[ Скрыть ]

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Всем известно, что светодиодным лампочкам необходимо питание двенадцать вольт. В сети авто это значение может доходить до 15 В. Светодиодные элементы очень чувствительны, на них такие скачки отражаются отрицательно. Светодиодные лампы могут перегореть либо некачественно светить (мигать, терять яркость и т.д.).

Чтобы светодиоды служили дольше, в электросеть автомобиля включаются драйвера (резисторы). При нестабильности в сети устанавливаются устройства, которые поддерживают постоянное значение. Существует несколько простых микросхем, по которым можно сделать стабилизатор напряжения своими руками. Все компоненты, входящие в цепь, можно приобрести в специализированных магазинах. Обладая начальными знаниями по электротехнике сделать приборы будет несложно.

На КРЕНке

Для того, чтобы сконструировать простейший стабилизатор напряжения 12 вольт своими руками, понадобится микросхема с потреблением 12 В. В этом случае подойдет регулируемый стабилизатор напряжения 12 В LM317. Он может функционировать в электросети, где входной параметр составляет до 40 В. Чтобы прибор стабильно работал, необходимого обеспечивать охлаждение.

Стабилизатор тока на LM317требует для работы небольшой ток до 8 мА, и данное значение обычно остается неизменным, даже при большом токе, протекающем через крен LM317, или при изменении входного значения. Это реализуется с помощью компоненты R3.

Можно применять элемент R2, но пределы при этом будут небольшими. При неизменном сопротивлении LM317 ток, идущий через прибор, будет также стабильным (автор видео — Создано в Гараже).

Входное значение для кренки LM317 может составлять до 8 мА и выше. Пользуясь этой микросхемой, можно придумать стабилизатор тока для ДХО. Это устройство может выступать нагрузкой в бортовой сети или источником электричества при подзарядке . Сделать простой стабилизатор напряжения LM317 не составляет труда.

На двух транзисторах

На сегодняшний момент пользуются популярностью стабилизирующие устройства для бортовой сети машины на 12 В, разработанные с использованием двух транзисторов. Данную микросхему используют как стабилизатор напряжения для ДХО.

Резистор R2 является токораздающим элементом. При возрастании тока в сети увеличивается напряжение. Если оно достигает значения от 0,5 до 0,6 В, открывается элемент VT1. Открытие компонента VT1 закрывает элемент VT2. В итоге, ток, проходящий через VT2, начинает снижаться. Можно вместе с VT2 применять полевой транзистор Мосфет.

Элемент VD1 включается в цепь, когда значения находится в пределах от 8 до 15 В и настолько велики, что транзистор может выйти из строя. При мощном транзисторе допустимы показания в бортовой сети около 20 В. Не стоит забывать о том, что транзистор Мосфет откроется, если показания на затворе будут 2 В.

Если применять универсальный выпрямитель как зарядку для АКБ или других задач, то достаточно использовать резистора R1 и транзистор.

На операционном усилителе (на ОУ)

Стабилизатор напряжения для светодиодов на основе ОУ собирается при необходимости создания устройства, которое будет работать в расширенном диапазоне. В рассматриваемом случае в качестве элемента, который будет задавать выпрямляемый ток, является R7. С помощью операционного усилителя DA2.2 можно увеличить уровень напряжения в токозадающем компоненте. Задачей компонента DA 2.1 является контроль опорного напряжения.

При создании схемы следует учесть, что она рассчитана на 3А, поэтому необходим больший ток, который должен поступать на разъем ХР2. Кроме того, следует обеспечивать работоспособность всех составляющих данного устройства.

Сделанный стабилизирующий прибор для автомобиля должен иметь генератор, роль которого выполняет REF198. Чтобы правильно настроить прибор, ползунок резистора R1 нужно установить в верхнее положение, а резистором R3 задавать необходимое значение выпрямленного тока 3А. Для погашения возможных возбуждений, используются элементы R,2 R4 и C2.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Если выпрямитель для автомобиля должен обеспечивать высокий КПД в сети, целесообразно использовать импульсные компоненты, создавая импульсный стабилизатор напряжения. Популярной является схема МАХ771.

Импульсный стабилизатор тока характеризуется выходной мощностью 15 Вт. Элементы R1 и R2 делят показатели схемы на выходе. Если делимое напряжение превышает по показателям опорное, выпрямитель автоматически уменьшает выходное значение. В противном случае устройство будет увеличивать выходной параметр.

Сборка данного устройства целесообразна, если уровень превышает 16 В. Компоненты R3 являются токовыми. Для устранения высокого падения нагрузки на данном резисторе в схему следует включить ОУ.

Заключение

Нами были рассмотрены стабилизаторы напряжения на различных компонентах. Эти схемы можно усложнять, повышая быстродействие, улучшая другие показатели. Можно использовать готовые микросхемы, которые всегда можно усовершенствовать своими руками, создавая устройства, предназначенные для выполнения конкретных задач.

Содержание:

В каждой электрической сети периодически возникают помехи, отрицательно влияющие на стандартные параметры тока и . Данная проблема успешно решается с помощью различных устройств, среди которых очень популярны и эффективны стабилизаторы тока. Они имеют различные технические характеристики, что делает возможным их использование совместно с любыми бытовыми электроприборами и оборудованием. Особые требования предъявляются к измерительному оборудованию, требующему стабильного напряжения.

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Сам стабилизатор тока работает по очень простой схеме. Когда ток поступает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе она будет совпадать с частотой электрической сети и составит 50 Гц. После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения. Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.

Диодный стабилизатор тока

Во многих конструкциях светильников имеются диодные стабилизаторы, более известные как . Как и все типы диодов, светодиоды обладают нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, при изменяющемся напряжении на светодиоде, происходит непропорциональное изменение тока.

С ростом напряжения вначале наблюдается очень медленное возрастание тока, в результате, свечение светодиода отсутствует. Затем, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света и очень быстрое возрастание тока. Дальнейший рост напряжения приводит к катастрофическому увеличению тока и перегоранию светодиода. Значение порогового напряжения отражается в технических характеристиках светодиодных источников света.

Светодиоды с высокой мощностью требуют установки теплоотвода, поскольку их работа сопровождается выделением большого количества тепла. Кроме того, для них требуется и достаточно мощный стабилизатор тока. Правильная работа светодиодов также обеспечивается стабилизирующими устройствами. Это связано с сильным разбросом порогового напряжения даже у однотипных источников света. Если два таких светодиода подключить к одному источнику напряжения, по ним будет проходить ток разной величины. Разница может быть настолько существенной, что один из светодиодов сразу же сгорит.

Таким образом, не рекомендуется включение светодиодных источников света без стабилизаторов. Данные устройства устанавливают ток заданного значения без учета напряжения, приложенного к схеме. К наиболее современным приборам относится двухвыводной стабилизатор для светодиодов, применяющийся для создания недорогих решений по управлению светодиодами. В его состав входит полевой транзистор, обвязочные детали и другие радиоэлементы.

Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

Данная схема стабильно работает с использованием таких элементов, как КР142ЕН12 или LM317. Они являются регулируемыми стабилизаторами напряжения, работающими с током до 1,5А и входным напряжением до 40В. В нормальном тепловом режиме эти устройства способны рассеивать мощность до 10Вт. Эти микросхемы обладают низким собственным потреблением, составляющим примерно 8мА. Данный показатель остается неизменным даже при изменяющемся токе, проходящем через КРЕН и измененном входном напряжении.

Элемент LM317 способен удерживать на основном резисторе постоянное напряжение, регулируемое в определенных пределах с помощью подстроечного резистора. Основной резистор с неизменным сопротивлением обеспечивает стабильность проходящего через него тока, поэтому он известен еще, как токозадающий резистор.

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Кроме двух транзисторов в схеме стабилизатора присутствует токозадающий резистор. Когда на одном из транзисторов (VT2) увеличивается ток, возрастает напряжение на токозадающем резисторе. Под действием этого напряжения (0,5-0,6В) начинает открываться другой транзистор (VT1). При открытии этого транзистора, другой транзистор – VT2 начинает закрываться. Соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через него.

В качестве VT2 используется биполярный транзистор, однако в случае необходимости возможно создать регулируемый стабилизатор тока на полевом транзисторе MOSFET, используемом в качестве стабилитрона. Его выбор осуществляется исходя из напряжения 8-15 вольт. Данный элемент используется при слишком высоком напряжении источника питания, под действием которого затвор в полевом транзисторе может быть пробит. Более мощные стабилитроны MOSFET рассчитаны на более высокое напряжение – 20 вольт и более. Открытие таких стабилитронов происходит при минимальном значении напряжения на затворе 2 вольта. Соответственно, происходит и увеличение напряжения, обеспечивающего нормальную работу схемы стабилизатора тока.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Для такой схемы требуется отдельное питание, которое подается к отдельному разъему. Питающее напряжение должно обеспечивать нормальную работу всех компонентов схемы и не превышать уровня, достаточного для пробоя полевого транзистора. Правильная настройка схемы требует установки ползунка переменного резистора в самое верхнее положение. С помощью подстроечного резистора выставляется максимальное значение тока. Таким образом, переменный резистор позволяет выполнять регулировку тока от нуля до максимального значения, установленного в процессе настройки.

Мощный импульсный стабилизатор тока

Широкий диапазон питающих токов и нагрузок не всегда является основным требованием к стабилизаторам. В некоторых случаях решающее значение отводится высокому коэффициенту полезного действия прибора. Эту задачу успешно решает микросхема импульсного стабилизатора тока, заменяющая компенсационные стабилизаторы. Приборы этого типа позволяют создавать высокое напряжение на нагрузке даже при наличии невысокого входного напряжения.

Кроме того, существует повышающий . Они используются вместе с нагрузками, питающее напряжение которых превышает входное напряжение стабилизирующего устройства. В качестве делителей выходного напряжения используются два резистора, задействованные в микросхеме, с помощью которой входное и выходное напряжение поочередно уменьшается или увеличивается.

Стабилизатор на LM2576

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на , как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой .

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать : многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной . Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить , например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521 ().

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Борис Аладышкин

Светодиоды не любят колебания напряжения, это факт. Не любят они это по причине того, что светодиоды ведут себя не так как лампы или другие линейные приборы. Их ток меняется в зависимости от напряжения нелинейно, поэтому например двухкратное увеличение напряжения увеличивает ток через светодиоды далеко не в 2 раза. Из за чего они перегреваются, быстро деградируют и выходят из строя.

Большинство диодов, применяемых в автомобиле, имеют встроенное сопротивление, которое рассчитано на напряжение 12 вольт. Но напряжение бортовой сети автомобиля никогда не бывает 12 вольт (разве что с разряженным аккумулятором), плюс ко всему оно далеко не такое стабильное, как хотелось бы. Если использовать недорогие китайские диодные приборы в автомобиле без предварительной их стабилизации то они достаточно быстро начнут мигать а затем и вовсе перестанут светить.

Вот и я столкнулся с такой проблемой – светодиоды в габаритах начали мигать, так как я когда-то поленился их стабилизировать.

Существует множество готовых схем-стабилизаторов для 12-вольтовых приборов. Чаще всего на прилавках можно найти микросхему КР142ЕН8Б или подобные ей. Данная микросхема расчитана на ток до 1.5А, но для большего эффекта нужно включение с применением входных и выходных конденсаторов.

Стандартная схема предполагает применение 0.33 и 0.033мкФ конденсаторов (если память не изменяет). Но лично я решил сделать включение с применением 4-х конденсаторов: 470мкФ и 0.47мкФ на вход и соответственно в 10 раз меньшая емкость на выход. Я уже не помню, но где-то на форумах я встречал именно такое включение, решил его применить.

Чтобы все это можно было легко внедрить в авто, я решил напаять все элементы непосредственно на микросхему.

Микросхема с элементами

К микросхеме припаяны, помимо конденсаторов, два провода, соответственно вход и выход. Масса будет приходить через крепление микросхемы. Средняя нога микросхемы задействована только под ножки конденсаторов. Выводить провод от нее я не стал, так как она объединена с корпусом схемы.
Для прочности всей конструкции я решил залить все это клеем, затем завернуть в термоусадку.

Микросхемы

Микросхема и термоусадка

Готовые стабилизаторы

В автомобиле можно крепить через саморез к кузову.

Прикрепленный стабилизатор

Пост не претендует на что-то супер-мега технологичное, но мало ли кому может пригодиться 🙂

Схема включения

Вместо КР142ЕН8Б можно использовать L7812CV, схема включения аналогичная. Если взглянуть на стандартную схему и сравнить с моей то возникают вопросы “зачем именно такие емкости?”.

Поясняю: штатная схема включения подразумевает только стабилизацию напряжения, но никак не спасает от просадки (кратковременной) напряжения, поэтому в схему были введены электролиты достаточно большой емкости для сглаживания таких просадок.

По идее конечно АКБ в машине должен выполнить роль фильтра просадок напряжения, но иногда случаются просадки, которые АКБ просто не успевает уловить. Например при подаче искры на свечу зажигания через катушку проходит нехилый ток, который отлично просаживает напряжение в бортсети.

Главная » Интересные факты » Импульсный стабилизатор тока своими руками. Подключение светодиодов через стабилизатор тока

Импульсный стабилизатор тока схема – Самоделки

Импульсный стабилизатор тока схема

Написал MACTEP в 11.04.2012 19:00:00

Трёхвыводные импульсные стабилизаторы тока HV9921, HV9922, HV9923 производства фирмы Supertex.inc предназначены для питания светодиодов стабилизированным током 20, 50 и 30 мА соответственно в условиях изменения напряжения источника питания в весьма широких пределах – от 20 до 400 В [1—4]. В частности, таким источником может служить выпрямительный мост, на который подано напряжение сети, причём применение конденсатора, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения, необязательно. Регулирование тока через светодиоды не предусмотрено.

Использование этих микросхем позволяет предельно упростить сетевой блок питания светодиодов.
Вместо светодиодов к стабилизатору тока можно подключить стабилитрон и тем самым получить простой импульсный понижающий преобразователь напряжения. В зависимости от тока нагрузки КПД стабилизатора может достигать 80 % и более. Такой источник хорошо подойдёт для питания узлов управления мощными высоковольтными коммутирующими электронными приборами (транзисторами, тиристорами и др.).

Стабилизаторы HV9921— HV9923 выпускают в миниатюрных пластмассовых корпусах ТО-92 (рис. 1; с штампованными жёсткими лужёными выводами, для традиционного монтажа) и SOT-89 (рис. 2; для поверхностного монтажа). К обозначению микросхемы в корпусе ТО-92 добавлены символы N3 (например, HV9921N3), а в корпусе SOT-89 — N8(HV9921N8).

Если к обозначению прибора через дефис добавлена буква G (от Green), это означает, что он не содержит свинца. От наличия или отсутствия этого индекса электрические параметры приборов не зависят.
К теплоотводящему фланцу (вывод 4) микросхемы в корпусе SOT-89 не следует подключать токоведущие цепи и детали.

Упрощённая функциональная схема прибора представлена на рис. 3, а его цоколёвка — в табл. 1.

Рис. 3. Функциональная схема прибора

Таблица 1

Номер вывода	Обозначение	Функциональное назначение
1	DRAIN	Плюсовой вывод питания; сток переключательного транзистора
2	GND	Общий вывод; минусовый вывод питания
3	V_DD	Вывод для подключения блокировочного конденсатора

Таблица 2.

Значение тока	Выходной стабилизированный ток микросхемы, мА
Значение тока	HV9921	HV9922	HV9923
Номинальное	20	50	30
Минимальное	18,5	49	28,2
Максимальное	25,5	63	38,2

Классификационный параметр микросхем рассматриваемой группы — выходной стабилизированный ток — указан в табл. 2. Микросхемы стабилизируют не среднее значение тока через светодиоды, как микросхема МР2481 [5], а максимальное. Среднее значение тока оказывается немного меньше из-за пульсаций, о чём будет подробно рассказано ниже.

Основные технические характеристики

Напряжение питания между выводами 1 и 2, В	20…400
Собственный потребляемый ток, мА,
типовое значение	0,2
максимальный	0,35
Номинальное напряжение внутреннего стабилизатора, В	7,5
Сопротивление канала открытого выходного транзистора при токе I_DRAIN 20 мА, Ом, не более	210
Ёмкость между выводами 1 и 2,пФ,
типовая	1
максимальная	5
Ток насыщения канала выходного транзистора, мА,
типовое значение	150
минимальное значение	100
Время закрытого состояния выходного транзистора (T_off), мкс,
минимальное	8
номинальное	10,5
максимальное	13
Время отключения сигнала датчика тока (t_BLANK), НС,
минимальное	200
номинальное	300
максимальное	400
Минимальное время открытого состояния выходного транзистора (t_ONmin), НС	650

Предельно допустимые значения

Напряжение на выводе 3 относительно вывода 2, В	-0,3…+10
Максимальный ток внешней нагрузки, подключаемой к выводам 3 и 2, мА	5
Максимальная рассеиваемая мощность, Вт, при температуре окружающей среды 25 °С
для микросхемы в корпусе ТО-92	0,74
для микросхемы в корпусе SOT-89	1,6
Рабочий интервал температуры окружающей среды, °С	-40…+85
Температура кристалла, °С	-40…+125
Температура хранения, °С	-65…+150

Стабилизатор тока содержит устройство управления, RS-триггер DD1, управляющий выходным транзистором VT1, с буферным усилителем сигнала DA2, элемент временной задержки DT1, компаратор напряжения DA1, источник образцового напряжения G1, резистор R1 — датчик тока истока выходного транзистора, управляемый электронный выключатель SA1 и встроенный стабилизатор DA3 с выходным напряжением 7,5 В, обеспечивающий питание всех узлов прибора.

Рис. 4. Типовая схема включения HV9922

Типовая схема включения стабилизатора тока показана на рис. 4. Питаемые от стабилизатора светодиоды EL1 — ELN соединяют последовательно. Для работы стабилизатора необходим накопительный дроссель L1 и диод \/01 с малым временем восстановления обратного сопротивления t_r.

После подачи напряжения питания его значение анализирует устройство управления. Если напряжение находится в допустимых пределах, устройство управления устанавливает RS-триггер DD1 в состояние высокого уровня на выходе, в результате чего выходной транзистор VT1 открывается. Начинается зарядка паразитной ёмкости дросселя L1, диода VD1 и самого транзистора током его насыщения I_нас. завершающаяся через короткое время t_с.

На время t_BLANK=300 мс устройство управления размыкает “контакты” электронного выключателя SA1, разрывая цепь ОС с резистором R1 — датчиком тока через канал транзистора VT1. За это время должны завершиться зарядка паразитной ёмкости и другие переходные процессы (такие, в частности, как восстановление обратного сопротивления диода VD1).

После зарядки паразитной ёмкости начинается этап накопления энергии в дросселе. Ток l_L через него линейно увеличивается, как показывает упрощённый график на рис. 5 (l_c — ток стока транзистора VT1; l_L — ток через дроссель L1; t_on + t_off — период следования импульсов тока).

Рис. 5

По истечении временного интервала t_BLANK замыкаются “контакты” выключателя SA1, восстанавливающие цепь ОС резистора R1 с неинвертирующим входом компаратора DA1.
Когда напряжение на датчике тока — резисторе R1 — превысит образцовое напряжение источника G1, компаратор переключится в состояние с высоким уровнем на выходе и переведёт RS-триггер в состояние низкого уровня на прямом выходе. В результате выходной транзистор закроется.

После этого открывается внешний диод VD1 (см. схему на рис. 4) и продолжается питание нагрузки (светодиодов EL1— ELN) энергией, накопленной дросселем L1. Ток через дроссель линейно уменьшается, но не до нуля, а на глубину пульсаций ΔI.

Если не разомкнуть на время t_BLANK цепь ОС, то транзистор VT1 будет выключен не током дросселя, а током через паразитную ёмкость, в результате чего дроссель не сможет за период работы стабилизатора накопить энергию, необходимую для питания светодиодов.

После закрывания выходного транзистора сигнал с инверсного выхода триггера поступит на вход элемента временной задержки DT1, а через фиксированный отрезок времени t_off — на верхний по схеме вход S триггера. В результате триггер вернётся в исходное состояние и транзистор вновь откроется.
Микросхема стабилизирует максимальный ток через дроссель на уровне I_max. Средний ток через светодиоды равен:

Размах пульсаций ΔI фирма—производитель микросхем рекомендует устанавливать не превышающим 30 % от I_max:

Индуктивность L1 дросселя выбирают исходя из формулы

где U_CB — суммарное падение напряжения на светодиодах EL1—ELN; t_OFF — длительность закрытого состояния выходного транзистора микросхемы, равная 10,5 мкс.

Например, для стабилизатора тока HV9922 I_max=50 мА, ΔI=0,3I_max=15 мА. Пусть U_св = 30 В, тогда по формуле (3) L1≈20мГн.

Индуктивность дросселя не должна быть меньше расчётной, но и чрезмерно увеличивать её не следует, так как большей индуктивности дросселя сопутствует его большая собственная ёмкость.
По истечении временного интервала t_OFF выходной транзистор стабилизатора тока снова открывается, начиная очередной интервал t_BLANK минимальная продолжительность которого равна 200 нc. Первые 50 нc уходят на восстановление обратного сопротивления внешнего диода VD1. На зарядку паразитной ёмкости остаётся 150 нc.

Пусть напряжение питания стабилизатора U_пит = 300 В, а минимальный ток насыщения выходного транзистора U_{нас мин} = 100 мА. Тогда за 150 нс он сообщит заряд Q = 15нКл, отсюда следует, что общая паразитная ёмкость не превышает

Из них 8 пФ – ёмкость диода VD1, 1 пф — ёмкость транзистора, учтём также ёмкость монтажа. Поэтому собственная ёмкость дросселя L1 в этом примере не должна превысить 30 пф.

Для промышленно изготавливаемых катушек вместо собственной ёмкости обычно в справочниках указывают собственную резонансную частоту f₀, по которой легко вычислить собственную ёмкость С₀ по известной формуле

где L₀— номинальная индуктивность.

Если дроссель самодельный или его частота собственного резонанса неизвестна, желательно её измерить хотя бы с помощью гетеродинного индикатора резонанса (ГИР) или иных приборов.
В общем случае паразитная ёмкость С_п должна удовлетворять [7] неравенству

Если светодиоды выдерживают перегрузку током I_нас в течение времени t_{BLANK max} = 400 мс, то конденсатор С1 (см. рис. 4) можно не устанавливать. Однако он не только предотвращает перегрузку светодиодов (поскольку импульсы зарядки паразитной ёмкости протекают через него, а не через нагрузку), но и устраняет влияние индуктивности проводов светодиодной цепи, а также паразитное излучение ими электромагнитных колебаний (антенный эффект). Поэтому во всех практических случаях конденсатор С1 удалять не следует.

На этом период работы стабилизатора тока завершён. В следующем периоде все процессы повторяются. В каждом периоде происходит зарядка паразитной ёмкости С_п до напряжения питания U_пит, а также переключение диода VD1 током I_нас из открытого состояния в закрытое в течение времени t,.

Поэтому мощность, рассеиваемая транзистором при переключении P_sw, равна [3]

где f_s — частота колебаний, которую можно вычислить по формуле

где η, — КПД стабилизатора тока, который в расчётах фирма—производитель микросхем рекомендует принимать равным 0,7. Подставляя (7) в (6), получим

Сопротивление канала открытого выходного транзистора r_0N не равно нулю. Когда транзистор открыт, на нём рассеивается мощность I²_выхr_ON а когда закрыт, микросхема потребляет от источника питания ток I_пот, рассеиваемая мощность равна I_пот U_пот Зная коэффициент заполнения D коммутирующих импульсов, получим формулу для расчёта рассеиваемой мощности

В качестве I_вых в формулу подставляют средний ток через светодиоды, вычисленный по формуле (1). Для упрощения расчётов вместо среднего тока можно подставить максимальный I_{вых max}. так как рассеиваемую мощность лучше рассчитать с избытком.

Коэффициент заполнения коммутирующих импульсов D рассчитывают по формуле

Общая рассеиваемая микросхемой мощность равна сумме значений, рассчитанных по формулам (8) и (9):

Если к выводам V_DD и GND подключена нагрузка, то потребляемый ею ток складывается с током, потребляемым микросхемой. Это необходимо учесть в формуле (9).

Следует отметить, что выходное напряжение U_CB не может быть близко к нулю. Минимальная длительность t_ON может достигать 0,65 мкс, a t_OFF — 8 мкс. Отсюда следует, что минимальное значение D

Подставив (12) в (10), получим

Говоря иначе, нельзя требовать от стабилизатора понижения напряжения более чем в 20 раз от максимального. Например, при напряжении питания 300 В падение напряжения на цепи светодиодов должно превышать 15 В. Фирма—производитель рассматривавмых микросхем рекомендует выбирать максимальное выходное напряжение на уровне 80 % от напряжения питания [1]. Кроме этого, если разность U_пит – U_вых будет менее 20 В, устройство управления закроет транзистор VT1, решив, что напряжение питания микросхемы недостаточно.

Устройство, собранное по схеме на рис. 4, может быть использовано в качестве источника стабильного напряжения, снимаемого с цепи светодиодов или любой её части. Светодиоды можно также заменить стабилитронами, включёнными в обратной полярности (катодом к плюсовому выводу источника питания). Такой источник питания вырабатывает стабилизированное напряжение на выходе относительно плюсового провода высоковольтного питания.

На практике может потребоваться источник, соединённый с минусовым проводом питания. Для этого случая, соблюдая полярность, меняют местами микросхему и остальные элементы, т. е. включают двухполюсник VD1L1C1EL1—ELN в разрыв провода от вывода 2 микросхемы (показано на рис. 4 крестом). Конденсатор С2 оставляют подключённым к выводам 2 и 3. Заменив светодиоды стабилитроном на необходимое напряжение, получают понижающий преобразователь напряжения с высоким КПД и общим минусовым проводом.

Заметим, что у такого источника питания выходное напряжение не может быть меньше вычисленного по формуле (13) значения. Есть у него и недостаток — по той же причине он не выдерживает замыкания цепи нагрузки, поскольку при этом выходное напряжение становится равным нулю, что противоречит формуле (13).

Для преодоления этого недостатка фирма—производитель рекомендует включить последовательно с дросселем резистор [6], подобранный так, чтобы падение напряжения на нём превысило вычисленное по формуле (13). Этот резистор, однако, делает форму тока через дроссель не линейной, а близкой к экспоненциальной, что существенно усложняет расчёты.

Источник постоянного / непрерывного импульсного тока 10 А

Источник постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe ™ 10 А является частью семейства источников постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe. Этот программируемый источник тока отличается прецизионным импульсным режимом с минимальной шириной импульса 1 мкс и временем нарастания наносекунд. Этот источник тока поддерживает надежность VCSEL, светодиодов и лазерных диодов, приработку, IESNA LM-80 и другие тестовые приложения, требующие постоянного или импульсного тока. Он обеспечивает до 4 независимых каналов источника надежного и точного привода постоянного или непрерывного импульсного тока при согласованном напряжении до 200 В.Такое высокое напряжение делает 10А идеальным выбором для питания последовательных цепей, содержащих несколько сильноточных устройств. Каждый канал источника обеспечивает выходную мощность до 1600 Вт при лучшей в отрасли эффективности преобразования мощности 96%. Высокая эффективность снижает потребность в электроэнергии и охлаждении помещений, снижая общую стоимость владения системами. Технология непрерывного преобразования энергии означает отсутствие ограничений по рабочему циклу или ширине импульса.

Регулируемая настройка нагрузки позволяет SpikeSafe компенсировать условия нагрузки, сопротивление кабеля и длину.В результате получаются выходные импульсы с микросекундным временем нарастания и спада. Импульсы из нескольких каналов могут быть синхронизированы или смещены для балансировки нагрузки. Несколько пар выходных проводников поддерживают максимальный ток на проводник ниже 5 А, что позволяет направлять выходной ток через стандартные соединительные устройства. Встроенная система сбора данных измеряет импульсное или постоянное напряжение и ток в соответствии с требованиями мониторинга LM-80. Тестируемые устройства защищены плавным включением во время разгона и защитой от нагрузки SpikeSafe во время работы.Защита нагрузки SpikeSafe непрерывно отслеживает параметры напряжения и тока и мгновенно отключает привод при обнаружении неисправностей устройства. Этот источник тока имеет максимальный ток 10 А с точностью выходного тока 0,04% + 350 мкА.

Формы импульсов источника 10 А

Прецизионная генерация импульсов – ключ к лучшим методам измерений. Прецизионный импульсный источник тока 10А предлагает гибкость программируемой ширины импульса. Он может работать с большой длительностью импульса (от мс до секунд) и с короткой длительностью импульса (длительность импульса 100 мкс и более).С источником импульсов доступна минимальная длительность импульса 10 мксек с обновлениями для высокоточной импульсной генерации (ширина импульса 1 мкс). Точность ширины импульса составляет 1 мкс с временами нарастания и спада наносекундного импульса. Время разгона регулируется.

Прецизионный импульсный источник тока Vektrex, 10 А, 44,8 В, импульс тока, 100 мкс, ширина импульса, 863,2 нс, время нарастания

Источник 10A SpikeSafe, 600 Вт, 100 В, внутреннее питание

Кривые производительности

Эта модель доступна для использования с внутренним источником питания (300 Вт или 600 Вт).Для полной выходной мощности по 4 независимым каналам источника (4 x 1,6 кВт = 6,4 кВт) требуется вспомогательный источник питания. Пожалуйста, проконсультируйтесь с Vektrex для получения рекомендаций по дополнительному источнику питания.

Узнайте больше о наших источниках постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe здесь.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

и светодиодный драйвер

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (NSI45060DD – Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток BroadVision, Inc.2020-10-21T09: 40: 17 + 08: 002010-02-24T16: 20: 05-07: 002020-10-21T09: 40: 17 + 08: 00application / pdf

NSI45060DD – Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер

ОН Полупроводник

Регулируемый регулятор постоянного тока (CCR) – это простой, экономичное и надежное устройство, предназначенное для обеспечения рентабельности решение для регулирования тока в светодиодах. CCR основан на запатентованная технология самосмещенного транзистора (SBT) и регулирует ток в широком диапазоне напряжений.Он разработан с отрицательный температурный коэффициент для защиты светодиодов от теплового разгон при экстремальных напряжениях и токах. CCR включается немедленно и находится на уровне 20% регулирования с всего 0,5 В Вак. Контакт Radj позволяет настроить Ireg (SS) на более высокое токи, подключив резистор между Radj (вывод 3) и катодом (Вывод 4). Контакт Radj также можно оставить открытым (без подключения), если нет требуется регулировка. Не требует внешних компонентов, что позволяет быть спроектированным как регулятор на стороне высокого или низкого давления.Высокий анодекатод номинальное напряжение выдерживает скачки напряжения, распространенные в автомобильной промышленности, Промышленные и коммерческие вывески. Это устройство Доступен в термостойкой упаковке, не содержащей свинца RoHS соответствует требованиям и использует формовочный компаунд, не содержащий галогенов. Для Деталь AEC-Q101, пожалуйста, смотрите в техническом описании NSI45060JD.

Acrobat Distiller 8.2.0 (Windows) uuid: 1faa5ab7-919f-4191-a3a8-cda2bb4257b8uid: b17861de-6848-4bcc-b380-4ca03845dc35 конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > поток HTMo6zԯK2 $ ERTQHMSlw-wWr $ I 츗 ° 3̼! 4 \ $> + xP ‘+ – H?: GoDi] JJ> @ b`bHf) (-Vz + op ֵ

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

и драйвер светодиода

% PDF -1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (NSI50150AD – Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток application / pdf

ON Semiconductor

NSI50150AD – Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер

Регулируемый регулятор постоянного тока (CCR) – это простой, экономичное и надежное устройство, предназначенное для обеспечения рентабельности решение для регулирования тока в светодиодах.CCR основан на Технология самосмещенного транзистора (SBT) и регулирует ток в широкий диапазон напряжений. Он рассчитан на отрицательную температуру коэффициент защиты светодиодов от теплового разгона при экстремальных напряжениях и токи. CCR включается немедленно и находится на 14% от нормы с всего 0,5 В Вак. Контакт Radj позволяет настроить Ireg (SS) на более высокое токи, подключив резистор между Radj (вывод 3) и катодом (Вывод 4). Контакт Radj также можно оставить открытым (без подключения), если нет требуется регулировка.Не требует внешних компонентов, что позволяет быть спроектированным как регулятор на стороне высокого или низкого давления. Высокий анодекатод номинальное напряжение выдерживает скачки напряжения, распространенные в автомобильной промышленности, Промышленные и коммерческие вывески. Это устройство доступен в термостойком корпусе и соответствует строгим требованиям Стандарт AEC-Q101, который не содержит свинца, соответствует требованиям RoHS и использует безгалогенная формовочная масса.

2015-03-23T15: 06: 29-07: 00BroadVision, Inc.2020-08-24T09: 33: 38 + 02: 002020-08-24T09: 33: 38 + 02: 00Acrobat Distiller 10.0.0 (Windows) uuid: d4a49759-a1fe-4c4c-9cf3-f15b594787a0uuid: b9205193-6711-4bfd-8101-9722e1187b67 Распечатать конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > поток HtUr6 & #

% PDF-1.7 % 735 0 объект > эндобдж xref 735 73 0000000016 00000 н. 0000003206 00000 н. 0000003396 00000 н. 0000003432 00000 н. 0000004077 00000 н. 0000004112 00000 н. 0000004250 00000 н. 0000004389 00000 п. 0000005125 00000 н. 0000005392 00000 п. 0000005738 00000 н. 0000006451 00000 п. 0000006671 00000 н. 0000006708 00000 н. 0000006829 00000 н. 0000006943 00000 н. 0000007055 00000 н. 0000008099 00000 н. 0000009031 00000 н. 0000009653 00000 п. 0000010198 00000 п. 0000010605 00000 п. 0000010928 00000 п. 0000011269 00000 п. 0000011551 00000 п. 0000011865 00000 п. 0000012209 00000 п. 0000012831 00000 п. 0000013225 00000 п. 0000013562 00000 п. 0000014889 00000 п. 0000015840 00000 п. 0000016347 00000 п. 0000017205 00000 п. 0000017319 00000 п. 0000017692 00000 п. 0000018143 00000 п. 0000019061 00000 п. 0000019309 00000 п. 0000019448 00000 н. 0000019959 00000 п. 0000020675 00000 п. 0000020832 00000 п. 0000021917 00000 п. 0000023714 00000 п. 0000024127 00000 п. cEEEZCJQhXGb_Ҧ ~ w ~ ww “”% | _D4hD ” MAo # gS] “CLdn W7Wh \ 9’t`WU7o! TD 㥹 j} (_ Q4 ץ $ & T S’K * h5Dǋ \ ٢% Kk5uU͹U]) V.N.] 7 [je6Q drY3 + es} ~ wȼ` + 9P: UE ۄ UJ 0x [Uu5 @ 0 (~ 9} Oa1 tY3Y6 = ‘+ {. 7n},] I8y ʖY |

NSI45020AT1G Регулятор постоянного тока и светодиодный драйвер

NSI45020AT1G Постоянный ток регулятор и светодиод драйвер 45 В, 20 мА 10% Твердотельные линейные регуляторы постоянного тока (CCR) представляют собой простые, экономичные и надежные (SER) устройства, разработанные для обеспечения экономичного решения для регулирования тока в светодиодах .Регуляторы серии SER основаны на запатентованной технологии самосмещенных транзисторов (SBT) и регулируют ток в широком диапазоне напряжений. Серия разработана с отрицательным температурным коэффициентом для защиты светодиодов от теплового разгона при экстремальном напряжении и рабочей температуре. Регуляторы постоянного тока серии SER не требуют внешних компонентов, а их высокое номинальное анодно-катодное напряжение выдерживает скачки, характерные для автомобильной промышленности. , Промышленные и коммерческие вывески.Серия SER доступна в термостойких корпусах и соответствует строгим стандартам AEC 101. Устройства серии SER не содержат свинца и соответствуют требованиям ROHS и используют формовочный компаунд, не содержащий галогенов. Применение • См. Примечание по применению AND8391 / D для рассмотрения рассеиваемой мощности • См. Примечание по применению AND8349 / D для автомобильных стоп-сигналов HighMount (CHMSL) Применение • Сторона автомобильного шеврона Зеркальные маркеры, кластер, подсветка дисплея и приборов • Смачивание контактов переключателя • Вывеска на дисплее • Буквы каналов • Панели освещения переменного тока • Особенности декоративного освещения • В этом устройстве используется безгалогенный формовочный состав • Это устройство без свинца МАКСИМАЛЬНЫЕ РЕЙТИНГИ (TA = 25 ° C, если только в противном случае) Номинальное обозначение Значение Единица Напряжение на узле и катоде Vak Макс. 45 В Обратное напряжение VR 500 мВ Диапазон рабочих и запоминающих температур Диапазон температур ESD: Модель человеческого тела Модель машины T J, T stg от −55 до +150 ° CESD Класс 1CC Класс B Напряжения, превышающие максимально допустимые, могут привести к повреждению устройства.MaximumRatings – это только рейтинги стресса. Функциональная работа, превышающая Рекомендуемые условия эксплуатации, не подразумевается. Длительное воздействие нагрузок, превышающих рекомендуемые условия эксплуатации, может повлиять на надежность устройства. ADMhttp: //onsemi.comSOD−123CASE 425STYLE 1 СХЕМА МАРКИРОВКИ M 1 2 = Код устройства = Код даты = Пакет без свинца ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ЗАКАЗА Доставка пакета устройства † NSI45020AT1G I reg (SS) = 20 мА @ Vak = 7,5 В1 Узел 2 Катод 1 (Примечание: микроточка может быть в любом месте) SOD-123 (без свинца) 3000 / лента и катушка † Для получения информации о характеристиках ленты и катушки, включая часть ориентацию и размеры ленты см. в брошюре «Технические характеристики упаковки ленты и рулона», BRD8011 / D.2 © Semiconductor Components Industries, LLC, 2009 Май, 2009 г. – Ред. 01 Номер для заказа публикации: NSI45020A / D

Основы проектирования и основы разработки драйвера лазерного диода

Введение:
Если вы собираетесь начать работать с лазерными диодами, вы, скорее всего, знаете, что есть некоторые очень специфические нюансы для безопасного управления ими и контроля их температуры. Для них требуется специальный набор специально разработанных электронных элементов управления.Этот набор элементов управления объединяется для создания так называемого драйвера лазерного диода или источника тока лазерного диода. По сути, эти элементы определяют, как лазер включается и управляется для получения определенной длины волны и выходной мощности. И как это сделать, не повредив лазерный диод. Подробнее »
БЫСТРАЯ НАВИГАЦИЯ:
МАГАЗИН ДРАЙВЕРОВ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ:
Купить все драйверы лазерных диодов »
Shop High Power (> 5 Amp) Драйверы лазерных диодов »
Приобрести Печатные платы и OEM-драйверы лазерных диодов »

Краткий обзор лазерных диодов:
Чтобы понять, что такое драйверы лазерных диодов и почему они важны, важно понимать некоторые ключевые особенности устройств с лазерными диодами.Эти устройства требуют особого внимания к тому, как они включаются, работают и выключаются. В сети много подробной информации о лазерных диодах. Короче говоря, лазерный диод – это полупроводниковый прибор, сделанный из двух разных материалов. Один из P-материала, другой из N-материала, зажатых вместе. Прямое электрическое смещение через P-N-переход заставляет соответствующие дырки и электроны с противоположных сторон перехода объединяться, испуская фотон в процессе каждой комбинации.Поверхности зоны стыка (полости) имеют до зеркального блеска. Те, кто знаком с теорией лазеров, знают, что происходит, когда фотоны прыгают по полированной полости. Электрическое смещение для перехода должно быть стабильным, малошумящим источником свободного тока от переходных процессов.
В этой короткой статье представлена основная информация о драйверах лазерных диодов, также называемых источниками постоянного тока, и почему они важны для управления и защиты этих устройств. Он предоставляет общий обзор того, как работают драйверы лазерных диодов, и многие типы драйверов лазерных диодов, доступных в отрасли.
Что такое драйвер лазерного диода? А что такое источник постоянного тока?
Драйвер – это источник постоянного тока. Вот полезное короткое видео на YouTube, объясняющее источники постоянного тока и постоянного напряжения и почему источники тока предпочтительны для управления лазерными диодами. Если вас оскорбила его простота… приносим свои извинения.

Понимание коэффициентов настройки и эффективности:
Лазерные диоды – это токочувствительные полупроводники.Изменение тока возбуждения равно изменению длины волны устройства и выходной мощности. Любая нестабильность управляющего тока (шум, дрейф, индуцированные переходные процессы) повлияет на рабочие характеристики лазерного диода. В частности, они повлияют на выходную мощность и длину волны. Кроме того, на температуру диодного перехода напрямую влияет ток. Текущая нестабильность источника вызовет колебания температуры перехода; выходные характеристики (опять же мощность и длина волны) изменятся.Для того же диода, упомянутого выше:
Нестабильность управляющего тока напрямую приводит к колебаниям температуры перехода, хотя временная шкала несколько медленнее, чем прямое влияние изменений тока.
Общие сведения о динамическом сопротивлении и прямом напряжении вашего драйвера:
Прямое напряжение на лазерном диоде непостоянно. Он меняется, особенно после пороговой точки. Пороговая точка – это точка, в которой выходная оптическая мощность лазера линейна с входным током возбуждения, мВт / мА.
Для тех из вас, кто еще помнит вычисления, первая производная кривой V-I показывает график динамического сопротивления диода, оно также не является постоянным. Таким образом, вся нагрузочная характеристика лазерного диода непостоянна. Напряжение и сопротивление изменяются в зависимости от тока (и температуры). Итак, как мы узнали из видео об источниках постоянного тока, хороший, стабильный, малошумящий источник тока будет поддерживать постоянный ток независимо от нагрузки, подключенной к его выходу!
Почему не следует использовать настольный источник напряжения:
Источники напряжения (настольные источники питания) нарастают напряжение при включении, но ток не контролируется.Это не подходит для диодов, требующих постоянного регулируемого тока. Изменение сопротивления источника постоянного напряжения приводит к изменению тока. Если приложение требует постоянной мощности лазера и стабильной длины волны, источник напряжения не будет работать и может подвергнуть лазер риску теплового удара и / или переходных процессов из-за быстрого изменения тока.
Каковы основные типы драйверов лазерных диодов?
На самом общем уровне существует несколько классов или «типов» лазерных драйверов, которые вы обычно слышите.Это: постоянного тока (CW), импульсные (включая QCW), маломощные и высокомощные драйверы . Постоянный ток – это именно то, что он заявляет, постоянный выходной уровень с течением времени, скажем 30 мА, теоретически навсегда, если это необходимо. Импульсные драйверы лазерных диодов представляют собой интересную разновидность, поскольку выходная мощность является функцией времени, а коэффициент заполнения – лучший способ ее описать. Рабочий цикл – это время, в течение которого источник тока включен – высокий выходной ток, деленный на общее время импульса (время включения и выключения). Небольшое замечание о временах отключения в источниках тока: они никогда не отключены по-настоящему (то есть нулевой ток), но часто находятся на достаточно низком уровне выхода, при котором выход лазерного диода минимален – значительно ниже порогового значения.В следующем разделе дано общее определение версий этих типов драйверов с низким и высоким энергопотреблением.
Какие стандартные коммерчески доступные уровни мощности доступны для драйверов?
Драйверы «малой мощности» и «высокой мощности» – это общепринятая отраслевая терминология, описывающая величину выходной мощности нагрузки. Однако это немного неправильное название: выходной уровень не выражается в единицах мощности, то есть в ваттах, он выражается в единицах мкА, мА и амперах. В мире мощных импульсных источников тока вы можете увидеть выходной импульс, выраженный в Джоулях, то есть энергии, то есть 1 Вт = 1 Дж / с.В технических паспортах обычно также указывается величина выходного тока и напряжение, вам просто нужно их найти. Драйвер с низким энергопотреблением примерно определяется как от 1 мА до 5 ампер. Драйвер мощного лазерного диода – 5 А и до 100 А в режиме CW. Это драйверы уровня кВт, доступные в импульсном и QCW-режимах. Это ни в коем случае не стандарты, а просто обобщение, основанное на опыте автора в мире контроллеров лазерных диодов.
Краткий обзор схемы лазерного драйвера:
Следующий шаг – схематическое представление о том, как работает «типичный» источник тока на лазерном диоде.У Wavelength Electronics есть отличное видео, описывающее их текущие конструкции источников. Это хорошая информация в виде блок-схемы, которую легко понять.

Информация, представленная в этом видео, применима ко всем имеющимся в продаже источникам тока для лазерных диодов, различия в функциях и характеристиках будут определять производительность и, конечно же, цену.
Конечно, вы можете гораздо глубже понять источники лазерного тока.Есть уровень, на котором вы, возможно, захотите построить свой собственный, здесь вам нужно будет разбираться в электрических схемах и компонентах. Быстрый поиск источников тока лазерных диодов на YouTube приведет к созданию множества собственных источников тока. Для тех из вас, у кого особые требования, не удовлетворяемые коммерческими производителями, есть хорошая статья под названием «Высокоустойчивый малошумящий лазерный драйвер тока» от BYU. Он очень подробный, содержит отличные схемы для тех, кто разбирается в электрическом проектировании с математически обоснованными принципами проектирования, а производительность подкрепляется данными и графиками.
Итак, с учетом сказанного, следующий уровень – покупка коммерчески доступного источника тока.
Каковы типичные диапазоны цен на имеющиеся в продаже драйверы лазерных диодов?
Вот краткий обзор основных стилей корпусов и ценовых диапазонов имеющихся в продаже источников постоянного и импульсного тока.
»Источники тока уровня ИС для монтажа на печатной плате: Это интегральная схема (ИС), припаянная непосредственно к печатной плате (PCB).Как правило, это источники более низкого энергопотребления и базового тока, обеспечивающие от 10 мА до 500 мА. Вы найдете их в своем DVD-плеере, сканерах штрих-кодов, указателях и т. Д. Диапазон цен: от 10 до 100 долларов.
»Драйверы OEM-модулей: Это источники тока, встроенные в небольшой корпус или радиатор; подключения к модулю драйвера необходимы для питания переменного или постоянного тока и источников логического управления, а также для подключения к нагрузке. Они доступны в широком диапазоне диапазонов выходного тока, от 50 мА до 100 А.Диапазон цен: от 250 до 2500 долларов.
»Настольные драйверы: Это автономные источники тока, которые размещены в корпусе с передней панелью для облегчения управления. Единственные подключения к нему – это вход переменного тока и выход для нагрузки лазерного диода. Они могут быть многофункциональными (управление микропроцессором, низкий уровень шума, высокая стабильность, многодиапазонный) или базовыми (аналоговое управление, одиночный диапазон, включение / выключение), малой или высокой мощностью. Доступны в импульсном и непрерывном режимах от 100 мА до 100 А и более.Вы найдете их во многих оптических лабораториях, чистых комнатах и т. Д. Диапазон цен: от 1000 до 10 000 долларов
Что самое важное? Защита вашего лазерного диода:
Защита лазерного диода, о которой часто забывают, забывают или просто игнорируют. Что ж, вы можете рискнуть и просто использовать любой источник тока или напряжения, но вы рискуете либо повредить очень дорогой лазерный диод в разработке, либо рискуете потерять часы лабораторной работы и устранения неполадок из-за перегоревшего лазера.Диодные лазеры имеют низкую стойкость к тепловому удару. Стратегии защиты, используемые в большинстве имеющихся в продаже источников тока лазерных диодов, включают способ включения и выключения источника тока (схемы медленного пуска), защиту от перегрузки по току (ограничения тока), защиту от переходных процессов, прокладку кабелей и т. Д. от Newport Corp. о защите: защита лазерного диода.
Рассмотрение всех уровней защиты должно быть важным фактором не только в коммерческих источниках тока лазерных диодов, но и в реализации и соблюдении в лаборатории или системе разработки продукции.
И не забывайте также о контроле температуры … многие критические параметры лазерного диода, включая длину волны, пороговый ток и эффективность, сильно зависят от температуры перехода. Таким образом, для многих приложений требуется очень стабильный контроль температуры.
Какие наиболее важные характеристики следует учитывать при выборе драйвера?
Этот ответ наверняка зависит от области применения диода. Например, к лазерной указке не предъявляются такие строгие требования к контролю тока, как к диодам, используемым в спектроскопических приложениях, требующих очень узкой ширины линии.В большинстве исследовательских приложений, где вы собираетесь потратить от сотен до нескольких тысяч долларов на источник тока лазерного диода, наиболее важными характеристиками являются: защита от скачков и переходных процессов по току и напряжению, плотность шума тока и долговременная стабильность. Несомненно, есть много других важных функций, но вам нужен источник постоянного тока, прежде всего, чтобы оптимизировать и защитить лазерный диод для конкретного применения.
Еще одно замечание об атрибутах, хотя и не упомянутых в первой тройке, текущий диапазон, конечно, важен.Но помимо очевидной причины, вот почему: если вы покупаете источник тока с диапазоном 2 А, а диоду требуется только 50 мА, обратите внимание на разрешение источника тока, оно зависит от общего выходного диапазона. Точность вывода также зависит от диапазона, если это важно для приложения. Обратите особое внимание на спецификации производителя для этих спецификаций. Поищите технические примечания или спросите производителя, как они определяются, измеряются и проверяются.
Кто делает драйверы для лазерных диодов?
Теперь у вас есть основа, которая поможет вам начать поиск конкретного драйвера источника тока для вашей лаборатории.Вы можете посетить наш индекс драйверов лазерных диодов, чтобы сравнить цены и характеристики многих ведущих мировых производителей. Эти компании предлагают широкий спектр маломощных, высокомощных, непрерывных и импульсных драйверов лазерных диодов, богатых функциями и характеристиками.
Сильноточный генератор 555 импульсов с использованием регулятора напряжения
Этот сильноточный генератор 555 импульсов полезен в приложениях, где импульсы, подаваемые одним только 555, не имеют достаточного тока.С таймером 555 вы получаете выход с двумя уровнями напряжения, высоким и низким, но текущая емкость этой ИС очень ограничена.
Если на выходе установлен силовой транзистор, высокая пропускная способность по току может быть получена только тогда, когда он находится на высоком уровне или только на низком уровне (это зависит от типа транзистора и способа его подключения).
Поскольку желательно получить импульс высокой емкости по току (импульс мощности) как на высоком, так и на низком уровне, в качестве основных компонентов используются таймер 555, транзистор и регулятор напряжения.См. Схему.
Генератор импульсов мощности (генератор сильноточных импульсов)
Форма выходного сигнала генератора импульсов (Vout)
Из диаграммы видно, что минимальное значение на выходе составляет 1,2 В (минимальное напряжение, подаваемое регуляторами). используется), а максимальное напряжение будет примерно на 3 вольта меньше, чем напряжение питания. Падение на 3 вольта связано с падением напряжения между входом (контакт 2) и выходом (контакт 3) регулятора напряжения.
Форма выходного сигнала генератора сильноточных импульсов
Как работает сильноточный генератор импульсов 555?
На этой схеме показано, как таймер 555, сконфигурированный как нестабильный генератор, соединен на своем выходе с очень популярным регулятором переменного напряжения, таким как LM317, LM150, LM250, LM350, которые способны выдавать напряжения в диапазоне от 1,2 вольт до 33 вольт с максимальным током 3 ампера.
Минимальное напряжение на низком уровне будет минимальным напряжением, полученным от регулятора, а максимальный высокий уровень будет зависеть от максимального напряжения источника питания, который использует схему.
С этим типом схемы можно напрямую управлять лампами постоянного тока. Мощные лампы, которые периодически включаются и выключаются, в качестве сигнала опасности на дороге – хорошее применение.

555 Timer Pin Out
Также можно управлять двигателями постоянного тока. Регулировка частоты колебаний (с помощью резистора 100K) может изменить скорость двигателя.

LM350K – регулятор переменного напряжения (вывод)
Поскольку 555 работает как генератор, он заставляет транзистор постоянно входить в свои зоны отсечки и насыщения.Частота, с которой это делается, регулируется потенциометром 100K, а потенциометр 10K используется для изменения ширины импульса.

Распиновка 2N2222 NPN транзистора
Список компонентов схемы
1 Регулятор напряжения LM350T / LM250T / LM150T / LM317T. (Рег). Эти регуляторы напряжения могут различаться по току. Выберите тот, который подходит для приложения
1 таймер 555 (IC)
1 2N2222 NPN транзистор или эквивалентный (T)
1 резистор 10 кОм (R1)
1 резистор 1 кОм (R2)
1 резистор 220 Ом (R3)
1 Потенциометр 100 кОм (1/2 Вт) (P1)
1 Потенциометр 10 кОм (1/2 Вт) (P2)
1 0.1 мкФ (микрофарад) конденсатор (C2)
1 от 0,01 мкФ до 10 мкФ (микрофарад) электролитический конденсатор (C1)
1 радиатор для регулятора напряжения
.

Импульсный стабилизатор тока: Стабилизатор тока для светодиодов, схемы

принцип работы, импульсная модель, универсальный регулируемый прибор

Краткое описание

Функциональные возможности

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Универсальная регулируемая модель

Многофункциональный прибор

Незаменимое устройство постоянного тока

Современная схема на базе КРЕН

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Похожие темы:

Микросхемы импульсных понижающих стабилизаторов. Эволюция схемотехники – Компоненты и технологии

Мощный импульсный стабилизатор напряжения и тока. Две простые, но надежные схемы стабилизатора тока для светодиодов в авто

Виды стабилизаторов напряжения

Линейные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы напряжения

Хорошо. А что со стабилизатором тока?

Ну так и зачем всё это нужно то?

Стабилизатор тока для светодиодов — описание

Калькулятор стабилизатора тока на LM317

Немного теории

Примеры диодных стабилизаторов тока

От теории к практике

Внутренняя схема

Источник тока 0.5А и более

Увеличение рабочего напряжения

Список радиоэлементов

Регулируемый стабилизатор постоянного тока – Просто о технологиях

Как самому изготовить стабилизатор тока для светодиодов: схемы

На КРЕНке

На двух транзисторах

На операционном усилителе (на ОУ)

На микросхеме импульсного стабилизатора

Заключение

Видео «Устройство для питания светодиодов»

Стабилизатор тока светодиода

Типы стабилизаторов тока

Линейный стабилизатор тока

Схемы линейных стабилизаторов тока

Импульсный стабилизатор тока

Схемы импульсных преобразователей

Понижающий преобразователь

Повышающий преобразователь

Инвертирующий преобразователь

Прямоходовой и обратноходовой преобразователи

Применение импульсного конвертера в качестве стабилизатора тока

Стабилизатор тока для зарядного устройства, светодиодов и т.д

Стабилизатор тока для светодиодов: виды, схемы, как сделать

Назначение и принцип работы

Обзор известных моделей

Стабилизатор на LM317

Регулируемый стабилизатор

Как сделать стабилизатор для светодиода своими руками

Какой стабилизатор использовать в авто

Вывод

Стабилизатор тока. Простейший стабилизатор постоянного тока :

Как устроен стабилизатор?

Принцип работы

Принципиальная схема релейного устройства

Устройство симисторного стабилизатора LM317

Высокочастотные модели

Широтно-импульсные стабилизаторы

Схема резонансных устройств

Стабилизатор переменного тока

Модель для светодиодов

Стабилизатор с регулятором

Стабилизаторы постоянного тока

Стабилизаторы тока

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Диодный стабилизатор тока

Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Мощный импульсный стабилизатор тока

Стабилизатор на LM2576

Импульсный стабилизатор тока своими руками. Подключение светодиодов через стабилизатор тока

Краткое описание

Функциональные возможности

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Универсальная регулируемая модель