Strujni stabilizatori su dizajnirani da stabiliziraju struju na opterećenju. Napon na opterećenju zavisi od njegovog otpora. Stabilizatori su neophodni za funkcioniranje raznih elektroničkih uređaja, na primjer.
Možete podesiti pad napona tako da bude vrlo mali. Ovo omogućava smanjenje gubitaka uz dobru stabilnost izlazne struje. Otpor na izlazu tranzistora je vrlo visok. Ovaj krug se koristi za povezivanje LED dioda ili punjenje baterije niske snage.
Napon na tranzistoru je određen zener diodom VD1. R2 igra ulogu senzora struje i određuje struju na izlazu stabilizatora. Kako se struja povećava, pad napona na ovom otporniku postaje veći. Napon se dovodi do emitera tranzistora. Kao rezultat, napon na spoju baza-emiter, koji je jednak razlici između napona baze i napona emitera, opada, a struja se vraća na specificiranu vrijednost.
Strujni krug ogledala
Generatori struje funkcionišu slično. Popularno kolo za takve generatore je "trenutno ogledalo", u kojem se umjesto zener diode koristi bipolarni tranzistor, tačnije, emiterski spoj. Umjesto otpora R2 koristi se otpor emitera.
Stabilizatori struje na terenu
Krug koji koristi tranzistore s efektom polja je jednostavniji.
Struja opterećenja prolazi kroz R1. Struja u kolu: "+" izvora napona, drain-gejt VT1, otpor opterećenja, negativni pol izvora je vrlo beznačajna, jer je drain-gejt nagnut u suprotnom smjeru.
Napon na R1 je pozitivan: na lijevoj strani "-", na desnoj strani napon je jednak naponu desnog kraka otpora. Stoga je napon gejta u odnosu na izvor negativan. Kako se otpor opterećenja smanjuje, struja se povećava. Stoga, napon gejta u odnosu na izvor ima još veću razliku. Kao rezultat toga, tranzistor se jače zatvara.
Kako se tranzistor više zatvara, struja opterećenja će se smanjiti i vratiti na svoju početnu vrijednost.
Uređaji na čipu
U prošlim šemama postoje elementi poređenja i prilagođavanja. Slična struktura strujnog kruga koristi se pri projektovanju uređaja za izjednačavanje napona. Razlika između uređaja koji stabiliziraju struju i napon je u tome što signal u krugu povratne sprege dolazi od strujnog senzora, koji je spojen na strujni krug opterećenja. Stoga se za stvaranje strujnih stabilizatora koriste popularni mikro krugovi 142 EH 5 ili LM 317.
Ovdje ulogu senzora struje igra otpor R1, na kojem stabilizator održava konstantan napon i struju opterećenja. Vrijednost otpora senzora je znatno niža od otpora opterećenja. Smanjenje napona na senzoru utječe na izlazni napon stabilizatora. Ova šema dobro ide uz punjači, LED diode.
Preklopni stabilizator
Stabilizatori impulsa napravljeni na bazi prekidača imaju visoku efikasnost. Sposobni su stvoriti visoki napon kod potrošača sa niskim ulaznim naponom. Ovo kolo je sastavljeno na mikrokolo MAX 771.
Otpori R1 i R2 igraju ulogu razdjelnika napona na izlazu mikrokola. Ako napon na izlazu mikrokola postane veći od referentne vrijednosti, tada mikrokolo smanjuje izlazni napon i obrnuto.
Ako se krug promijeni tako da mikrokolo reagira i regulira izlaznu struju, tada se dobiva stabilizirani izvor struje.
Kada napon na R3 padne ispod 1,5 V, kolo djeluje kao stabilizator napona. Čim se struja opterećenja poveća na određeni nivo, pad napona na otporniku R3 postaje veći, a krug djeluje kao stabilizator struje.
Otpor R8 se povezuje prema strujnom kolu kada napon poraste iznad 16,5 V. Otpor R3 postavlja struju. Negativna tačka U ovom krugu može se primijetiti značajan pad napona na otporu za mjerenje struje R3. Ovaj problem se može riješiti povezivanjem operativnog pojačala za pojačavanje signala iz R3.
Strujni stabilizatori za LED diode
Takav uređaj možete sami napraviti pomoću mikrokola LM 317. Da biste to učinili, ostaje samo odabrati otpornik. Preporučljivo je koristiti sljedeće napajanje za stabilizator:
- 32 V blok štampača.
- 19 V blok za laptop.
- Bilo koje napajanje od 12 V.
Prednost takvog uređaja je njegova niska cijena, jednostavnost dizajna i povećana pouzdanost. Nema smisla sami sastavljati složeno kolo, lakše ga je kupiti.
Edukativni članak o LED stabilizatorima struje i još mnogo toga. Razmatraju se šeme linearnih i impulsnih stabilizatora struje.
Stabilizator struje za LED diode ugrađen je u mnoge dizajne svjetiljki. LED diode, kao i sve diode, imaju nelinearnu strujno-naponsku karakteristiku. To znači da kada se napon na LED diodi promijeni, struja se mijenja neproporcionalno. Kako napon raste, u početku struja raste vrlo sporo, a LED ne svijetli. Zatim, kada se dostigne granični napon, LED dioda počinje da svijetli i struja raste vrlo brzo. S daljnjim povećanjem napona, struja se katastrofalno povećava i LED dioda pregori.
Granični napon je naznačen u karakteristikama LED dioda kao napon naprijed pri nazivnoj struji. Trenutna ocjena za većinu LED dioda male snage je 20 mA. Za LED rasvjetu velike snage, nazivna struja može biti veća - 350 mA ili više. Između ostalog, moćne LED diode stvaraju toplinu i moraju se instalirati na hladnjak.
Za pravilan rad LED, mora se napajati preko strujnog stabilizatora. Za što? Činjenica je da granični napon LED ima širinu. Različite vrste LED diode imaju različite napone naprijed, čak i LED diode istog tipa imaju različite napone naprijed - to je naznačeno u karakteristikama LED-a kao minimalne i maksimalne vrijednosti. Posljedično, dvije LED diode povezane na isti izvor napona u paralelnom kolu će proći različite struje. Ova struja može biti toliko različita da LED može otkazati ranije ili odmah pregorjeti. Osim toga, stabilizator napona također ima odstupanje parametara (od primarnog nivoa snage, od opterećenja, od temperature, jednostavno tokom vremena). Stoga je nepoželjno paliti LED diode bez uređaja za izjednačavanje struje. Razni načini razmatraju se strujno izjednačavanje. Ovaj članak govori o uređajima koji postavljaju vrlo specifične, specificirane strujno-strujne stabilizatore.
Vrste strujnih stabilizatora
Strujni stabilizator postavlja zadanu struju kroz LED, bez obzira na napon primijenjen na strujno kolo. Kada se napon na kolu poveća iznad nivoa praga, struja dostiže zadatu vrijednost i ne mijenja se dalje. Daljnjim povećanjem ukupnog napona, napon na LED diodi prestaje da se mijenja, a napon na strujnom stabilizatoru raste.
Budući da je napon na LED diodu određen njegovim parametrima i općenito je nepromijenjen, trenutni stabilizator se može nazvati i LED stabilizatorom snage. U najjednostavnijem slučaju, aktivna snaga (toplina) koju proizvodi uređaj raspoređuje se između LED diode i stabilizatora proporcionalno naponu na njima. Takav stabilizator se naziva linearnim. Postoje i ekonomičniji uređaji - strujni stabilizatori na bazi impulsnog pretvarača (ključni pretvarač ili pretvarač). Nazivaju se pulsnim jer pumpaju snagu unutar sebe u porcijama - impulsima, po potrebi potrošača. Odgovarajući impulsni pretvarač kontinuirano troši energiju, interno je prenosi u impulsima iz ulaznog kola u izlazno kolo, i opet neprekidno isporučuje snagu opterećenju.
Linearni stabilizator struje
Linearni stabilizator struje se zagrijava što se više napon primjenjuje na njega. To je njegov glavni nedostatak. Međutim, ima niz prednosti, na primjer:
- Linearni stabilizator ne stvara elektromagnetne smetnje
- Jednostavan u dizajnu
- Niska cijena u većini aplikacija
Pošto prekidački pretvarač nikada nije potpuno efikasan, postoje aplikacije u kojima linearni regulator ima uporedivu ili čak veću efikasnost - kada je ulazni napon samo malo veći od napona LED dioda. Usput, kada se napaja iz mreže, često se koristi transformator, na čijem je izlazu ugrađen linearni stabilizator struje. Odnosno, prvo se napon smanjuje na razinu usporedivu s naponom na LED diodi, a zatim se pomoću linearnog stabilizatora postavlja potrebna struja.
U drugom slučaju, možete približiti LED napon naponu napajanja - spojite LED diode u serijski lanac. Napon na lancu će biti jednak zbiru napona na svakoj LED diodi.
Sklopovi linearnih strujnih stabilizatora
Najjednostavniji krug stabilizatora struje baziran je na jednom tranzistoru (kolo "a"). Budući da je tranzistor strujni pojačavač, njegova izlazna struja (struja kolektora) je h 21 puta veća od kontrolne struje (bazne struje) (pojačanja). Struja baze se može postaviti pomoću baterije i otpornika, ili pomoću zener diode i otpornika (krug "b"). Međutim, takav sklop je teško konfigurirati, rezultirajući stabilizator ovisit će o temperaturi, osim toga, tranzistori imaju širok raspon parametara i prilikom zamjene tranzistora struja će se morati ponovo odabrati. Kolo sa povratnim informacijama “c” i “d” radi mnogo bolje. Otpornik R u krugu djeluje kao povratna informacija - kako se struja povećava, napon na otporniku se povećava, čime se isključuje tranzistor i struja se smanjuje. Krug "d", kada se koriste tranzistori istog tipa, ima veću temperaturnu stabilnost i mogućnost smanjenja vrijednosti otpornika što je više moguće, čime se smanjuje minimalni napon stabilizatora i oslobađanje snage na otporniku R.
Strujni stabilizator se može napraviti na bazi tranzistora sa efektom polja sa p-n spoj(dijagram "d"). Napon gejt-izvor postavlja struju odvoda. Pri nultom naponu gejt-izvor, struja kroz tranzistor je jednaka početnoj struji odvoda navedenoj u dokumentaciji. Minimalni radni napon takvog stabilizatora struje ovisi o tranzistoru i doseže 3 volta. Neki proizvođači elektronske komponente Proizvode posebne uređaje - gotove stabilizatore sa fiksnom strujom, sastavljeni prema sljedećoj shemi - CRD (uređaji za regulaciju struje) ili CCR (regulator konstantne struje). Neki ljudi to zovu diodni stabilizator jer djeluje kao dioda kada se prebaci unatrag.
Kompanija On Semiconductor proizvodi, na primjer, linearni stabilizator serije NSIxxx, koji ima dva terminala i, radi povećanja pouzdanosti, ima negativan temperaturni koeficijent- kako temperatura raste, struja kroz LED diode se smanjuje.
Strujni stabilizator baziran na impulsnom pretvaraču je po dizajnu vrlo sličan stabilizatoru napona zasnovanom na impulsnom pretvaraču, ali ne kontrolira napon na opterećenju, već struju kroz opterećenje. Kada se struja u opterećenju smanji, ona pumpa snagu, a kada se poveća, smanjuje je. Najčešći krugovi impulsnih pretvarača uključuju reaktivni element - prigušnicu, koja se pomoću prekidača (prekidača) pumpa dijelovima energije iz ulaznog kruga (iz ulaznog kapaciteta) i zauzvrat je prenosi na opterećenje . Pored očigledne prednosti uštede energije, impulsni pretvarači imaju niz nedostataka koje je potrebno prevazići različitim sklopovima i dizajnerskim rješenjima:
- Preklopni pretvarač proizvodi električne i elektromagnetne smetnje
- Obično ima složenu strukturu
- Nema apsolutnu efikasnost, odnosno troši energiju za sopstveni rad i zagrijava se
- Najčešće ima veću cijenu u odnosu na, na primjer, transformator plus linearne uređaje
Budući da je ušteda energije kritična u mnogim aplikacijama, dizajneri komponenti i dizajneri kola nastoje smanjiti utjecaj ovih nedostataka i često uspijevaju u tome.
Kola impulsnog pretvarača
Budući da je strujni stabilizator baziran na impulsnom pretvaraču, razmotrimo osnovne sklopove impulsnih pretvarača. Svaki impulsni pretvarač ima ključ, element koji može biti samo u dva stanja - uključen i isključen. Kada je isključen, ključ ne provodi struju i, shodno tome, na njemu se ne oslobađa struja. Kada je uključen, prekidač provodi struju, ali ima vrlo mali otpor (idealno - jednaka nuli), shodno tome, na njemu se oslobađa snaga, blizu nule. Dakle, prekidač može prenijeti dijelove energije iz ulaznog kola u izlazno kolo gotovo bez gubitka snage. Međutim, umjesto stabilne struje, koja se može dobiti iz linearnog napajanja, izlaz takvog prekidača bit će impulsni napon i struja. Da biste ponovo dobili stabilan napon i struju, možete ugraditi filter.
Koristeći konvencionalni RC filter, možete dobiti rezultat, međutim, učinkovitost takvog pretvarača neće biti bolja od linearnog, jer će se sav višak snage osloboditi na aktivnom otporu otpornika. Ali ako koristite filter umjesto RC - LC (krug "b"), tada se, zahvaljujući "specifičnim" svojstvima induktivnosti, mogu izbjeći gubici snage. Induktivnost ima korisno reaktivno svojstvo - struja kroz nju se postepeno povećava, električna energija koja joj se dovodi pretvara se u magnetsku energiju i akumulira u jezgri. Nakon što se prekidač isključi, struja u induktivitetu ne nestaje, napon na induktivitetu mijenja polaritet i nastavlja puniti izlazni kondenzator, induktivnost postaje izvor struje kroz bypass diodu D. Ova induktivnost, dizajnirana za prijenos snage, naziva se prigušnica. Struja u induktoru ispravnog uređaja je stalno prisutna - takozvani kontinuirani mod ili mod kontinuirane struje (u zapadnoj literaturi ovaj način se naziva Constant Current Mode - CCM). Kada se struja opterećenja smanji, napon na takvom pretvaraču se povećava, energija akumulirana u induktoru se smanjuje i uređaj može preći u diskontinuirani način rada kada struja u induktoru postane isprekidana. Ovaj način rada naglo povećava nivo smetnji koje proizvodi uređaj. Neki pretvarači rade u graničnom režimu, kada se struja kroz induktor približi nuli (u zapadnoj literaturi ovaj način se naziva Border Current Mode - BCM). U svakom slučaju, kroz induktor teče značajna istosmjerna struja, što dovodi do magnetizacije jezgre, pa je induktor izrađen posebnog dizajna - s prekidom ili korištenjem posebnih magnetskih materijala.
Stabilizator na bazi impulsnog pretvarača ima uređaj koji regulira rad ključa ovisno o opterećenju. Stabilizator napona registruje napon na opterećenju i menja rad prekidača (krug "a"). Strujni stabilizator mjeri struju kroz opterećenje, na primjer, koristeći mali mjerni otpor Ri (šema "b") povezan serijski s opterećenjem.
Prekidač pretvarača, ovisno o signalu regulatora, uključuje se s različitim ciklusom rada. Postoje dva uobičajena načina za kontrolu ključa - modulacija širine impulsa (PWM) i trenutni način rada. U PWM modu, signal greške kontrolira trajanje impulsa uz održavanje stope ponavljanja. U strujnom režimu, vršna struja u induktoru se meri i interval između impulsa se menja.
Moderni prekidački pretvarači obično koriste MOSFET tranzistor kao prekidač.
Buck converter
Verzija pretvarača o kojoj smo gore govorili naziva se step-down pretvarač, budući da je napon na opterećenju uvijek niži od napona izvora napajanja.
Budući da induktor stalno teče jednosmjernom strujom, zahtjevi za izlaznim kondenzatorom se mogu smanjiti, induktor sa izlaznim kondenzatorom djeluje kao efikasan LC filter. U nekim strujnim stabilizatorskim krugovima, na primjer za LED diode, možda uopće nema izlaznog kondenzatora. U zapadnoj literaturi, buck pretvarač se naziva Buck konvertor.
Boost converter
Krug prekidača regulatora ispod također radi na bazi prigušnice, ali je prigušnica uvijek povezana na izlaz napajanja. Kada je prekidač otvoren, struja teče kroz induktor i diodu do opterećenja. Kada se prekidač zatvori, induktor akumulira energiju; kada se ključ otvori, EMF koji nastaje na njegovim terminalima dodaje se EMF-u izvora napajanja i napon na opterećenju raste.
Za razliku od prethodnog kola, izlazni kondenzator se puni povremenom strujom, stoga izlazni kondenzator mora biti velik i može biti potreban dodatni filter. U zapadnoj literaturi, buck-boost pretvarač se naziva Boost konvertor.
Invertirajući pretvarač
Drugi sklop impulsnog pretvarača radi slično - kada je prekidač zatvoren, induktor akumulira energiju; kada se prekidač otvori, EMF koji nastaje na njegovim terminalima imat će suprotan predznak i negativan napon će se pojaviti na opterećenju.
Kao iu prethodnom krugu, izlazni kondenzator se puni povremenom strujom, stoga izlazni kondenzator mora biti velik i može biti potreban dodatni filter. U zapadnoj literaturi, invertirajući pretvarač se naziva Buck-Boost konvertor.
Prednji i povratni pretvarači
Najčešće se izvori napajanja proizvode prema shemi koja koristi transformator. Transformator osigurava galvansku izolaciju sekundarnog kruga od izvora napajanja; osim toga, efikasnost napajanja zasnovanog na takvim krugovima može doseći 98% ili više. Prednji pretvarač (krug "a") prenosi energiju od izvora do opterećenja u trenutku kada je prekidač uključen. U stvari, to je modificirani step-down pretvarač. Flyback pretvarač (kolo "b") prenosi energiju od izvora do opterećenja tokom isključenog stanja.
U naprednom pretvaraču, transformator radi normalno i energija se pohranjuje u induktoru. U stvari, to je generator impulsa sa LC filterom na izlazu. Flyback pretvarač skladišti energiju u transformatoru. To jest, transformator kombinira svojstva transformatora i prigušnice, što stvara određene poteškoće pri odabiru njegovog dizajna.
U zapadnoj literaturi, konverter unapred se naziva unapred konvertor. Flyback pretvarač.
Upotreba impulsnog pretvarača kao stabilizatora struje
Većina prekidačkih izvora napajanja proizvodi se sa stabilizacijom izlaznog napona. Tipični krugovi takvih izvora napajanja, posebno moćni, osim povratne sprege izlaznog napona, imaju strujni kontrolni krug za ključni element, na primjer otpornik niskog otpora. Ova kontrola vam omogućava da osigurate način rada gasa. Najjednostavniji stabilizatori struje koriste ovaj kontrolni element za stabilizaciju izlazne struje. Dakle, trenutni stabilizator ispada čak i jednostavniji od stabilizatora napona.
Razmotrimo krug stabilizatora impulsne struje za LED zasnovan na mikrokrugu poznatog proizvođača elektronskih komponenti On Semiconductor:
Strujni krug radi u kontinuiranom strujnom režimu sa eksternim prekidačem. Krug je odabran među mnogim drugim jer pokazuje koliko jednostavan i efikasan može biti sklop regulatora struje prekidača sa stranim prekidačem. U gornjem krugu, upravljački čip IC1 kontrolira rad MOSFET prekidača Q1. Budući da pretvarač radi u režimu kontinuirane struje, nije potrebno instalirati izlazni kondenzator. U mnogim krugovima, strujni senzor je instaliran u krugu izvora prekidača, međutim, to smanjuje brzinu uključivanja tranzistora. U gornjem krugu, strujni senzor R4 je instaliran u primarnom strujnom kolu, što rezultira jednostavnim i efikasnim krugom. Ključ radi na frekvenciji od 700 kHz, što vam omogućava da instalirate kompaktnu prigušnicu. Sa izlaznom snagom od 7 W, ulaznim naponom od 12 Volti pri radu na 700 mA (3 LED diode), efikasnost uređaja je više od 95%. Kolo radi stabilno do 15 W izlazne snage bez upotrebe dodatne mjere za odvođenje toplote.
Još jednostavnije kolo dobiva se korištenjem čipova stabilizatora ključeva s ugrađenim ključem. Na primjer, krug ključnog LED stabilizatora struje baziran na mikrokrugu /CAT4201:
Za rad uređaja snage do 7 W potrebno je samo 8 komponenti, uključujući i sam čip. Preklopni regulator radi u režimu granične struje i za rad je potreban mali izlazni keramički kondenzator. Otpornik R3 je neophodan kada se napaja na 24 volta ili više kako bi se smanjila brzina porasta ulaznog napona, iako to donekle smanjuje efikasnost uređaja. Radna frekvencija prelazi 200 kHz i varira ovisno o opterećenju i ulaznom naponu. To je zbog metode regulacije - praćenja vršne struje induktora. Kada struja dostigne svoju maksimalnu vrijednost, prekidač se otvara; kada struja padne na nulu, uključuje se. Efikasnost uređaja dostiže 94%.
Uprkos velikom izboru u prodavnicama LED lampi razni dizajni, radio amateri razvijaju vlastite verzije kola za napajanje bijelih super svijetlih LED dioda. U osnovi, zadatak se svodi na to kako napajati LED iz samo jedne baterije ili akumulatora i provesti praktična istraživanja.
Jednom primljeno pozitivan rezultat, dijagram se rastavlja, dijelovi se stavljaju u kutiju, iskustvo je završeno, dolazi moralna satisfakcija. Često se istraživanja tu zaustavljaju, ali ponekad se iskustvo sklapanja određene jedinice na matičnoj ploči pretvori u pravi dizajn, napravljen po svim pravilima umjetnosti. U nastavku razmatramo nekoliko jednostavnih krugova koje su razvili radio amateri.
U nekim slučajevima je vrlo teško odrediti ko je autor sheme, jer se ista shema pojavljuje na različitim stranicama iu različitim člancima. Često autori članaka iskreno pišu da je ovaj članak pronađen na internetu, ali nije poznato ko je prvi put objavio ovaj dijagram. Mnoga kola su jednostavno kopirana sa ploča istih kineskih baterijskih lampi.
Zašto su potrebni pretvarači?
Stvar je u tome što direktni pad napona u pravilu nije manji od 2,4...3,4V, tako da je jednostavno nemoguće upaliti LED iz jedne baterije napona od 1,5V, a još više iz baterije sa naponom od 1,2V. Postoje dva izlaza. Ili koristite bateriju od tri ili više galvanskih ćelija, ili napravite barem najjednostavniju.
To je pretvarač koji će vam omogućiti da napajate baterijsku lampu sa samo jednom baterijom. Ovo rješenje smanjuje troškove napajanja, a osim toga omogućava potpuniju upotrebu: mnogi pretvarači rade s dubokim pražnjenjem baterije do 0,7V! Korištenje pretvarača također vam omogućava da smanjite veličinu svjetiljke.
Kolo je blokirajući oscilator. Ovo je jedan od klasične šeme elektronika, dakle, uz pravilnu montažu i servisne dijelove, odmah počinje s radom. Glavna stvar u ovom krugu je pravilno namotati transformator Tr1 i ne zbuniti faziranje namotaja.
Kao jezgro za transformator možete koristiti feritni prsten sa neupotrebljive ploče. Dovoljno je namotati nekoliko zavoja izolirane žice i spojiti namote, kao što je prikazano na donjoj slici.
Transformator se može namotati žicom za namotavanje poput PEV ili PEL promjera ne više od 0,3 mm, što će vam omogućiti da ga lagano položite na prsten velika količina okretaja, najmanje 10...15, što će donekle poboljšati rad kruga.
Namotaje treba namotati u dvije žice, a zatim spojiti krajeve namotaja kao što je prikazano na slici. Početak namotaja na dijagramu prikazan je tačkom. Možete koristiti bilo koji uređaj male snage npn tranzistor provodljivost: KT315, KT503 i sl. Danas je lakše pronaći uvezeni tranzistor kao što je BC547.
Ako nemate tranzistor pri ruci n-p-n strukture, tada možete koristiti, na primjer, KT361 ili KT502. Međutim, u ovom slučaju morat ćete promijeniti polaritet baterije.
Otpornik R1 je odabran na osnovu najboljeg LED sjaja, iako krug radi čak i ako se jednostavno zamijeni kratkospojnikom. Gornji dijagram je namijenjen jednostavno "za zabavu", za provođenje eksperimenata. Dakle, nakon osam sati neprekidnog rada na jednoj LED diodi, napon baterije pada sa 1,5V na 1,42V. Možemo reći da se skoro nikad ne ispušta.
Da biste proučili kapacitet opterećenja kruga, možete pokušati paralelno povezati još nekoliko LED dioda. Na primjer, sa četiri LED diode kolo nastavlja da radi prilično stabilno, sa šest LED dioda tranzistor počinje da se zagrijava, sa osam LED dioda osvjetljenje osjetno opada i tranzistor se jako zagrijava. Ali shema i dalje funkcionira. Ali ovo je samo za naučna istraživanja, jer tranzistor neće dugo raditi u ovom načinu rada.
Ako planirate da napravite jednostavnu baterijsku lampu zasnovanu na ovom krugu, moraćete da dodate još par delova, koji će obezbediti svetliji sjaj LED-a.
Lako je vidjeti da se u ovom krugu LED napaja ne pulsirajućom, već jednosmjernom strujom. Naravno, u ovom slučaju će svjetlina sjaja biti nešto veća, a nivo pulsiranja emitirane svjetlosti će biti mnogo manji. Bilo koja visokofrekventna dioda, na primjer, KD521 (), bit će prikladna kao dioda.
Pretvarači sa prigušivačem
Drugi najjednostavnija šema prikazano na donjoj slici. Nešto je složeniji od kola na slici 1, sadrži 2 tranzistora, ali umjesto transformatora sa dva namota ima samo induktor L1. Takva prigušnica se može namotati na prsten iz iste štedljive lampe, za koju ćete morati namotati samo 15 zavoja žice za namotaje promjera 0,3...0,5 mm.
Sa navedenom postavkom induktora na LED diodi, možete dobiti napon do 3,8 V (prednji pad napona na 5730 LED je 3,4 V), što je dovoljno za napajanje LED od 1 W. Postavljanje kola uključuje odabir kapacitivnosti kondenzatora C1 u rasponu od ±50% maksimalne svjetline LED diode. Kolo radi kada se napon napajanja smanji na 0,7V, što osigurava maksimalno korištenje kapaciteta baterije.
Ako se razmatrani krug dopuni ispravljačem na diodi D1, filterom na kondenzatoru C1 i zener diodom D2, dobit ćete napajanje male snage koje se može koristiti za napajanje krugova op-amp ili drugih elektroničkih komponenti. U ovom slučaju, induktivnost induktora se bira u rasponu od 200...350 μH, dioda D1 sa Schottky barijerom, zener dioda D2 se odabire prema naponu napajanog kruga.
Uz uspješnu kombinaciju okolnosti, pomoću takvog pretvarača možete dobiti izlazni napon od 7...12V. Ako namjeravate koristiti pretvarač za napajanje samo LED dioda, zener dioda D2 može se isključiti iz kruga.
Svi razmatrani krugovi su najjednostavniji izvori napona: ograničavanje struje kroz LED provodi se na isti način kao što se radi u raznim privjescima za ključeve ili u upaljačima sa LED diodama.
LED, preko dugmeta za napajanje, bez ikakvog ograničavajućeg otpornika, napaja se od 3...4 male disk baterije, čiji unutrašnji otpor ograničava struju kroz LED na siguran nivo.
Current Feedback Circuits
Ali LED je, na kraju krajeva, trenutni uređaj. Nije uzalud da dokumentacija za LED diode ukazuje na jednosmjernu struju. Stoga, pravi krugovi za napajanje LED dioda sadrže strujnu povratnu informaciju: čim struja kroz LED dostigne određenu vrijednost, izlazni stepen je isključen iz napajanja.
Stabilizatori napona rade potpuno na isti način, samo postoji povratna sprega napona. Ispod je sklop za napajanje LED dioda sa strujnom povratnom spregom.
Nakon detaljnijeg pregleda, možete vidjeti da je osnova kruga isti blokirajući oscilator sastavljen na tranzistoru VT2. Tranzistor VT1 je upravljački u krugu povratne sprege. Povratne informacije u ovoj shemi rade na sljedeći način.
LED diode se napajaju naponom koji se akumulira na elektrolitičkom kondenzatoru. Kondenzator se puni preko diode sa impulsnim naponom sa kolektora tranzistora VT2. Ispravljeni napon se koristi za napajanje LED dioda.
Struja kroz LED diode prolazi sljedećim putem: pozitivna ploča kondenzatora, LED diode sa ograničavajućim otpornicima, strujni povratni otpornik (senzor) Roc, negativna ploča elektrolitskog kondenzatora.
U ovom slučaju se stvara pad napona Uoc=I*Roc preko povratnog otpornika, gdje je I struja kroz LED diode. Kako se napon povećava (generator, ipak, radi i puni kondenzator), struja kroz LED diode raste i, posljedično, raste napon na povratnom otporniku Roc.
Kada Uoc dostigne 0,6V, tranzistor VT1 se otvara, zatvarajući spoj baza-emiter tranzistora VT2. Tranzistor VT2 se zatvara, generator za blokiranje zaustavlja i prestaje puniti elektrolitski kondenzator. Pod uticajem opterećenja, kondenzator se prazni, a napon na kondenzatoru opada.
Smanjenje napona na kondenzatoru dovodi do smanjenja struje kroz LED diode i, kao rezultat, smanjenja povratnog napona Uoc. Stoga se tranzistor VT1 zatvara i ne ometa rad generatora za blokiranje. Generator se pokreće i cijeli ciklus se ponavlja iznova i iznova.
Promjenom otpora povratnog otpornika, možete mijenjati struju kroz LED diode u širokom rasponu. Takvi sklopovi se nazivaju stabilizatori impulsne struje.
Integralni stabilizatori struje
Trenutno se strujni stabilizatori za LED diode proizvode u integriranoj verziji. Primjeri uključuju specijalizovana mikro kola ZXLD381, ZXSC300. Kola prikazana ispod su preuzeta iz DataSheeta ovih čipova.
Na slici je prikazan dizajn ZXLD381 čipa. Sadrži PWM generator (Pulse Control), strujni senzor (Rsense) i izlazni tranzistor. Postoje samo dva viseća dijela. To su LED i induktor L1. Tipičan dijagram povezivanja prikazan je na sljedećoj slici. Mikrokolo se proizvodi u SOT23 paketu. Frekvenciju proizvodnje od 350KHz postavljaju interni kondenzatori i ne može se mijenjati. Efikasnost uređaja je 85%, pokretanje pod opterećenjem je moguće čak i sa naponom napajanja od 0,8V.
Prednji napon LED-a ne bi trebao biti veći od 3,5V, kao što je prikazano u donjem redu ispod slike. Struja kroz LED se kontrolira promjenom induktivnosti induktora, kao što je prikazano u tabeli na desnoj strani slike. Srednja kolona prikazuje vršnu struju, zadnja kolona prikazuje prosječnu struju kroz LED. Da biste smanjili nivo mreškanja i povećali svjetlinu sjaja, moguće je koristiti ispravljač sa filterom.
Ovdje koristimo LED sa prednjim naponom od 3,5 V, visokofrekventnu diodu D1 sa Schottky barijerom i kondenzator C1 po mogućnosti sa niskim ekvivalentnim serijskim otporom (nizak ESR). Ovi zahtjevi su neophodni kako bi se povećala ukupna efikasnost uređaja, zagrijavajući diodu i kondenzator što je manje moguće. Izlazna struja se bira odabirom induktivnosti induktora ovisno o snazi LED diode.
Razlikuje se od ZXLD381 po tome što nema interni izlazni tranzistor i otpornik strujnog senzora. Ovo rješenje vam omogućava da značajno povećate izlaznu struju uređaja, te stoga koristite LED diode veće snage.
Kao strujni senzor koristi se eksterni otpornik R1, promjenom vrijednosti kojeg možete podesiti potrebnu struju ovisno o vrsti LED diode. Ovaj otpornik se izračunava pomoću formula datih u tablici za ZXSC300 čip. Ovdje nećemo predstavljati ove formule; ako je potrebno, lako je pronaći tablicu sa podacima i odatle potražiti formule. Izlazna struja je ograničena samo parametrima izlaznog tranzistora.
Kada prvi put uključite sve opisane krugove, preporučljivo je spojiti bateriju preko otpornika od 10 Ohma. To će pomoći da se izbjegne smrt tranzistora ako su, na primjer, namotaji transformatora pogrešno spojeni. Ako LED zasvijetli s ovim otpornikom, onda se otpornik može ukloniti i izvršiti daljnja podešavanja.
Boris Aladyshkin
Širok izbor elektronike moderno tržište doprinosi formiranju visokih zahtjeva za snagom. Postoji velika količina gotovi moduli i elektronske komponente. Za LED diode često se koriste posebni stabilizatori. Ova tehnologija koristi se u skoro svakom modernom LED reflektoru, lampi ili lampi.
Među korisnicima koji žele vlastitim rukama napraviti trenutni stabilizator za LED diode, najpopularniji je mikro krug LM317 (uključujući njegove analoge), koji pripada podklasi linearnih stabilizatora.
Takvi uređaji su podijeljeni u nekoliko tipova:
- Linearni stabilizator struje za LED diode, čiji ulazni napon ne prelazi 40 V pri struji od 10 A.
- Impulsni uređaji koji imaju nizak ulazni napon (na primjer, impulsni PWM kontroler);
- Preklopni stabilizator struje, koji se odlikuje visokim ulaznim naponom.
Izbor najpogodnijeg stabilizatora zavisi od efikasnosti i sistema hlađenja uređaja.
Step-up i step-down stabilizatori
Boost regulator pretvara niski ulazni napon u viši izlazni napon. Ova opcija se koristi za LED diode s niskonaponskim napajanjem (na primjer, u automobilu, možda ćete morati povećati 12 volti za LED diode na 19 V ili 45 V). Buck stabilizatori, naprotiv, smanjuju visoki napon na željeni nivo. Svi moduli su podijeljeni na univerzalne i specijalizirane. Univerzalni su obično opremljeni sa dva varijabilna otpora - za dobijanje potrebnih parametara struje i napona na izlazu. Za specijalizirane uređaje izlazne vrijednosti su najčešće fiksne.
Kao stabilizator za LED diode koristi se poseban stabilizator struje, čiji krugovi mogu biti velike količine pronađite na internetu. Popularan model ovdje je Lm2596. LED diode se često povezuju na napajanje automobila ili akumulator preko otpornika. U tom slučaju napon može fluktuirati u impulsima do 30 volti, zbog čega LED diode lošeg kvaliteta mogu otkazati (treptajuća svjetla s djelomično neispravnim LED diodama). Stabilizacija struje u ovom slučaju može se izvesti pomoću minijaturnog pretvarača.
Jednostavan strujni pretvarač
Sastavljanje minijaturnog pretvarača struje vlastitim rukama smatra se prilično jednostavnim. Takvi stabilizatori napona se obično proizvode u režimu stabilizacije struje. Međutim, nemojte brkati maksimalni napon za cijeli blok i maksimalno opterećenje na PWM kontroleru. Na blok se može ugraditi sistem niskonaponskih kondenzatora od 20 V, a impulsno mikrokolo može imati ulaz do 35 V. Najjednostavniji DIY LED stabilizator struje je verzija LM317. Potrebno je samo izračunati otpornik za LED pomoću online kalkulatora.
Za LM317 se može koristiti ručna hrana(na primjer, napajanje od 19 V sa laptopa, napajanje od 24 V ili 32 V iz štampača, ili napajanje od 9 ili 12 V iz potrošačke elektronike). Prednosti takvog pretvarača uključuju nisku cijenu, minimalni iznos dijelovi, visoka pouzdanost i dostupnost u trgovinama. Više složeno kolo Nije racionalno sastavljati strujni stabilizator vlastitim rukama. Stoga, ako niste iskusni radio-amater, tada će stabilizator pulsne struje biti mnogo lakše i brže kupiti gotov. Ako je potrebno, može se modificirati na tražene parametre.
Bilješka! Moduli nemaju zaštitu od visokog napona, koji može oštetiti uređaj. Stoga se modifikacija modula mora obaviti što je moguće pažljivije.
Za sastavljanje LM317 nisu potrebna posebna znanja ili vještine u elektronici (broj vanjskih elemenata u krugovima je minimalan). Takav jednostavan stabilizator struje je vrlo jeftin, a njegove mogućnosti su više puta testirane u praksi.
Jedina mana je što će LM317 možda zahtijevati dodatno hlađenje. Također biste trebali biti oprezni s kineskim LM317 mikro krugovima s nižim parametrima. U svakom slučaju cijena je više nego pristupačna, a dostava je uključena u cijenu. Kineski proizvođači obavljaju prilično radno intenzivan posao po cijeni proizvoda od 30-50 rubalja po komadu. Nepotrebni rezervni dijelovi se mogu prodati na Avitu ili forumima na Internetu.
Sastavljanje jednostavnog stabilizatora vlastitim rukama
LED je poluvodički uređaj koji zahtijeva struju za rad. Uključivanje LED dioda kroz stabilizator smatra se najispravnijim. Trajanje bez gubitka svjetline ovisi o načinu rada. Glavna prednost najjednostavnijih stabilizatora (drajvera), kao što je LM317 stabilizator čip, je da ih je prilično teško spaliti. Dijagram povezivanja LM317 zahtijeva samo dva dijela: sam mikro krug, koji je uključen u režim stabilizacije, i otpornik.
- Morat ćete kupiti varijabilni otpornik s otporom od 0,5 kOhm (ima tri terminala i dugme za podešavanje). Možete ga naručiti online ili kupiti na Radio amaterima.
- Žice su zalemljene na srednji terminal, kao i na jedan od krajnjih.
- Pomoću multimetra uključenog u načinu mjerenja otpora, mjeri se otpor otpornika. Potrebno je postići maksimalno očitavanje od 500 Ohma (tako da LED ne pregori kada je otpor otpornika nizak). Napisano je o tome kako provjeriti samu LED pomoću multimetra.
- Nakon pažljivog provjeravanja ispravnih priključaka prije povezivanja, sklop se sklapa.
Maksimalna snaga LM317 je 1,5 Ampera. Ako želite povećati struju, možete dodati poljski ili obični tranzistor u kolo. Kao rezultat toga, za uređaj zasnovan na tranzistoru, napajanje od 10 A može se postići na izlazu (podešeno otporom niskog otpora). U ove svrhe možete koristiti tranzistor KT825 ili instalirati analogni s najboljim tehničke karakteristike i sistem hlađenja.
U svakom slučaju, asortiman modula i blokova koji se prodaje je prilično širok, tako da se uređaj sa potrebnim parametrima može sastaviti u minimalnom vremenu. Efikasnost zavisi od razlike između ulaznog i izlaznog napona, kao i od načina rada.
Uređaji srednje složenosti
Drajveri za 220V LED diode su prosječne složenosti za proizvodnju. Njihovo postavljanje može potrajati dosta vremena i zahtijeva iskustvo postavljanja. Takav drajver se može izvući iz LED lampe, reflektori i lampe sa neispravnim LED kolom. Većina drajvera se također može modificirati prepoznavanjem modela PWM kontrolera pretvarača. Izlazne parametre obično postavlja jedan ili više otpornika. Tehnički list pokazuje nivo otpora koji je potreban za postizanje željene struje. Ako instalirate podesivi otpornik, tada će se broj ampera na izlazu podesiti (ali bez prekoračenja navedene nazivne snage).
Univerzalni modul XL4015 bio je vrlo popularan na kineskim web stranicama 2016. godine. Prema svojim karakteristikama, pogodan je za povezivanje LED dioda velike snage (do 100 W). Standardna verzija kućišta ovog modula je zalemljena na ploču koja služi kao radijator. Da bi se poboljšalo hlađenje XL4015, strujni stabilizatorski krug se mora modificirati kako bi se ugradio hladnjak na tijelo uređaja.
Mnogi korisnici jednostavno postavljaju radijator na vrh, ali efikasnost ove instalacije je prilično niska. Sistem za hlađenje je najbolje smješten na dnu ploče, nasuprot lemljenja čipa. Za optimalnu kvalitetu, može se odlemiti i ugraditi na punopravni radijator pomoću termalne paste. Žice će se morati produžiti. Za diode se može ugraditi i dodatno hlađenje, što će značajno povećati efikasnost cijelog kola.
Među vozačima, podesivi vozač se smatra najsvestranijim. U ovom slučaju u krug je ugrađen promjenjivi otpornik koji postavlja broj ampera na izlazu. Ove karakteristike su obično navedene u sljedećim dokumentima:
- u specifikaciji za mikrokolo;
- in datasheet;
- u tipičnom dijagramu povezivanja.
Bez dodatnog hlađenja mikrokola, takvi uređaji mogu izdržati 1-3 A (u skladu s modelom PWM kontrolera). Slaba točka takvih drajvera je zagrijavanje diode i induktora. Iznad 3 A, bit će potrebno hlađenje moćne diode i PWM kontrolera. U tom slučaju, prigušnica se zamjenjuje prikladnijom ili premotava debelom žicom.
Gdje mogu naručiti dijelove?
Za traženje visokokvalitetnih i istovremeno pristupačnih modula, možete koristiti Aliexpress web stranicu. Trošak će biti 2-3 puta jeftiniji u odnosu na druge trgovine. Stoga je za testiranje bolje naručiti 2-3 komada odjednom (na primjer, 12 volti) po najnižoj cijeni. Na web stranici možete pronaći bilo koji trenutni stabilizator za slobodnu prodaju, uključujući visoko specijalizirane. Ako imate odgovarajuće iskustvo, možete napraviti spektrometar vrijedan 100.000 rubalja za samo 10.000 rubalja. Razlika od 90% je po pravilu marža za brend (plus malo redizajniran kineski softver).
Kineske online trgovine zauzele su vodeće pozicije u asortimanu strujnih pretvarača, napajanja i drajvera. Narudžbe stižu u 98% slučajeva. Cijene za DC-DC pretvarač počevši od 35 rubalja. Skuplje verzije mogu se razlikovati po prisutnosti dva ili tri rezistora, umjesto jednog. Bolje je naručiti unaprijed.