Меню

Стабилизаторы для светодиодов smd

Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

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

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

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

Стабилизаторы тока на транзисторах

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

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

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

Стабилизатор для светодиодов

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

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

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

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

Светодиодный светильник со стабилизацией тока

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

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

LED-светильник со стабилизатором тока

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

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

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

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

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

Стабилизатор тока светодиодов

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

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

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

Стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе (схема)

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

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

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

Читайте также:  Bl52001 jikiu втулка стабилизатора

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

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

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

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

Стабилизатор (генератор) тока на полевом транзисторе КП303Е

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

Выходная характеристика полевого транзистора

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

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

Генератор (стабилизатор) тока на MOSFET

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

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

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

Стабилизаторы тока на микросхемах

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

TL431

Схема включения TL431 в качестве стабилизатора тока

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

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

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

Схема светильника без пульсаций (LED-лампа на TL431)

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Втулки заднего стабилизатора рено колеос 2008

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



Стабилизаторы тока на lm317, lm338, lm350 и их применение для светодиодов

В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.

Datasheet по lm317, lm350, lm338

Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).

* – зависит от производителя ИМ.

Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.

Lm317, самая распространенная ИМ, имеет полный отечественный аналог — КР142ЕН12А.

варианты корпуса

Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220. Микросхема имеет три вывода:

  1. ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
  2. OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
  3. INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.

Схемы и расчеты

Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора. На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.

Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I (1), где I – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: PR=I 2 ×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.

Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.

Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности. Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.

Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338

Допустим, необходимо подключить мощный светодиод с током потребления 700 миллиампер. Согласно формуле (1) R=1,25/0,7= 1.786 Ом (ближайшее значение из ряда E2—1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) будет составлять: 0.7×0.7×1.8 = 0,882 Ватт (ближайшее стандартное значение 1 Ватт).

На практике, для предотвращения нагрева, мощность рассеивания резистора лучше увеличить примерно на 30%, а в корпусе с низкой конвекцией на 50%.

Кроме множества плюсов, стабилизаторы для светодиодов на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько значительных недостатков – это низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ при стабилизации тока более 20% от максимального допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет применение импульсного стабилизатора, например, на основе ИМ PT4115.

Источник

Делаем стабилизатор тока для светодиодов своими руками

Если вы решили переоборудовать ваш автомобиль под светодиодное освещение, вам понадобится как минимум стабилизатор тока на lm317 для светодиодов. Собрать элементарный стабилизатор совершенно несложно, но чтобы избежать плачевных оплошностей даже при такой простой задаче не помешает минимальный ликбез. Многие люди, не связанные с радиоэлектроникой, часто смешивают такие понятия, как стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

Легко о простом. Сила тока, напряжение и их стабилизация

От напряжения зависит, насколько стремительно электроны движутся по проводнику. Многие страстные любители жёсткого компьютерного разгона увеличивают напряжение ядра центрального процессора, благодаря чему тот начинает функционировать быстрее.

Читайте также:  Стабилизатор для sjcam sj5000x elite

Сила тока – это плотность движения электронов внутри электрического проводника. Данный параметр чрезвычайно важен радиоэлементам, работающим по принципу термоэлектронной вторичной эмиссии, в частности, источникам света. Если площадь поперечного сечения проводника не в состоянии пропустить поток электронов, избыток тока начинает выделяться в виде тепла, вызывая значительный перегрев детали.

Для лучшего понимания процесса проанализируем плазменную дугу (на её основе работает электроподжег газовых плит и котлов). При очень высоком напряжении скорость свободных электронов до такой степени велика, что они могут легко «пролетать» расстояние между электродами, формируя плазменный мостик.

А это электронагреватель. При прохождении через него электронов они передают свою энергию нагревательному элементу. Чем выше сила тока, тем плотнее поток электронов, тем сильнее нагревается термоэлемент.

Для чего необходима стабилизация тока и напряжения

Любой радиоэлектронный компонент, будь то лампочка или центральный процессор компьютера, требует для оптимальной работы чётко лимитированное количество электронов, которое течёт по проводникам.

Поскольку речь в нашей статье идёт о стабилизаторе для светодиодов, о них и поговорим.

При всех своих преимуществах светодиоды имеют один минус – высокая чувствительность к параметрам питания. Даже умеренное превышение силы и напряжения может привести к выгоранию светоизлучающего материала и выходу из строя диода.

Сейчас очень модно переделывать систему освещения автомобиля под LED освещение. Их цветовая температура намного ближе к естественному освещению, чем у ксенона и ламп накаливания, что значительно меньше утомляет водителя при длительных поездках.

Однако это решение требуется особый технический подход. Номинальный ток питания автомобильного LED-диода – 0,1-0,15 мА, а пусковой аккумулятора – сотни ампер. Этого хватит, чтобы выжечь очень много дорогостоящих элементов освещения. Что бы этого избежать используют стабилизатор 12 вольт для светодиодов в авто.

Ампераж в автомобильной сети постоянно меняется. Например, автомобильный кондиционер «кушает» до 30 ампер, при его отключении электроны, «выделенные» на его работу уже не вернутся назад в генератор и аккумулятор, а перераспределятся между остальными электроприборами. Если лампе накаливания, рассчитанной на 1-3 А дополнительные 300 мА роли не сыграют, то диоду с током питания 150 мА несколько таких скачков могут стать фатальными.

Ради гарантии длительной работы автомобильных светодиодов используют стабилизатор тока на lm317 для мощных светодиодов.

Типы стабилизаторов

По способу ограничения силы тока выделяют два типа устройств:

  • Линейный;
  • Импульсный.

Линейный стабилизатор работает по принципу делителя напряжения. Он выпускает из себя ток заданного параметра, рассеивая избытки в виде тепла. Принцип работы такого прибора можно сравнить с лейкой оснащённой дополнительным сливным отверстием.

  • доступная цена;
  • простая схема монтажа;
  • легко собрать своими руками.

Недостаток — из-за нагрева плохо приспособлен к работе с большой нагрузкой.

Импульсный стабилизатор как овощерезка через специальный каскад нарезает входящий ток, выдавая строго дозированную норму.

  • предназначен для высоких нагрузок;
  • не греется во время работы.
  • требует источника питания для собственной работы;
  • создает электромагнитное излучения;
  • относительно высокая цена;
  • сложен для самостоятельного изготовления.

Учитывая малую силу тока в автомобильных светодиодах можно собрать простой стабилизатор для светодиодов своими руками. Наиболее доступный и простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают на микросхеме lm317.

Краткое описание lm317

Радиоэлектронный модуль LM317 является микросхемой, применяемой в семах стабилизации тока и напряжения.

  • Диапазон стабилизации напряжения от 1,7 до 37 В обеспечит устойчивую яркость светодиода, не зависящую от частоты оборота двигателя;
  • Поддержка выходного тока до 1,5 А позволит подключить несколько фотоизлучателей;
  • Высокая стабильность допускает колебания выходных параметров лишь 0,1% от номинала;
  • Имеет встроенную защиту по ограничению тока и каскад отключения при перегреве;
  • Корпус микросхемы является землёй, поэтому при креплении саморезом к корпусу автомобиля уменьшается количество монтажных проводов.

Область применения

  • Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в бытовых условиях (в том числе для светодиодных лент);
  • Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в авто;

Схемы стабилизаторов тока для светодиодов

Самый простой стабилизатор напряжения на 12 вольт можно собрать по такой схеме. Резистор R1 ограничивает выходящую силу тока, R2 – выходящее напряжение. Конденсаторы, применяемые в данной схеме, уменьшают пульсации напряжения и увеличивают стабильность работы.

Потребности автомобилиста удовлетворит простейший механизм стабилизации, поскольку напряжение питания в сети автомобиля достаточно стабильно.

Чтобы сделать стабилизатор для диодов в авто потребуется:

  • Микросхема lm317;
  • Резистор как регулятор тока для светодиодов;
  • Инструменты пайки и монтажа.

Собираем по вышеприведенной схеме

Расчет резистора для драйвера светодиода

Мощность и сопротивление резистора рассчитывают исходя из силы тока источника питания и тока, необходимого светодиодам. Для автомобильного светодиода мощностью 150 мА сопротивление резистора должно быть 10-15 Ом, а расчетная мощность 0,2-0,3 Вт.

Как собрать своими руками смотрите в видео:

Доступность и простота конструкции драйвера на микросхеме lm317 позволяет безболезненно переоснастить системы электрического освещения любого автомобиля.

Источник