Прості лінійні стабілізатори струму для світлодіодів своїми руками. Стабілізатор напруги або стабілізатор струму

29.07.2023

Стабілізатори струму, на відміну від стабілізаторів напруги, стабілізують струм. При цьому напруга на навантаженні залежатиме від її опору. Стабілізатори струму потрібні для живлення електронних приладів, таких як світлодіоди або газорозрядні лампи, можуть застосовуватися в паяльних станціях або термостабілізаторах для завдання робочої температури. Крім того, стабілізатори струму потрібні для заряджання акумуляторів різного типу. Стабілізатори струму широко застосовуються у складі інтегральних мікросхем для завдання струму підсилювальних та перетворювальних каскадів. Там зазвичай називаються генераторами струму.

Особливістю стабілізаторів струму є їхній великий вихідний опір. Це дозволяє виключити вплив вхідної напруги та опору навантаження на величину вихідного струму. Звичайно в найпростішому випадку як генератор струму може служити джерело напруги та резистор. Така схема часто використовується для живлення індикаторного світлодіода. Подібна схема наведена малюнку 1.

Малюнок 1. Схема стабілізатора струму на резисторі

Як недолік цієї схеми можна назвати необхідність застосування високої напруги джерела живлення. Тільки в цьому випадку вдається застосувати досить високоомний резистор і досягти прийнятної стабільності струму. При цьому на резистори виділяється потужність P = I 2 × R, що за великих струмах може бути неприйнятним.

Набагато краще зарекомендували себе стабілізатори струму на транзисторах. Тут ми користуємося тим, що вихідний опір транзистора дуже великий. Це чудово видно за вихідними характеристиками транзистора. Для ілюстрації малюнку 2 показано як визначити вихідний опір транзистора з його вихідним характеристикам.

Рисунок 2. Визначення вихідного опору транзистора за його вихідними характеристиками

При цьому падіння напруги можна задати невеликим, що дозволяє отримати невеликі втрати за високої стабільності вихідного струму. Це дозволяє використовувати дану схему для живлення світлодіодів підсвічування або заряду малопотужних акумуляторів. Схема стабілізатора струму на біполярному транзисторі наведено малюнку 3.

Рисунок 3. Схема стабілізатора струму на транзисторі

У цій схемі напруга на базі транзистора визначається стабілітроном VD1, резистор R2 служить датчиком струму. Саме його опір визначає вихідний струм стабілізатора. У разі зростання струму падіння напруги у ньому зростає. Воно прикладається до емітера транзистора. В результаті напруга база-емітер, що визначається як різниця постійної напруги на базі і напруги на емітері зменшується і струм повертається до заданого значення.

Подібним чином працюють генератори струму, найбільш відомим з яких є схема струмового дзеркала. У ній замість стабілітрона використовується емітерний перехід біполярного транзистора, а як резистора R2 використовується внутрішній опір емітера транзистора. Схема струмового дзеркала наведено малюнку 4.

Малюнок 4. Схема "струмового дзеркала"

Стабілізатори струму, працюючі за принципом роботи схеми, показаної малюнку 3, зібрані на польових транзисторах ще простіше. Вони замість стабілізатора напруги можна використовувати потенціал землі. Схема стабілізатора струму, виконана на польовому транзисторі наведено малюнку 5.

Рисунок 5. Схема стабілізатора струму на польовому транзисторі

Усі розглянуті схеми поєднують елемент регулювання та схему порівняння. Така ситуація спостерігалася розробки компенсаційних стабілізаторів напруги. Стабілізатори струму відрізняються від стабілізаторів напруги тим, що сигнал ланцюг зворотного зв'язку надходить від датчика струму, включеного в ланцюг струму навантаження. Тому для реалізації стабілізаторів струму застосовують такі поширені мікросхеми як 142ЕН5 (LM7805) або LM317. На малюнку 6 наведено схему стабілізатора струму на мікросхемі LM317.

Рисунок 6. Схема стабілізатора струму на мікросхемі LM317

Датчиком струму є резистор R1 і на ньому стабілізатор підтримує незмінною напругу, а отже, струм у навантаженні. Опір датчика струму набагато менше опору навантаження. Падіння напруги на датчику відповідає вихідному напрузі компенсаційного стабілізатора. Схема, наведена малюнку 6 чудово підходить як живлення освітлювальних світлодіодів, так зарядних пристроїв акумуляторів.

Як стабілізатори струму відмінно підійдуть і . Вони забезпечують більший к.п.д. порівняно із компенсаційними стабілізаторами. Саме ці схеми зазвичай застосовуються як драйвери всередині світлодіодних ламп.

Література:

Сажнів А.М., Рогуліна Л.Г., Абрамов С.С. "Електроживлення пристроїв та систем зв'язку": Навчальний посібник / ГОУ ВПО СібГУТІ. Новосибірськ, 2008р. - 112 с.
Алієв І.І. Електротехнічний довідник - 4-те вид. випр. - М.: ІП Радіо Софт, 2006. - 384с.
Гейтенко О.М. Джерела вторинного електроживлення. Схемотехніка та розрахунок. Навчальний посібник. - М., 2008. - 448 с.
Електроживлення пристроїв та систем телекомунікацій: Навчальний посібник для вузів/В.М.Бушуєв, В.А. Демінський, Л.Ф. Захаров та ін. – М.,2009. - 384 с.

Найважливішим параметром живлення будь-якого світлодіода є струм. При підключенні світлодіода в авто, необхідний струм можна встановити за допомогою резистора. У цьому випадку резистор розраховується, виходячи з максимальної напруги бортової мережі (14,5В). Негативною стороною цього підключення є свічення світлодіода не на повну яскравість при напрузі в бортовій мережі автомобіля нижче максимального значення.

Більш правильним способом є підключення світлодіода через стабілізатор струму (драйвер). У порівнянні з струмообмежуючим резистором, стабілізатор струму володіє вищим ККД і здатний забезпечити світлодіод необхідним струмом як при максимальній, так і зниженій напрузі в бортовій мережі автомобіля. Найбільш надійними та простими у складанні є стабілізатори на базі спеціалізованих інтегральних мікросхем (ІМ).

Стабілізатор на LM317

Трививідний регульований стабілізатор lm317 ідеально підходить для конструювання нескладних джерел живлення, які застосовуються у найрізноманітніших пристроях. Найпростіша схема включення lm317 як стабілізатор струму має високу надійність і невелику обв'язку. Типова схема струмового драйвера на lm317 для автомобіля представлена на малюнку нижче і містить лише два електронні компоненти: мікросхему та резистор. Крім цієї схеми, існує безліч інших, складніших схемотехнічних рішень для побудови драйверів із застосуванням безлічі електронних компонентів. Детальний опис, принцип дії, розрахунки та вибір елементів двох найпопулярніших схем на lm317 можна знайти.

Головні переваги лінійних стабілізаторів, побудованих на базі lm317, простота складання та дешевизна компонентів, що використовуються в обв'язці. Роздрібна ціна самого ІВ становить не більше 1$, а готова схема драйвера не потребує налагодження. Достатньо заміряти мультиметром вихідний струм, щоб переконатися у його відповідності до розрахункових даних.

До недоліків ІМ lm317 можна віднести сильне нагрівання корпусу при вихідній потужності більше 1 Вт і, як наслідок, необхідність відведення тепла. Для цього в корпусі типу ТО-220 передбачено отвір під з'єднання болта з радіатором. Також недоліком наведеної схеми можна вважати максимальний вихідний струм не більше 1,5 А, що встановлює обмеження на кількість світлодіодів у навантаженні. Однак цього можна уникнути шляхом паралельного включення кількох стабілізаторів струму або використовувати замість lm317 мікросхему lm338 або lm350, які розраховані на вищі струми навантаження.

Стабілізатор на PT4115

PT4115 – уніфікована мікросхема розроблена компанією PowTech спеціально для побудови драйверів для потужних світлодіодів, яку можна використовувати також і в автомобілі. Типова схема включення PT4115 та формула розрахунку вихідного струму наведені на малюнку нижче.

Варто наголосити на важливості наявності конденсатора на вході, без якого ІМ PT4115 при першому ж включенні вийде з ладу.

Зрозуміти, чому так відбувається, а також ознайомитися з більш детальним розрахунком та вибором інших елементів схеми можна. Популярність мікросхема отримала, завдяки своїй багатофункціональності та мінімальному набору деталей в обв'язці. Щоб запалити світлодіод потужністю від 1 до 10 Вт, автолюбителю потрібно лише розрахувати резистор і вибрати індуктивність зі стандартного переліку.

PT4115 має вхід DIM, який значно розширює його можливості. У найпростішому варіанті, коли потрібно просто запалити світлодіод на задану яскравість, він не використовується. Але якщо необхідно регулювати яскравість світлодіода, то на вхід DIM подають сигнал з виходу частотного перетворювача, або напруга з виходу потенціометра. Існують варіанти завдання певного потенціалу виведення DIM за допомогою МОП-транзистора. В цьому випадку в момент подачі живлення світлодіод світиться на повну яскравість, а при запуску транзистора МОП світлодіод зменшує яскравість наполовину.

До недоліків драйвера світлодіодів для авто на базі PT4115 можна віднести складність підбору резистора токозадаючого Rs через його дуже малого опору. Від точності його номіналу залежить термін служби світлодіода.

Обидві розглянуті мікросхеми чудово зарекомендували себе у конструюванні драйверів для світлодіодів в автомобілі своїми руками. LM317 - давно відомий перевірений лінійний стабілізатор, у надійності якого немає сумнівів. Драйвер на його основі підійде для організації підсвічування салону та панелі приладів, поворотів та інших елементів світлодіодного тюнінгу в авто.

PT4115 - новий інтегральний стабілізатор з потужним MOSFET-транзистором на виході, високим ККД і можливістю димування.

Читайте також

Стаття-лікнеп за стабілізаторами струму світлодіодів і не тільки. Розглядаються схеми лінійних та імпульсних стабілізаторів струму.

Стабілізатор струму для світлодіода встановлюється у багато конструкцій світильників. Світлодіоди, як і всі діоди, мають нелінійну вольт-амперну характеристику. Це означає, що при зміні напруги на світлодіоді струм змінюється непропорційно. У міру збільшення напруги спочатку струм росте дуже повільно, світлодіод при цьому не світиться. Потім, досягши порогового напруги, світлодіод починає світитися і струм зростає дуже швидко. При подальшому збільшенні напруги струм зростає катастрофічно і світлодіод згоряє.

Порогова напруга вказується в характеристиках світлодіодів як пряма напруга при номінальному струмі. Номінальний струм для більшості малопотужних світлодіодів – 20 мА. Для потужних світлодіодів освітлення, номінальний струм може бути більшим - 350 мА або більше. До речі, потужні світлодіоди виділяють тепло і мають бути встановлені на тепловідведення.

Для правильної роботи світлодіода його треба живити через стабілізатор струму. Навіщо? Справа в тому, що гранична напруга світлодіода має розкид. Різні типи світлодіодів мають різну пряму напругу, навіть однотипні світлодіоди мають різну пряму напругу - це зазначено в характеристиках світлодіода як мінімальне та максимальне значення. Отже, два світлодіоди, підключені до одного джерела напруги за паралельною схемою, пропускатимуть різний струм. Цей струм може бути настільки різним, що світлодіод може раніше вийти з ладу або згоріти відразу. Крім того, стабілізатор напруги також має дрейф параметрів (від рівня первинного живлення, від навантаження, температури, просто за часом). Отже, включати світлодіоди без пристроїв вирівнювання струму – небажано. Різні способи вирівнювання струму розглянуті. У цій статті розглядаються пристрої, що встановлюють певний, заданий струм - стабілізатори струму.

Типи стабілізаторів струму

Стабілізатор струму встановлює заданий струм через світлодіод незалежно від прикладеної до схеми напруги. При збільшенні напруги на схемі вище за пороговий рівень, струм досягає встановленого значення і далі не змінюється. При подальшому збільшенні загальної напруги напруга на світлодіоді перестає змінюватися, а напруга на стабілізаторі струму зростає.

Оскільки напруга на світлодіоді визначається його параметрами і в загальному випадку незмінна, стабілізатор струму можна назвати також стабілізатором потужності світлодіода. У найпростішому випадку активна потужність (тепло), що виділяється пристроєм, розподіляється між світлодіодом і стабілізатором пропорційно напрузі на них. Такий стабілізатор називається лінійним. Також існують економічні пристрої - стабілізатори струму з урахуванням імпульсного перетворювача (ключового перетворювача чи конвертера). Вони називаються імпульсними, оскільки в собі прокачують потужність порціями - імпульсами в міру необхідності споживача. Правильний імпульсний перетворювач споживає потужність безперервно, у собі передає її імпульсами від вхідного ланцюга до вихідний і видає потужність навантаження вже знову безперервно.

Лінійний стабілізатор струму

Лінійний стабілізатор струму гріється тим більше, чим більше додане до нього напруга. Це його основний недолік. Однак, він має низку переваг, наприклад:

Лінійний стабілізатор не створює електромагнітних перешкод
Простий за конструкцією
Має низьку вартість у більшості застосувань

Оскільки імпульсний перетворювач не буває абсолютно ефективним, існують програми, коли лінійний стабілізатор має порівнянну або навіть більшу ефективність - коли вхідна напруга трохи перевищує напругу на світлодіоді. До речі, при живленні від мережі часто використовується трансформатор, на виході якого встановлюється лінійний стабілізатор струму. Тобто спочатку напруга знижується до рівня, порівнянного з напругою на світлодіоді, а потім, за допомогою лінійного стабілізатора встановлюється необхідний струм.

В іншому випадку можна наблизити напругу світлодіода до напруги живлення - з'єднати світлодіоди в послідовний ланцюжок. Напруга на ланцюжку дорівнюватиме сумі напруг на кожному світлодіоді.

Схеми лінійних стабілізаторів струму

Найпростіша схема стабілізатора струму - одному транзисторі (схема " а " ). Оскільки транзистор - це підсилювач струму, його вихідний струм (струм колектора) більше струму управління (струм бази) в h 21 раз (коефіцієнт посилення). Струм бази можна встановити за допомогою батарейки та резистора, або за допомогою стабілітрону та резистора (схема "б"). Однак таку схему важко налаштовувати, отриманий стабілізатор залежатиме від температури, крім того, транзистори мають великий розкид параметрів і при заміні транзистора струм доведеться підбирати знову. Набагато краще працює схема із зворотним зв'язком "в" і "г". Резистор R у схемі виконує роль зворотний зв'язок - зі збільшенням струму, напруга на резисторі зростає, цим замикає транзистор і струм знижується. Схема "г", при використанні однотипних транзисторів, має більшу температурну стабільність та можливість максимально зменшити номінал резистора, що знижує мінімальну напругу стабілізатора та виділення потужності на резисторі R.

Стабілізатор струму можна виконати з урахуванням польового транзистора з p-n переходом (схема " д " ). Напруга затвор-витік встановлює струм стоку. При нульовому напрузі затвор-витік струм через транзистор дорівнює початковому струму стоку, вказаному в документації. Мінімальна напруга роботи такого стабілізатора струму залежить від транзистора та досягає 3 вольт. Деякі виробники електронних компонентів випускають спеціальні пристрої – готові стабілізатори з фіксованим струмом, зібрані за такою схемою – CRD (Current Regulating Devices) або CCR (Constant Current Regulator). Деякі називають його діодним стабілізатором, оскільки у зворотному включенні працює як діод.

Компанія On Semiconductor випускає лінійний стабілізатор серії NSIxxx, наприклад, який має два висновки і для збільшення надійності, має негативний температурний коефіцієнт - при збільшенні температури струм через світлодіоди знижується.

Стабілізатор струму з урахуванням імпульсного перетворювача по конструкції дуже схожий стабілізатор напруги з урахуванням імпульсного перетворювача, але контролює не напруга на навантаженні, а струм через навантаження. При зниженні струму в навантаженні він підкачує потужність, при збільшенні - знижує. Найбільш поширені схеми імпульсних перетворювачів мають у своєму складі реактивний елемент – дросель, який за допомогою комутатора (ключа) підкачується порціями енергії від вхідного ланцюга (від вхідної ємності) та у свою чергу передає її навантаженню. Крім очевидної переваги економії енергії, імпульсні перетворювачі мають ряд недоліків, з якими доводиться боротися різними схемотехнічними та конструктивними рішеннями:

Імпульсний конвертер виробляє електричні та електромагнітні перешкоди.
Має зазвичай складну конструкцію
Не має абсолютної ефективності, тобто витрачає енергію для власної роботи та гріється
Має найчастіше більшу вартість, порівняно, наприклад, з трансформаторними плюс лінійними пристроями

Оскільки економія енергії у багатьох додатках є вирішальною, розробники компонентів, схемотехніки намагаються знизити вплив цих недоліків, і, найчастіше, досягають успіху в цьому.

Схеми імпульсних перетворювачів

Оскільки стабілізатор струму ґрунтується на імпульсному перетворювачі, розглянемо основні схеми імпульсних перетворювачів. Кожен імпульсний перетворювач має ключ, елемент, який може бути лише у двох станах - включеному і вимкненому. У вимкненому стані ключ не проводить струм і, відповідно, на ньому не виділяється потужність. У включеному стані ключ проводить струм, але має дуже малий опір (в ідеалі - рівне нулю), відповідно на ньому виділяється потужність, близька до нуля. Таким чином, ключ може передавати порції енергії від вхідного ланцюга до вихідного практично без втрат потужності. Однак, замість стабільного струму, який можна отримати від лінійного джерела живлення, на виході такого ключа буде імпульсна напруга та струм. Для того, щоб отримати знову стабільну напругу та струм, можна поставити фільтр.

За допомогою звичайного RC фільтра можна отримати результат, однак ефективність такого перетворювача не буде краще лінійного, оскільки вся надлишкова потужність виділиться на активному опорі резистора. Але якщо використовувати замість RC - LC фільтр (схема "б"), то завдяки "специфічним" властивостям індуктивності втрат потужності можна уникнути. Індуктивність має корисну реактивну властивість - струм через неї зростає поступово, що подається на нього електрична енергія перетворюється на магнітну і накопичується в сердечнику. Після вимкнення ключа, струм в індуктивності не пропадає, напруга на індуктивності змінює полярність і продовжує заряджати вихідний конденсатор, індуктивність стає джерелом струму через обвідний діод D. Така індуктивність, призначена передачі потужності, називається дроселем. Струм у дроселі правильно працюючого пристрою є постійно - так званий нерозривний режим або режим безперервного струму (у західній літературі такий режим називається Constant Current Mode - CCM). При зниженні струму навантаження, напруга на такому перетворювачі зростає, енергія, що накопичується в дроселі, знижується і пристрій може перейти в розривний режим роботи, коли струм у дроселі стає переривчастим. За такого режиму роботи різко підвищується рівень перешкод, створюваних пристроєм. Деякі перетворювачі працюють у прикордонному режимі, коли струм через дросель наближається до нуля (у західній літературі такий режим називається Border Current Mode – BCM). У будь-якому випадку, через дросель тече значний постійний струм, що призводить до намагнічування сердечника, у зв'язку з чим дросель виконується особливою конструкцією - з розривом або з використанням спеціальних магнітних матеріалів.

Стабілізатор на базі імпульсного перетворювача має пристрій, що регулює роботу ключа, залежно від навантаження. Стабілізатор напруги реєструє напругу на навантаженні та змінює роботу ключа (схема "а"). Стабілізатор струму вимірює струм через навантаження, наприклад, за допомогою маленького вимірювального опору Ri (схема "б"), включеного послідовно з навантаженням.

Ключ перетворювача в залежності від сигналу регулятора включається з різною шпаруватістю. Є два поширені способи керування ключем - широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) та струмовий режим. У режимі ШІМ сигнал помилки керує тривалістю імпульсів при збереженні частоти прямування. У струмовому режимі вимірюється піковий струм в дроселі і змінюється інтервал між імпульсами.

У сучасних ключових перетворювачах як ключ зазвичай використовується MOSFET транзистор.

Знижувальний перетворювач

Розглянутий вище варіант перетворювача називається знижуючим, оскільки напруга на навантаженні завжди нижче напруги джерела живлення.

Оскільки в дроселі постійно протікає односпрямований струм, вимоги до вихідного конденсатора можуть бути знижені, дросель з вихідним конденсатором відіграють роль ефективного фільтра LC. У деяких схемах стабілізаторів струму, наприклад для світлодіодів, вихідний конденсатор може бути відсутнім взагалі. У західній літературі знижуючий перетворювач називається Buck converter.

Підвищуючий перетворювач

Схема імпульсного стабілізатора, наведена нижче, також працює на основі дроселя, проте дросель завжди підключений до джерела живлення. Коли ключ розімкнуто, живлення надходить через дросель і діод на навантаження. Коли ключ замикається, дросель накопичує енергію, коли ключ розмикається, що на його висновках ЕРС додається до ЕРС джерела живлення і напруга на навантаженні зростає.

На відміну від попередньої схеми, вихідний конденсатор заряджається переривчастим струмом, отже вихідний конденсатор повинен бути більшим, і, можливо, знадобиться додатковий фільтр. У західній літературі підвищуюче-знижуючий перетворювач називається Boost converter.

Інвертуючий перетворювач

Ще одна схема імпульсного перетворювача працює аналогічно - коли ключ замикається, дросель накопичує енергію, коли ключ розмикається, що виникає на його висновках ЕРС матиме зворотний знак і навантаженні з'явиться негативна напруга.

Як і в попередній схемі, вихідний конденсатор заряджається переривчастим струмом, отже вихідний конденсатор повинен бути більшим, і, можливо, знадобиться додатковий фільтр. У західній літературі перетворювач, що інвертує, називається Buck-Boost converter.

Прямоходовий та зворотноходовий перетворювачі

Найчастіше блоки живлення виготовляються за схемою, що у своєму складі трансформатор. Трансформатор забезпечує гальванічну розв'язку вторинного кола від джерела живлення, крім того, ефективність блоку живлення на основі таких схем може досягати 98% і більше. Прямоходовий перетворювач (схема "а") передає енергію від джерела навантаження в момент включеного стану ключа. Фактично – це модифікований понижувальний перетворювач. Зворотноходовий перетворювач (схема "б") передає енергію від джерела навантаження під час вимкненого стану.

У прямоходовому перетворювачі трансформатор працює у звичайному режимі та енергія накопичується в дроселі. Фактично – це генератор імпульсів з LC фільтром на виході. Зворотноходовий перетворювач накопичує енергію у трансформаторі. Тобто трансформатор поєднує властивості трансформатора та дроселя, що створює певні складнощі при виборі його конструкції.

У західній літературі прямоходовий перетворювач називається Forward converter. Назад - Flyback converter.

Застосування імпульсного конвертера як стабілізатора струму

Більшість імпульсних блоків живлення випускаються із стабілізацією вихідної напруги. Типові схеми таких блоків живлення, особливо потужних, крім зворотного зв'язку вихідної напруги, мають схему контролю струму ключового елемента, наприклад резистор з малим опором. Такий контроль дозволяє забезпечувати режим роботи дроселя. Найпростіші стабілізатори струму використовують цей елемент контролю для стабілізації вихідного струму. Таким чином, стабілізатор струму виявляється навіть простіше за стабілізатор напруги.

Розглянемо схему стабілізатора імпульсного струму для світлодіода на базі мікросхеми від відомого виробника електронних компонентів On Semiconductor:

Схема понижуючого перетворювача працює у режимі нерозривного струму із зовнішнім ключем. Схема обрана з багатьох інших, оскільки вона показує, наскільки простою та ефективною може бути схема імпульсного стабілізатора струму із зовнішнім ключем. У наведеній схемі керуюча мікросхема IC1 керує роботою MOSFET ключа Q1. Оскільки перетворювач працює у режимі нерозривного струму, вихідний конденсатор ставити необов'язково. У багатьох схемах датчик струму встановлюється в ланцюзі витоку ключа, однак це знижує швидкість включення транзистора. У наведеній схемі датчик струму R4 встановлений в ланцюзі первинного живлення, в результаті схема вийшла простою та ефективною. Ключ працює на частоті 700 кГц, що дозволяє встановити компактний дросель. При вихідній потужності 7 Ватт, вхідній напрузі 12 Вольт під час роботи на 700 мА (3 світлодіоди), ефективність пристрою більше 95%. Схема стабільно працює до 15 Ватів вихідної потужності без застосування додаткових заходів щодо відведення тепла.

Ще простіша схема виходить з використанням мікросхем ключових стабілізаторів із вбудованим ключем. Наприклад, схема ключового стабілізатора струму світлодіода на базі мікросхеми / CAT4201:

Для роботи пристрою потужністю до 7 Ватт необхідно лише 8 компонентів, включаючи саму мікросхему. Імпульсний стабілізатор працює в прикордонному режимі струму і для його роботи потрібний невеликий керамічний вихідний конденсатор. Резистор R3 необхідний при живленні від 24 Вольт і вище зниження швидкості наростання вхідної напруги, хоча це дещо знижує ефективність пристрою. Частота роботи перевищує 200 кГц і змінюється в залежності від навантаження та вхідної напруги. Це зумовлено методом регулювання – контролем пікового струму дроселя. Коли струм досягає максимального значення, ключ розмикається, коли струм знижується до нуля – вмикається. Ефективність пристрою сягає 94%.

Зміст:

У кожній електричній мережі періодично виникають перешкоди, що негативно впливають на стандартні параметри струму та . Ця проблема успішно вирішується за допомогою різних пристроїв, серед яких дуже популярні та ефективні стабілізатори струму. Вони мають різні технічні характеристики, що уможливлює їх використання спільно з будь-якими побутовими електроприладами та обладнанням. Особливі вимоги пред'являються до вимірювального обладнання, що потребує стабільної напруги.

Загальний пристрій та принцип роботи стабілізаторів струму

Знання основних принципів роботи стабілізаторів струму сприяє найефективнішому використанню цих пристроїв. Електричні мережі буквально насичені різними перешкодами, що негативно впливають на роботу побутових приладів та електроустаткування. Для подолання негативних впливів використовується схема простого стабілізатора напруги та струму.

У кожному стабілізаторі є основний елемент - трансформатор, що забезпечує роботу системи. Найпростіша схема включає у свій склад випрямний міст, з'єднаний з різними типами конденсаторів та резисторів. Їх основними параметрами вважаються індивідуальна ємність та граничний опір.

Сам стабілізатор струму працює за дуже простою схемою. Коли струм надходить трансформатор, його гранична частота змінюється. На вході вона співпадатиме з частотою електричної мережі і становитиме 50 Гц. Після того, як будуть виконані всі перетворення струму, гранична частота на виході знизиться до 30 Гц. У схемі перетворення беруть участь високовольтні випрямлячі, з допомогою яких визначається полярність напруги. Конденсатори безпосередньо беруть участь у стабілізації струму, а резистори знижують перешкоди.

Діодний стабілізатор струму

Багато конструкціях світильників є діодні стабілізатори, більш відомі як . Як і всі типи діодів, світлодіоди мають нелінійну вольтамперну характеристику. Тобто, при змінному напрузі на світлодіоді, відбувається непропорційна зміна струму.

Зі зростанням напруги спочатку спостерігається дуже повільне зростання струму, в результаті свічення світлодіода відсутнє. Потім, коли напруга досягає порогового значення, починається випромінювання світла та дуже швидке зростання струму. Подальше зростання напруги призводить до катастрофічного збільшення струму та перегорання світлодіода. Значення порогової напруги відбивається у технічних характеристиках світлодіодних джерел світла.

Світлодіоди з високою потужністю вимагають встановлення тепловідведення, оскільки їхня робота супроводжується виділенням великої кількості тепла. Крім того, для них потрібний і досить потужний стабілізатор струму. Правильна робота світлодіодів також забезпечується стабілізуючими пристроями. Це з сильним розкидом порогового напруги навіть в однотипних джерел світла. Якщо два таких світлодіоди підключити до одного джерела напруги, по них проходитиме струм різної величини. Різниця може бути настільки суттєвою, що один із світлодіодів відразу ж згорить.

Таким чином, не рекомендується увімкнення світлодіодних джерел світла без стабілізаторів. Дані пристрої встановлюють струм заданого значення без урахування напруги, що додається до схеми. До найсучасніших приладів відноситься двовивідний стабілізатор для світлодіодів, що застосовується для створення недорогих рішень з управління світлодіодами. До його складу входить польовий транзистор, обв'язувальні деталі та інші радіоелементи.

Схеми стабілізаторів струму на КРЕН

Ця схема стабільно працює з використанням таких елементів, як КР142ЕН12 або LM317. Вони є регульованими стабілізаторами напруги, що працюють зі струмом до 1,5А та вхідною напругою до 40В. У нормальному тепловому режимі ці пристрої можуть розсіювати потужність до 10Вт. Ці мікросхеми мають низьке власне споживання, що становить приблизно 8мА. Даний показник залишається незмінним навіть при змінному струмі, що проходить через КРЕН і зміненому вхідному напрузі.

Елемент LM317 здатний утримувати на основному резисторі постійну напругу, що регулюється в певних межах за допомогою підстроювального резистора. Основний резистор з незмінним опором забезпечує стабільність струму, що проходить через нього, тому він відомий ще, як токозадавальний резистор.

Стабілізатор на КРЕН відрізняється простотою і може використовуватися як електронне навантаження, заряджання акумуляторів та в інших областях.

Стабілізатор струму на двох транзисторах

Завдяки своєму простому виконанню в електронних схемах дуже часто використовуються стабілізатори на двох транзисторах. Їх основним недоліком вважається не цілком стабільний струм у навантаженнях при напрузі, що змінюється. Якщо ж не потрібні високі струмові характеристики, то цей стабілізуючий пристрій цілком пригодиться для вирішення багатьох нескладних завдань.

Крім двох транзисторів у схемі стабілізатора присутній токозадавальний резистор. Коли одному з транзисторів (VT2) збільшується струм, зростає напруга на токозадающем резистори. Під впливом цієї напруги (0,5-0,6В) починає відкриватися інший транзистор (VT1). При відкритті цього транзистора інший транзистор - VT2 починає закриватися. Відповідно, зменшується і кількість струму, що протікає через нього.

Як VT2 використовується біполярний транзистор, однак у разі потреби можливо створити регульований стабілізатор струму на польовому транзисторі MOSFET, який використовується як стабілітрон. Його вибір здійснюється з напруги 8-15 вольт. Цей елемент використовується при надто високій напрузі джерела живлення, під дією якого затвор у польовому транзисторі може бути пробитий. Більш потужні стабілітрони MOSFET розраховані на вищу напругу - 20 вольт і більше. Відкриття таких стабілітронів відбувається за мінімального значення напруги на затворі 2 вольта. Відповідно відбувається і збільшення напруги, що забезпечує нормальну роботу схеми стабілізатора струму.

Регульований стабілізатор постійного струму

Іноді виникає потреба у стабілізаторах струму з можливістю регулювань у широкому діапазоні. У деяких схемах може використовуватися токозадавальний резистор зі зниженими характеристиками. У цьому випадку необхідно застосовувати підсилювач помилки, основою якого є операційний підсилювач.

За допомогою одного токозадаючого резистора відбувається посилення напруги в іншому резисторі. Цей стан називається посиленою напругою помилки. За допомогою опорного підсилювача порівнюються параметри опорної напруги та напруги помилки, після чого виконується регулювання стану польового транзистора.

Для такої схеми потрібне окреме харчування, яке подається до окремого гнізда. Напруга живлення повинна забезпечувати нормальну роботу всіх компонентів схеми і не перевищувати рівня, достатнього для пробою польового транзистора. Правильне налаштування схеми вимагає установки повзунка змінного резистора у верхнє положення. За допомогою підстроювального резистора виставляється максимальне значення струму. Таким чином, змінний резистор дозволяє виконувати регулювання струму від нуля до максимального значення, встановленого під час налаштування.

Потужний імпульсний стабілізатор струму

Широкий діапазон струмів і навантажень живлення не завжди є основною вимогою до стабілізаторів. У деяких випадках вирішальне значення приділяється високому коефіцієнту корисної дії приладу. Це завдання успішно вирішує мікросхема імпульсного стабілізатора струму, що замінює компенсаційні стабілізатори. Прилади цього типу дозволяють створювати високу напругу на навантаженні навіть за наявності невисокої вхідної напруги.

Крім того, існує підвищуючий . Вони використовуються разом з навантаженнями, напруга живлення яких перевищує вхідну напругу стабілізуючого пристрою. Як дільники вихідної напруги використовуються два резистори, задіяні в мікросхемі, за допомогою якої вхідна та вихідна напруга по черзі зменшується або збільшується.

Стабілізатор на LM2576

Іноді у автолюбителів з'являється необхідність обмежити струм заряду АКБ, перевірити те чи інше джерело живлення або пропустити напругу через діоди. Щоб здійснити одне із цих завдань, є сенс застосувати стабілізатор струму для світлодіодів своїми руками. Докладніше про те, які існують схеми для розробки даного девайса, ви дізнаєтеся нижче.

[ Приховати ]

Схеми стабілізаторів та регуляторів струму

Джерела струму немає нічого спільного з джерелами напруги. Призначення перших полягає у стабілізації вихідного параметра, а також можливу зміну вихідної напруги. Це відбувається так, щоб рівень струму весь час був однаковим. Джерела струму використовуються для запиту світлодіодних ламп, заряду АКБ в авто і т.д. Якщо у вас виникла необхідність зробити найпростіший імпульсний стабілізатор струму ходових вогнів 12в для автомобіля своїми руками, пропонуємо до вашої уваги кілька схем.

На Кренці

Щоб зробити найпростіший автомобільний імпульсний стабілізатор струму в домашніх умовах, вам знадобиться мікросхема 12v. Для цих цілей чудово підійде lm317. Такий стабілізатор напруги 12 lm317 вважається регульованим і здатний функціонувати з струмами бортової мережі до півтора ампер. При цьому показник вхідної напруги може становити до 40 вольт, lm317 може розсіювати потужність до 10 ват. Але це можливо тільки в тому випадку, якщо буде дотримуватися теплового режиму.

Загалом споживання струму lm317 порівняно невелике — близько 8 миль ампер, і цей показник майже ніколи не змінюється. Навіть у тому випадку, якщо через крен lm317 проходить інший струм або змінюється показник вхідної напруги. Як ви можете зрозуміти, стабілізатор 12 lm317 для бортової мережі авто дає можливість утримувати постійну напругу на компоненті R3.

До речі, цей показник можна регулювати завдяки використанню елемента R2, але межі будуть незначними. У пристрої lm317 компонент R3 є пристроєм струму, що задає. Оскільки показник опору lm317 завжди залишається на тому самому рівні, струм, який проходить через нього, також буде стабільним (автор відео - Denis T).

Що стосується входу крен lm317, то струм на них складе на 8 милі ампер вище. Використовуючи вищеописану схему, можна розробити найпростіший стабілізатор напруги ДХО автомобіля. Такий девайс може застосовуватися як пристрій електронного навантаження, джерела струму для заряджання АКБ та інших цілей. Слід зазначити, що інтегральні девайси струмом 3а або менше досить швидко реагують різні зміни імпульсу. Що стосується недоліків, то такі аксесуари характеризуються занадто високим опором, в результаті чого доведеться використовувати потужні компоненти.

На двох транзисторах

Досить поширеними є стабілізатори для бортової мережі автомобіля 12v на двох транзисторах. Одним з основних недоліків такого пристрою є погана стабільність струму, якщо відбуваються зміни в напрузі живлення вольт. Тим не менш, дана схема для бортової мережі автомобіля 12v підходить для багатьох завдань.

Нижче ви зможете ознайомитись із самою схемою. У цьому випадку пристроєм, який роздає струм, є резистор R2. Коли цей показник зростає, відповідно зростає напруга на даному елементі. Якщо показник становить від 0.5 до 0.6 вольт, відкривається компонент VT1. При відкритті цей пристрій закриватиме елемент VT2, внаслідок чого струм, який проходить через VT2, почне знижуватися. Під час розробки схеми можна використовувати польовий транзистор Мосфет разом VT2.

Що стосується компонента VD1, то він застосовується на напругу від 8 до 15 вольт і потрібен у тому випадку, якщо його рівень занадто високий і працездатність транзистора може бути порушена. Якщо транзистор потужний, то показник напруги в мережі авто може становити близько 20 вольт. Трензистор Мосфет відкривається в тому випадку, коли показник напруги на затворі складе 2 вольти. Якщо ви використовуєте універсальний випрямляч для заряду АКБ або інших завдань, то вистачить роботи транзистора і резистора R1.

На операційному підсилювачі (на ОУ)

Варіант складання пристрою зі спеціальним підсилювачем помилки для авто актуальний у тому випадку, якщо у вас виникла потреба розробити пристрій, який працює в широких межах. В даному випадку виконувати функцію токозадаючого елемента буде R7. Операційний увелитель DA2.2 дозволяє посилити рівень напруги у вольтах токозадаючого елемента. Пристрій DA 2.1 призначений для порівняння рівня опорного параметра. Пам'ятайте, що дана схема девайса на 3а потребує додаткового живлення, яке повинно подаватися на роз'єм ХР2. Рівень напруги у вольтах має вистачити у тому, щоб забезпечити функціональність елементів всієї системи.

Пристрій для авто повинен бути доповнений генератором, у нашому випадку цю функцію виконує елемент REF198, що характеризується рівнем вихідної напруги 4 вольта. Сама схема коштує досить дорого, так що при необхідності замість неї можна встановити крен. Щоб правильно налаштувати, слід встановити повзунок резистора R1 у верхнє положення, а за допомогою елемента R3 виставляється потрібне значення струму 3а. Щоб запобігти збудженню, використовуються компоненти R2, C2 та R4.

На мікросхемі імпульсного стабілізатора

У деяких випадках пристрій для авто повинен функціонувати не тільки у великому діапазоні навантажень, при цьому має високий коефіцієнт корисної дії. Тоді використання компенсаційних пристроїв буде доцільним, замість них застосовуються імпульсні елементи.

Пропонуємо ознайомитися з однією з найпоширеніших схем МАХ771, її особливості:

рівень опорної напруги – 1.5 вольт;
коефіцієнт корисної дії при навантаженні від 10 миль ампер до 1 ампера становитиме близько 90%;
показник живлення становить від 2 до 16.5 вольт;
потужність на виході досягає 15 ват (автор відео - Андрій Канаєв).

Що таке процедура стабілізації? Компоненти R1 та R2 – це дільники вихідних показників схеми. Коли рівень розподіленої напруги стає більшим, ніж опорне, пристрій автоматично знижує вихідний параметр. При зворотному процесі пристрій збільшуватиме цей показник. Ви зможете отримати робоче стабілізоване джерело струму в тому випадку, якщо ланцюги будуть змінені таким чином, що система в цілому реагуватиме на вихідний параметр.

Якщо навантаження на пристрій не особливо велике, тобто менше 1.5 вольт, мікросхема буде функціонувати як робочий стабілізатор. Але коли цей параметр почне різко зростати, девайс перейде в режим стабілізації. Монтаж резистора R8 необхідний лише тоді, коли рівень навантаження надто високий і становить понад 16 вольт.

Що стосується елементи R3, то він є токороздавальним. Одним з основних недоліків такого варіанту є надто високе падіння навантаження на вказаному вище резисторі. Якщо ви хочете позбавитися цього мінуса, то для того, щоб збільшити сигнал, необхідно додатково встановити операційний підсилювач.

Висновок

У цій статті ми розглянули кілька варіантів стабілізуючих аксесуарів для авто. Зрозуміло, такі схеми можна за необхідності модернізувати, сприяючи підвищенню показника швидкодії тощо. Майте на увазі, що якщо потрібно, ви завжди можете використовувати спеціально розроблені мікросхеми як регулятор. Також при можливості можна самостійно виробляти досить потужні компоненти, що регулюють, але таких варіанти більш актуальні для того, щоб вирішувати певні завдання.

Як ви бачите, розробка схеми - справа досить складна і копітка, до неї не можна просто так підійти, не маючи відповідного досвіду. Відсутність певних навичок не дозволить одержати необхідний результат. Щоб власноруч зробити таку схему для авто, потрібно уважно виконувати всі дії, описані вище.

Відео «Пристрій для живлення світлодіодів»

Як у домашніх умовах зробити стабілізатор для живлення ламп в авто або інших цілей – дізнайтеся з відео (автор відео – Дід Сінь).