Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.
Но пульсации - это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.
Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы - драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).
Есть еще очень похожие светодиоды - SMD 5730 (без единички в названии). У них мощность всего 0.5 Вт и максимальный ток 0.18 А. Так что не перепутайте.
Так как при последовательном подключении светодиодов общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом из светодиодов, то минимальное напряжение питания схемы должно быть: Uпит = 2.5 + 12 + (3.3 х 10) = 47.5 Вольт.
Рассчитать сопротивление и мощность резистора под другие значения тока можно с помощью простенькой программки Regulator Design (скачать).
Очевидно, что чем выше выходное напряжение стабилизатора, тем больше тепла будет выделяться на токозадающем резисторе и, следовательно, тем хуже КПД. Поэтому для наших целей лучше подойдет LM7805, чем LM7812.
LM317
Не менее эффективным получается линейный стабилизатор тока для светодиодов на LM317 . Типовая схема включения:
Простейшая схема включения LM317 для светодиодов, позволяющая собрать мощный светильник, состоит из выпрямителя с емкостным фильтром, стабилизатора тока и 93 светодиодов SMD 5630
. Здесь применены MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3.1 V, 400 mW, 5.3x3 mm).
Если такая большая гирлянда из светодиодов не нужна, то к драйверу на LM317 для питания светодиодов придется добавить балластный резистор или конденсатор (чтобы загасить лишнее напряжение). Как это сделать мы очень подробно рассматривали в .
Недостаток такой схемы токового драйвера для светодиодов в том, что при повышении напряжения в сети выше 235 вольт, LM317 окажется за пределами расчетного режима работы, а при снижении до ~208 вольт и ниже, микросхема совсем перестает стабилизировать и глубина пульсаций будет целиком и полностью зависеть от емкости С1.
Поэтому использовать такой светильник нужно там, где напряжение более менее стабильно. И на емкости этого конденсатора не стоит экономить. Диодный мост можно взять готовый (например, миниатюрный MB6S) или собрать из подходящих диодов (U обр не менее 400 В, прямой ток >= 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007 .
Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):
| название | характеристики | стоимость |
|---|---|---|
| SMD 5630 | LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W | 240руб. / 1000шт. |
| LM317 | 1.25-37V, >1.5A | 112руб. / 10шт. |
| MB6S | 600V, 0.5A | 67руб. / 20шт. |
| 120μF, 400V | 18х30mm | 560руб. / 10шт. |
Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (!!!) не мерцающих (!!!) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.
Вместо заключения
К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.
Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением .
Чтобы эффективно побороть различные помехи в сети, необходимо использовать простые стабилизаторы тока. Современные производители занимаются промышленным изготовлением таких устройств, благодаря чему каждая модель отличается своими функциональными и техническими характеристиками. В бытовой отрасли нет больших требований к стабилизаторам тока, но высококачественное измерительное оборудование всегда нуждается в стабильном напряжении.
Краткое описание
Опытные мастера прекрасно знают, что простейшие ограничители тока представлены в виде обычных резисторов. Такие агрегаты часто называют стабилизаторами , что не является действительностью, так как они не способны убрать все помехи при колебании напряжения на своём входе. Использование резистора в схеме питания того или иного прибора возможно только в том случае, если всё входное напряжение стабилизируется.
В иной ситуации даже мельчайшие скачки напряжения воспринимаются как повышенная нагрузка, что негативно отражается на работе всего устройства. Эффективность работы резистивных ограничителей тока является довольно низкой, так как потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.
Более высоким уровнем КПД обладают те конструкции, которые изготовлены на базе готовых интегральных микросхем линейных стабилизаторов. Схемы таких устройств отличаются минимальным набором элементов, простотой настройки и отсутствием помех. Чтобы избежать нежелательного перегрева регулирующего элемента, различия между входным и выходным напряжением должны быть минимальными. В противном случае корпус микросхемы будет вынужден рассеивать всю невостребованную энергию, что в несколько раз снижает итоговый показатель КПД.
Наибольшей эффективностью обладают схемы с широтно-импульсной модуляцией. Их производство основано на использовании универсальных микросхем, где присутствует цепь обратной связи и специальные защитные механизмы, благодаря чему существенно возрастает надёжность всего устройства. Использование импульсного трансформатора ведёт к удержанию схемы, что положительно влияет на уровень КПД и продолжительность эксплуатационного срока. Стоит отметить, что такие стабилизаторы мастера часто изготавливают своими руками, используя для этого специальные детали.
Функциональные возможности
Только тот мастер, который хорошо знает принцип работы стабилизатора тока, сможет эффективно применять это устройство в различных сферах. Основная сложность в том, что электросети насыщены различными помехами, которые негативно влияют на работоспособность оборудования и приборов. Чтобы эффективно преодолеть источники отрицательного воздействия, специалисты повсюду применяют стабилизаторы напряжения и тока.
В каждом таком изделии присутствует незаменимый элемент - трансформатор , который обеспечивает стабильную и безотказную работу всей системы. Даже самая элементарная схема обязательно укомплектована универсальным выпрямительным мостом, который соединён с разными резисторами, а также конденсаторами. К главным эксплуатационным характеристикам относятся предельный уровень сопротивления и индивидуальная ёмкость.
Квалифицированные специалисты отмечают, что простой стабилизатор тока функционирует по самой элементарной схеме. Всё дело в том, что электрический ток поступает на основной трансформатор, благодаря чему меняется его предельная частота. На входе она всегда совпадает с этим показателем в электросети, находясь в пределах 50 герц. Только после того, как произошло преобразование тока, предельная частота будет снижена до оптимальной отметки.
Стоит отметить, что в традиционной схеме присутствуют мощные высоковольтные выпрямители, которые помогают определить полярность напряжения. А вот конденсаторы участвуют в качественной стабилизации тока, резисторы устраняют имеющиеся помехи.
Изготовление простого преобразователя для светодиодов
Опытные мастера согласятся, что собрать качественный и долговечный стабилизатор не так уж и сложно. Главная особенность состоит в том, что на блок может быть установлена целая система низковольтных конденсаторов на 20 вольт, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор, выполненный своими руками - это вариант LM317. Потребуется только правильно рассчитать резистор для используемого светодиода с помощью специализированного онлайн-калькулятора.
Важным фактом остаётся то, что для слаженной работы такого агрегата отлично подходит подручное питание:
- Стандартный блок на 19 вольт от ноутбука.
- На 24 В.
- Более мощный агрегат на 32 вольт от обычного принтера.
- Либо на 9 или на 12 вольт от какой-либо бытовой электроники.
К основным преимуществам такого преобразователя всегда относят его доступность, минимальное количество элементов, высокую степень надёжности, а также наличие в магазинах. Собирать самостоятельно более сложную схему весьма нерационально. Если мастер не обладает необходимым опытом, тогда импульсный стабилизатор тока лучше купить в готовом виде. При необходимости его всегда можно усовершенствовать.
Продолжительность работы светодиода без потери яркости зависит от режима. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, - их довольно трудно сжечь. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора. Сам процесс сборки состоит из нескольких основных этапов:
- Потребуется купить переменный резистор сопротивлением в 0.5 кОм (имеет три вывода и ручку регулировки). Заказать его можно через интернет или купить в «Радиолюбителе».
- Провода припаиваются к среднему выводу, а также к одному из крайних.
- С помощью мультиметра, включённого в режиме измерения сопротивления, замеряется сопротивление резистора. Нужно добиться максимального показания в 500 Ом (чтобы светодиод не перегорел при низком сопротивлении резистора).
- После внимательной проверки правильности соединений перед подключением собирается цепь.
Для любого устройства можно добиться подачи 10 А (задаётся низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения. Максимальная мощность LM317 - 1.5 ампер. Если есть необходимость увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор.
Универсальная регулируемая модель
Многие мастера сталкиваются с необходимостью использования высококачественного стабилизатора, который позволил бы проводить настройки сети в широком диапазоне. Некоторые современные схемы отличаются тем, что в них предусмотрено наличие токозадающего резистора с пониженными характеристиками. Сами специалисты отмечают, что такое устройство позволяет проводить усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние принято называть усиленным напряжением ошибки.
Параметры опорного и ошибочного напряжения можно сравнить при помощи опорного усилителя, благодаря этому мастер осуществляет настройку состояния полевого транзистора. Стоит отметить, что такая схема требует дополнительного питания, которое обязательно должно поступать к отдельному разъёму. Всё дело в том, что питающее напряжение должно обеспечивать слаженную работу абсолютно всех компонентов используемой схемы. Допустимый уровень не должен быть превышен, так как это чревато преждевременной поломкой оборудования.
Чтобы максимально правильно настроить работу регулируемого стабилизатора тока, необходимо использовать специальный ползунок. Именно подстроечный резистор позволяет мастеру выставить максимальное значение тока. Настройка сети получается более гибкой, так как все параметры можно самостоятельно корректировать в зависимости от интенсивности эксплуатации.
Многофункциональный прибор
Среднюю сложность изготовления имеют драйверы для светодиодов на 220 В. Много времени может занять их настройка, требующая опыта по наладке. Такой драйвер извлечь можно из светодиодных ламп, прожекторов и светильников с неисправной светодиодной цепью. Большинство из них также возможно доработать, узнав модель контроллера преобразователя. Параметры обычно задаются одним или несколькими резисторами.
В datasheet указывается уровень сопротивления, необходимый для получения нужного тока. Если установить регулируемый резистор, то количество Ампер будет настраиваемым (но без превышения указанной номинальной мощности).
Ещё недавно высокой популярностью пользовался универсальный модуль XL4015. По своим характеристикам он подходит для подключения светодиодов с высокой мощностью (до 100 Ватт). Стандартный вариант его корпуса припаян к плате, выполняющей функции радиатора. Чтобы улучшить охлаждение XL4015, схема должна быть доработана с установкой радиатора на коробку устройства.
Многие пользователи просто ставят его сверху, однако, эффективность такой установки довольно низкая. Систему охлаждения желательно располагать внизу платы, напротив пайки микросхемы. Для оптимального качества её можно отпаять и установить на полноценный радиатор, используя термопасту. Провода потребуется удлинить. Дополнительное охлаждение можно монтировать и для диодов, что значительно повысит эффективность работы всей схемы.
Среди драйверов наиболее универсальным считается регулируемый. Обязательно устанавливается переменный резистор, который задаёт количество ампер. Эти характеристики обычно указываются в следующих документах:
- В сопроводительной документации к микросхеме.
- В datasheet.
- В стандартной схеме включения.
Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1-3 А (в соответствии с моделью контроллера широтно-импульсной модуляции). Главный недостаток этих драйверов - чрезмерный нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и контроллера. Дроссель заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.
Незаменимое устройство постоянного тока
Даже начинающий мастер знает, что такой агрегат работает по принципу двойного интегрирования
. Абсолютно во всех моделях за этот процесс отвечают преобразователи. Универсальные двухканальные транзисторы предназначены для увеличения существующих динамических характеристик. Важно помнить, что для устранения тепловых потерь нужно использовать конденсаторы с большой ёмкостью.
Сделать показатель выпрямления можно только благодаря точному расчёту необходимого значения. Как показывает практика, если при выходном напряжении постоянного тока получается 12 ампер, то предельное значение должно составлять 5 В. Устройство сможет стабильно поддерживать рабочую частоту на отметке 30 Гц. Относительно порогового напряжения - всё зависит от блокировки сигнала, который поступает от трансформатора. Но фронт импульсов не должен превышать 2 МКС.
Только качественное преобразование тока позволяет обеспечить слаженную работу главных транзисторов. В этой схеме допускается использование исключительно полупроводниковых диодов. Если резисторы балластные, то это чревато большими тепловыми потерями. Именно поэтому коэффициент рассевания существенно увеличивается. Мастер может увидеть, что амплитуда колебаний возросла, а процесс индуктивности не произошёл.
Современная схема на базе КРЕН
Такое устройство будет стабильно работать только с элементами LM317 и КР142ЕН12. Это связано с тем, что они выступают в качестве универсальных стабилизаторов напряжения, хорошо справляясь с током до 1.5 А и выходным напряжением до 40 вольт. В классическом тепловом режиме эти элементы способны качественно рассеивать мощность до 10 Ватт. Сами микросхемы отличаются низким собственным потреблением, так как этот показатель составляет всего 8 мА. Главное, что этот показатель остаётся неизменным даже в том случае, если напряжение колеблется.
Отдельного внимания заслуживает микросхема LM317, которая способна удерживать постоянное напряжение на основном резисторе. Этот агрегат с неизменным сопротивлением обеспечивает максимальную стабильность проходящего через него тока, благодаря чему его часто называют токозадающим резистором. Современные стабилизаторы на КРЕН отличаются от своих аналогов относительной простотой, за счёт чего активно эксплуатируются в качестве зарядки для аккумуляторов и для электронной нагрузки.
- 08.10.2014
Стереофонический регулятор громкости, баланса и тембра на ТСА5550 имеет следующие параметры: Малые нелинейные искажения не более 0,1% Напряжение питания 10-16В (12В номинальное) Ток потребления 15…30мА Входное напряжение 0,5В (коэффициент усиления при напряжении питания 12В единица) Диапазон регулировки тембра -14…+14дБ Диапазон регулировки баланса 3дБ Разница между каналами 45дБ Отношение сигнал шум …
- 29.09.2014
Принципиальная схема передатчика показана на рис.1. Передатчик (27МГц) выдает мощность около 0,5Вт. В качестве антенны используется провод 1 м длиной. Передатчик состоит из 3-х каскадов — задающего генератора (VT1), усилителя мощности (VT2) и манипулятора (VT3). Частота задающего генератора задается кв. резонатором Q1 на частоту 27 МГц. Нагружен генератор на контур …
- 28.09.2014
Параметры усилителя: Суммарный диапазон воспроизводимых частот 12…20000Гц Максимальная выходная мощность СЧ-ВЧ каналов(Rн=2,7Ом, Uп=14В) 2*12Вт Максимальная выходная мощность НЧ канала(Rн=4Ом, Uп=14В) 24Вт Номинальная мощность СЧ-ВЧ каналов при КНИ 0,2% 2*8Вт Номинальная мощность НЧ канала при КНИ 0,2% 14Вт Максимальный ток потребления 8 А В данной схеме А1 — ВЧ-СЧ усилитель, а …
- 30.09.2014
УКВ-приемник работает в диапазоне 64-108МГц. Схема приемника основана на 2-х микросхемах: К174ХА34 и ВА5386, дополнительно в схеме присутствуют 17 конденсаторов и всего 2-а резистора. Колебательный контур один, гетеродинный. На А1 выполнен супергетеродинный УКВ-ЧМ без УНЧ. Сигнал от антенны поступает через С1 на вход ПЧ микросхемы А1(вывод12). Настройка на станцию производится …
На микросхеме STK4048XI . Предлагаем несколько видоизмененную схемку данного усилителя на микросхемах STK. При неизменности самой схемы, а замене лишь микросхем из списка ниже можно изменять выходную мощность усилителя звуковой частоты в зависимости от ваших потребностей от 6 до 200 ватт . В зависимости от маркировки микросхем STK они имеют разный уровень нелинейных искажений: II - 0,2%; V - 0,08%; X - 0,008%; XI - 0,002%.
Примерная компоновка радиоэлементов на печатной плате:
Вообще микросхемы STK данной серии обеспечивают высокую выходную мощность и низкий коэффициент нелинейных искажений. Это позволяет получить от усилителя звуковоспроизведение с высоким качеством звучания.
Напряжение питания двуполярное от 20 до 95 вольт (меняется от марки микросхемы, см. табл.). Нагрузка усилителя не менее 4 Ом; оптимально - 8 Ом. Входное сопротивление УМЗЧ составляет 55 кОм. Ток покоя составляет 120 мА. Выходной ток до 15 ампер (зависит от применяемой микросхемы, см. табл.). Микросхемы серии STK40** требуют применения радиатора площадью не менее 400 мм 2 . Для эффективного отвода тепла можно прикрутить микросхему на теплоотвод с использованием теплопроводящей пасты.
Перечень микросхем в таблице будет неполным, если не упомянуть ещё две маркировки данной серии, обеспечивающих выходную мощность собранного усилителя в 200 ватт. Это STK4050II и STK4050V . Рекомендуемое напряжение для схемы на этих микросхемах составляет не ниже 66 вольт, а максимальное - 95 В.
Собранный усилитель на STK4050 с выходной мощностью 200 ватт:
Оригинальные микросхемы фирмы Sanyo, серии STK402 являются гибридными микросхемами и выполнены они по толстопленочной технологии на бескорпусных транзисторах. Еще одной особенностью является лазерная подгонка номиналов сопротивлений.
Данные усилители имеют отличное звучание и характеристики, и многими любителями ставятся на первое место перед усилителями, собранными на микросхемах TDA и LM, хотя иногда мнения расходятся.
Ниже представлена таблица некоторых параметров одних из самых популярных микросхем линейки STK402.
STK402-070 и другие микросхемы данной серии имеют достаточно большие, даже огромные корпуса. Все микросхемы указанные в таблице являются полными аналогами и полностью взаимозаменяемы, но, как вы могли заметить, они имеют разные напряжения питания, а также разные размеры корпусов.
Сопротивление нагрузки не должно быть меньше 6 Ом, это особенность данных микросхем.
Элементы схемы
Резисторы на 0,22 Ома и на 4,7 Ома должны быть мощностью 2Вт, остальные мощностью 0,25Вт.
Электролитические конденсаторы (все) должны быть рассчитаны на напряжение больше чем напряжение питания в полтора раза. Я применил электролиты на 50В.
Неполярные конденсаторы, емкостью 0,1мкФ я применил полипропиленовые, хотя это необязательно (установил для красоты), так что ставим керамику. Все остальные неполярные конденсаторы также ставим керамические.
Дроссели наматываются на оправку (сверло) диаметром 6-8мм и имеют 25-30 витков, провода диаметром 0.6-1.2 мм. Я намотал проводом 1.2мм, им удобнее мотать, дроссель не разматывается, а также на максимальной мощности хорошо будет держать большие токи. Дроссели мотаются в два слоя 15+15 витков.
При прослушивании усилитель на STK402-070 мне очень понравился, особенно на предельной громкости слышно очень мало искажений, звук чистый и насыщенный. После определенного прослушивания я решил повысить мощность усилителя и установил STK402-120, а также повысил напряжение питания, при этом мощность значительно возросла, а звук остался таким же отличным.