Несколько простых схем питания светодиодов

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.

Автор статьи, которую Вы сейчас читаете, на авторство схем тоже не претендует, это просто небольшая подборка схем на «светодиодную» тему.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на светодиоде, 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 DC-DC преобразователь.

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

Простейшая схема для питания светодиода

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 энергосберегающей люминесцентной лампы. 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 транзистора 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 транзистор проводимости p-n-p, 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.

Преобразователь с выпрямителем

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 (принцип действия полупроводникового диода).

Преобразователи с дросселем

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 электролитическом конденсаторе (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.

Микросхема ZXSC300

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.

Источник

Бесплатный самодельный драйвер для питания светодиодов из электронного преобразователя энергосберегающих ламп

Подключение мощных светодиодов в осветительных устройствах осуществляется через электронные драйверы, которые стабилизируют ток, на своём выходе.

В наше время большое распространение получили так называемые энергосберегающие люминисцентные лампы (компактные люминисцентные лампы –КЛЛ).Но со временем они выходят из строя. Одна из причин неисправности –перегорание нити накала лампы. Не спешите утилизировать такие лампы потому, что в электронной плате содержатся много компонентов которые можно использовать в дальнейшее в других самодельных устройствах. Это дроссели, транзисторы, диоды, конденсаторы. Обычно, у этих ламп электронная плата исправна, что дает возможность использования в качестве блока питания или драйвера для светодиода. В результате таким образом получим бесплатный драйвер для подключения светодиодов, тем более это интересно.

Можно посмотреть процесс изготовления самоделки в видео:

Перечень инструментов и материалов
-энергосберегающая люминисцентная лампа;
-отвертка;
-паяльник;
-тестер;
-светодиод белого свечения 10вт;
-эмальпровод диаметром 0,4мм;
-термопаста;
-диоды марки HER, FR, UF на 1-2А
-настольная лампа.

Шаг первый. Разборка лампы.
Разбираем энергосберегающую люминисцентную лампу аккуратно поддев отверткой. Колбу лампы нельзя разбивать так, как внутри находятся пары ртути. Прозваниваем нити накала колбы тестером. Если хоть одна нить показывает обрыв, значит колба неисправна. Если есть исправная аналогичная лампа, то можно подключить колбу от нее к переделываемой электронной плате, чтобы удостовериться в ее исправности.

Шаг второй. Переделка электронного преобразователя.
Для переделки я использовал лампу мощностью 20Вт, дроссель которой выдержать нагрузку до 20 Вт. Для светодиода мощностью 10Вт это достаточно. Если нужно подключить более мощную нагрузку, можно применить электронную плату преобразователя лампы с соответственной мощности, или поменять дроссель с сердечником большего размера.

Также возможно запитать светодиоды меньшей мощности, подобрав требуемое напряжение количеством витков на дросселе.
Смонтировал перемычки из провода в на штырьках для подключения нитей накала лампы.

Схема переделанной электронной платы преобразователя. В результате из дросселя получаем трансформатор с подключенным выпрямителем. Зеленым цветом показаны добавленные компоненты.

Источник

Как сделать драйвер для светодиода

Для применения светодиодов в качестве источников освещения обычно требуется специализированный драйвер. Но бывает так, что нужного драйвера под рукой нет, а требуется организовать подсветку, например, в автомобиле, или протестировать светодиод на яркость свечения. В этом случае можно сделать драйвер для светодиодов своими руками.

Как сделать драйвер для светодиодов

В приведенных ниже схемах используются самые распространенные элементы, которые можно приобрести в любом радиомагазине. При сборке не требуется специальное оборудование, — все необходимые инструменты находятся в широком доступе. Несмотря на это, при аккуратном подходе устройства работают достаточно долго и не сильно уступают коммерческим образцам.

Необходимые материалы и инструменты

Для того, чтобы собрать самодельный драйвер, потребуются:

Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт

Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:

Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.

В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.

Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.

Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.

Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:

Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:

Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:

R=1,2/I

где I – сила тока в амперах.

В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом радиаторе. Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.

Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:

Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.

Обратите внимание, что при большой разнице между напряжением питания и падением на LED необходимо ставить микросхему на теплоотвод.

Схема мощного драйвера с входом ШИМ

Ниже показана схема для питания мощных светодиодов:

Драйвер построен на сдвоенном компараторе LM393. Сама схема представляет собой buck-converter, то есть импульсный понижающий преобразователь напряжения.

Особенности драйвера

Принцип действия

Резистор R1 с диодом D1 образуют источник опорного напряжения около 0.7 В, которое дополнительно регулируется переменным резистором VR1. Резисторы R10 и R11 служат датчиками тока для компаратора. Как только напряжение на них превысит опорное, компаратор закроется, закрывая таким образом пару транзисторов Q1 и Q2, а те, в свою очередь, закроют транзистор Q3. Однако индуктор L1 в этот момент стремится возобновить прохождение тока, поэтому ток будет протекать до тех пор, пока напряжение на R10 и R11 не станет меньше опорного, и компаратор снова не откроет транзистор Q3.

Пара Q1 и Q2 выступает в качестве буфера между выходом компаратора и затвором Q3. Это защищает схему от ложных срабатываний из-за наводок на затворе Q3, и стабилизирует ее работу.

Вторая часть компаратора (IC1 2/2) используется для дополнительной регулировки яркости при помощи ШИМ. Для этого управляющий сигнал подается на вход PWM: при подаче логических уровней ТТЛ (+5 и 0 В) схема будет открывать и закрывать Q3. Максимальная частота сигнала на входе PWM — порядка 2 КГц. Также этот вход можно использовать для включения и отключения устройства при помощи пульта ДУ.

D3 представляет собой диод Шоттки, рассчитанный на ток до 1 А. Если не удастся найти именно диод Шоттки, можно использовать импульсный диод, например FR107, но выходная мощность тогда несколько снизится.

Максимальный ток на выходе настраивается подбором R2 и включением или исключением R11. Так можно получить следующие значения:

В более узких пределах регулировка производится переменным резистором и ШИМ – сигналом.

Сборка и настройка драйвера

Монтаж компонентов драйвера производится на макетной плате. Сначала устанавливается микросхема LM393, затем самые маленькие компоненты: конденсаторы, резисторы, диоды. Потом ставятся транзисторы, и в последнюю очередь переменный резистор.

Размещать элементы на плате лучше таким образом, чтобы минимизировать расстояние между соединяемыми выводами и использовать как можно меньше проводов в качестве перемычек.

При соединении важно соблюдать полярность подключения диодов и распиновку транзисторов, которую можно найти в техническом описании на эти компоненты. Также диоды можно проверить с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления: в прямом направлении прибор покажет значение порядка 500-600 Ом.

Для питания схемы можно использовать внешний источник постоянного напряжения 5-24 В или аккумуляторы. У батареек 6F22 («крона») и других слишком маленькая емкость, поэтому их применение нецелесообразно при использовании мощных LED.

После сборки нужно подстроить выходной ток. Для этого на выход припаиваются светодиоды, а движок VR1 устанавливается в крайнее нижнее по схеме положение (проверяется мультиметром в режиме «прозвонки»). Далее на вход подаем питающее напряжение, и вращением ручки VR1 добиваемся требуемой яркости свечения.

Заключение

Первые две из рассмотренных схем очень просты в изготовлении, но они не обеспечивают защиты от короткого замыкания и обладают довольно низким КПД. Для долговременного использования рекомендуется третья схема на LM393, поскольку она лишена этих недостатков и обладает более широкими возможностями по регулировке выходной мощности.

Источник

Сообщества › Электронные Поделки › Блог › Импульсный драйвер светодиодов из компаратора и подручного барахла

То, что написано ниже носит, скорее, образовательный характер, так что не спешите кидаться собирать схему и пихать её куда попало. В качестве управляющих микросхем для импульсных драйверов светодиодов рассмотрите готовые микросхемки, вроде:
ZXLD1350
ZXLD1360
MBI6651
MBI6661
PT4115
LM3409
NCP3065
и тому подобное барахлишко…

Допустим нужно зажечь три последовательно включенных белых 1Вт светодиода (суммарное падение напряжения 9,5В) от автомобильной сети (10,5-16В), а под рукой нет подходящего драйвера, или по какой-то причине лень идти за ним в магазин, или просто хочется поиграться с использованием рассыпухи, оставшейся от разобранного телевизора…

Ниже речь пойдёт о том, что такое импульсный драйвер светодиодов, и как его сделать на основе обычного компаратора

Итак, рассмотрим схему, где у нас в кружок включены источник питания, выключатель, дроссель и светодиод. В середину воткнём обратный диод: он нам ещё пригодится.

Когда выключатель замкнут, ток начинает течь по цепи. Но дроссель не даёт току вот так просто взять и потечь: изменяющийся ток, протекающий через дроссель, вызывает изменение магнитного поля в нём. Изменение магнитного поля, как мы знаем, возбуждает ток в проводнике, этот ток направлен в обратную сторону, то есть препятствует нарастанию тока в дросселе.
В итоге, вместо того, чтобы просто так взять и потечь, ток будет медленно и печально нарастать со временем. Рассчитать скорость нарастания тока можно по формуле:

Где ΔI/Δt – это изменение тока за время (в амперах и секундах, соответственно); U – напряжение на дросселе (т.е. разница напряжений до и после, в вольтах), а L – его индуктивность (в Генри).

Например, если у нас есть катушка на 100мкГн, и мы замыкаем выключатель на 1мкс, а напряжение в сети 10В, то ток успеет вырасти только до 100мА.

Ну, допустим, худо-бедно ток пошёл через цепь, а что будет, если разомкнуть выключатель?

Ситуация та же самая: изменение магнитного поля в дросселе создаёт в нём же ток, и ток так просто не прекращается, а продолжает себе течь.
Формула для расчёта та же, что и выше. Если бы дроссель оказался просто в разомкнутой цепи, то ток, не встречая никакого сопротивления, начал бы производить высокое напряжение, ограниченное лишь потерями в дросселе, сотни, а то и тысячи вольт. Между контактами выключателя можно было бы наблюдать искорку. К счастью, мы предусмотрительно воткнули в цепь диод. Этот диод лихо заворачивает ток обратно в цепь, и ток плавненько затухает, по той же самой формуле.

Когда речь идёт об управлении светодиодами, это значит, задача стоит в стабилизации тока в цепи на заданном уровне. Что, если бы мы смогли управлять нашим выключателем, наблюдая за током в цепи?

Когда ток становится меньше чем надо, замыкаем ключ, а когда больше чем надо – размыкаем. Самый простой вариант наблюдения за током – это использование шунтового резистора.

Когда через резистор R протекает ток I, на нём, как помним из закона Ома, падает напряжение, U = I * R

Итак, остаётся дело за малым:
1) Где-нибудь взять эталонное напряжение;
2) Сравнить напряжение на резисторе с эталонным;
3) Поставить достаточно быстрый ключ;
4) Поставить достаточно быстрый диод.

Труля-ля, вот и схема:

Погодите-погодите! Она только на вид страшная, на самом она добрая и дарит детям конфеты и всё тут не так уж и жутко.

Для эксперимента я взял самый дешёвый компаратор из тех, что у меня были в наличии. Это оказался LM2901 (so-14, четыре компаратора в корпусе), но пойдут практически любые подобные (LM239, LM339 – также 4 штуки в корпусе; LM2903, LM293, LM393 – по 2 штуки в корпусе; ну и т.д.).
Работают такие компараторы при напряжении питания от 2 до 36 Вольт, а выход у них выполнен «на открытом коллекторе» в виде npn-транзистора, который притягивает выход к земле, когда компаратор выводит «низкий уровень», и болтается сосиской ни к чему не подсоединённый, когда выводится «высокий уровень». Такая схема с одной стороны позволяет объединять пучок компараторов вместе, но с другой – требует подтягивающего резистора. Минимум эти компараторы способны притягивать к земле ток 6мА, а типично – 16мА.

У компаратора есть два входа: «плюс» (он же «позитивный», он же «не-инверсный») и «минус» (он же «негативный», он же «инверсный»). Когда напряжение на одном из входов компаратора больше, чем на другом плюс небольшое смещение (т.н. offset voltage, типично 1мВ), то выход замыкается на землю. Когда станет наоборот – размыкается.
Вот только я никогда раньше с компараторами не работал и поэтому засомневался: а на каком входе напряжение должно быть больше, чтобы выход замкнулся? С одной стороны он «замыкается», то есть переходит в некое активное состояние и можно ожидать, что это происходит когда «плюс» больше «минуса». Но с другой стороны, мы говорим о логических уровнях, и раз замыкается он на землю, то это низкий логический уровень, т.е. когда условие не выполняется и «плюс» меньше «минуса».

Ещё больше сумбура внесли снусмумрики с сайта «амперка», цитирую:
Если «+» оказывается больше, чем «−», выходным сигналом является земля (GND)

Не меньшими Ёжинами-с-бажин оказались и товарищи из Техас Инструментс, цитирую страницу 10, секция 8.3:
The output NPN sinks current when the positive input voltage is higher than the negative input voltage and the offset voltage
перевожу: «Выходной NPN потребляет ток, когда напряжение на позитивном входе больше, чем напряжение на негативном и напряжение смещения»

А вот в других местах, да и в том же даташите от TI (стр 12, секция 9.2.2.1) писали прямо противоположное. Поэтому я решил пойти по-научному. Припаял проводочки к микросхемке, подавал всякие бесстыжие напряжения на входы, да смотрел что у неё на выходе.

Итак, я публикую результаты своих научных изысканий:
Когда напряжение на входе «плюс» (плюс напряжение смещения) больше напряжения на входе «минус», выход компаратора открыт – т.е. висит в воздухе, не потребляет ток. Соответственно, если есть внешний подтягивающий резистор, на выходе будет высокий уровень.
Когда напряжение на входе «плюс» (плюс напряжение смещения) меньше напряжения на «минусе», — то включается выходной NPN транзистор и замыкает выход на землю, на выходе устанавливается низкий уровень. Т.е. выход замыкается, как только напряжение на «плюсе» падает ниже «минуса».

Что это значит для геополитической ситуации вообще и для нашей схемы в частности? А то, что на вход «плюс» мы запулим напряжение с шунта, в то время как к «минусу» прикрутим опорное напряжение. Когда напряжение с шунта упадёт ниже нужного, заработает выходной каскад компаратора, который включит ток через транзистор.

1 Вт светодиоды работают при токе 350мА. Значит нужно подобрать такой шунт, чтобы на нём не было слишком много потерь. Я решил использовать шунт 0,5 Ома, составленный из двух параллельных 1-омных резисторов. Т.е. нужно на нём стабилизировать напряжение в районе 175 милливольт.

Всё что на схеме правее конденсатора C1 и левее компаратора – это просто куча барахла, чтобы сгенерировать опорные 0,17 Вольт. В качестве стабилизатора я использовал источник опорного напряжения TL431 – это такой волшебный стабилитрон, который очень точно стабилизирует падение напряжения на уровне 2,5 Вольт, если через него течёт ток от 1 до 100мА (а вообще работать начинает и при 400мкА, при нормальных условиях). Вместо него можно использовать линейные стабилизаторы напряжения, или обычные стабилитроны, с учётом того, что стабилизированное напряжение на стабилитроне будет плавать в значительно больших пределах в зависимости от температуры, или напряжения питания.
R2, R3 – это туподелитель, который превращает 2,5 Вольта в нужные 0,17, C2 фильтрует возможные скачки плюс выполняет роль медленного старта, т.к. замедляет рост опорного напряжения, и, как следствие, стабилизируемого тока в цепи, при старте. Его ёмкость не так уж важна; 1 нФ тоже сойдёт, можно даже обойтись без него.

Если нужно собрать несколько драйверов для нескольких цепей светодиодов, то опорного напряжения достаточного одного на всех.

В качестве ключа используется более-менее мощный МОП-полевой транзистор с p-каналом, затвор которого рассчитан на 20 вольт. Я в качестве такового взял IRLML9301 в корпусе sot23: он рассчитан на ток до 3,6 Ампер и сопротивление сток-исток, при 10 Вольтах на затворе-истоке, всего 51 мОм. Впрочем, в данной схеме страшно не столько сопротивление открытого транзистора, сколько ёмкость затвора, которая увеличивает время открытия и закрытия, как следствие, потери на переходные процессы.

Для управления транзистором используется драйвер из двух встречных эмиттерных повторителей на NPN вверху (VT1) и PNP внизу (VT2), я взял BC817 и BC807, соответственно, с усилением по току 250 (а вообще не выбирал – открыл коробку, да сунул руку)

Абы какие диоды в импульсные преобразователи не подходят, нужны диоды с барьером Шоттки. По сравнению с обычными диодами, у Шоттки пренебрежительно малое время восстановления – т.е. они закрываются практически мгновенно и также малое падение напряжения на них (типично от 0,25 Вольт против 0,7 у обычных), а значит меньше потери. Для преобразователя – просто прелесть, а вот для повседневной жизни у них есть ряд недостатков: относительно большой ток утечки при обратном включении, который может при нагреве достигать десятков миллиампер, плюс необратимый выход из строя при превышении допустимого напряжения.
Итак, я взял MBR0540 в корпусе sod123 рассчитанный на постоянный ток до 0,5 Ампер.

Дроссель можно выбирать по принципу «чем больше, тем лучше», ведь именно дроссель будет задавать скорость нарастания тока, как следствие, амплитуду его пульсации и частоту. Но можно ограничить индуктивность снизу.
Из описания компаратора известно, что скорость его реакции составит от 300нс до 1,3мкс, в зависимости от того насколько велика разница напряжений на входах: чем больше, тем быстрее он переключится. По многочисленным графикам в даташитах можно видеть, что при разнице более 20мВ, скорость реакции будет на уровне 600нс, плюс накинем 400нс про запас на скорость реакции всей этой транзисторной конструкции, будем условно считать что ток в дросселе не должен достичь заоблачных пределов за 1 мкс, пока это не будет обнаружено и транзистор, наконец, не закроется.

Теперь нужно выяснить какое напряжение на дросселе у нас будет? А очень просто – разница входного и выходного. Если мы пихаем конструкцию в автомобиль, то входное возьмём 14 Вольт, а выходное – это три белых светодиода по 3,2 Вольта на каждом + 0,17 Вольт на шунте, итого 9,8 Вольт примерно.
Раз уж берём цифры с потолка, то сядем в позу лотоса, помедитируем, дабы определиться какой размер тока для нас будет страшным. Скажем, мы не хотим чтобы ток за эту микросекунду разросся более чем на 150мА выше задуманного. Итак, знаем напряжение, знаем дельту времени, знаем дельту тока, из формулы, которая была в начале, вычленим значение индуктивности:
L= U * Δt / ΔI
Подставляем:
L=4,2В * 1мкс / 0,15А = 28мкГн (главное не запутаться в микро- и прочих).

Итак, нам нужен дроссель выше 28мкГн рассчитанный на ток выше 0,35А.
По-хорошему берём что-то в районе 100мкГн и от 0,5А, чтоб с запасом всё работало плавненько. Слишком гигантские индуктивности тоже ни к чему, т.к. у них большое сопротивление, а значит больше потери.
У нас в магазинчике, например, продаются выводные «бочонки» Ø6×10мм на 100мкГн и 710мА всего за 13 рублей.
Но мне интереснее было провести испытания, поэтому я взял smd самую маленькую как по току так и по индуктивности, чтобы посмотреть что получится – 33мкГн на 0,4А.

Ну, во-первых, т.к. ток в цепи будет пульсировать, чтобы не слишком напрягать источник питания нашей схемы, нужен хороший входной конденсатор электролит, от 47мкФ и выше, на схеме это C1

Во-вторых, рядом с силовым транзистором (а если предполагается что драйверов будет несколько – то рядом с каждым) нужно впихнуть конденсатор с низким ESR, который будет брать на себя ударные нагрузки. Т.е. керамический конденсатор. Подойдёт 1мкФ. На схеме это C3

Наконец, чтобы сгладить скачки тока в цепи светодиодов, можно параллельно им также вштындурить керамику C4 также на микрофарад или около того.

Поскольку схема стабилизирует ток, то большого значения не имеет, сколько светодиодов включены последовательно, лишь бы суммарное падение напряжения на них, при номинальном токе, было меньше, чем напряжение питания минус потери на шунте, транзисторе и дросселе (грубо минус вольт, однако помним, что чем меньше падение напряжения на светодиодах, тем больше амплитуда пульсации тока).
Если речь идёт про белые осветительные светодиоды 1Вт, то падение напряжения на них в районе 3,2 Вольта – таких можно включить три штуки. Если мы ваяем, например, стоп-сигнал, и используем красные светодиоды на которых типичное падение напряжения 2,3 Вольта, то таких уже можно зарядить сразу четыре.

Источник