Стабілізатор струму на транзисторі. Стабілізатори струму схеми

Схеми стабілізаторів струму для світлодіодів на транзисторах та мікросхемах

Відомо, що яскравість світлодіода дуже сильно залежить від струму, що протікає через нього. У той же час струм світлодіода дуже круто залежить від напруги живлення. Звідси виникають помітні пульсації яскравості навіть за незначної нестабільності харчування.

Але пульсації - це не страшно, набагато гірше те, що найменше підвищення напруги живлення може призвести до настільки сильного збільшення струму через світлодіоди, що вони просто вигорять.

Щоб цього не допустити, світлодіоди (особливо потужні) зазвичай запитують через спеціальні схеми – драйвери, які по суті є стабілізаторами струму. У цій статті будуть розглянуті схеми простих стабілізаторів струму для світлодіодів (на транзисторах чи поширених мікросхемах).

Для стабілізації струму через світлодіоди можна застосувати добре відомі рішення:

На малюнку 1 представлено схему, робота якої заснована на т.зв. емітерному повторювачі. Транзистор, включений таким чином, прагне підтримувати напругу на емітері точно так само, як і на базі (різниця буде тільки в падінні напруги на переході база-емітер). Таким чином, зафіксувавши напругу бази за допомогою стабілітрону, ми отримуємо фіксовану напругу на R1.

Звичайні діоди мають дуже слабку залежність прямої напруги від струму, тому можливе їх застосування замість важкодоступних низьковольтних стабілітронів. Ось два варіанти схем для транзисторів різної провідності, в яких стабілітрони замінені двома звичайними діодами VD1, VD2:

Струм через світлодіоди задається підбором резистора R2. Резистор R1 вибирають таким чином, щоб вийти на лінійну ділянку ВАХ діодів (з урахуванням струму бази транзистора). Напруга живлення всієї схеми має бути не меншою, ніж сумарна напруга всіх світлодіодів плюс близько 2-2.5 вольт зверху для сталої роботи транзистора.

Наприклад, якщо потрібно отримати струм 30 мА через 3 послідовно включених світлодіодів з прямою напругою 3.1, то схему слід запитати напругою не нижче 12 Вольт. При цьому опір резистора має бути близько 20 Ом, потужність розсіювання – 18 мВт. Транзистор слід підібрати з максимальною напругою Uке не нижче напруги живлення, наприклад, поширений S9014 (n-p-n).

Опір R1 залежатиме від коеф. посилення транзистора hfe та ВАХ діодів. Для S9014 та діодів 1N4148 достатньо буде 10 ком.

Застосуємо описаний стабілізатор для вдосконалення одного зі світлодіодних світильників, описаного у цій статті. Поліпшена схема виглядатиме так:

Дана доробка дозволяє значно знизити пульсацію струму і, отже, яскравість світлодіодів. Але головний плюс схеми полягає у нормалізації режиму роботи світлодіодів та захист їх від кидків напруги під час включення. Це призводить до суттєвого продовження терміну служби світлодіодної лампи.

З осцилограм видно, що додавши в схему стабілізатор струму для світлодіода на транзисторі та стабілітроні, ми відразу зменшили амплітуду пульсацій у кілька разів:

При вказаних на схемі номіналах на транзисторі розсіюється потужність трохи більше 0.5 Вт, що дозволяє обійтися без радіатора. Якщо ємність баластного конденсатора збільшити до 1.2 мкФ, то на транзисторі падатиме ~23 Вольт, а потужність складе близько 1 Вт. У цьому випадку без радіатора не обійтися, зате пульсації знизяться мало не до нуля.

Замість зазначеного на схемі транзистора 2CS4544 можна взяти 2SC2482 або аналогічний зі струмом колектора більше 100 мА і допустимою напругою Uке не менше 300 В (підійдуть, наприклад, старі радянські КТ940, КТ969).

Бажаний струм, як завжди, визначається резистором R *. Стабілітрон розрахований на напругу 5.1 В та потужність 0.5 Вт. Як світлодіоди застосовані поширені smd-світлодіоди з китайської лампочки (а ще краще взяти готову лампу і додати в неї відсутні компоненти).

Тепер розглянемо схему, представлену малюнку 2. Ось вона окремо:

Токовим датчиком тут є резистор, опір якого розраховується за формулою 0.6/Інагр. При збільшенні струму через світлодіоди транзистор VT2 починає відкриватися сильніше, що призводить до більш сильного замикання транзистора VT1. Струм зменшується. Таким чином, відбувається стабілізація вихідного струму.

Переваги схеми – її простота. До недоліку можна записати досить велике падіння напруги (а отже, і потужності) на транзисторі VT1. Це не критично при невеликих струмах (десятки і сотні міліампер), проте подальше збільшення струму через світлодіоди вимагатиме встановлення цього транзистора на радіатор.

Цього недоліку можна позбутися, застосувавши замість біполярного транзистора p-канальний MOSFET з низьким опором сток-виток:

Потрібний струм, як і раніше, визначається підбором резистора R1. VT1 – будь-який малопотужний. Замість потужного IRL3705N можна взяти, наприклад, IRF7210 (12А, 12В) або IRLML6402 (3.7А, 20В). Дивіться самі, які струми вам потрібні.

Найпростіша схема стабілізатора струму для світлодіодів на польовому транзисторі складається лише з одного транзистора з закороченим коротко затвором і витоком:

Замість КП303Е підійде, наприклад, BF245C або аналогічний із вбудованим каналом. Принцип дії схожий зі схемою малюнку 1, лише як еталонного напруги використовується потенціал " землі " . Величина вихідного струму визначається виключно початковим струмом стоку (береться з даташита) і практично не залежить від напруги сток-витік Uсі. Це добре видно з графіка вихідної характеристики:

На схемі на малюнку 3 ланцюг витоку доданий резистор R1, що задає деяке зворотне зміщення затвора і дозволяє таким чином змінити струм стоку (а значить і струм навантаження).

Приклад найпростішого драйвера струму для світлодіода представлений нижче:

Тут застосований польовий транзистор із ізольованим затвором та вбудованим каналом n-типу BSS229. Точне значення вихідного струму залежатиме від характеристик конкретного екземпляра та опору R1.

Це, загалом, усі способи перетворити транзистор на стабілізатор струму. Є ще так зване струмове дзеркало, але стосовно світлодіодних світильників воно не підходить. Тому перейдемо до мікросхем.

Стабілізатори струму на мікросхемах

Мікросхеми дозволяють досягти набагато більш високих характеристик, ніж транзистори. Найчастіше для збирання стабілізатор струму для світлодіодів своїми руками використовують прецизійні термостабільні джерела опорної напруги (TL431, LM317 та інші).

TL431

Типова схема стабілізатора струму для світлодіодів на TL431 виглядає так:

Так як мікросхема поводиться так, щоб підтримувати на резисторі R2 фіксовану напругу 2.5, то струм через цей резистор завжди буде дорівнює 2.5/R2. Якщо ж знехтувати струмом бази, можна вважати, що IRн = IR2. І що вище буде коефіцієнт посилення транзистора hfe, то більше ці струми збігатимуться.

R1 розраховується таким чином, щоб забезпечити мінімальний робочий струм мікросхеми – 1 мА.

А ось приклад практичного застосування TL431 у світлодіодній лампі:

На транзисторі падає близько 20-30 В, потужність, що розсіюється, становить менше 1.5 Вт. Крім зазначеного на схемі 2SC4544, можна застосувати BD711 або старий радянський КТ940А. Транзистори в корпусі TO-220 не вимагають встановлення на радіатор потужністю 1.5-2 Вт включно.

Резистор R3 служить обмеження імпульсу зарядки конденсатора при включенні живлення. Струм через навантаження задається резистором R2.

Як навантаження Rн тут виступають 90 білих чіп-світлодіодів LED2835. Максимальна потужність при струмі 60 мА становить 0.2 Вт (24Lm), падіння напруги – 3.2 В.

Для збільшення терміну служби потужність діодів спеціально занижена на 20% (0.16 Вт, струм 45 мА) відповідно сумарна потужність всіх світлодіодів становить - 14 Вт.

Зрозуміло, наведену схему стабілізатора струму для світлодіодів на 220 можна перерахувати під будь-який необхідний струм і/або інша кількість наявних у розпорядженні світлодіодів.

З урахуванням допустимого розкиду напруги 220 Вольт (див. ГОСТ 29322-2014), випрямлену напругу на конденсаторі C1 перебуватиме в діапазоні від 293 до 358 В, тому він повинен бути розрахований на напругу не менше 400 В.

Виходячи з діапазону напруг живлення, розраховуються параметри інших елементів схеми.

Наприклад, резистор, що задає робочий режим мікросхеми DA1, повинен забезпечувати струм не менше 0.5 мА при напрузі на С1 = 293 В. Максимальна кількість світлодіодів не повинна перевищувати NLED< (358 - 6) / 3.2, причем, чем их больше, тем выше яркость светильника и тем меньшая мощность будет уходить в никуда (рассеиваться в виде тепла на транзисторе VT1). Максимальное напряжение Uкэ транзистора VT1 должно быть не ниже 358 - (ULED * NLED).

LM7805, LM7812...

Будь-який інтегральний стабілізатор напруги можна перетворити на стабілізатор струму, додавши всього один резистор відповідно до схеми:

Тільки треба враховувати, що при такому включенні вхідна напруга має бути більшою, ніж напруга стабілізації мікросхеми на деяку величину (падіння напруга на самому стабілізаторі). Зазвичай це десь 2-2.5 вольта. Ну і, ясна річ, додати напругу на навантаженні.

Ось, наприклад, конкретний приклад стабілізатора струму для світлодіодів на ЛМ7812:

Параметри схеми розраховані на 10 smd-діодів 5730 із прямою напругою 3.3 вольта на кожному. Споживаний струм (струм через світлодіоди) – 300 мА. Потужність світильника ~10 Ватт.

Так як при послідовному підключенні світлодіодів загальна напруга дорівнюватиме сумі напруг на кожному з світлодіодів, то мінімальна напруга живлення схеми повинна бути: Uпіт = 2.5 + 12 + (3.3 х 10) = 47.5 Вольт.

Розрахувати опір і потужність резистора під інші значення струму можна за допомогою простенької програми Regulator Design (завантажити).

Очевидно, що чим вища вихідна напруга стабілізатора, тим більше тепла виділятиметься на токозадавальному резисторі і, отже, тим гірше ККД. Тому для наших цілей краще підійде LM7805, ніж LM7812.

LM317

Не менш ефективним виходить лінійний стабілізатор струму світлодіодів на LM317. Типова схема включення:

Найпростіша схема включення LM317 для світлодіодів, що дозволяє зібрати потужний світильник, складається з випрямляча з ємнісним фільтром, стабілізатора струму і 93 світлодіодів SMD 5630. x3 мм).

Якщо така велика гірлянда зі світлодіодів не потрібна, то до драйвера на LM317 для живлення світлодіодів доведеться додати баластний резистор або конденсатор (щоб загасити надмірну напругу). Як це зробити, ми дуже докладно розглядали в цій статті.

Недолік такої схеми струмового драйвера для світлодіодів у тому, що при підвищенні напруги в мережі вище 235 вольт, LM317 виявиться за межами розрахункового режиму роботи, а при зниженні до ~208 вольт і нижче, мікросхема зовсім перестає стабілізувати і глибина пульсацій повністю залежатиме. від ємності С1.

Тому використовувати такий світильник потрібно там, де напруга менш стабільна. І на ємності цього конденсатора не варто заощаджувати. Діодний міст можна взяти готовий (наприклад, мініатюрний MB6S) або зібрати з відповідних діодів (Uобр не менше 400 В, прямий струм > 100 мА).

Замість ув'язнення

До недоліків наведених у статті схем слід віднести низький ККД за рахунок марної витрати потужності на регулюючих елементах. Втім, це властиво всім лінійним стабілізаторам струму.

Низький коефіцієнт корисної дії неприйнятний для пристроїв, що живляться від автономних джерел струму (світильники, ліхтарики тощо). Істотного підвищення ККД (90% і більше) можна досягти застосуванням імпульсних стабілізаторів струму.

electro-shema.ru

Коли збирається перший блок живлення, схема береться найпростіша - щоб вийшло все напевно. Коли вдасться його запустити і отримати аж цілих 12 вольт і струму, що регулюються, під підлогу ампера радіоаматор переймається сенсом фрази «І буде тобі щастя!». Тільки щастя це триватиме не дуже довго і незабаром стає цілком очевидним, що в БП обов'язково має бути можливість регулювання сили струму на виході. Доробкою вже наявного блоку живлення це можна досягти, але дещо клопітно – краще вже зібрати ще один, більш «просунутий». Є цікавий варіант. До малопотужного блоку живлення можна виготовити приставку регулювання струму в інтервалі від 20 mA і до максимуму того, що він здатний дати, ось за цією схемою:

Такий пристрій зібрав майже рік тому.

Токовий стабілізатор справді потрібна річ. Наприклад, допоможе зарядити будь-який акумулятор, розрахований на напругу до 9 вольт включно, причому зауважу, зарядити якісно. Ось тільки вимірювальної головки у неї не вистачає. Зважуюсь на модернізацію та розбираю на складові свою саморобку, де, мабуть, найзначніший компонент це змінний резистор ППБ-15Е з максимальним опором 33 Ома.

Новий корпус зорієнтований виключно під розміри індикатора від магнітофона, який виконуватиме функції міліамперметра.

Для цього у нього «малюється» нова шкала (вибрав струм повного відхилення стрілки 150 mA, а можна зробити і по максимуму).

Потім на стрілочний прилад ставиться шунт.

Шунт зробив із ніхромової нагрівальної спіралі діаметром 0,5 мм. Транзистор КТ818 обов'язково поставте на радіатор охолодження.

З'єднання (зчленування) приставки з блоком живлення проводитися за допомогою, інтегрованої в корпус імпровізованої вилки, штирі якої взяті від звичайної мережевої вилки, на одному з кінців яких нарізане різьблення М4, за допомогою якої двох гайок кожен з них прикручений до корпусу.

Підсумкове зображення того, що вийшло. Однозначно сталося більш досконале творіння. Світлодіод виконує не тільки функцію індикації, але й освітлення шкали стабілізатора струму. З побажанням успіху, Babay.

el-shema.ru

Стабілізатори струму. Види та пристрій. Робота та застосування

Стабілізатори струму призначені для стабілізації струму на навантаженні. Напруга на навантаженні залежить від його опору. Стабілізатори необхідні для функціонування різних електронних приладів, наприклад, газорозрядні лампи.

Для якісного заряду акумуляторів також потрібні стабілізатори струму. Вони використовуються в мікросхемах для настроювання струму каскадів перетворення та посилення. У мікросхемах вони відіграють роль генератора струму. В електричних ланцюгах завжди є різні перешкоди. Вони негативно впливають на дію приладів та електричних пристроїв. З такою проблемою легко справляються стабілізатори струму.

Відмінною рисою стабілізаторів струму є їхній значний вихідний опір. Це дає можливість виключити вплив напруги на вході та опору навантаження на значення струму на виході пристрою. Стабілізатори струму підтримують вихідний струм у певних межах, змінюючи при цьому напруга таким чином, що струм, що протікає навантаження, залишається постійним.

Пристрій та принцип дії

На нестабільність навантажувального струму впливає значення опору та напруги на вході. Розглянемо приклад, у якому опір навантаження постійно, а напруга на вході підвищується. Струм навантаження при цьому також зростає.

В результаті цього підвищиться струм та напруга на опорах R1 та R2. Напруга стабілітрона стане рівною сумі напруг опорів R1, R2 і на переході VT1 база-емітер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/е)

Напруга на VD1 не змінюється при змінному вхідному напрузі. Внаслідок цього струм на переході база-емітер знизиться, і підвищиться опір між клемами емітер-колектор. Сила струму на переході колектор-емітер і навантажувальний опір стане знижуватися, тобто переходити до початкової величини. Так виконується вирівнювання струму та підтримка його на одному рівні.

Розглянемо елементарну схему із застосуванням польового транзистора.

Навантажувальний струм проходить через R1. Струм у ланцюзі: «+» джерела напруги, сток-затвор VТ1, опір навантаження, негативний полюс джерела – дуже незначний, так як сток-затвор має зсув у зворотний бік.

Напруга на R1 позитивна: зліва «-», праворуч напруга дорівнює напрузі правого плеча опору. Тому напруга затвора щодо витоку мінусова. При зниженні опору навантаження, струм підвищується. Тому напруга затвора проти витоком має ще більшу різницю. Внаслідок цього транзистор закривається сильніше.

При більшому закритті транзистора струм навантаження знизиться, і повернеться до початкової величини.

Види стабілізаторів струму

Існує безліч різних видів стабілізаторів залежно від їх призначення та принципу роботи. Розглянемо докладніше основні такі пристрої.

Стабілізатори на резисторі

В елементарному випадку генератором струму може бути схема, що складається з блоку живлення та опору. Подібна схема часто використовується для підключення світлодіода, що виконує функції індикатора.

З недоліків такої схеми можна назвати необхідність використання високовольтного джерела. Тільки за такої умови можна використовувати резистор, що має високий опір, та отримати хорошу стабільність струму. На опорі розсіюється потужність P = I 2 x R.

Стабілізатори на транзисторах

Значно функціонують стабілізатори, зібрані на транзисторах.

Можна налаштувати падіння напруги таким чином, що воно буде дуже маленьким. Це дає можливість зниження втрат за хорошої стабільності струму на виході. На виході транзистора опір дуже великий. Така схема застосовується для підключення світлодіодів або заряджання акумуляторних батарей малої потужності.

Напруга на транзисторі визначається стабілітроном VD1. R2 відіграє роль датчика струму та обумовлює струм на виході стабілізатора. При збільшенні струму падіння напруги на цьому резистори стає більше. Напруга надходить на емітер транзистора. У результаті напруга на переході база-емітер, яка дорівнює різниці напруги бази та емітерної напруги, знижується, і струм повертається до заданої величини.

Схема струмового дзеркала

Аналогічно функціонують генератори струму. Популярною схемою таких генераторів є «струмове дзеркало», в якій замість стабілітрону застосовується біполярний транзистор, а точніше, емітерний перехід. Замість опору R2 застосовується опір емітера.

Стабілізатори на полевику

Схема із застосуванням польових транзисторів простіша. У ній як стабілізатор напруги можна застосовувати потенціал землі.

Пристрої на мікросхемі

У попередніх схемах є елементи порівняння та регулювання. Аналогічна структура схеми застосовується під час проектування пристроїв, що вирівнюють напругу. Відмінність пристроїв, що стабілізують струм і напруга, полягає в тому, що ланцюг зворотного зв'язку сигнал приходить від датчика струму, який підключений до ланцюга навантажувального струму. Тому для створення стабілізаторів струму використовують популярні мікросхеми 142 ЕН 5 або LМ 317.

Тут роль датчика струму грає опір R1, на якому стабілізатор підтримує постійну напругу та струм навантаження. Величина опору датчика значно нижча, ніж опір навантаження. Зниження напруги на датчику впливає напругу виходу стабілізатора. Подібна схема добре поєднується із зарядними пристроями, світлодіодами.

Імпульсний стабілізатор

Високі ККД мають імпульсні стабілізатори, виконані на основі ключів. Вони здатні при незначній напрузі входу створювати високу напругу споживача. Така схема зібрана мікросхемі МАХ 771.

Опір R1 і R2 відіграють роль дільників напруги на виході мікросхеми. Якщо напруга на виході мікросхеми стає вищою за опорне значення, то мікросхема знижує вихідну напругу, і навпаки.

Якщо схему змінити таким чином, щоб мікросхема реагувала та регулювала струм на виході, то вийде стабілізоване джерело струму.

При падінні напруги на R3 нижче 1,5, схема працює в якості стабілізатора напруги. Як тільки навантажувальний струм підвищується до певного рівня, то на резисторі R3 падіння напруги стає більшим, і схема діє як стабілізатор струму.

Опір R8 підключається за схемою тоді, коли напруга стає вище 16,5 В. Опір R3 задає струм. Негативним моментом цієї схеми можна відзначити значне падіння напруги на струмовимірювальному опорі R3. Цю проблему можна вирішити шляхом підключення операційного підсилювача посилення сигналу з опору R3.

Стабілізатори струму для світлодіодів

Виготовити такий пристрій самостійно можна із застосуванням мікросхеми LМ 317. Для цього залишиться лише підібрати резистор. Живлення для стабілізатора доцільно застосовувати наступне:

• Блок від принтера на 32 ст.
• Блок від ноутбука на 19 ст.
• Будь-який блок живлення на 12 ст.

Перевагою такого пристрою є низька вартість, простота конструкції, підвищена надійність. Складну схему немає сенсу збирати самостійно, простіше її придбати.

Схожі теми:

electrosam.ru

Схема стабілізатора струму

Зміст:

1. Релейні стабілізатори струму
2. Сімісторний стабілізатор
3. Стабілізатор струму високої частоти
4. Широтно-імпульсні пристрої
5. Резонансний стабілізатор струму
6. Стабілізатор змінного струму
7. Стабілізуючі пристрої для світлодіоду
8. Регульований стабілізатор струму
9. Стабілізатори постійного струму
10. Простий стабілізатор струму із двох транзисторів

У електричних мережах, що діють, постійно присутні різні перешкоди, що надають негативний вплив на роботу приладів та обладнання. Ефективно впоратися із цією проблемою допомагає схема стабілізатора струму. Стабілізуючі пристрої різняться між собою за технічними характеристиками та залежать від джерел живлення. Якщо в домашніх умовах стабілізація струму не є першочерговим завданням, то при використанні вимірювального обладнання струмові показники обов'язково мають бути стабільними. Особливою точністю відрізняються пристрої на польовому транзисторі. Відсутність перешкод дозволяє отримувати найдостовірніші результати після проведення вимірювань.

Загальний пристрій та принцип роботи

Основним елементом кожного стабілізатора є трансформатор. Найбільш проста схема складається з випрямного моста, з'єднаного з конденсаторами та резисторами. У кожній схемі застосовуються елементи різних типів, з індивідуальною ємністю та граничним опором.

Принцип роботи стабілізатора є досить простим. При попаданні струму на трансформатор відбувається зміна його граничної частоти. На вході цей параметр збігається із частотою мережі та становить 50 Гц. Після виконання перетворення струму значення граничної частоти на виході буде вже 30 Гц. У процесі роботи високовольтних випрямлячів відбувається визначення полярності напруги. Стабілізація струму виконується з допомогою роботи конденсаторів, а зниження перешкод відбувається з допомогою резисторів. Зрештою, на виході знову утворюється постійна напруга, що надходить трансформатор з частотою, що не перевищує 30 Гц.

Типи стабілізаторів струму

Відповідно до призначення, розроблено велику кількість різних типів стабілізуючих пристроїв.

Релейні стабілізатори струму. Їхня схема складається з типових елементів, у тому числі і компенсаційних конденсаторів. У цьому випадку встановлення мостових випрямлячів проводиться на початку ланцюга. Слід враховувати такий чинник, як наявність у стабілізаторі двох пар транзисторів. Установка першої пари виконується перед конденсатором. Завдяки цьому піднімається гранична частота.

У стабілізаторі такого типу значення вихідної напруги становитиме близько 5 ампер. Підтримка певного рівня номінального опору провадиться за допомогою резисторів. У найпростіших моделях використовуються двоканальні елементи. Вони відрізняються тривалим процесом перетворення, проте вони мають невеликий коефіцієнт розсіювання.

Сімісторний стабілізатор LM317. Ця модель широко використовується у різних галузях. Її основним елементом служить симістор, за допомогою якого у пристрої значно зростає гранична напруга. Цей показник на виході має значення близько 12 Ст. Система здатна витримувати зовнішній опір до 3 Ом. Підвищення коефіцієнта згладжування здійснюється із використанням багатоканальних конденсаторів. Транзистори відкритого типу застосовуються лише у високовольтних пристроях.

Контроль над зміною положення здійснюється за рахунок вихідного номінального струму, що змінюється. Стабілізатор струму LM317 може витримати диференціальний опір розміром до 5 Ом. У разі використання вимірювальних приладів це значення має бути не менше 6 Ом. Потужний трансформатор забезпечує режим нерозривного струму дроселя. У звичайній схемі він встановлюється відразу за випрямлячем. У приймачах на 12 вольт застосовується баластний тип резисторів, за рахунок яких знижуються коливання ланцюга.

Стабілізатор струму високої частоти. Його основним елементом є транзистор КК20, що характеризується прискореним процесом перетворення. Цьому сприяє зміна полярності на виході. Конденсатори, що задають частоту, встановлюються попарно в схемі. Імпульсний фронт у цьому випадку не повинен бути більше 2 мкс, інакше це призведе до суттєвих динамічних втрат.

У деяких схемах для насичення резисторів використовуються потужні підсилювачі у кількості не менше трьох. Щоб зменшити теплові втрати, використовуються ємнісні конденсатори. Значення швидкісних характеристик ключового транзистора залежить від параметрів дільника.

Широтно-імпульсні стабілізатори. У стабілізаторів цього досить значна індуктивність дроселя, з допомогою швидкої зміни дільника. У цій схемі використовуються двоканальні резистори, що пропускають струм у різних напрямках, а також ємнісні конденсатори. Всі ці елементи дозволяють підтримувати на виході значення граничного опору не більше 4 Ом. Максимальне навантаження, яке витримують такі стабілізатори, становить 3 А. Дані моделі рідко використовуються у вимірювальних приладах. Граничне розсіювання джерел живлення у разі має бути не вище 5 вольт, що дозволяє підтримувати нормативне значення коефіцієнта розсіювання.

У стабілізаторах струму цього типу ключові транзистори мають не дуже високі швидкісні характеристики. Причина полягає в низькій здатності резисторів виконувати блокування струму, що надходить від випрямляча. В результаті перешкоди з високою амплітудою викликають суттєві теплові втрати. Нейтралізація властивостей трансформатора знижується та призводить до спадів імпульсів. Перетворення струму здійснюється лише за рахунок роботи баластового резистора, встановленого безпосередньо за випрямляючим мостом. Широтно-імпульсний стабілізатор дуже рідко використовує напівпровідникові діоди, оскільки фронт імпульсів у ланцюзі становить трохи більше 1 мкс.

Резонансний стабілізатор струму Складається з конденсаторів малої ємності та резисторів з різними опорами. Невід'ємною частиною таких підсилювачів є трансформатори. Збільшення коефіцієнта корисної дії приладу досягається за рахунок використання великої кількості запобіжників. Це призводить до зростання динамічних характеристик резисторів. Монтаж низькочастотних транзисторів здійснюється безпосередньо за випрямлячами. За умови хорошої провідності струму робота конденсаторів стає можливою при різних частотах.

Стабілізатор змінного струму. Як правило, використовується в джерелах живлення, напругою до 15 вольт і є їх невід'ємною складовою. Максимальне значення зовнішнього опору, що сприймається пристроями, становить 4 Ом. Середня напруга змінного струму, що входить, буде в межах 13 В. У цьому випадку контроль над рівнем коефіцієнта згладжування здійснюється за допомогою конденсаторів відкритого типу. Схема побудови резисторів безпосередньо впливає на рівень пульсації, створюваний на виході.

Максимальний лінійний струм таких стабілізаторів становить 5 ампер. Відповідно, диференціальний опір матиме значення 5 Ом. Розмір максимально допустимої потужності розсіювання становить середньому 2 Вт. Це свідчить про серйозні проблеми стабілізаторів змінного струму із фронтом імпульсів. Зниження їх коливань можливе лише з допомогою мостових випрямлячів. Запобіжники дають змогу значно знизити теплові втрати.

Стабілізуючі пристрої для світлодіодів. У цьому випадку стабілізатори не повинні мати надто великої потужності. Головним завданням стабілізатора струму є максимальне зниження порога розсіювання. Для виготовлення такого стабілізатора власноруч використовуються дві основні схеми. Перший варіант виконується з використанням перетворювачів. Це дозволяє досягти всіх етапах граничної частоти трохи більше 4 Гц, значно збільшуючи цим продуктивність пристрою.

У другому випадку застосовуються підсилювальні елементи. Основним завданням є нейтралізація змінного струму. Зменшити динамічні втрати можна за допомогою високовольтних транзисторів. Надмірне насичення елементів долається конденсаторами відкритого типу. Швидкодія трансформаторів забезпечується ключовими резисторами. Їхнє розташування у схемі стандартне – безпосередньо за випрямляючим мостом.

Регульований стабілізатор струму. Затребуваний переважно у сфері промислового виробництва. Регульований стабілізатор дає можливість виконувати налаштування приладів та обладнання за рахунок зміни струму та напруги. Багато моделей можуть керуватися дистанційно за допомогою спеціальних контролерів, змонтованих усередині стабілізатора. Для таких пристроїв значення граничної напруги змінного струму становить приблизно 12 В. У цьому випадку рівень стабілізації має бути не менше ніж 14 Вт. Порогова напруга знаходиться у прямій залежності з частотністю приладу.

Щоб змінити коефіцієнт згладжування, у регульованому стабілізаторі встановлені ємнісні конденсатори. Дані пристрої відрізняються гарною продуктивністю: максимальний струм 4 А, диференціальний опір – 6 Ом. Забезпечення нерозривного режиму дроселя здійснюється трансформаторами ключового типу. Подача напруги на первинну обмотку провадиться через катод, струм на виході блокується залежно від типу конденсаторів. Запобіжники найчастіше не беруть участь у стабілізації процесу.

Стабілізатори постійного струму. В основу їхньої роботи закладено принцип подвійного інтегрування. За цей процес відповідають спеціальні перетворювачі. Динамічні характеристики стабілізаторів збільшуються двоканальними транзисторами. Істотна ємність конденсаторів дозволяє мінімізувати теплові втрати. Показники випрямлення визначаються точними розрахунками. Вихідна напруга постійного струму 12А відповідає максимальному граничному значенню 5 вольт, при частоті пристрою 30 Гц.

electric-220.ru

cxema.org - Три схеми простих регуляторів струму

Три схеми простих регуляторів струму

У мережі дуже багато схем регуляторів напруги для різних цілей, а ось з регуляторами струму справи інакше. І я хочу трохи заповнити цю прогалину, і представити вам три прості схеми регуляторів постійного струму, які варто взяти на озброєння, оскільки вони універсальні і можуть бути використані в багатьох саморобних конструкціях.

Регулятори струму за ідеєю небагатьом відрізняється від регуляторів напруги. Прошу не плутати регулятори струму зі стабілізаторами струму, на відміну від перших вони підтримують стабільний вихідний струм незалежно від напруги на вході та вихідного навантаження.

Стабілізатор струму - невід'ємна частина будь-якого нормального лабораторного блоку живлення або зарядного пристрою, призначений він для обмеження струму, що подається на навантаження. У цій статті ми розглянемо пару стабілізаторів та один регулятор загального застосування.

У всіх трьох варіантах як датчик струму використані шунти, по суті низькоомні резистори. Для збільшення вихідного струму будь-якої з перерахованих схем потрібно буде знизити опір шунта. Потрібне значення струму виставляють вручну, зазвичай обертанням змінного резистора. Усі три схеми працюють у лінійному режимі, а отже силовий транзистор при великих навантаженнях сильно нагріватиметься.

Перша схема відрізняється максимальною простотою та доступністю компонентів. Всього два транзистори, один з них керуючий, другий є силовим, яким і протікає основний струм.

Датчик струму являє собою низькоомний дротяний резистор. При підключенні вихідного навантаження на цьому резистори утворюється деяке падіння напруги, чим потужніше навантаження, тим більше падіння. Такого падіння напруги достатньо для спрацьовування керуючого транзистора, чим більше падіння, тим більше відкритий транзистор. Резистор R1, що задає напругу зміщення для силового транзистора, саме завдяки йому основний транзистор знаходиться у відкритому стані. Обмеження струму відбувається за рахунок того, що напруга на базі силового транзистора, яка була утворена резистором R1 грубо кажучи затухається або замикається на масу живлення через відкритий перехід малопотужного транзистора, цим силовий транзистор буде закриватися, отже, струм протікає по ньому зменшується .

Резистор R1 по суті звичайний дільник напруги, яким ми можемо задати ступінь відкривання керуючого транзистора, а отже, керувати і силовим транзистором обмежуючи струм, що протікає по ньому.

Друга схема побудована з урахуванням операційного підсилювача. Її неодноразово використовував у зарядних пристроях для автомобільного акумулятора. На відміну від першого варіанта – ця схема є стабілізатором струму.

Як і в першій схемі тут є датчик струму (шунт), операційний підсилювач фіксує падіння напруги на цьому шунті, все за вже знайомою нам схемою. Операційний підсилювач порівнює напругу на шунті з опорним, яке задається стабілітроном. Змінним резистором ми штучно змінюємо опорну напругу. Операційний підсилювач у свою чергу намагатиметься збалансувати напругу на входах шляхом зміни вихідної напруги.

Вихід операційного підсилювача керує потужним польовим транзистором. Тобто принцип роботи мало чим відрізняється від першої схеми, за винятком того, що є джерело опорної напруги виконаний на стабілітроні.

Ця схема також працює в лінійному режимі і силовий транзистор при великих навантаженнях сильно нагріватиметься.

Остання схема побудована на основі популярної інтегральної мікросхеми стабілізатора LM317. Це лінійний стабілізатор напруги, але є можливість використовувати мікросхему як стабілізатор струму.

Потрібний струм визначається змінним резистором. Недоліком схеми є те, що основний струм протікає саме за вказаним раніше резистором і природно той потрібен потужний, дуже бажано використання дротяних резисторів.

Максимально допустимий струм мікросхеми LM317 1,5 ампера, збільшити його можна додатковим силовим транзистором. В цьому випадку мікросхема вже буде як керуюча, тому нагріватися не буде, натомість нагріватиметься транзистор і від цього нікуди не подінешся.

Невелике відео

Друкарські плати

• < Назад
• Вперед >

vip-cxema.org

Стабілізатори струму

Зміст:

1. Загальний пристрій та принцип роботи
2. Діодний стабілізатор струму
3. Стабілізатор струму на двох транзисторах
4. Відео: Зроби сам стабілізатор на LM2576

У кожній електричній мережі періодично виникають перешкоди, що негативно впливають на стандартні параметри струму та напруги. Ця проблема успішно вирішується за допомогою різних пристроїв, серед яких дуже популярні та ефективні стабілізатори струму. Вони мають різні технічні характеристики, що уможливлює їх використання спільно з будь-якими побутовими електроприладами та обладнанням. Особливі вимоги пред'являються до вимірювального обладнання, що потребує стабільної напруги.

Загальний пристрій та принцип роботи стабілізаторів струму

Знання основних принципів роботи стабілізаторів струму сприяє найефективнішому використанню цих пристроїв. Електричні мережі буквально насичені різними перешкодами, що негативно впливають на роботу побутових приладів та електроустаткування. Для подолання негативних впливів використовується схема простого стабілізатора напруги та струму.

У кожному стабілізаторі є основний елемент - трансформатор, що забезпечує роботу системи. Найпростіша схема включає у свій склад випрямний міст, з'єднаний з різними типами конденсаторів та резисторів. Їх основними параметрами вважаються індивідуальна ємність та граничний опір.

Сам стабілізатор струму працює за дуже простою схемою. Коли струм надходить трансформатор, його гранична частота змінюється. На вході вона співпадатиме з частотою електричної мережі і становитиме 50 Гц. Після того, як будуть виконані всі перетворення струму, гранична частота на виході знизиться до 30 Гц. У схемі перетворення беруть участь високовольтні випрямлячі, з допомогою яких визначається полярність напруги. Конденсатори безпосередньо беруть участь у стабілізації струму, а резистори знижують перешкоди.

Діодний стабілізатор струму

Багато конструкціях світильників є діодні стабілізатори, більш відомі як стабілізатори струму для світлодіодів. Як і всі типи діодів, світлодіоди мають нелінійну вольтамперну характеристику. Тобто, при змінному напрузі на світлодіоді, відбувається непропорційна зміна струму.

Зі зростанням напруги спочатку спостерігається дуже повільне зростання струму, в результаті свічення світлодіода відсутнє. Потім, коли напруга досягає порогового значення, починається випромінювання світла та дуже швидке зростання струму. Подальше зростання напруги призводить до катастрофічного збільшення струму та перегорання світлодіода. Значення порогової напруги відбивається у технічних характеристиках світлодіодних джерел світла.

Світлодіоди з високою потужністю вимагають встановлення тепловідведення, оскільки їхня робота супроводжується виділенням великої кількості тепла. Крім того, для них потрібний і досить потужний стабілізатор струму. Правильна робота світлодіодів також забезпечується стабілізуючими пристроями. Це з сильним розкидом порогового напруги навіть в однотипних джерел світла. Якщо два таких світлодіоди підключити паралельно до одного джерела напруги, по них проходитиме струм різної величини. Різниця може бути настільки суттєвою, що один із світлодіодів відразу ж згорить.

Таким чином, не рекомендується увімкнення світлодіодних джерел світла без стабілізаторів. Дані пристрої встановлюють струм заданого значення без урахування напруги, що додається до схеми. До найсучасніших приладів відноситься двовивідний стабілізатор для світлодіодів, що застосовується для створення недорогих рішень з управління світлодіодами. До його складу входить польовий транзистор, обв'язувальні деталі та інші радіоелементи.

Схеми стабілізаторів струму на КРЕН

Ця схема стабільно працює з використанням таких елементів, як КР142ЕН12 або LM317. Вони є регульованими стабілізаторами напруги, що працюють зі струмом до 1,5А та вхідною напругою до 40В. У нормальному тепловому режимі ці пристрої можуть розсіювати потужність до 10Вт. Ці мікросхеми мають низьке власне споживання, що становить приблизно 8мА. Даний показник залишається незмінним навіть при змінному струмі, що проходить через КРЕН і зміненому вхідному напрузі.

Елемент LM317 здатний утримувати на основному резисторі постійну напругу, що регулюється в певних межах за допомогою підстроювального резистора. Основний резистор з незмінним опором забезпечує стабільність струму, що проходить через нього, тому він відомий ще, як токозадавальний резистор.

Стабілізатор на КРЕН відрізняється простотою і може використовуватися як електронне навантаження, заряджання акумуляторів та в інших областях.

Стабілізатор струму на двох транзисторах

Завдяки своєму простому виконанню в електронних схемах дуже часто використовуються стабілізатори на двох транзисторах. Їх основним недоліком вважається не цілком стабільний струм у навантаженнях при напрузі, що змінюється. Якщо ж не потрібні високі струмові характеристики, то цей стабілізуючий пристрій цілком пригодиться для вирішення багатьох нескладних завдань.

Крім двох транзисторів у схемі стабілізатора присутній токозадавальний резистор. Коли одному з транзисторів (VT2) збільшується струм, зростає напруга на токозадающем резистори. Під впливом цієї напруги (0,5-0,6В) починає відкриватися інший транзистор (VT1). При відкритті цього транзистора інший транзистор – VT2 починає закриватися. Відповідно, зменшується і кількість струму, що протікає через нього.

Як VT2 використовується біполярний транзистор, однак у разі потреби можливо створити регульований стабілізатор струму на польовому транзисторі MOSFET, який використовується як стабілітрон. Його вибір здійснюється з напруги 8-15 вольт. Цей елемент використовується при надто високій напрузі джерела живлення, під дією якого затвор у польовому транзисторі може бути пробитий. Більш потужні стабілітрони MOSFET розраховані на вищу напругу - 20 вольт і більше. Відкриття таких стабілітронів відбувається за мінімального значення напруги на затворі 2 вольта. Відповідно відбувається і збільшення напруги, що забезпечує нормальну роботу схеми стабілізатора струму.

Регульований стабілізатор постійного струму

Іноді виникає потреба у стабілізаторах струму з можливістю регулювань у широкому діапазоні. У деяких схемах може використовуватися токозадавальний резистор зі зниженими характеристиками. У цьому випадку необхідно застосовувати підсилювач помилки, основою якого є операційний підсилювач.

За допомогою одного токозадаючого резистора відбувається посилення напруги в іншому резисторі. Цей стан називається посиленою напругою помилки. За допомогою опорного підсилювача порівнюються параметри опорної напруги та напруги помилки, після чого виконується регулювання стану польового транзистора.

Для такої схеми потрібне окреме харчування, яке подається до окремого гнізда. Напруга живлення повинна забезпечувати нормальну роботу всіх компонентів схеми і не перевищувати рівня, достатнього для пробою польового транзистора. Правильне налаштування схеми вимагає установки повзунка змінного резистора у верхнє положення. За допомогою підстроювального резистора виставляється максимальне значення струму. Таким чином, змінний резистор дозволяє виконувати регулювання струму від нуля до максимального значення, встановленого під час налаштування.

Потужний імпульсний стабілізатор струму

Широкий діапазон струмів і навантажень живлення не завжди є основною вимогою до стабілізаторів. У деяких випадках вирішальне значення приділяється високому коефіцієнту корисної дії приладу. Це завдання успішно вирішує мікросхема імпульсного стабілізатора струму, що замінює компенсаційні стабілізатори. Прилади цього типу дозволяють створювати високу напругу на навантаженні навіть за наявності невисокої вхідної напруги.

Крім того, існує стабілізатор струму імпульсного типу, що підвищує. Вони використовуються разом з навантаженнями, напруга живлення яких перевищує вхідну напругу стабілізуючого пристрою. Як дільники вихідної напруги використовуються два резистори, задіяні в мікросхемі, за допомогою якої вхідна та вихідна напруга по черзі зменшується або збільшується.

Стабілізатор на LM2576

electric-220.ru

Стабілізатор струму на транзисторі

Зміст:

1. Складання стабілізатора струму з двох транзисторів

У процесі роботи електричних мереж завжди виникає потреба у стабілізації струму. Ця процедура здійснюється за допомогою спеціальних приладів, до яких входить стабілізатор струму на транзисторі. Вони широко застосовуються в різних електронних пристроях, а також при зарядженні всіх типів акумуляторів. Стабілізатори використовуються в інтегральних мікросхемах як генератори струму, створюючи перетворювальні та підсилювальні каскади.

Звичайні стабілізатори струму мають великий вихідний опір, виключаючи тим самим вплив факторів опору навантаження і вхідної напруги на величину вихідного струму. Основним недоліком цих пристроїв є необхідність використання джерела живлення з високою напругою. У цьому випадку стабільність струму досягається застосуванням резисторів із великим опором. Тому потужність, що виділяється резистором (P = I2 x R), при великих значеннях струмів може стати неприйнятною для нормальної роботи системи. Набагато краще зарекомендували себе стабілізатори струму на транзисторах, які виконують свої функції незалежно від величини вхідної напруги.

Простий стабілізатор струму на транзисторі

Найбільш простими пристроями вважаються діодні стабілізатори. Завдяки їм електричні схеми значно спрощуються, що призводить до зниження загальної вартості приладів. Робота схем стає більш стійкою та надійною. Ці якості зробили діодні стабілізатори просто незамінними у забезпеченні живлення світлодіодів. Діапазон напруги, в якому вони можуть нормально функціонувати, становить 1,8-100 вольт. За рахунок цього стає можливим долати імпульсні та тривалі зміни напруги.

Тому світлодіодів може бути різної яскравості і відтінків, залежно від струму, що протікає в ланцюгу. Декілька таких світильників, включених послідовно, працюють у нормальному режимі за участю лише одного діодного стабілізатора. Дана схема може бути легко перетворена, в залежності від кількості світлодіодів і напруги живлення. Необхідний струм задається стабілізаторами, включеними паралельно до світлодіодного ланцюга.

Такі стабілізатори встановлені в багатьох конструкціях світлодіодних світильників, у тому числі застосовується стабілізатор струму на біполярному транзисторі. Це з властивостями світлодіодів, які мають нелінійної вольтамперной характеристикою. Тобто коли на світлодіоді змінюється напруга, зміна струму відбувається непропорційно. При поступовому збільшенні напруги спочатку спостерігається дуже повільне зростання струму і свічення світлодіода відсутня. Після досягнення напругою порогового значення світло з'являється і одночасно спостерігається дуже швидке зростання струму.

Якщо напруга продовжує збільшуватись, настає критичне зростання струму, що призводить до згоряння світлодіода. Тому значення порогової напруги завжди вказується серед характеристик світлодіодних джерел світла. Світлодіоди підвищеної потужності виділяють багато тепла і повинні підключатися до спеціальних тепловідводів.

У зв'язку з широким розкидом порогової напруги всі світлодіоди повинні підключатися до джерела живлення через стабілізатор. Навіть у однотипних світлодіодів може бути різна пряма напруга. Отже, при паралельному підключенні двох джерел світла через них проходитиме різний струм. Відмінність може бути настільки велика, що один із світлодіодів раніше вийде з ладу або відразу згорить.

За допомогою стабілізатора для світлодіода встановлюється значення заданого струму, незалежно від напруги, що додається до схеми. Коли напруга перевищує пороговий рівень, струм, досягнувши потрібного значення, далі не змінюється. При подальшому зростанні напруги воно залишається незмінним на світлодіоді, а зростає лише на стабілізаторі.

Стабілізатор струму на польовому транзисторі

Стрибки напруги дуже часто призводять до виходу з ладу електроприладів, пристроїв та іншого обладнання. Для того щоб запобігти виникненню подібних ситуацій застосовуються різні стабілізуючі пристрої. Серед них популярністю користуються стабілізатори струму на польових транзисторах, що забезпечують стабільну роботу електрообладнання. У побуті часто використовується стабілізатор постійного струму своїми руками, схема якого дозволяє вирішувати основні завдання.

Основною функцією даних пристроїв є компенсація перепадів та стрибків напруги в мережі. Стабілізатори автоматично підтримують точно задані параметри струму. Крім стрибків струму, компенсується зміна потужності навантаження та температури навколишнього середовища. Наприклад, якщо потужність, споживана обладнанням, зросте, то відповідно збільшиться і струм, що споживається. Як правило, це призводить до падіння напруги на опорі проводів і джерела струму.

Серед багатьох пристроїв, що стабілізують, найбільш надійною вважається схема стабілізатора струму на полевику, в якій транзистор підключається послідовно з опором навантаження. Це викликає лише незначні зміни навантаження, тоді як значення вхідної напруги постійно змінюється.

Щоб знати, як працюють такі стабілізатори, потрібно знати пристрій і принцип дії польових транзисторів. Дані елементи управляються електричним полем, у зв'язку з цим і виникла їхня назва. Саме електричне поле виникає під дією прикладеної напруги, отже, всі польові транзистори є напівпровідниковими приладами, які працюють під керуванням напруги, що відкриває канали цих пристроїв.

Польовий транзистор складається з трьох електродів - витоку, стоку та затвора. Вхід заряджених частинок відбувається через витік, а вихід через стік. Закриття або відкриття потоку частинок здійснюється за допомогою затвора, що виконує функції крана. Заряджені частинки тектимуть лише за умови напруги, яка повинна бути прикладена між стоком та витоком. Якщо напруга відсутня, то струму в каналі не буде. Отже, чим вище напруга, що подається, тим більше відкривається кран. За рахунок цього струм у каналі між стоком-витоком збільшується, а опір каналу – зменшується. Для джерел живлення передбачено роботу польових транзисторів у режимі ключа, що забезпечує повне відкриття або закриття каналу.

Дані властивості дозволяють зробити розрахунок стабілізатора струму на транзисторі, що забезпечує підтримку струмових параметрів на певному рівні. Використання польових транзисторів визначає принцип дії такого стабілізатора. Всім відомо, що кожен ідеальний джерело струму має ЕРС, що прагне нескінченності і також нескінченно великим внутрішнім опором. Це дозволяє отримати струм із необхідними параметрами, незалежно від опору навантаження.

У такому ідеальному джерелі виникає струм, який залишається на тому самому рівні, незважаючи на зміни опору навантаження. Підтримка струму на постійному рівні вимагає постійної зміни величини ЕРС в діапазоні понад нуль і до нескінченності. Тобто опір навантаження та ЕРС повинні змінюватися таким чином, щоб струм при цьому стабільно залишався на тому ж рівні.

Однак на практиці така ідеальна мікросхема стабілізатора струму не зможе забезпечити всі необхідні якості. Це з тим, що діапазон напруги на навантаженні сильно обмежений і підтримує необхідного рівня струму. У реальних умовах джерела струму та напруги використовуються спільно. Як приклад можна навести звичайну мережу, напругою 220 вольт, а також інші джерела у вигляді акумуляторів, генераторів, блоків живлення та інших пристроїв, що виробляють електроенергію. До кожного їх можуть послідовно підключатися стабілізатори струму на польових транзисторах. Виходи цих пристроїв є джерелами струму з потрібними параметрами.

Електророзведення в будинку своїми руками схеми

Як перевірити транзистор не випаюючи зі схеми мультиметром

Як перевірити транзистор мультиметром не випаюючи зі схеми

Узо позначення на схемі

Світлодіоди не люблять коливання напруги, це факт. Не люблять вони це тому, що світлодіоди поводяться не так як лампи або інші лінійні прилади. Їх струм змінюється залежно від напруги нелінійно, тому, наприклад, двократне збільшення напруги збільшує струм через світлодіоди далеко не в 2 рази. Через що вони перегріваються, швидко деградують і виходять з ладу.

Більшість діодів, які застосовуються в автомобілі, мають вбудований опір, який розрахований на напругу 12 вольт. Але напруга бортової мережі автомобіля ніколи не буває 12 вольт (хіба що з розрядженим акумулятором), плюс до всього воно далеко не таке стабільне, як хотілося б. Якщо використовувати недорогі китайські діодні прилади в автомобілі без попередньої їх стабілізації, то вони досить швидко почнуть блимати, а потім і зовсім перестануть світити.

Ось і я зіткнувся з такою проблемою – світлодіоди у габаритах почали блимати, бо я колись полінувався їх стабілізувати.

Існує безліч готових схем-стабілізаторів для 12-вольтових приладів. Найчастіше на прилавках можна знайти мікросхему КР142ЕН8Б або подібні до неї. Дана мікросхема розрахована на струм до 1.5А, але для більшого ефекту потрібне включення із застосуванням вхідних та вихідних конденсаторів.

Стандартна схема передбачає застосування 0.33 та 0.033мкФ конденсаторів (якщо пам'ять не змінює). Але особисто я вирішив зробити включення із застосуванням 4-х конденсаторів: 470мкФ та 0.47мкФ на вхід і відповідно в 10 разів менша ємність на вихід. Я вже не пам'ятаю, але десь на форумах я зустрічав саме таке включення, вирішив його застосувати.

Щоб усе це можна було легко впровадити в авто, вирішив напаяти всі елементи безпосередньо на мікросхему.

Мікросхема з елементами

Мікросхема з елементами

До мікросхеми припаяні, крім конденсаторів, два дроти, відповідно вхід і вихід. Маса приходитиме через кріплення мікросхеми. Середня нога мікросхеми задіяна лише під ніжки конденсаторів. Виводити провід від неї я не став, тому що вона поєднана з корпусом схеми.
Для міцності всієї конструкції я вирішив залити все це клеєм, потім загорнути в термоусадку.

Мікросхеми

Мікросхема та термоусадка

Готові стабілізатори

В автомобілі можна кріпити через саморіз до кузова.

Прикріплений стабілізатор

Пост не претендує на щось супер-мега технологічне, але мало кому може стати в нагоді 🙂

Схема включення

Замість КР142ЕН8Б можна використовувати L7812CV, схема включення аналогічна. Якщо поглянути на стандартну схему і порівняти з моєю, то виникають питання “навіщо саме такі ємності?”.

Пояснюю: штатна схема включення має на увазі тільки стабілізацію напруги, але ніяк не рятує від просідання (короткочасної) напруги, тому в схему були введені електроліти досить великої ємності для згладжування таких просадок.

За ідеєю звичайно АКБ в машині повинен виконати роль фільтра просадок напруги, але іноді трапляються просадки, які АКБ просто не встигає вловити. Наприклад, при подачі іскри на свічку запалювання через котушку проходить нехилий струм, який добре просаджує напругу в бортмережі.

Якщо ви вирішили переобладнати ваш автомобіль під світлодіодне освітлення, вам знадобиться щонайменше стабілізатор струму на lm317 для світлодіодів. Зібрати елементарний стабілізатор зовсім нескладно, але щоб уникнути плачевних помилок навіть за такого простого завдання не завадить мінімальний лікнеп. Багато людей, не пов'язані з радіоелектронікою, часто змішують такі поняття, як стабілізатор струму та стабілізатор напруги.

Легко про просте. Сила струму, напруга та їх стабілізація

Від напруги залежить, наскільки стрімко електрони рухаються провідником. Багато пристрасних любителів жорсткого комп'ютерного розгону збільшують напругу ядра центрального процесора, завдяки чому той починає функціонувати швидше.

Сила струму – це густина руху електронів усередині електричного провідника. Цей параметр є надзвичайно важливим для радіоелементів, що працюють за принципом термоелектронної вторинної емісії, зокрема, джерелами світла. Якщо площа поперечного перерізу провідника не може пропустити потік електронів, надлишок струму починає виділятися у вигляді тепла, викликаючи значний перегрів деталі.

Для кращого розуміння процесу проаналізуємо плазмову дугу (на її основі працює електропідпалювання газових плит та котлів). При дуже високій напрузі швидкість вільних електронів настільки велика, що вони можуть легко «пролітати» відстань між електродами, формуючи плазмовий місток.

А це електронагрівач. При проходженні електронів вони передають свою енергію нагрівальному елементу. Чим вище сила струму, тим щільніший потік електронів, тим сильніше нагрівається термоелемент.

Для чого необхідна стабілізація струму та напруги

Будь-який радіоелектронний компонент, чи це лампочка чи центральний процесор комп'ютера, вимагає оптимальної роботи чітко лімітована кількість електронів, що тече по провідникам.

Оскільки в нашій статті йдеться про стабілізатор для світлодіодів, про них і поговоримо.

За всіх своїх переваг світлодіоди мають один мінус – висока чутливість до параметрів живлення. Навіть помірне перевищення сили та напруги може призвести до вигоряння світловипромінюючого матеріалу та виходу з ладу діода.

Зараз дуже модно переробляти систему освітлення автомобіля під освітлення LED. Їхня колірна температура набагато ближче до природного освітлення, ніж у ксенону та ламп розжарювання, що значно менше втомлює водія при тривалих поїздках.

Однак це рішення потрібен особливий технічний підхід. Номінальний струм живлення автомобільного LED-діода – 0,1-0,15 мА, а пусковий акумулятор – сотні ампер. Цього вистачить, щоб випалити багато дорогих елементів освітлення. Щоб цього уникнути використовують стабілізатор 12 вольт для світлодіодів в авто.

Ампераж в автомобільній мережі постійно змінюється. Наприклад, автомобільний кондиціонер "їсть" до 30 ампер, при його відключенні електрони, "виділені" на його роботу вже не повернуться назад в генератор і акумулятор, а перерозподіляться між іншими електроприладами. Якщо лампі розжарювання, розрахованої на 1-3 А додаткові 300 мА ролі не зіграють, то діода зі струмом живлення 150 мА кілька таких стрибків можуть стати фатальними.

Для гарантії тривалої роботи автомобільних світлодіодів використовують стабілізатор струму на lm317 для потужних світлодіодів.

Типи стабілізаторів

За способом обмеження сили струму виділяють два типи пристроїв:

• Лінійний;
• Імпульсний.

Працює за принципом дільника напруги. Він випускає із себе струм заданого параметра, розсіюючи надлишки у вигляді тепла. Принцип роботи такого приладу можна порівняти з лійкою, оснащеною додатковим зливним отвором.

Переваги

• доступна ціна;
• проста схема монтажу;
• легко зібрати своїми руками.

Недолік - через нагрівання погано пристосований до роботи з великим навантаженням.

Як овочерізка через спеціальний каскад нарізає струм, що входить, видаючи строго дозовану норму.

Переваги

• призначений для високих навантажень;
• не гріється під час роботи.

Недоліки

• потребує джерела живлення для своєї роботи;
• створює електромагнітне випромінювання;
• відносно висока ціна;
• складний для самостійного виготовлення.

Враховуючи малу силу струму в автомобільних світлодіодах, можна зібрати простий стабілізатор для світлодіодів своїми руками. Найбільш доступний і простий драйвер світлодіодних ламп та стрічок збирають на мікросхемі lm317.

Короткий опис lm317

Радіоелектронний модуль LM317 є мікросхемою, що застосовується в семах стабілізації струму та напруги.

• Діапазон стабілізації напруги від 1,7 до 37 забезпечить стійку яскравість світлодіода, що не залежить від частоти обороту двигуна;
• Підтримка вихідного струму до 1,5 А дозволить підключити кілька фотовипромінювачів;
• Висока стабільність припускає коливання вихідних параметрів лише 0,1% від номіналу;
• Має вбудований захист щодо обмеження струму та каскад відключення при перегріві;
• Корпус мікросхеми є землею, тому при кріпленні шурупом до корпусу автомобіля зменшується кількість монтажних проводів.

Галузь застосування

• Стабілізатор напруги та струму для світлодіодів у побутових умовах (у тому числі для світлодіодних стрічок);
• Стабілізатор напруги та струму для світлодіодів в авто;

Схеми стабілізаторів струму для світлодіодів

Схема найпростішого стабілізатора

Найпростіший стабілізатор напруги на 12 вольт можна зібрати за такою схемою. Резистор R1 обмежує вихідну силу струму, R2 - напруга, що виходить. Конденсатори, що застосовуються у цій схемі, зменшують пульсації напруги та збільшують стабільність роботи.

Потреби автомобіліста задовольнить найпростіший механізм стабілізації, оскільки напруга живлення мережі досить стабільна.

Щоб зробити стабілізатор для діодів в авто потрібно:

• Мікросхема lm317;
• Резистор як регулятор струму світлодіодів;
• Інструменти паяння та монтажу.

Збираємо за наведеною вище схемою

Розрахунок резистора для драйвера світлодіода

Потужність та опір резистора розраховують виходячи з сили струму джерела живлення та струму, необхідного світлодіодам. Для автомобільного світлодіода потужністю 150 мА опір резистора має бути 10-15 Ом, а розрахункова потужність 0,2-0,3 Вт.

Як зібрати своїми руками дивіться у відео:

Доступність та простота конструкції драйвера на мікросхемі lm317 дозволяє безболісно переоснастити системи електричного освітлення будь-якого автомобіля.

Стабілізатори струму, на відміну від стабілізаторів напруги, стабілізують струм. При цьому напруга на навантаженні залежатиме від її опору. Стабілізатори струму потрібні для живлення електронних приладів, таких як світлодіоди або газорозрядні лампи, можуть застосовуватися в паяльних станціях або термостабілізаторах для завдання робочої температури. Крім того, стабілізатори струму потрібні для заряджання акумуляторів різного типу. Стабілізатори струму широко застосовуються у складі інтегральних мікросхем для завдання струму підсилювальних та перетворювальних каскадів. Там зазвичай називаються генераторами струму.

Особливістю стабілізаторів струму є їхній великий вихідний опір. Це дозволяє виключити вплив вхідної напруги та опору навантаження на величину вихідного струму. Звичайно в найпростішому випадку як генератор струму може служити джерело напруги та резистор. Така схема часто використовується для живлення індикаторного світлодіода. Подібна схема наведена малюнку 1.

Малюнок 1. Схема стабілізатора струму на резисторі

Як недолік цієї схеми можна назвати необхідність застосування високої напруги джерела живлення. Тільки в цьому випадку вдається застосувати досить високоомний резистор і досягти прийнятної стабільності струму. При цьому на резистори виділяється потужність P = I 2 × R, що за великих струмах може бути неприйнятним.

Набагато краще зарекомендували себе стабілізатори струму на транзисторах. Тут ми користуємося тим, що вихідний опір транзистора дуже великий. Це чудово видно за вихідними характеристиками транзистора. Для ілюстрації малюнку 2 показано як визначити вихідний опір транзистора з його вихідним характеристикам.

Рисунок 2. Визначення вихідного опору транзистора за його вихідними характеристиками

При цьому падіння напруги можна задати невеликим, що дозволяє отримати невеликі втрати за високої стабільності вихідного струму. Це дозволяє використовувати дану схему для живлення світлодіодів підсвічування або заряду малопотужних акумуляторів. Схема стабілізатора струму на біполярному транзисторі наведено малюнку 3.

Рисунок 3. Схема стабілізатора струму на транзисторі

У цій схемі напруга на базі транзистора визначається стабілітроном VD1, резистор R2 служить датчиком струму. Саме його опір визначає вихідний струм стабілізатора. У разі зростання струму падіння напруги у ньому зростає. Воно прикладається до емітера транзистора. В результаті напруга база-емітер, що визначається як різниця постійної напруги на базі і напруги на емітері зменшується і струм повертається до заданого значення.

Подібним чином працюють генератори струму, найбільш відомим з яких є схема струмового дзеркала. У ній замість стабілітрона використовується емітерний перехід біполярного транзистора, а як резистора R2 використовується внутрішній опір емітера транзистора. Схема струмового дзеркала наведено малюнку 4.

Малюнок 4. Схема "струмового дзеркала"

Стабілізатори струму, працюючі за принципом роботи схеми, показаної малюнку 3, зібрані на польових транзисторах ще простіше. Вони замість стабілізатора напруги можна використовувати потенціал землі. Схема стабілізатора струму, виконана на польовому транзисторі наведено малюнку 5.

Рисунок 5. Схема стабілізатора струму на польовому транзисторі

Усі розглянуті схеми поєднують елемент регулювання та схему порівняння. Така ситуація спостерігалася розробки компенсаційних стабілізаторів напруги. Стабілізатори струму відрізняються від стабілізаторів напруги тим, що сигнал ланцюг зворотного зв'язку надходить від датчика струму, включеного в ланцюг струму навантаження. Тому для реалізації стабілізаторів струму застосовують такі поширені мікросхеми як 142ЕН5 (LM7805) або LM317. На малюнку 6 наведено схему стабілізатора струму на мікросхемі LM317.

Рисунок 6. Схема стабілізатора струму на мікросхемі LM317

Датчиком струму є резистор R1 і на ньому стабілізатор підтримує незмінною напругу, а отже, струм у навантаженні. Опір датчика струму набагато менше опору навантаження. Падіння напруги на датчику відповідає вихідному напрузі компенсаційного стабілізатора. Схема, наведена малюнку 6 чудово підходить як живлення освітлювальних світлодіодів, так зарядних пристроїв акумуляторів.

Як стабілізатори струму відмінно підійдуть і . Вони забезпечують більший к.п.д. порівняно із компенсаційними стабілізаторами. Саме ці схеми зазвичай застосовуються як драйвери всередині світлодіодних ламп.

Література:

1. Сажнів А.М., Рогуліна Л.Г., Абрамов С.С. "Електроживлення пристроїв та систем зв'язку": Навчальний посібник / ГОУ ВПО СібГУТІ. Новосибірськ, 2008р. - 112 с.
2. Алієв І.І. Електротехнічний довідник - 4-те вид. випр. - М.: ІП Радіо Софт, 2006. - 384с.
3. Гейтенко О.М. Джерела вторинного електроживлення. Схемотехніка та розрахунок. Навчальний посібник. - М., 2008. - 448 с.
4. Електроживлення пристроїв та систем телекомунікацій: Навчальний посібник для вузів/В.М.Бушуєв, В.А. Демінський, Л.Ф. Захаров та ін. – М.,2009. - 384 с.

Зміст:

Ні для кого не секрет, що світлодіодні лампи періодично перегорають, незважаючи на тривалі гарантійні терміни, встановлені виробниками. Дуже багато хто просто не знає справжніх причин, з яких вони виходять з ладу. Тим не менш, ніяких особливих складнощів тут немає, просто такі лампи мають певні параметри, що вимагають обов'язкової стабілізації. Це сила струму в самій лампі і падіння напруги в мережі живлення.

Для вирішення цієї проблеми використовується стабілізатор струму світлодіодів. Однак не всі стабілізатори можуть ефективно вирішувати поставлене завдання. Тому в деяких випадках рекомендується виготовляти стабілізатор своїми руками. Перш ніж приступати до цього процесу, слід ретельно розібратися в призначенні, пристрої та принципі роботи стабілізатора, щоб не допустити помилок при складанні схеми.

Призначення стабілізатора

Основною функцією стабілізатора є вирівнювання струму незалежно від перепадів напруги в електричній мережі. Усього існує два типи стабілізуючих пристроїв - лінійні та імпульсні. У першому випадку здійснюється регулювання всіх вихідних параметрів шляхом розподілу потужності між навантаженням та власним опором. Другий варіант значно ефективніший, оскільки в цьому випадку на світлодіоди надходить лише необхідна кількість потужності. Дія таких стабілізаторів ґрунтується на принципі широтно-імпульсної модуляції.

Більш високий коефіцієнт корисної дії, що становить не менше 90%. Однак у них досить складна схема і, відповідно, висока вартість порівняно з приладами лінійного типу. Слід зазначити, що використання стабілізаторів LM317 допустиме лише для лінійних схем. Вони не можуть включатися до ланцюга з великими значеннями струмів. Саме тому дані пристрої найкраще підходять для спільного використання зі світлодіодами.

Необхідність використання стабілізаторів пояснюється особливостями параметрів світлодіодів. Вони відрізняються нелінійною вольтамперною характеристикою, коли зміна напруги на світлодіоді призводить до непропорційної зміни струму. Зі збільшенням напруги зростання струму на самому початку відбувається дуже повільно, тому світіння не спостерігається. Далі, коли напруга досягає порогового значення, починається випромінювання світла з одночасним швидким зростанням струму. Якщо напруга продовжує збільшуватись, у цьому випадку відбувається ще більше зростання струму, що призводить до згоряння світлодіода.

Характеристики світлодіодів відображають значення порогової напруги у вигляді прямої напруги за номінального струму. Показник номінального струму більшості світлодіодів малої потужності становить 20 мА. Потужні світлодіоди вимагають вищого номінального струму, що досягає 350 мА та вище. Вони виділяють велику кількість тепла та встановлюються на спеціальні тепловідведення.

Щоб забезпечити нормальну роботу світлодіодів, живлення до них має підключатися через стабілізатор струму. Це з розкидом порогового напруги. Тобто, різні типи світлодіодів відрізняються різною прямою напругою. Навіть у однотипних ламп може бути не однакова пряма напруга, причому не тільки її мінімальна, але й максимальне значення.

Таким чином, якщо до того самого джерела, то вони пропускатимуть через себе зовсім різний струм. Відмінність струмів призводить до передчасного виходу їх з ладу або миттєвого перегорання. Щоб уникнути подібних ситуацій, світлодіоди рекомендується включати разом із стабілізуючими пристроями, призначені для вирівнювання струму та доведення його до певної заданої величини.

Стабілізуючі пристрої лінійного типу

За допомогою стабілізатора виконується установка струму, що проходить через світлодіод, із заданим значенням, що не залежить від напруги, доданої до схеми. Якщо напруга перевищить пороговий рівень, струм все одно залишиться тим самим і не змінюватиметься. Надалі, коли загальна напруга збільшиться, його зростання відбудеться лише на стабілізаторі струму, а на світлодіоді воно залишиться незмінним.

Таким чином, при незмінних параметрах світлодіода стабілізатор струму може називатися стабілізатором його потужності. Розподіл активної потужності, що виділяється пристроєм у вигляді тепла, відбувається між стабілізатором та світлодіодом пропорційно напрузі на кожному з них. Цей тип стабілізатора отримав назву лінійного.

Нагрів лінійного стабілізатора струму зростає разом із зростанням прикладеної до нього напруги. Це його основний недолік. Тим не менш, цей пристрій має низку переваг. Під час роботи немає електромагнітних перешкод. Конструкція дуже проста, що робить виріб досить дешевим у більшості схем.

Існують такі сфери застосування, в яких лінійний стабілізатор струму для світлодіодів на 12 В стає більш ефективним, порівняно з імпульсним перетворювачем, особливо коли напруга на вході лише трохи вище напруги на світлодіоді. Якщо живлення здійснюється від мережі, схемою може використовуватися трансформатор, до виходу якого підключається лінійний стабілізатор.

Таким чином, напруга спочатку знижується до такого ж рівня, як і в світлодіоді, після чого лінійний стабілізатор встановлює необхідне значення струму. Інший варіант передбачає наближення напруги світлодіода до напруги живлення. З цією метою виконується послідовне з'єднання світлодіодів у загальний ланцюжок. В результаті загальна напруга в ланцюзі складе суму напруг кожного світлодіода.

Деякі стабілізатори струму можуть бути виконані на польовому транзисторі з використанням р-п-переходу. Струм стоку встановлюється за допомогою напруги затвор-витік. Струм, що проходить через транзистор, такий самий, як і початковий струм стоку, зазначений у технічній документації. Значення мінімальної робочої напруги такого пристрою залежить від транзистора і становить близько 3 Ст.

Імпульсні стабілізатори струму

До економічніших пристроїв відносяться стабілізатори струму, основою яких є імпульсний перетворювач. Цей елемент відомий ще як ключовий перетворювач або конвертер. Усередині перетворювача потужність прокачується певними порціями як імпульсів, як і визначило його назва. У нормально працюючому пристрої споживання потужності відбувається безперервно. Вона безперервно передається між вхідним і вихідним ланцюгами і також безперервно надходить у навантаження.

В електричних схемах стабілізатор струму та напруги на основі імпульсних перетворювачів має практично однаковий принцип дії. Єдиною відмінністю є контроль над струмом через навантаження замість напруги на навантаженні. Якщо струм у навантаженні знижується, стабілізатор здійснює підкачування потужності. У разі збільшення виконується зниження потужності. Це дозволяє створювати стабілізатори струму для потужних світлодіодів.

У найпоширеніших схемах додатково є реактивний елемент, званий дроселем. Від вхідного ланцюга на нього певними порціями надходить енергія, яка надалі передається на навантаження. Така передача відбувається через комутатор чи ключ, що у двох основних станах - вимкненому і включеному. У першому випадку струм не минає, а потужність не виділяється. У другому випадку ключ проводить струм, володіючи при цьому дуже малим опором. Тому потужність, що виділяється, також близька нулю. Таким чином, передача енергії відбувається практично без втрат потужності. Однак імпульсний струм вважається нестабільним і для його стабілізації використовуються спеціальні фільтри.

Поряд з явними перевагами, імпульсний перетворювач має серйозні недоліки, усунення яких вимагає специфічних конструктивних та технічних рішень. Ці пристрої відрізняються складністю конструкції, вони створюють електромагнітні та електричні перешкоди. Вони витрачають певну кількість енергії для своєї роботи і в результаті нагріваються. Їх вартість значно вища, ніж у лінійних стабілізаторів та трансформаторних пристроїв. Проте більшість недоліків успішно долаються, тому імпульсні стабілізатори користуються широкою популярністю у споживачів.

Драйвер живлення світлодіодів