Стабілізатор струму для світлодіодів: види, схеми, як зробити

Головним електричним параметром світлодіодів (LED) є їх робочий струм. Коли в таблиці характеристик світлодіода ми зустрічаємо робоча напруга, то потрібно розуміти, що мова йде про падіння напруги на світлодіоді при протіканні робочого струму. Тобто робочий струм визначає робоча напруга LED. Тому тільки стабілізатор струму для світлодіодів може забезпечити їх надійну роботу.

Призначення і принцип роботи

Стабілізатори повинні забезпечувати постійний робочий струм світлодіодів коли в мережі живлення є проблеми з відхиленням напруги від норми (вам буде цікаво дізнатися, як підключити світлодіод від мережі 220 вольт). Стабільний робочий струм в першу чергу необхідний для захисту LED від перегріву. Адже при перевищенні максимально допустимого струму, світлодіоди виходять з ладу. Також стабільність робочого струму забезпечує сталість світлового потоку приладу, наприклад, при розряді акумуляторних батарей або коливаннях напруги в мережі живлення.

Стабілізатори струму для світлодіодів мають різні види виконання, а велика кількість варіантів схем виконання радує око. На малюнку наведено три найпопулярніші схеми стабілізаторів на напівпровідниках.

  1. Схема а) – Параметричний стабілізатор. У цій схемі стабілітрон задає постійну напругу на базі транзистора, який включений по схемі емітерного повторювача. Завдяки стабільності напруги на базі транзистора, напруга на резисторі R теж постійно. В силу закону Ома струм на резисторі також не змінюється. Так як струм резистора дорівнює току емітера, то стабільні струми емітера і колектора транзистора. Включаючи навантаження в ланцюг колектора, ми отримаємо стабілізований струм.
  2. Схема б). У схемі, напруга на резисторі R стабілізується наступним чином. При збільшенні падіння напруги на R, більше відкривається перший транзистор. Це призводить до зменшення струму бази другого транзистора. Другий транзистор трохи закривається і напруга на R стабілізується.
  3. Схема в). У третій схемі струм стабілізації визначається початковим струмом польового транзистора. Він не залежить від напруги, прикладеного між стоком і витоком.

У схемах а) і б) струм стабілізації визначається номіналом резистора R. Застосовуючи замість постійного резистора підрядковий можна регулювати вихідний струм стабілізаторів.

Виробники електронних компонентів виробляють безліч мікросхем стабілізаторів для світлодіодів. Тому в даний час в промислових виробах і в радіоаматорських конструкціях частіше застосовуються стабілізатори в інтегральному виконанні. Почитати про всі можливі способи підключення світлодіодів можна тут.

Огляд відомих моделей

Більшість мікросхем для живлення світлодіодів виконані у вигляді імпульсних перетворювачів напруги. Перетворювачі, в яких роль накопичувача електричної енергії виконує котушка індуктивності (дросель) називаються бустерами. У бустерах перетворення напруги відбувається за рахунок явища самоіндукції. Одна з типових схем бустера приведена на малюнку.

Схема стабілізатора струму працює таким чином. Транзисторний ключ знаходиться всередині мікросхеми періодично замикає дросель на загальний провід. У момент розмикання ключа в дроселі виникає ЕРС самоіндукції, яка випрямляється діодом. Характерно те, що ЕРС самоіндукції може значно перевищувати напругу джерела живлення.

Як видно зі схеми для виготовлення бустера на TPS61160 виробництва фірми Texas Instruments потрібно зовсім небагато компонентів. Головними навісними деталями є дросель L1, діод Шотткі D1, що випрямляє імпульсна напруга на виході перетворювача, і Rset.

Резистор виконує дві функції. По-перше, резистор обмежує струм, що протікає через світлодіоди, а по-друге, резистор служить елементом зворотного зв’язку (свого роду датчиком). З нього знімається вимірювальне напруга, і внутрішні схеми чіпа стабілізують струм, що протікає через LED, на заданому рівні. Змінюючи номінал резистора можна змінювати струм світлодіодів.

Перетворювач на TPS61160 працює на частоті 1.2 МГц, максимальний вихідний струм може становити 1.2 А. За допомогою мікросхеми можна живити до десяти світлодіодів включених послідовно. Яскравість світлодіодів можна змінювати шляхом подачі на вхід «контроль яскравості» сигналу ШІМ змінної шпаруватості. ККД наведеної схеми складає близько 80%.

Потрібно зауважити, що бустери зазвичай використовуються, коли напруга на світлодіодах вище напруги джерела живлення. У випадках, коли потрібно знизити напругу, частіше застосовують лінійні стабілізатори. Цілу лінійку таких стабілізаторів MAX16xxx пропонує фірма MAXIM. Типова схема включення і внутрішня структура подібних мікросхем представлена ??на малюнку.

Як видно з структурної схеми, стабілізація струму світлодіодів здійснюється Р-канальним польовим транзистором. Напруга помилки знімається з резистора Rsens і подається на схему управління польовиком. Так як польовий транзистор працює в лінійному режимі, ККД подібних схем помітно нижче, ніж у схем імпульсних перетворювачів.

Мікросхеми лінійки MAX16xxx часто застосовуються в автомобільних додатках. Максимальна вхідна напруга чіпів становить 40 В, вихідний струм – 350 мА. Вони, як і імпульсні стабілізатори, допускають ШІМ-діммірованіе.

Стабілізатор на LM317

Як стабілізатор струму для світлодіодів можна використовувати не тільки спеціалізовані мікросхеми. Великою популярністю у радіоаматорів користується схема LM317.

LM317 являє собою класичний лінійний стабілізатор напруги має безліч аналогів. У нашій країні ця мікросхема відома як КР142ЕН12А. Типова схема включення LM317 як стабілізатор напруги показана на малюнку.

Для перетворення цієї схеми в стабілізатор струму досить виключити зі схеми резистор R1. Включення LM317 як лінійного стабілізатора струму виглядає наступним чином.

Виконати розрахунок цього стабілізатора досить просто. Досить обчислити номінал резистора R1, підставивши значення струму в наступну формулу:

R1 = 1.25 * I0.

Потужність, що розсіюється на резисторі дорівнює:

W = I2R1.

регульований стабілізатор

Попередню схему легко перетворити в регульований стабілізатор. Для цього потрібно постійний резистор R1 замінити на потенціометр. Схема буде виглядати так:

Як зробити стабілізатор для світлодіода своїми руками

У всіх наведених схемах стабілізаторів використовується мінімальна кількість деталей. Тому самостійно зібрати подібні конструкції зможе навіть початківець радіоаматор освоїв навички роботи з паяльником. Особливо прості конструкції на LM317. Для їх виготовлення навіть не потрібно розробляти друковану плату. Досить припаяти відповідний резистор між опорним висновком мікросхеми і її виходом.

Також до входу і виходу мікросхеми потрібно припаяти два гнучких провідника і конструкція буде готова. У разі, якщо за допомогою стабілізатора струму на LM317 передбачається живити потужний світлодіод, мікросхему потрібно оснастити радіатором який забезпечить відведення тепла. В якості радіатора можна використовувати невелику алюмінієву пластинку площею 15-20 квадратних сантиметрів.

Виготовляючи конструкції бустеров, в якості дроселів можна використовувати котушки фільтрів різних блоків живлення. Наприклад, для цих цілей добре підійдуть ферритові кільця від блоків живлення комп’ютерів, на які слід намотати кілька десятків витків емальованого дроту діаметром 0.3 мм.

Який стабілізатор використовувати в авто

Зараз автолюбителі часто займаються модернізацією світлотехніки своїх машин, застосовуючи для цих цілей світлодіоди або світлодіодні стрічки (читайте, як підключити світлодіодну стрічку в авто). Відомо, що напруга бортової мережі автомобіля може сильно змінюватися в залежності від режиму роботи двигуна і генератора. Тому у випадку з авто особливо важливо застосовувати не стабілізатор 12 вольт, а розрахований на конкретний тип світлодіодів.

Для автомобіля можна порадити конструкції на основі LM317. Також можна використовувати одну з модифікацій лінійного стабілізатора на двох транзисторах, в якій в якості силового елемента використаний потужний N-канальний польовий транзистор. Нижче наведені варіанти подібних схем, в тому числі і схема світлодіодного драйвера.

висновок

Підводячи підсумок можна сказати, що для надійної роботи світлодіодних конструкцій їх необхідно живити за допомогою стабілізаторів струму. Багато схеми стабілізаторів прості і доступні для виготовлення своїми руками. Ми сподіваємося, що наведені в матеріалі відомості будуть корисні всім, хто цікавиться даною темою.

Ссылка на основную публикацию