Щоб правильно підключити світлодіодиі забезпечити їм довгу та продуктивну роботу потрібно джерело стабільного струмуабо, як його називають, драйвер для світлодіодів. Як вибрати готовий або зібрати найпростіший драйвердля підключення світлодіодів- у цій статті.
Основний параметр при підключення світлодіодів- це не напруга, а саме величина струму, що протікає через нього. Відомо чимало випадків, коли після включення світлодіодів, особливо "китайських", струм через них повільно продовжує збільшуватися (у міру нагріву) і через деякий час може досягати значень, що серйозно перевищують номінальні. Все це призводить до перегріву кристала, швидкої деградації, морганню в передсмертній конвульсії та неминучого виходу з ладу.
Для забезпечення однакового струму, світлодіоди до стабілізатора струму підключаються послідовними групами.
Лінійний драйвер для LM317
Опис та Характеристики
По суті, LM317являє собою стабілізатор напруги, який можна увімкнути і як стабілізатор струму. Схема драйвера на цій мікросхемі проста, як кут будинку: вам знадобиться сама мікросхема і один опорний резистор - і все! Всі деталі можна спаяти навісним монтажем, прикрутивши мікросхему прямо до радіатора. Завдяки простоті та доступності при вартості мікросхеми близько 0,2 у.о., Ця мікросхема багато років користується величезною популярністю серед радіоаматорів. Один із аналогів мікросхеми – популярна вітчизняна «КРЕН-ка» КР142ЕН12.
Залежно від виконання LM317 може мати додатковий індекс, що характеризує корпус мікросхеми. Найбільш поширений варіант - LM317Tу корпусі TO-220під гвинт для кріплення безпосередньо до радіатора охолодження. LM317D2Tу корпусі D 2 PAKрозрахована для монтажу на платі за невеликої потужності навантаження. 
Мікросхема лінійного стабілізатора LM317/LM317T
Принцип регулювання напруги/струму лінійного стабілізатора полягає в тому, що стабілізатор змінює опір p-nпереходу вихідного потужного транзистора(по суті, послідовного резистора в ланцюзі) і тим самим адаптивно відсікає зайву напругу або гасить на собі зайвий струм. Завдяки цьому до напруги живлення не домішуються якісь високочастотні перешкоди, оскільки їх немає в принципі. Однак у лінійних стабілізаторів є і серйозна вада. Як відомо, при проходженні струму через будь-який резистор на ньому розсіюється потужність у вигляді тепла. Тому у лінійного стабілізатора на LM317схильність до сильного нагрівання і, як наслідок, достатньо низький ККД.
Схеми та приклади включення
Схеми та приклади включення стабілізатора струму на LM317 Схема підключення LM317для стабілізатора струмугранична проста – просто підключити опорний резистор заданого номіналу між ніжками виходу та регуляторним входом. Значення опору та потужності опорного резистора можна розрахувати за спрощеною формулою:
R= 1,25/I out P= 1,25 ⋅ I out
Отримані значення округляємо до найближчого значення номіналів опору та до найближчого великогозначення потужності, наприклад, для підключення напівватних SMD 5730 отримуємо резистор на 8,2 Ом, потужністю 0,25 Вт, а для світлодіодів на 1 Вт (300 мА), відповідно – 4,3 Ом і 0,5 Вт. Може виявитися, що резисторів необхідного номіналу немає, тоді можна скомбінувати складовий резистор з декількох однакових, з'єднавши з паралельно. У такому разі сумарний опір такого складового резистора дорівнюватиме опору кожного резистора. поділеногона їх кількість, а потужність дорівнюватиме потужності кожного резистора помноженогона їх кількість. Для простоти розрахунків у Мережі є досить багато он-лайн калькуляторів, наприклад, такий.
Для роботи стабілізатора струму на LM317 відбувається падіння напруги щонайменше 3 В– це треба враховувати при доборі вхідної напруги та кількості послідовно з'єднаних світлодіодів. Наприклад, робоча напруга для SMD 5730 - 3,3 ... 3,4 В. Отже, якщо підключати по 3 світлодіоди в групі, то вхідна напруга повинна бути від 13 В (робоча напруга справної бортової мережі автомобіля - 14 В).
При всій своїй простоті лінійний стабілізатор струму на LM317відрізняється низьким ККД та потребою у додатковому охолодженні.
Імпульсний драйвер для PT4115
Опис та Характеристики
Стабілізатор струму на базі PT4115відноситься до "ключових" або імпульсних пристроїв, тобто. регулювання величини струму через підключене навантаження здійснюється не за рахунок обмеження струму на напівпровідниках, як це робиться в лінійних стабілізаторах LM317, а завдяки високочастотному відкриття/закриття вихідного ключа.
В імпульсному стабілізаторі PT4115 постійний струм перетворюється на імпульсний з високою частотою, а потім знову згладжується до постійного. Ось саме в момент формування імпульсів, і відбувається регулювання величини струму за рахунок зменшення або збільшення тривалості самого імпульсу або пауз між ними (шпаруватості). Оскільки імпульсний регуляторнічого не обмежує, а просто замикає/розмикає ланцюг, то падіння потужності не відбувається, а значить імпульсний регулятор мало гріється та має високий ККД(До 97%!). Тому імпульсний драйвер може мати дуже маленькі розміри і не вимагає громіздкого охолодження.
Для роботи стабілізатора струму на PT4115потрібно мінімум деталей. Крім того, PT4115 може працювати як димер: для цього подається на спеціальний вхід постійна напруга в діапазоні 0,3…2,5 або сигнал ШІМ.
Схеми та приклади включення
Схеми та приклади включення стабілізатора струму на PT4115 Схема джерела стабільного струму з використанням PT4115 стандартна та використовує мінімум обв'язки. Крім самої мікросхеми буде потрібно згладжуючий конденсатор, що задає низькоомний резистор (скоріше за все складовий), діод Шоттки і котушка індуктивності (дросель). При підключенні до джерела змінної напруги буде потрібно ще діодний міст. Усі деталі досить мініатюрні та дозволяю зібрати плату розміром із п'ять копійок.
Для нормальної роботи стабілізатора наявність конденсатора(краще танталовий) у ланцюгу живлення обов'язковоІнакше при включенні мікросхема неминуче вийде з ладу. Конденсатор не просто згладжує пульсацію живлення, його основне завдання – компенсація струму самоіндукції, що виникає в дроселі під час закриття ключа. Без конденсатора струм самоіндукції через діод Шоттка викличе пробою мікросхеми.
Параметри опорного резисторарозраховуємо за спрощеною формулою:
R= 0,1/I out
Для одноватних світлодіодів (300мА) отримуємо резистор на 0,33 Ом. Для отримання такого резистора можна бутербродом спаяти паралельно 3 SMD резистора на 1 Ом.
Ідуктивність дроселявизначається залежно від струму навантаження за таблицею:
| Струм навантаження | Індуктивність, мкГн |
|---|---|
| I out > 1A | 27 … 47 |
| 0.8A< I out ≤ 1A | 33 … 82 |
| 0.4A< I out ≤ 0.8A | 47 … 100 |
| I out ≥ 0.4A | 68 … 220 |
При живленні схеми від джерела постійної напруги достатньо одного вхідного конденсатораємністю щонайменше 4,7 мкФ. При підключенні до змінної напруги через випрямний діодний міст необхідний танталовий конденсатор місткістю щонайменше 100мкФ. Конденсатор та котушку індуктивності необхідно підключати якомога ближче до мікросхеми.
Вітаю Вас мої друзі!
Так як є деякі думки з приводу led-тюнінгу, то юзаю іне в цьому напрямку. Потрапилася хороша стаття, і щоб завжди був доступ до інфо, скопіпастил собі в блог. А то закладки і т.д. не завжди під рукою. Нехай простить мене автор цього мемуару, взятого звідси.
Отже, почнемо: LM317 та світлодіоди
Довговічність світлодіодів визначається якістю виготовлення кристала, а для білих світлодіодів ще й якістю led люмінофора. У процесі експлуатації швидкість деградації кристала залежить від робочої температури. Якщо запобігти перегріву кристала, то термін служби може бути дуже великий до 10 років.
Чому може бути спричинений перегрів кристала? Він може бути викликаний лише надмірним збільшенням струму. Навіть короткі імпульси струму перевантаження скорочують термін життя світлодіода, наприклад, якщо в перший момент після стрибка струму візуально цей вплив не помітний і здається, що світлодіод не постраждав.
Підвищення струму може бути спричинене нестабільністю напруги або електромагнітними (електростатичними) наведеннями на ланцюзі живлення світлодіода.
Справа в тому, що головним параметром для довговічності світлодіода є не напруга живлення, а струм, який по ньому тече. Наприклад, червоні світлодіоди за напругою живлення можуть мати розкид від 1,8 до 2,6 V, білі від 3,0 до 3,7 V. Навіть в одній партії одного виробника можуть зустрічатися світлодіоди з різною робочою напругою. Нюанс полягає в тому, що світлодіоди виготовлені на основі AlInGaP/GaAs (червоні, жовті, зелені – класичні) досить добре витримують навантаження по струму, а світлодіоди на основі GaInN/GaN (сині, зелені (синьо-зелені), білі) при перевантаженні по струму, наприклад, у 2 рази живуть... 2-3 години! Так що, якщо Ви бажаєте, щоб світлодіод горів і не згорів протягом хоча б 5 років, треба подбати про його харчування.
Якщо ми встановлюємо світлодіоди в ланцюжок ( послідовне з'єднання) або підключаємо паралельно, то домогтися однакової світності можна тільки якщо струм, що протікає, через них буде однаковий.
Також небезпечна для світлодіодів висока зворотна напруга. У світлодіодів зазвичай поріг зворотної напруги не перевищує 5-6 V. Для захисту світлодіода від імпульсів зворотної напруги рекомендується встановлювати випрямний діод у зворотному напрямку.
Як побудувати своїми руками найпростіший стабілізатор струму? І бажано із недорогих комплектуючих.
Звернемо увагу на стабілізатор напруги LM317, який легко перетворити на стабілізатор струму за допомогою тільки одного резистора, якщо потрібно стабілізувати струм в межах до 1A або LM317L, якщо необхідна стабілізація струму до 0,1А.
Так виглядають стабілізатори LM317 із робочим струмом до 3 А.
Так виглядають стабілізатори LM317L із робочим струмом до 100 мА.
Vin (input) подається напруга, з Vout (output) – знімається напруга, а Adjust - вхід регулювання. Таким чином, LM317 - стабілізатор з регульованою вихідною напругою. Мінімальна вихідна напруга 1,25 V (якщо Adjust “посадити” прямо на землю) та максимальна – до вхідної напруги мінус 1,25 V. Т.К. максимальна вхідна напруга становить 37 вольт, можна робити стабілізатори струму до 37 вольт відповідно.
Для того щоб LM317 перетворити на стабілізатор струму потрібен лише 1 резистор!
Схема включення виглядає так:
За формулою внизу малюнка дуже просто розрахувати величину опору резистора для необхідного струму. Тобто опір резистора дорівнює - 1,25 поділений на необхідний струм. Для стабілізаторів до 0,1 A підходить потужність резистора 0,25 W. На струми від 350 мА до 1 А рекомендується 2 W. Нижче наводжу таблицю резисторів на струми широко поширених світлодіодів.
Ось приклад з урахуванням всього вище сказаного. Зробимо стабілізатор струму для білих світлодіодів з робочим струмом 20 мА, умови експлуатації автомобіль (зараз такий модний світловий тюнінг ...).
Для білих світлодіодів робоча напруга в середньому дорівнює 3,2 V. В легковій машині бортова напруга коливається в середньому від 11,6 V в режимі роботи від акумулятора і до 14,2 V при двигуні. Для російських машин врахуємо викиди в "звороті" і в прямому напрямку до 100! вольт.
Включити послідовно можна лише 3 світлодіоди – 3,2*3 = 9,6 вольта, плюс 1,25 падіння на стабілізаторі = 10,85. Плюс діод від зворотної напруги 0,6 вольт = 11,45 вольт.
Отримане значення 11,45 вольта нижче за найнижчу напругу в автомобілі – це добре! Це означає, що на виході буде завжди наші 20 мА незалежно від напруги в бортовій мережі автомобіля. Для захисту від викидів позитивної полярності поставимо після діода супресор на 24 вольти.
P.S. Підбирайте кількість світлодіодів так, щоб на стабілізаторі залишалося якомога менше напруги (але не менше 1,3 вольта), це необхідно для зменшення потужності, що розсіюється, на самому стабілізаторі. Це особливо важливо для великих струмів. І не забудьте, що на струми від 350 мА і вище LMка знадобиться радіатор.
От і все!
Cхема. МАЛЮНОК 1
Z1 супресор або стабілітрон для дешевих світлодіодів можна і не ставити, але діод в автомобілі є обов'язковим! Рекомендую його ставити навіть, якщо ви просто підключаєте світлодіоди з резистором, що гасить. Як розраховувати опір резистора для світлодіодів, я думаю описувати зайво, але якщо треба пишіть на форумі.
Короткий опис схеми рис.1
Кількість світлодіодів у ланцюжку треба вибирати з урахуванням вашої робочої напруги мінус падіння напруги на стабілізаторі та мінус на діоді.
Наприклад:Вам необхідно в автомобілі підключити білі світлодіоди з робочим струмом 20 мАм. Зверніть увагу, що 20 мА – це робочий струм для фірмових дорогих світлодіодів! Лише фірма гарантує такий струм. Якщо ви не знаєте точного походження, вибирайте струм в межах 14-15 мА. Це для того, щоб потім не дивуватися, чому так швидко впала яскравість або, взагалі, чому вони так швидко перегоріли. Це також актуально і для потужних світлодіодів. Тому що до нас завозять не завжди те, що марковане на виробі.
Питання 1:Скільки їх можна включити послідовно? Для білих світлодіодів робоча напруга 3,0-3,2 вольта. Приймемо 3,1. Напруга мінімальна робоча на стабілізаторі (виходячи з його опорного 1,25) приблизно 3 V. Падіння на діоді 0,6 V. Звідси підсумовуємо всю напругу і отримуємо мінімальну робочу напругу вище якої настає режим стабілізації струму на заданому рівні (якщо нижче, відповідно струм буде нижче) = 3,1 * 3 +3,0 +0,6 = 12,9 V. Для автомобіля мінімальна напруга в мережі 12,6 – це нормально.
Для білих світлодіодів на 20 мА можна включати 3 шт. 37 V
R1 = 1,25/Ist.
де R1 - опір токозадавального резистора в Омах.
1,25 – опорна (мінімальна напруга стабілізації) LM317
Ist – струм стабілізації в Амперах.
Нам потрібен струм 20 мА – переводимо в ампери = 0,02 А.
Обчислюємо R1 = 1,25/0,02 = 62,5 Ом. Приймаємо найближче значення 62 Ома.
Ще кілька слів про групове вмикання світлодіодів.
Ідеально – це послідовне включення із стабілізацією струму.
Світлодіоди– це в принципі стабілітрони з дуже малою зворотною робочою напругою. Якщо є можливість наведень високої напруги від високовольтних проводів, що лежать поблизу, то необхідно кожен світлодіод зашунтувати захисним діодом. (Довідки багато виробників особливо для потужних діодів це вже роблять вмонтовуючи у виріб захисний діод).
якщо необхідно підключити масив зі світлодіодів, рекомендую таку схему включення.
Резистори необхідні для вирівнювання струмів по ланцюгах і є баластними навантаженнями при пошкодженнях світлодіодів у масиві.
Струм у ланцюзі дорівнює напрузі поділеному на опір ланцюга.
I led = V pit / на опір діода та резистора.
Опір резистора та діода ми не знаємо, але знаємо наш робочий струм та падіння напруги на світлодіоді.
Для малопотужних світлодіодів зі струмом 20 мАм необхідно приймати:
Знаючи падіння напруги на світлодіоді, можна обчислити залишок – напруга на резисторі.
Наприклад, напруга живлення V pit = 9 V. Ми підключаємо 1 білий світлодіод, падіння на ньому 3,1 V. Напруга на резисторі буде = 9 – 3,1 = 5,9 V.
Обчислюємо опір резистора:
R1 = 5.9/0.02 = 295 Ом.
Беремо резистор із близьким вищим опором 300 ом.
PS. Не завжди характеристики на робочий струм світлодіода відповідають істині, це актуально особливо для світлодіодів виготовлених “не знаю де”, для світлодіодів (будь-яких) треба велику увагу приділити відводу тепла, а так як ця умова не завжди здійсненна, то рекомендую для “20 мА” світлодіодів вибирати струм у районі 13-15 мА. Якщо це SMD на 50 мА, навантажувати струмом 25-30 мА. Ця рекомендація особливо актуальна для світлодіодів з робочою напругою в районі 3,0 вольт (білі, сині та зелені) і світлодіодів у SMD виконанні. Тобто. не ставте максимальний струмза описом, зробите його на 10-25% менше, термін служби буде в 10 довше:)…
Всіх Вам благ і рівних доріг =)
Найчастіше потребує додаткового, так би мовити, забезпечення, наприклад, для потужних світлодіодів необхідний драйвер. Його можна зібрати самому.
Хочу представити сьогодні на вас суд найпростіший драйвер для 0.5-5Вт-х світлодіодів на базі мікросхеми LM317.
Як відомо, для живлення потужних світлодіодів потрібен стабілізатор струму (або, як то кажуть, світлодіод живиться струмом, а не напругою), інакше світлодіод прослужить не дуже довго і згорить. Для цієї мети служить LED-драйвер, призначений для стабілізації струму та інших функцій (регулювання яскравості тощо). Існують спеціалізовані мікросхеми та й в інтернеті повно схем драйверів.
Однак можна зібрати найпростіший LED драйвер на популярній мікросхемі LM317.
Ця мікросхема універсальна, на ній можна будувати як різні лінійні стабілізатори напруг, так і обмежувачі струму, зарядні пристрої…Але зупинимося на обмежувачі струму. Мікросхема обмежує струм, а напруга діод бере стільки, скільки йому потрібно. Схема дуже проста, складається всього з двох деталей: самої мікросхеми і струм резистора, що задає.
Схема датає.
Або ось такий зрозуміліший малюнок.
Мінімальна напруга повинна бути мінімум на 2-4В більше, ніж напруга живлення кристала світлодіода. Схема дозволяє обмежувати струм від 10мА до 1,5А з максимальною вхідною напругою 35В. При великому перепаді напруги та (або) великих струмах мікросхему потрібно посадити на радіатор. Якщо ж потрібна велика вхідна напруга або струм, або потрібно зменшити втрати, або тепловиділення, то вже варто використовувати імпульсний драйвер.
Резистор розраховується за такою формулою:
R1=1.25В/Iout, де струм взятий Амперах, а опір в Омах.
Наприклад, маємо світлодіод струм 700 мА, R=1.25/0.7A=1.785 чи 1.8 Ом.
Маленька розрахована таблиця.
Зверніть увагу, що максимальний струм для LM317 становить півтора Ампера. Також не забувайте використати радіатор для неї.
Звичайно, сама схема має низький ККД, але на це можна не звертати увагу.
Від себе додам, що маючи в руках БП (блок живлення) від комп'ютера припустимо і кілька таких мікросхем та резисторів, можна зібрати непогане світило на тих же Cree або Semileds. На одну мікросхему можна підчепити до 10 діодів.
На даний момент зібраний мною за такою схемою драйвер для ліхтаря на трьох Cree XM-L t6 в якому джерелом живлення є чотири акумулятори US18650GR (3,7v). Струм на діодах 1250мА. Це звичайно менше від рідного драйвера (там аж 3А було), але все одно чудово світить.
Також зауважу, що у БП від ПК є дві лінії +12 та -12, тобто можна взяти 24в. А це вже за опору 1,8 Ом можна підключити 6 шт. діодів однією лінію. Тобто потрібно 4 мікросхеми. Але є одне але: на лінії -12в струм всього 0,3А, тобто не піде (це я щойно глянув на один зі своїх БП).