Импульсный стабилизатор тока своими руками

Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

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

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

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

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

Стабилизаторы тока на микросхемах

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

TL431

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I_Rн = I_R2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора h_fe, тем больше эти токи будут совпадать.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вместо заключения

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

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

Источник

Стабилизатор тока светодиода

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.

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.

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:

Схемы линейных стабилизаторов тока

Импульсный стабилизатор тока

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

Схемы импульсных преобразователей

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.

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

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

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:

Источник

Nissan Qashqai Племенной › Бортжурнал › Стабилизатор напряжения (тока) 12В для светодиодов своими руками

Всем читателям ПРИВЕТ! В одной из своих записей я рассказал, что поставил на автомобиль ДХО. Однако, не успел поставить стабилизатор напряжения. Для чего нужен он, да все просто.
Итак, в бортовой сети автомобиля рабочее питание составляет от 12,8 до 14,7 Вольт (на разных машинах по своему), а вот светодиоды рассчитаны на 12 вольт. Поэтому приходится ставить стабилизатор, который на выходе всегда держит 12 вольт, не зависимо сколько у нас в борт сети автомобиля. Конечно можно подключить и без стабилизатора, но в этом случаи светодиоды прослужат не долго из-за перепадов напряжения автомобиля. Физику светодиодов можно почитать в интернете, информации полно!

Можно было заказать с АлиЭкспресс, но я решил делать сам. Опыт был уже.
Для изготовления стабилизатора мною были приобретены следующие компоненты:
1. Стабилизатор 2шт.
2. Конденсатор 100 мкФ 16V 2 шт.
3. Конденсатор 330 мкФ 16V 2 шт.
Итог: 70₽
Провода: взял от компьютера, так как они на концах уже изолированы и идеально подходят для купленных стабилизаторов.

Выбрал схему подключения (рисунок 1). Однако, в выбранной схеме исключил диод, так как он нужен грубо говоря, когда на выходе стабилизатора напряжение будет больше, чем на входе! Но такое бывает очень редко, можно сказать никогда!

Далее пошёл процесс пайки. Оговорюсь сразу, что я не профессионал в этом деле, а любитель. Поэтому многие могут сказать, что неаккуратно сделал. Уж извиняйте))) после того, как все спаял решил засунуть в какой-нибудь корпус. И тут меня осенило, что корпус для стабилизаторов можно сделать из киндер сюрприза, благо у сына этого добра хватает))) Сделал отверстия с каждой стороны пластикового яйца и просунул провода. Выглядит все это довольно приемлемо!
Утром на стоянке проверил мультиметром входное и выходное напряжение! Все ОК.

P.S. Уважаемые читатели, не судите строго за дизайн корпуса и пайку. Главное, чтобы ВЫ поняли, для того, чтобы светодиоды на ваших машинах работали долго, надо ставить стабилизаторы. Сделать их не сложно и недолго, цена — копейки!
В будущем хочу сделать стабилизатор в виде микросхемы!

Nissan Qashqai 2012, двигатель бензиновый 1.6 л., 117 л. с., передний привод, вариатор — электроника

Машины в продаже

Nissan Qashqai, 2012

Nissan Qashqai, 2007

Nissan Qashqai, 2011

Nissan Qashqai, 2011

Комментарии 67

Чтобы и понижал и повышал одновременно — такого не видел

Можете написать прямую ссылку на aliexpress где такой стаб можно купить готовый? Или хотя бы название товара?

#Aliexpress 57,75 руб. 5%OFF | LM2596s DC-DC понижающий модуль питания 3A Регулируемый понижающий модуль LM2596 регулятор напряжения 24 в 12 В 5 в 3 в
a.aliexpress.ru/_BPNxEZ

Можете написать прямую ссылку на aliexpress где такой стаб можно купить готовый? Или хотя бы название товара?

А так называется стабилизатор напряжения 12В

блин, это понижающий. Мне попадались либо понижающие, либо повышающие. Может быть вы в курсе, существует ли комбинированный (универсальный)? чтобы мог и на понижение и на провышение работать в зависимости от входного напряжения. Мне на мотоцикл. Там простенький генератор, плохо стабилизированное питание на холостом ходу прыгает с частотой оборотов генератора от 5 до 11 В, на полном газу тоже прыгает, но уже от 10 до 14 В.

Попробуй поставить оба, сначала повышающий, за ним понижающий)

уже нашел готовый блок. там по сути так и сделано.

Ошибка кроется уже в названии записи.
А именно: автор, запомни. Светодиодам нужен не СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, им нужен СТАБИЛИЗАТОР ТОКА! Это принципиально разные понятия.
И если в характеристиках твоего светодиода написано: 3 вольта, это не значит, что на него надо подавать 3 вольта. Это потеря напряжения. То есть при пропускании через этот светодиод тока, остаточное напряжение уменьшится на 3 вольта.
То есть ты можешь подать на этот светодиод хоть 100 вольт, хоть 5000 вольт — если ток будет ограничен на требуемом уровне — светодиод будет прекрасно работать!
Ток ограничивается либо резистором (но это имеет смысл делать только для слабых диодов, максимум одноваттных, потому что для более мощных мощность резистора уже выходит за рамки нескольких ватт, а они дорогие и большие в размерах), либо при помощи драйвера.
Драйвер — это стабилизатор тока!

В случае со светодиодной лентой используется как раз первый способ — резисторы, ограничивающие ток. Они стоят как правило через каждые 3 светодиода. Эти резистора подобраны таким образом, что при подаче на них СТАБИЛЬНОГО напряжения 12 вольт — сила тока как раз будет такой, которая нужна. И если ты дома включаешь эту ленту при помощи 12-вольтового блока питания — то действительно схема рабочая и надёжная.
В автомобиле, как ты правильно написал, напряжение скачет от 12 до 15 вольт, потому, чтобы ограничить напряжение, действительно можно использовать линейный стабилизатор. Вот только тут уже всё упирается в его максимальный ток. Как правило он составляет 1-1.2 ампера. А это максимум 8-10 светодиодов ленты, не больше.
Плюс — ему нужен радиатор, потому что у линейных стабилизаторов крайне низкий кпд и они нещадно греются.

Надеюсь, информация была для тебя полезна

Информация очень полезная…но мои стабилизаторы не греются…корпус из пластикового яйца не деформировался до сих пор…а когда впервые ставил их, то проверял на нагрев. Безбожного нагрева как написали не было.
Поправлю запись… стабилизатор напряжения (тока)

Ошибка кроется уже в названии записи.
А именно: автор, запомни. Светодиодам нужен не СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, им нужен СТАБИЛИЗАТОР ТОКА! Это принципиально разные понятия.
И если в характеристиках твоего светодиода написано: 3 вольта, это не значит, что на него надо подавать 3 вольта. Это потеря напряжения. То есть при пропускании через этот светодиод тока, остаточное напряжение уменьшится на 3 вольта.
То есть ты можешь подать на этот светодиод хоть 100 вольт, хоть 5000 вольт — если ток будет ограничен на требуемом уровне — светодиод будет прекрасно работать!
Ток ограничивается либо резистором (но это имеет смысл делать только для слабых диодов, максимум одноваттных, потому что для более мощных мощность резистора уже выходит за рамки нескольких ватт, а они дорогие и большие в размерах), либо при помощи драйвера.
Драйвер — это стабилизатор тока!

В случае со светодиодной лентой используется как раз первый способ — резисторы, ограничивающие ток. Они стоят как правило через каждые 3 светодиода. Эти резистора подобраны таким образом, что при подаче на них СТАБИЛЬНОГО напряжения 12 вольт — сила тока как раз будет такой, которая нужна. И если ты дома включаешь эту ленту при помощи 12-вольтового блока питания — то действительно схема рабочая и надёжная.
В автомобиле, как ты правильно написал, напряжение скачет от 12 до 15 вольт, потому, чтобы ограничить напряжение, действительно можно использовать линейный стабилизатор. Вот только тут уже всё упирается в его максимальный ток. Как правило он составляет 1-1.2 ампера. А это максимум 8-10 светодиодов ленты, не больше.
Плюс — ему нужен радиатор, потому что у линейных стабилизаторов крайне низкий кпд и они нещадно греются.

Надеюсь, информация была для тебя полезна

Ваши слова верны, НО! они верны для светодиодов в целом, а не для лент. Автор питает светодиодную ленту, где уже установлены токоограничивающие резисторы из расчета питания от 12 вольт. В данном случае совершенно справедливо применен стабилизатор напряжения.

Источник