Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Содержание

Содержание
  1. Назначение и принцип работы
  2. Выбор схемы включения
  3. Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.
  4. О соотношении размеров инерционного стабилизатора
  5. Модифицированные модели устройств
  6. Step-down DC-DC преобразователь напряжения на +5В
  7. Простой преобразователь тока
  8. Сборка простого стабилизатора своими руками
  9. Стабилизатор на PT4115
  10. Зарубежные и российские аналоги
  11. Безопасность при эксплуатации
  12. Видео
  13. Стабилизаторы напряжения ключевого типа
  14. Гальваническая развязка
  15. Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69…72%
  16. Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения
  17. Стабилизатор с использованием ШИМ
  18. Буфер
  19. Функциональные схемы по типу цепи управления
  20. С триггером Шмитта
  21. С широтно-импульсной модуляцией
  22. С частотно-импульсной модуляцией
  23. Как подобрать компоненты
  24. Импульсные стабилизаторы тока
  25. Преобразователи на основе дросселя
  26. Преобразователь с понижением напряжения
  27. Преобразователь с повышением напряжения
  28. Инвертирующий преобразователь
  29. Изготовление драйвера для светодиодов своими руками
  30. Материалы и инструменты для работы
  31. Схемы простого драйвера для светодиода 1 Вт и мощного
  32. Схема подключения
  33. Как собрать и настроить драйвер?
  34. Влияние диода на КПД
  35. Назначение драйверов для светодиодов
  36. Ключевые особенности
  37. Характеристика регулятора

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.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

Выбор схемы включения

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение
Импульсный стабилизатор тока

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

  1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

О соотношении размеров инерционного стабилизатора

При отклонении камеры от горизонтальной оси, оператор вынужден фиксировать ручку стабилизатора в руке. Момент силы, передающийся руке оператора, прямо пропорционален длине вертикальной планки и весу камеры, и обратно пропорционален диаметру ручки. Поэтому, удобство управления камерой зависит от диаметра ручки. Для улучшения тактильных ощущений о положении ручки в руке, полезно сделать на ней небольшие концентрические углубления.

Нужно сказать, что размеры каждой детали стабилизатора, являются компромиссом между теми или другими параметрами устройства.

Например, чем тоньше ручка, тем труднее стабилизировать стедикам при ускорении, но чем толще ручка, тем слабее тактильное ощущение горизонта.

Другим компромиссом является выбор между размерно-весовыми показателями конструкции и качеством стабилизации. Чем длиннее горизонтальная планка и тяжелее грузики на её концах, тем выше качество стабилизации. Однако, при увеличении длины горизонтальной планки, её конец может попасть в поле зрения объектива, а увеличение веса делает переноску оборудования малокомфортной. Я не рекомендую увеличивать вес снаряжённого стабилизатора более 2,5кг, а предельный размер лучше подогнать под любимый кофр.

Модифицированные модели устройств

Максимальный ток нагрузки у данного типа воспринимается до 4 А. Входное напряжение конденсатором способно обрабатываться до отметки не более 15 В. Параметр входного тока у них обычно не превышает 5 А. Пульсация в данном случае допускается минимальная с амплитудой в сети не более 50 мВ. Частоту при этом можно поддерживать на уровне 4 Гц. Все это в конечном счете благоприятно отразится на общем коэффициенте полезного действия.

Современные модели стабилизаторов вышеуказанного типа справляются с нагрузкой в районе 3 А. Еще одной отличительной чертой данной модификации можно назвать быстрый процесс преобразования. Во многом это связано с использованием мощных транзисторов, которые работают со сквозным током. В результате открывается возможность стабилизировать выходной сигнал. На выходе дополнительно задействуется диод коммутирующего типа. Устанавливается он в системе вблизи узла напряжения. Потери при нагревании значительно уменьшаются, и это является явным преимуществом стабилизаторов данного типа.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Step-down DC-DC преобразователь напряжения на +5В

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 2. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых каркасах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ.

Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм.

Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, активное сопротивление обмотки — 13 мОм.

Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала.

Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%

Рис. 2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5…7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая величину конденсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18…20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе C3 минимальны.

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

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

Основные технические характеристики:

  • Входное напряжение, В — 15…25.
  • Выходное напряжение, В — 5.
  • Максимальный ток нагрузки, А — 4.
  • Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мВ, не более — 50.
  • КПД, %, не ниже — 60.
  • Рабочая частота при входном напряжении 20 б и токе нагрузки 3А, кГц—20.

Простой преобразователь тока

Сборка миниатюрного преобразователя тока своими руками считается довольно простой. Такие стабилизаторы напряжения обычно изготавливаются в режиме для стабилизации тока. При этом не следует путать максимальное напряжение для всего блока и максимальную нагрузку на ШИМ-контроллер. На блок может быть установлена система низковольтных конденсаторов на 20 В, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор тока, выполненный своими руками, — это вариант LM317. Потребуется только рассчитать резистор для светодиода с помощью онлайн калькулятора.

Для LM317 можно использовать подручное питание (к примеру, блок питания на 19 В от ноутбука, на 24 В или 32 В от принтера либо на 9 или на 12 вольт от бытовой электроники). К преимуществам такого преобразователя относят его низкую цену, минимальное количество деталей, высокую надежность, а также наличие в магазинах. Более сложную схему стабилизатора тока собирать своими руками не рационально. Поэтому если вы не являетесь опытным радиолюбителем, то импульсный стабилизатор тока намного проще и быстрее будет купить в готовом виде. При необходимости его можно доработать до требуемых параметров.

Чтобы выполнить сборку LM317, никаких особых знаний и навыков по электронике не потребуется (в схемах число внешних элементов минимально). Стоит такой простой стабилизатор тока очень дешево, при этом его возможности многократно проверены на практике.

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Единственный недостаток заключается в том, что LM317 может потребовать дополнительного охлаждения. Также стоит опасаться китайских микросхем LM317 с более низкими параметрами. Стоимость в любом случае более чем доступна, при этом в цену включена доставка. Китайские производители выполняют довольно трудоемкую работу при цене изделия в 30-50 рублей за штуку. Ненужные запчасти можно распродать на Авито или форумах в интернете.

Сборка простого стабилизатора своими руками

Светодиод представляет собой полупроводниковый прибор, для работы которого необходим ток. Включение светодиодов через стабилизатор считается наиболее правильным. Продолжительность функционирования светодиода без потери яркости зависит от его режима работы. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, — их довольно трудно спалить. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора.

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

Максимальная мощность LM317 — 1.5 Ампер. Если вы хотите увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор. В результате, для устройства на транзисторе на выходе можно добиться подачи 10 А (задается низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

В любом случае, ассортимент продаваемых модулей и блоков достаточно широкий, поэтому устройство с нужными параметрами можно собрать за минимальное время. КПД зависит от разницы напряжения входа и выхода, а также от режима работы.

Стабилизатор на PT4115

PT4115 – унифицированная микросхема, разработанная компанией PowTech специально для построения драйверов для мощных светодиодов, которую можно использовать также и в автомобиле. Типовая схема включения PT4115 и формула расчета выходного тока приведены на рисунке ниже. Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Понять, почему так происходит, а также ознакомиться с более детальным расчетом и выбором остальных элементов схемы можно здесь. Известность микросхема получила, благодаря своей многофункциональности и минимальному набору деталей в обвязке. Чтобы зажечь светодиод мощностью от 1 до 10 Вт, автолюбителю нужно всего лишь рассчитать резистор и выбрать индуктивность из стандартного перечня.

PT4115 имеет вход DIM, который значительно расширяет её возможности. В простейшем варианте, когда нужно просто зажечь светодиод на заданную яркость, он не используется. Но если необходимо регулировать яркость светодиода, то на вход DIM подают либо сигнал с выхода частотного преобразователя, либо напряжение с выхода потенциометра. Существуют варианты задания определенного потенциала на выводе DIM с помощью МОП-транзистора. В этом случае в момент подачи питания светодиод светится на полную яркость, а при запуске МОП-транзистора светодиод уменьшает яркость наполовину.

К недостаткам драйвера светодиодов для авто на базе PT4115 можно отнести сложность подбора токозадающего резистора Rs из-за его очень малого сопротивления. От точности его номинала напрямую зависит срок службы светодиода.

Обе рассмотренные микросхемы прекрасно зарекомендовали себя в конструировании драйверов для светодиодов в автомобиле своими руками. LM317 – давно известный проверенный линейный стабилизатор, в надежности которого нет сомнений. Драйвер на его основе подойдёт для организации подсветки салона и приборной панели, поворотов и прочих элементов светодиодного тюнинга в авто.

PT4115 – более новый интегральный стабилизатор с мощным MOSFET-транзистором на выходе, высоким КПД и возможностью диммирования.

Зарубежные и российские аналоги

Чем можно заменить lm317 ? Полными аналогами микросхемы являются GL317, SG317, UPC317, ECG1900.  Очень известным отечественным аналогом lm317t c фиксированным напряжением является микросхема KP142ЕН12. Если нужен регулируемый линейный стабилизатор, то подойдет КРЕН12А (можно и Б).

Безопасность при эксплуатации

Максимальное напряжение между входом и выходом не должно превышать 40 В. Мощность рассеивания не более 20 Вт. Температура пайки не должна превышать 260 °С, при соблюдении расстоянии от корпуса микросхемы более 1,6 мм и времени нагревания до 10 секунд. Температура хранения устройства должна находится в пределах от -65 до + 150 °С, рабочая температура не более + 150 °С.

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Это максимальные значения, которые могут привести к повреждению устройства или повлиять на стабильность его работы. Микросхема хорошо защищена от тепловой перегрузки и короткого замыкания контактов. Однако не стоит превышать допустимые параметры при эксплуатации, для избежания выхода её из строя и достижения максимально надежной работы.

Видео

Стабилизаторы напряжения ключевого типа

Такого рода импульсный стабилизатор напряжения 12В коэффициент полезного действия имеет на уровне 60 %. Основной проблемой является то, что он не способен справляться с электромагнитными помехами. В данном случае приборы с мощностью более 10 Вт находятся в зоне риска. Современные модели данных стабилизаторов способны похвастаться предельным напряжением в 12 В. Нагрузка на резисторы при этом значительно ослабевает. Таким образом, на пути к конденсатору напряжение удается полностью преобразовать. Непосредственно генерация частоты тока происходит на выходе. Износ конденсатора в данном случае минимален.

Еще одна проблема связна с использованием простых конденсаторов. На деле они показали себя довольно плохо. Вся проблема заключается именно в высокочастотных выбросах, которые происходят в сети. Чтобы решить эту задачу, производители начали устанавливать на импульсный стабилизатор напряжения (12 вольт) конденсаторы электролитического типа. В результате качество работы удалось улучшить за счет увеличения емкости устройства.

Гальваническая развязка

Чтобы обезопасить человека при эксплуатации ИС, применяют гальваническую развязку. Для этого включают в схему разделительный трансформатор или дроссель с дополнительной обмоткой. На рабочих частотах 20 кГц – 1 МГц они не столь габаритны, как трансформаторы для частоты переменного тока 50 Гц. В управляющих цепях для развязки устанавливают оптроны (оптопары).

Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69…72%

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3…48 кГц.

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

Рис. 6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69…72%.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм.

Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69…72%. Коэффициент стабилизации — 500.

Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения

Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1.

Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения

Рис. 4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.

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

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ.

Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35.

Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

Стабилизатор с использованием ШИМ

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, который работает на основе ШИМ, имеет в своем составе:

  1. Генератор.
  2. Операционный усилитель.
  3. Модулятор.

Работа ключа будет напрямую зависеть от напряжения. Влияние на скважность импульсов происходит с помощью частоты генератора и емкости интегратора. Когда ключ размыкается, начинается процесс передачи электричества. Также в устройстве присутствует операционный усилитель, который сравнить показатели входного и выходного напряжения и передаст их на модулятор.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Читайте также:  Что делать когда не морозит морозилка в холодильнике

Конечные импульсы могут характеризоваться отклонением скважности. Именно эти импульсы могут определять поведение ключа.

Буфер

После рассмотрения стабилизаторов цепей накала и высоковольтного стабилизатора, я предлагаю вашему вниманию схему простого высоковольтного буфера:

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Его функция в обеспечении постоянного выходного сопротивления и подавление пульсация и помех по питанию. Если его подключить после обычного стабилизатора, то все негативные факторы от обратной связи в источнике питания можно существенно снизить.

Выходное сопротивление такого буфера обратно пропорционально крутизне транзистора и получается достаточно низким. Оно также постоянно в звуковом диапазоне частот.

Большую роль для качества звучания играет выбор конденсаторов!!!

Кстати, я обнаружил, что параллельное соединение конденсаторов не добавляет качества звучания. К примеру, один конденсатор на 20 мкФ звучит лучше, чем параллельное соединение двух конденсаторов на 10 мкФ того же производителя.

Функциональные схемы по типу цепи управления

Импульсный стабилизатор напряжения представляет собой систему автоматического регулирования. Задающим параметром для контура регулирования служит опорное напряжение, которое сравнивается с выходным напряжением стабилизатора. В зависимости от сигнала рассогласования устройство управления изменяет соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключа.

В представленных ниже структурных схемах можно выделить три функциональных узла: ключ (1), накопитель энергии (2) (который иногда называют фильтром) и цепь управления. При этом ключ (1) и накопитель энергии (2) вместе образуют силовую часть стабилизатора напряжения, которая вместе с цепью управления образуют контур регулирования. По типу цепи управления различают три схемы.

С триггером Шмитта

Стабилизатор напряжения с триггером Шмитта называется также релейным или стабилизатором с двухпозиционным регулированием. В нём выходное напряжение сравнивается с нижним и верхним порогами срабатывания триггера Шмитта (4 и 3) посредством компаратора (4), который обычно является входной частью триггера Шмитта. При замкнутом ключе (1) входное напряжение поступает на накопитель энергии (2), выходное напряжение нарастает, и после достижения верхнего порога срабатывания Umax триггер Шмитта переключается в состояние, размыкающее ключ (1). Накопленная энергия расходуется в нагрузке, при этом напряжение на выходе стабилизатора спадает, и после достижения нижнего порога срабатывания Umin триггер Шмитта переключается в состояние, замыкающее ключ. Далее описанный процесс периодически повторяется. В результате на выходе образуется пульсирующее напряжение, размах пульсаций которого зависит от разности порогов срабатывания триггера Шмитта.

Такой стабилизатор характеризуются сравнительно большой, принципиально неустранимой пульсацией напряжения на нагрузке и переменной частотой преобразования, зависящей как от входного напряжения, так и от тока нагрузки.

С широтно-импульсной модуляцией

Структурная схема стабилизатора напряжения с ШИМ

Как и в предыдущей схеме, в процессе работы накопитель энергии (2) или подключён к входному напряжению, или передаёт накопленную энергию в нагрузку

В результате на выходе имеется некоторое среднее значение напряжения, которое зависит от входного напряжения и скважности импульсов управления ключом (1). Вычитатель-усилитель на операционном усилителе (4) сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением (6) и усиливает разность, которая поступает на модулятор (3)

Если выходное напряжение меньше опорного, то модулятор увеличивает отношение времени открытого состояния ключа к периоду тактового генератора (5). При изменении входного напряжения или тока нагрузки скважность импульсов управления ключом изменяется таким образом, чтобы обеспечить минимальную разность между выходным и опорным напряжением.

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

В таком стабилизаторе частота преобразования не зависит от входного напряжения и тока нагрузки и определяется частотой тактового генератора.

С частотно-импульсной модуляцией

При этом способе управления импульс, открывающий ключ, имеет постоянную длительность, а частота следования импульсов зависит от сигнала рассогласования между опорным и выходным напряжениями. При увеличении тока нагрузки или снижении входного напряжения частота увеличивается. Управление ключом может осуществляться, например, с помощью моностабильного мультивибратора (одновибратора) с управляемой частотой запуска.

Как подобрать компоненты

Для трансформаторного источника подбирается, в первую очередь, трансформатор. В большинстве случаев он берется готовый из того, что есть. Этот узел должен выдавать требуемый ток при максимальном напряжении. Сочетание этих параметров обеспечивается габаритной мощностью трансформатора. Для промышленных устройств параметры можно узнать из справочника. Для случайных трансформаторов мощность можно определить по размерам сердечника (в сантиметрах).

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение
Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение
Площадь сердечника для разных типов трансформаторов.

Мощность вычисляется по формуле:

P=S2/1.44 где:

  • P-мощность в Ваттах;
  • S- сечение в квадратных сантиметрах.

Для практических целей мощность надо еще умножить на КПД. Для примера, трансформатор с площадью сердечника 6 кв.см. при напряжении 35 вольт и выходном напряжении стабилизатора 30 вольт (общий КПД можно взять 0.75) способен отдать мощность P=(36/1.44)*0.75=18.75 ватт. Наибольший ток при этом составит I=P/U=18.75/35=0,5 А.

Если трансформатор проходит по мощности, но вторичная обмотка рассчитана на другое напряжение, ее можно удалить и намотать новую (если уместится). Количество витков рассчитывается так:

  • определяется количество витков на вольт по формуле 50/S, где S – площадь сердечника в кв.см.;
  • эта величина умножается на необходимый уровень напряжения.

Так, для площади 6 см на 1 вольт приходится 50/6=8,3 витка на вольт. Для напряжения 35 вольт обмотка должна иметь 35*8,3=291 виток. Диаметр провода рассчитывается по формуле D=0,02, где I – ток в миллиамперах. Для тока в 5 ампер надо взять провод диаметром 0,02*=70*0,02=1,4 мм.

Если для линейного регулятора подбирается мощный транзистор, основной критерий для применения – ток коллектора. Он должен с запасом перекрывать ток нагрузки. Этот параметр для распространенных отечественных и зарубежных транзисторов приведен в таблице.

ТранзисторНаибольший ток коллектора (постоянный), А
КТ818 (819) 10
КТ825 (827) 20
КТ805 5
TIP36 25
2N3055 15
MJE13009 12

При работе в режимах, близких к максимальному току, транзисторы обязательно должны быть установлены на радиаторах.

Также надо обратить внимание на такой параметр, как максимальное напряжение между коллектором и эмиттером. При входном напряжении 35 вольт и выходном 1,5 разница составит 33,5 вольт, для некоторых полупроводниковых приборов это недопустимо.

Емкость оксидного конденсатора, стоящего после выпрямителя, выбирается исходя из нагрузки. Существуют формулы для расчета параметров фильтра, но на практике подход простой: чем больше, тем лучше. Сверху на емкость наложено два ограничения:

  • габариты конденсатора;
  • бросок тока на заряд, который может быть значительным при большой емкости.

Выходной конденсатор БП может иметь емкость около 1000 мкФ.

Импульсные стабилизаторы тока

К более экономичным устройствам относятся стабилизаторы тока, основой которых является импульсный преобразователь. Данный элемент известен еще, как ключевой преобразователь или конвертер. Внутри преобразователя мощность прокачивается определенными порциями в виде импульсов, что и определило его название. В нормально работающем устройстве потребление мощности происходит непрерывно. Она непрерывно передается между входной и выходной цепями и также непрерывно поступает в нагрузку.

В электрических схемах стабилизатор тока и напряжения на основе импульсных преобразователей имеет практически одинаковый принцип действия. Единственным отличием является контроль над током через нагрузку, вместо напряжения на нагрузке. Если ток в нагрузке снижается, стабилизатор осуществляет подкачку мощности. В случае увеличения – выполняется снижение мощности. Это позволяет создавать стабилизаторы тока для мощных светодиодов.

В наиболее распространенных схемах дополнительно имеется реактивный элемент, называемый дросселем. От входной цепи на него определенными порциями поступает энергия, которая в дальнейшем передается на нагрузку. Такая передача происходит через коммутатор или ключ, находящийся в двух основных состояниях – выключенном и включенном. В первом случае ток не проходит, а мощность не выделяется.

Во втором случае ключ проводит ток, обладая при этом очень малым сопротивлением. Поэтому выделяемая мощность также близка нулю. Таким образом, передача энергии происходит практически без потерь мощности. Однако импульсный ток считается нестабильным и для его стабилизации используются специальные фильтры.

Наряду с явными преимуществами, импульсный преобразователь обладает серьезными недостатками, устранение которых требует специфических конструктивных и технических решений. Эти устройства отличаются сложностью конструкции, они создают электромагнитные и электрические помехи. Они затрачивают определенное количество энергии для собственной работы и в результате нагреваются. Их стоимость существенно выше, чем у линейных стабилизаторов и трансформаторных устройств.

Тем не менее, большинство недостатков успешно преодолеваются, поэтому импульсные стабилизаторы пользуются широкой популярностью у потребителей.

Преобразователи на основе дросселя

Стабилизаторы с ёмкостным накопителем не получили широкого распространения, так как они хорошо работают только при достаточно большом внутреннем сопротивлении первичного источника. Такая ситуация возникает достаточно редко, т. к. внутреннее сопротивление источников питания стараются уменьшить, для отдачи большей мощности в нагрузку и меньших потерь энергии в источнике (например, внутреннее сопротивление бытовой сети электроснабжения в жилых помещениях составляет обычно от 0,05 Ом до 1 Ом). При работе от источника с маленьким внутренним сопротивлением в качестве накопителя энергии целесообразно использовать дроссель, либо более сложные комбинации дросселей и конденсаторов. Рассмотрим некоторые простые разновидности преобразователя.

Преобразователь с понижением напряжения

Buck conventions.svg

Кроме ключа S и дросселя L содержит диод D и конденсатор C. Когда ключ S замыкается, ток от источника течёт через дроссель L и нагрузку. ЭДС самоиндукции дросселя приложена обратно напряжению источника тока. В результате напряжение на нагрузке равно разности напряжения источника питания и ЭДС самоиндукции дросселя, ток через дроссель растёт, как и напряжение на конденсаторе C и нагрузке. При разомкнутом ключе S ток продолжает протекать через дроссель в том же направлении через диод D и нагрузку, а также конденсатор C. ЭДС самоиндукции приложена к нагрузке R через диод D, ток через дроссель постепенно уменьшается, как и напряжение на конденсаторе C и на нагрузке.

Преобразователь с повышением напряжения

Boost conventions.svg

В этом преобразователе ключ установлен после дросселя. Когда ключ замкнут, ток от источника протекает через дроссель L, ток через него увеличивается, в нём накапливается энергия. При размыкании ключа ток от источника течёт через дроссель L, диод D и нагрузку. Напряжение источника и ЭДС самоиндукции дросселя приложены в одном направлении и складываются на нагрузке. Ток постепенно уменьшается, дроссель отдаёт энергию в нагрузку. Пока ключ замкнут, нагрузка питается напряжением конденсатора C. Диод D не даёт ему разрядиться через ключ S.

Возможно также совмещение этой схемы с предыдущей, что позволяет произвольно изменять величину выходного напряжения: как повышать, так и понижать. Для этого перед дросселем устанавливаются диод и ключ, как в предыдущей схеме.

Инвертирующий преобразователь

Buckboost conventions.svg

В нём дроссель подключен параллельно источнику и нагрузке. Когда ключ S замкнут, ток от источника течёт через дроссель и быстро растёт. Когда ключ размыкается, ток продолжает течь через нагрузку R и диод D. ЭДС самоиндукции дросселя приложена в обратную сторону, по сравнению с напряжением источника. Поэтому напряжение к нагрузке также приложено в обратном направлении. Когда ключ S замкнут — диод D закрывается, а нагрузка питается зарядом конденсатора C.

Во всех трёх схемах диод D может быть заменён на ключ, замыкаемый в противофазе к основному ключу. Во многих случаях, особенно в низковольтных стабилизаторах, это позволяет увеличить КПД. Такую схему называют синхронным выпрямителем см. синхронное выпрямление (англ.)

Изготовление драйвера для светодиодов своими руками

Если в наличии пользователя есть несколько полупроводниковых кристаллов или линейка подсветки из старого телевизора, он может самостоятельно сделать источник тока для них.

Для этого следует приобрести приборы и детали или выпаять радиоэлементы из старой аппаратуры. Часто КПД устройств, сделанных своими руками, намного выше, чем у промышленных образцов.

Материалы и инструменты для работы

Для самодельного простого драйвера потребуются:

  • конденсаторы: простой 0,27 мкф на 400 V и 2 электролитических 500×16 V и 100×16 V;
  • резистор 500 кОм на 0,5 W;
  • 4 диода или готовый мост на 220 V;
  • микросхема LM317;
  • паяльник мощностью 20-40 Вт;
  • флюс и припой (желательно типа ПОС);
  • пассатижи, кусачки, плоскогубцы;.
  • многожильные изолированные проводники из меди сечением 0,35-1 мм²;
  • трубка термоусадочная;
  • мультиметр или тестер;
  • изолента;
  • плата для распайки элементов.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Схемы простого драйвера для светодиода 1 Вт и мощного

Классический преобразователь представляет собой сочетание электронного делителя напряжения и микросхемы-стабилизатора. Первый узел состоит из 2 элементов (конденсатора 0,27 мкф и резистора 500 кОм), соединенных параллельно, к которым последовательно подключен мост из диодов, выдерживающих входное напряжение.

В качестве стабилизатора часто применяют микросхему L7812, но это не совсем правильное решение. Она является линейным устройством, регулирующим напряжение, и при изменении тока может сгореть.

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Схема подключения

Лучше воспользоваться микросхемами LM317, LM338 или LM350, у которых есть защита от КЗ и перегрева. Питать их можно любым напряжением 5-35 V. К драйверу можно подсоединить 5-10 светодиодов.

Схема подключения проста:

  • плюс делителя идет на вход микросхемы (1 вывод);
  • общий провод через анод светодиода идет на минус радиодетали (среднюю ножку);
  • туда же через резистор, ограничивающий ток, подключен выход LM317 (3 контакт).

Установив вместо последнего элемента регулируемое сопротивление, можно изменять силу тока, т. е. яркость светодиодов в некоторых пределах.

Если нужно соорудить мощный прожектор, то драйвер придется модифицировать:

  • необходимо поднять питающее напряжение до 24 V;
  • установить стабилизатор с наибольшим током, а из предложенных микросхем только LM338 может выдавать 5А.

Ввиду большой силы тока следует установить ее на радиатор.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Как собрать и настроить драйвер?

В простом преобразователе для светодиодов мало элементов. Драйвер можно собрать на специальной плате, куске фанеры или провести навесной монтаж.

Устройство не требует наладки, если взять все указанные детали. Главное – правильно рассчитать резистор, ограничивающий ток.

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Влияние диода на КПД

Включенный в электрическую цепь диод вызывает на себе падение напряжения от 0,4 до 0,7 В. При токе от нескольких ампер и низком Uвых на элементе происходит потеря мощности, что приводит к снижению КПД. Применяют альтернативный вариант – замену диода на полевой транзистор. Подбирают такой, чтобы в открытом состоянии падение напряжения на нём было минимальным.

Внимание! Можно в схемах вместо диода поставить ещё один ключ, который будет работать в противофазе с основным.

Назначение драйверов для светодиодов

Яркость светодиодной лампы зависит от 2 параметров: тока, проходящего через нее, и идентичности характеристик полупроводников, т. к. любое несоответствие выведет детали из строя. Но современное производство не в состоянии обеспечить полностью одинаковые параметры кристаллов.

Он преобразует электроток:

  • задает ему амплитуду;
  • выпрямляет – делает его постоянным;
  • подает на все элементы одинаковый ток (немного меньше максимального уровня) и не допускает их пробоя.

Ключевые особенности

Главное отличие драйвера в том, что при входном напряжении, на которое он рассчитан (например, 140-240 V), он устанавливает на светодиодах заданный уровень тока. При этом потенциал на выходе устройства может быть любым.

Основных характеристик у него 3:

  1. Номинальный ток. Он не должен превышать паспортное значение светодиода, иначе диоды сгорят или будут гореть тускло.
  2. Напряжение на выходе. Зависит от типа подключения полупроводников и их числа. Оно равно произведению падения потенциала 1 элемента на их количество и может меняться в широких пределах.
  3. Мощность. От правильного расчета этой характеристики зависит вся работа устройства. Для этого суммируют мощности всех элементов и добавляют 20-25% (запас на перегрузку).

У светодиодной лампы из 10 элементов по 0,5 Вт этот параметр будет равен 5W. С учетом перегрузки следует выбрать драйвер на 6-7 W.

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками
Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Но 2 последних параметра (мощность потребления и выходное напряжение) напрямую зависят от спектра излучения светодиода. Например, элементы ХР-Е (красные) при 1,9-2,5 V потребляют 0,75 W, а зеленые – 1,25 W при питании в 3,3-3,9 V. Получается, что драйвер в 10 W способен запитать 7 диодов одного цвета или 12 другого.

Характеристика регулятора

По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

  1. Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
  2. Характеристика регулятора
  3. Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
  4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
  5. Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
  6. Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
  7. Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
  8. Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

Вам это будет интересно  Как используется эффект Холла: принципы явления и способы применения

Источники

  • https://odstroy.ru/stabilizator-toka-shema-reguliruemyj-impulsnyj-konstrukcia-i-naznacenie/
  • https://encom74.ru/stabilizatory-naprazenia-na-polevyh-tranzistorah-shema-vklucenia-i-regulirovki/
  • https://rentps3.ru/sovety/impulsnyj-stabilizator-napryazheniya.html
  • https://lightika.com/raznoe/impul-snyy-stabilizator-napryazheniya.html
  • https://amperof.ru/teoriya/impulsnyj-stabilizator-napryazheniya.html
  • https://RadioStorage.net/2782-7-skhem-impulsnyh-stabilizatorov-napryazheniya.html
  • https://Zapitka.ru/masterskaya/laboratornyy-bp-svoimi-rukami
  • https://rusenergetics.ru/praktika/regulyator-napryazheniya

Оцените статью
Все об электрике