0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор тока для светодиодов своими руками

Стабилизатор напряжения 12 Вольт для светодиодов в авто своими руками

Описание нюансов сборки стабилизатора напряжения 12 Вольт на автомобиль, список нужных деталей, 3 варианта схем. + ТЕСТ для самопроверки. Разбирам ТОП 5 вопросов по теме и ТОП-3 паяльников для плат.

  1. Зачем на свой автотранспорт устанавливать стабилизатор на 12 вольт?а) Сеть автомобиля дает непостоянное напряжение. Это зависит от степени зарядки аккумулятора. Напряжение колеблется в пределах 11,5 – 14,5 Вольт. Но светодиодные лампы требуют всего 12 Вольт. Для подачи нужного напряжения и ставят СН.
    б) Светодиодные лампы работают на 18 Вольтах. Чтобы они функционировали при подключении на автомобиле, приходится подавать дополнительную нагрузку через стабилизатор.
  2. Почему светодиодные лампочки часто перегорают без стабилизатора?а) Основная причина – некачественный производитель светодиодов.
    б) Из-за скачущего напряжения на них.
  3. В каком случае к стабилизатору дополнительно придется подсоединять алюминиевый радиатор?а) Если на автомобиль будут устанавливаться свыше 10 светодиодов.
    б) При установке на машину светодиодных ламп разного цвета.
  4. Как подключаются светодиоды?а) 3 светодиода подключаются последовательно к резистору, а после собранный набор параллельно соединяют к следующим светодиодам.
    б) 3 светодиода подключаются параллельно к резистору, а после собранный набор последовательно соединяют к следующим светодиодам.

Ответы:

  1. а) В зависимости от степени зарядки аккумулятора, на светодиодные лампы будет поступать колеблющееся напряжение – от 11,5 до 14,5. Именно поэтому к лампам подключают СН – для получения постоянного напряжения, равного 12 Вольт (такой показатель нужен светодиодам).
  2. б) Светодиоды не рассчитаны на скачки напряжения, которые идут от аккумулятора, поэтому вскоре сгорают без стабилизатора.
  3. а) Если на автомобиль устанавливают свыше 10 светодиодов, то желательно оснастить схему алюминиевым радиатором.
  4. б) Сначала 3 светодиода соединяют последовательно к резистору, а после берут новую сцепку и уже параллельно соединяют их друг с другом.

Автовладельцы часто устанавливают на своем автомобилем светодиодную подсветку. Но лампочки довольно часто выходят из строя, и вся созданная красота сразу же меркнет. Это объясняется тем, что светодиодные лампочки работают неправильно, если их просто подключить к электрической сети. Для них обязательно нужно использовать специальные стабилизаторы. Только в таком случае лампы будут защищены от перепадов напряжения, перегрева, поломки важных компонентов. Чтобы установить стабилизатор напряжения на свой автомобиль, необходимо разобраться в этом вопросе подробно и изучить простую схему, которую получится собрать своими руками.

Определение: СН 12 вольт для автомобиля – маленькое устройство, предназначающееся для гашения излишнего напряжения автомобиля, идущее от аккумулятора. В результате подключенные светодиодные лампы получают постоянную нагрузку в 12 вольт.

Назначение стабилизатора

Основной функцией стабилизатора является выравнивание тока, независимо от перепадов напряжения в электрической сети. Всего существует два типа стабилизирующих устройств – линейные и импульсные. В первом случае осуществляется регулировка всех выходных параметров путем распределения мощности между нагрузкой и собственным сопротивлением.

Второй вариант значительно эффективнее, поскольку в этом случае на светодиоды поступает лишь необходимое количество мощности. Действие таких стабилизаторов основано на принципе широтно-импульсной модуляции.

У импульсных стабилизаторов более высокий коэффициент полезного действия, составляющий не менее 90%. Однако у них довольно сложная схема и соответственно высокая стоимость по сравнению с приборами линейного типа. Следует отметить, что использование стабилизаторов LM317 допустимо только для линейных схем. Они не могут включаться в цепи с большими значениями токов. Именно поэтому данные устройства наилучшим образом подходят для совместного использования со светодиодами.

Необходимость использования стабилизаторов объясняется особенностями параметров светодиодов. Они отличаются нелинейной вольтамперной характеристикой, когда изменение напряжения на светодиоде приводит к непропорциональному изменению тока. С увеличением напряжения, возрастание тока в самом начале происходит очень медленно, поэтому свечения не наблюдается. Далее, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света с одновременным быстрым возрастанием тока. Если напряжение продолжает увеличиваться, в этом случае происходит еще большее возрастание тока, что приводит к сгоранию светодиода.

Характеристики светодиодов отражают значение порогового напряжения в виде прямого напряжения при номинальном токе. Показатель номинального тока для большинства светодиодов малой мощности составляет 20 мА. Мощные светодиоды требуют более высокого номинального тока, достигающего 350 мА и выше. Они выделяют большое количество тепла и устанавливаются на специальные теплоотводы.

Для того чтобы обеспечить нормальную работу светодиодов, питание к ним должно подключаться через стабилизатор тока. Это связано с разбросом порогового напряжения. То есть, различные типы светодиодов отличаются разным прямым напряжением. Даже у однотипных ламп может быть не одинаковое прямое напряжение, причем не только его минимальное, но и максимальное значение.

Таким образом, если подключить параллельно два светодиода к одному и тому же источнику, то они будут пропускать через себя совершенно разный ток. Различие токов приводит к преждевременному выходу их из строя или мгновенному перегоранию. Чтобы избежать подобных ситуаций, светодиоды рекомендуется включать совместно со стабилизирующими устройствами, предназначенные для выравнивания тока и доведения его до определенной, заданной величины.

Схема стабилизатора

Правда, придется сделать предварительно некоторые расчеты, основной из которых – это расчет силы тока. Для этого можно воспользоваться известным законом Ома, который гласит, что сила тока равна соотношению мощности и напряжения. Мощность светодиода написана на его корпусе, напряжение берется в зависимости от того, куда подключается сам источник света. Это может быть 220, 36, 24 или 12 вольт.

Итак, параметры светодиодного светильника известны, остается подсчитать параметры резисторов, которые будут установлены в схему стабилизатора. Для этого существует большое количество различных онлайн калькуляторов, поэтому заморачиваться на расчете своими руками нет необходимости. Один из таких калькуляторов находится вот по этому адресу

Просто в окошко вставляете показатель силы тока, а в нижнем окне калькулятор выдаст все электрические характеристики резистора.

Необходимо отметить, что все расчеты данного типа подходят для идеальных случаев эксплуатации светодиода, то есть, полное отсутствие скачков напряжения. Если таковые присутствуют (обыденное дело), то расчет резистора лучше всего производить с запасом.

Для тех, кто не уверен, что сможет собрать стабилизатор для светодиода по вышеуказанной схеме, предлагаем картинку, где все четко видно: что и куда подсоединять.

Независимо от того, для чего изготавливается стабилизатор (для машин или установки светодиодов в стационарные объекты), можно рассмотреть решение стабилизации с использованием различных схем подключения.

На базе данной микросхемы можно собрать следующие цепи:

  • регулировки и стабилизации входного напряжения до необходимых параметров;
  • стабилизации тока и напряжения в цепях нагрузки.

К примеру, при подаче напряжения на вход микросборки 12 В постоянного тока необходимо на выходе получить стабильно 5 В. Для этого собирают схему, приведённую на рис. ниже.

Схема включения ИМС для стабилизации напряжения

Uout = 1,25*(1 R2/R1).

Величина Uout зависит от значения сопротивления резистора R2.

Как правильно подобрать

Для подбора прибора промышленного изготовления надо задаться следующими параметрами:

  • выходное напряжение;
  • рабочий ток;
  • минимальное входное напряжение (максимальное обычно составляет несколько десятков вольт, такого напряжения в сети автомобиля не бывает).

Как подбирать выходное напряжение, сказано выше. Рабочий ток должен превышать ток потребления фонарей (или фонаря, если стабилизатор ставится на каждый прибор отдельно) с запасом. На последний параметр мало кто обращает внимание, а он может оказать критическое влияние на работу всей системы.

Стабилизатор для светодиодов на микросхеме L7812 в авто

Стабилизатор тока для светодиодов может быть собран на базе 3-контактного регулятора напряжения постоянного тока (серии L7812). Устройство навесного исполнения отлично подходит для питания, как светодиодных лент, так и отдельных лампочек в автомобиле.

Необходимые компоненты для сборки такой схемы:

  • микросхема L7812;
  • конденсатор 330 мкф 16 В;
  • конденсатор 100 мкф 16 В;
  • диод выпрямительный на 1 ампер (1N4001, к примеру, или аналогичный диод Шоттки);
  • провода;
  • термоусадка 3 мм.

Вариантов на самом деле может быть много.

Схемотехническое решение

Развитие современной микроэлектроники позволяет создавать устройства с требуемыми параметрами с использованием минимума элементов. Довольно хорошо зарекомендовали себя устройства токовых генераторов на интегральной микросхеме LM317. Вообще данная микросхема представляет собой интегральный стабилизатор напряжения, но некоторые изменения в стандартной схеме включения, кстати, оговоренные в технической документации, позволяют использовать данную ИМС в качестве источника тока, в том числе для питания светодиодов.

Параметры микросхемы следующие:

  • Напряжение – 1.2-37В;
  • Ток через ИМС – до 2А в случае использования LM317T.

Различными производителями выпускается множество разновидностей данного стабилизатора, но разница в стоимости и габаритах для минимальной и максимальной мощностей ничтожна, поэтому есть смысл использовать максимально доступную мощность, запас которой никогда не помешает.

Важно! При использовании мощного стабилизатора тока для светодиодов при нагрузке, близкой к максимальной, обязательно использование радиатора, который позволит отбирать выделяемое интегральной микросхемой тепло.

Итак, самый простой, но надежно работающий стабилизатор тока на микросхеме lm317 для светодиодов представлен ниже.

В данной схеме микросхема имеет лишь один резистор во внешней обвязке. Именно при помощи его задается значение выходного параметра. Делается это по формуле:

Данный вариант стабилизатора работает в диапазоне значений от 0.01 до 1.5А. Верхний предел ограничивается мощностью микросхемы. Мощность, которая рассеивается на резисторе, может составлять несколько ватт при максимальном токе. Более точно она определяется из выражения:

Важно! При значениях более 0.3А применение радиатора охлаждения для микросхемы обязательно!

Добавив в схему всего два элемента: мощный транзистор и резистор, можно поднять выходной ток до 10А.

В приведенной схеме применяется мощный составной транзистор КТ825 с любой буквой. Резистор R2 выполняет ту же функцию, что и в предыдущей схеме, и рассчитывается точно так же. Поскольку по нему протекает высокий ток, а значение сопротивления малое, то следует использовать проволочный. Резистор R1 задает смещение на базе транзистора и должен иметь рассеиваемую мощность 0.25-0.5Вт.

В обеих схемах напряжение питания источника (входное напряжение) может составлять от 3 до 38В. Для поддержания необходимого тока во всем диапазоне нагрузок напряжение питания следует обеспечивать приближенное к максимальному значению.

Пример. Пусть задано 20мА. Тогда при одном подключенном диоде напряжение на выходе будет составлять около 2-3В (в зависимости от типа светодиода). Если включить два последовательных светодиода, то для обеспечения необходимого тока 20мА схема выдаст уже ровно в два раза большее напряжение. Аналогичные подсчеты можно произвести для любого количества элементов.

Необходимое входное напряжение можно получить при помощи понижающего трансформатора с мостовым выпрямителем и конденсатором фильтра.

Диоды должны быть рассчитаны на необходимый ток, а емкость конденсатора нужно брать порядка нескольких тысяч микрофарад.

Важно! Рабочее напряжение конденсатора должно превышать напряжение питания примерно в полтора раза, то есть в данном случае оно должно быть не менее 50В.

Автомобиль имеет напряжение бортовой сети не более 14В. Поскольку частота пульсаций здесь выше, чем в домашней сети, а амплитуда невысока, то емкость конденсатора может быть меньше. Также и рабочее напряжение может составлять 25В. Разумеется, выпрямительный мост здесь не нужен.

Как видно, сделать стабилизатор тока для светодиодов своими руками – задача несложная. Важны аккуратность, внимательность и минимальные навыки работы с электроникой.

Стабилизирующие устройства линейного типа

С помощью стабилизатора выполняется установка тока, проходящего через светодиод, с заданным значением, не зависящим от напряжения, приложенного к схеме. Если напряжение превысит пороговый уровень, ток все равно останется прежним и не будет изменяться. В дальнейшем, когда общее напряжение увеличится, его рост произойдет лишь на стабилизаторе тока, а на светодиоде оно останется неизменным.

Таким образом, при неизменных параметрах светодиода, стабилизатор тока может называться стабилизатором его мощности. Распределение активной мощности, выделяемой устройством в виде тепла, происходит между стабилизатором и светодиодом пропорционально напряжению на каждом из них. Данный тип стабилизатора получил название линейного.

Сборка стабилизатора для светодиодов в авто — необходимые детали

Этот проект абсолютно несложный, его с легкостью сможет повторить любой автомобилист.

Все что понадобится:

  • микросхема — линейный стабилизатор напряжения L7812;
  • пару клемм;
  • пара конденсаторов 100n;
  • кусок текстолита для платы;
  • термоусадочная трубка.

Вроде все.

Стабилизатор тока для светодиодов схема — Самоделки — своими руками

Стабилизатор тока для светодиодов

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым.
Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока – питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.п.
Внимание! Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это может плохо кончиться =)

Простой стабилизатор тока на КРЕНке

Для этого стабилизатора тока достаточно применить КР142ЕН12 или LM317. Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт (при соблюдении теплового режима).
Схема и применение показаны на рисунках ниже

Стабилизатор тока на КР142ЕН12 (LM317)

Стабилизатор тока на КРЕН в качестве зярядного устройства

Собственное потребление данных микросхем относительно невелико – около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения. Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM317 работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2. В данном случае R3 называется токозадающим резистором. Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше.

Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т.п.

Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения. Недостаток же такого регулятора тока – весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы.

Простой стабилизатор тока на двух транзисторах

Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы – не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения. Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики.

Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1. Транзистор VT1 открываясь начинает закрывать транзистор VT2 и ток через VT2 уменьшается.

Стабилизатор тока на транзисторах

Вместо биполярного транзистора VT2, можно применить MOSFET – полевой транзистор.

Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Для мощных MOSFET это напряжение составляет порядка 20В. Далее показана схема стабилизатора тока с использованием MOSFET.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока. При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КР142ЕН12 или LM317. Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.

Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)

Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, показанных ранее, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис:

Стабилизатор тока на операционном усилителе

В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.

Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.

В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.

Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме

Осциллограмма стабилизатора тока на ОУ

На осциллограмме луч 1 ( желтый ) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 ( голубой ) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.

Стабилизатор тока на микросхеме импульсного стабилизатора напряжения

Иногда от стабилизатора тока требуется не только работать в широком диапазоне питающих напряжений и нагрузок, но и иметь высокий КПД. В этих случаях компенсационные стабилизаторы не годятся и на смену им приходят стабилизаторы импульсные (ключевые). Кроме того, импульсные стабилизаторы могут при небольшом входном напряжении получать высокое напряжение на нагрузке.

Далее предлагается к рассмотрению широко распространенная микросхема MAX771. Основные характеристики MAX771:

  • Напряжение питяния 2. 16,5В
  • Собственное потребление 110uA
  • Выходная мощность до 15W
  • КПД при токе нагрузки 10mA. 1A достигает 90%
  • Опорное напряжение 1,5V

На рисунке показан один из вариантов включения микросхемы, именно его мы и возьмем за основу нашей схемы.

MAX771 включен как повышающий стабилизатор напряжения

Упрощенно процесс стабилизации выглядит следующим образом. Резисторы R1 и R2 являются делителями выходного напряжения микросхемы, как только делимое напряжение, поступающее на вывод FB микросхемы MAX771, больше опорного напряжения (1,5V) микросхема уменьшает выходное напряжение и наоборот — если напряжение на выводе FB меньше 1,5V, микросхема увеличивает входное напряжение.

Очевидно, что если контрольные цепи изменить так, чтобы MAX771 реагировала (и соответственно регулировала) выходной ток, то мы полчим стабилизированный источник тока.
Ниже показаны модифицированная схема с ограничением выходного напряжения и вариант нагрузки.

При небольшой нагрузке, пока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 меньше 1,5V, схема на Рис.10a работает как стабилизатор напряжения, стабилизируя напряжение на уровне стабилитрона VD2 + 1,5V. Как только ток нагрузки становится достаточно большим, на R3 падение напряжения увеличивается и схема переходит в режим стабилизации тока.

Резистор R8 устанавливается в том случае, если напряжение стабилизации может быть большим — больше 16,5V. Резистор R3 является токозадающим и рассчитывается по формуле: R3 = 1,5/Iст.
Недостатком схемы является достаточно большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3. Данный недостаток устраняется применением операционного усилителя (ОУ) для усиления сигнала с резистора R3. Например, если резистор требуется уменьшить в 10 раз при заданном токе, то усилитель на ОУ должен усилить напряжение падающее на R3 тоже в 10 раз.

Заключение

Итак, было рассмотрено несколько схем выполняющих функцию стабилизации тока. Конечно же, эти схемы можно улучшать, увеличивая быстродействие, точность и т.д. Можно применять в качестве датчика тока специализированные микросхемы и делать сверхмощные регулирующие элементы, но эти схемы идеально подходят в тех случаях, когда требуется быстро создать инструмент для облегчения своей работы или решения определенного круга задач.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector