Простой стабилизатор тока для светодиодов

Простой драйвер постоянного тока на LM317 и PT4115 для подключения мощных светодиодов ★ IT-Spectrum

Простой стабилизатор тока для светодиодов

Чтобы правильно подключить светодиоды и обеспечить им долгую и продуктивную работу требуется источник стабильного тока или, как его называют, драйвер для светодиодов. Как выбрать готовый или собрать самому простой драйвер для подключения светодиодов – в этой статье.

Основной параметр при подключении светодиодов – это не напряжение, а именно величинатока, протекающего через него. Известно не мало случаев, когда после включения светодиодов, особенно “китайских”, ток через них медленно продолжает увеличиваться (по мере нагрева) и через некоторое время может достигать значений, серьезно превышающих номинальные. Все это приводит к перегреву кристалла, скорой деградации, морганию в предсмертной конвульсии и неминуемого выхода из строя.

Для обеспечения одинакового тока, светодиоды к стабилизатору тока подключаются последовательными группами.

Описание и Характеристики

По-сути, LM317 представляет собой стабилизатор напряжения, который можно включить и как стабилизатор тока. Схема драйвера на этой микросхеме проста, как угол дома: вам потребуется сама микросхема и… один опорный резистор – и все! Все детали можно спаять навесным монтажом, прикрутив микросхему прямо к радиатору. Благодаря простоте и доступности при стоимости микросхемы около 0,2 у.е., эта микросхема многие годы пользуется огромной популярностью среди радиолюбителей. Один из аналогов микросхемы – популярная отечественная «КРЕН-ка» КР142ЕН12.

В зависимости от исполнения LM317 может иметь добавочный индекс, характеризующий корпус микросхемы. Наиболее распространенный варинат – LM317T в корпусе TO-220 под винт для крепления непосредственно к радиатору охлаждения. LM317D2T в корпусе D2PAK рассчитана для монтажа на плате при небольшой мощности нагрузки.

Принцип регулирования напряжения/тока линейного стабилизатора состоит в том, что стабилизатор изменяет сопротивление p-n перехода выходного мощного транзистора (по сути, последовательного резистора в цепи) и тем самым адаптивно отсекает “лишнее” напряжение или гасит на себе “лишний” ток.

Благодаря этому к питающему напряжению не домешиваются какие-либо высокочастотные помехи, поскольку их нет в принципе. Однако, у линейных стабилизаторов есть и серьезный недостаток. Как известно, при прохождении тока через любой резистор, на нем рассеивается мощность в виде тепла.

Читайте также  Индикатор включения 220 вольт на светодиоде

Поэтому у линейного стабилизатора на LM317 склонность к сильному нагреву и, как следствие, достаточно низкий КПД.

Макс. выходной ток, А 1,5
Напряжение питания, В 4,2 … 40
Напряжение на выходе, В 1,2 … 37
Температура, °C 0…125

Схемы и примеры включения

Схема подключения LM317 для стабилизатора тока предельна проста – просто подключить опорный резистор заданного номинала между ножками выхода и регуляторным входом. Значения сопротивления и мощности опорного резистора можно расчитать по упрощеной формуле:

R = 1,25 / Iout   P = 1,25 ⋅ Iout

Полученные значения округляем до ближайшего значения номиналов сопротивления и до ближайшего бо́льшего значения мощности, например для подключения полуваттных SMD 5730 получаем резистор на 8,2 Ом, мощностью 0,25 Вт, а для светодиодов на 1 Вт (300 мА), соответственно – 4,3 Ом и 0,5 Вт.

Может оказаться, что резисторов требуемого номинала нет в наличии, тогда можно скомбинировать составной резистор из нескольких одинаковых, соединив из параллельно.

В таком случае суммарное сопротивление такого составного резистора будет равно сопротивлению каждого резистора поделенного на их кол-во, а мощность будет равно мощности каждого резистора помноженного на их кол-во. Для простоты расчетов в Сети есть достаточно много он-лайн калькуляторов, например, такой.

Для работы стабилизатора тока на LM317 происходит падение напряжения не менее 3 В – это надо учитывать при подборе входного напряжения и количества последовательно соединенных светодиодов. Например, рабочее напряжение для SMD 5730 – 3,3…3,4 В. Следовательно, если подключать по 3 светодиода в группе, то входное напряжение должно быть от 13 В (рабочее напряжение исправной бортовой сети автомобиля – 14 В).

При всей свое простоте линейный стабилизатор тока на LM317 отличается низким КПД и потребностью в дополнительным охлаждением.

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Простой стабилизатор тока для светодиодов

Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.

Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы тока.

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Читайте также  Выключатель со светодиодом мигает лампа

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Виды стабилизаторов тока

Существует множество разных видов стабилизаторов в зависимости от их назначения и принципа работы. Рассмотрим подробнее основные из таких устройств.

Стабилизаторы на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Читайте также  Типы мигающих светодиодов

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Стабилизаторы тока для светодиодов

Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:

  • Блок от принтера на 32 В.
  • Блок от ноутбука на 19 В.
  • Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/stabilizatory-toka/