Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока с помощью светодиода можно использовать известные решения:

На рисунке 1 представлена ​​схема, работа которой основана на так называемом эмиттерном повторителе. Включенный таким образом транзистор стремится поддерживать напряжение на эмиттере точно таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Следовательно, фиксируя напряжение базы стабилитроном, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Кроме того, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: Ie = Ue / R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит, и с током через светодиоды.

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому их можно использовать вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем на транзисторах разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды устанавливается подбором резистора R2. Резистор R1 подбирается таким образом, чтобы он входил на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы не должно быть меньше суммарного напряжения всех светодиодов плюс около 2-2,5 вольт сверху для стабильной работы транзистора.

Например, если необходимо получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиода с постоянным напряжением 3,1 В, схему необходимо запитать напряжением не менее 12 Вольт. В этом случае сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, рассеиваемая мощность — 18 мВт. Транзистор нужно подбирать с максимальным напряжением Uke не ниже напряжения питания, например общий S9014 (npn).

Сопротивление R1 будет зависеть от коэффициента усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для диодов S9014 и 1N4148 будет достаточно 10 кОм.

Мы применяем описанный стабилизатор для улучшения одного из светодиодных светильников, описанных в этой статье. Усовершенствованная схема будет выглядеть так:

Эта доработка может значительно снизить ток пульсаций и, следовательно, яркость светодиодов. Но главное достоинство схемы — нормализация режима работы светодиодов и защита их от скачков напряжения при включении. Это приводит к значительному увеличению срока службы светодиодной лампы.

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока светодиода на транзисторе и стабилитрон, мы сразу уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При значениях, указанных на схеме, рассеиваемая на транзисторе мощность чуть больше 0,5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1,2 мкФ, то через транзистор будет выпадать ~ 23 Вольт и мощность будет около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но пульсации упадут практически до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544 можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора более 100 мА и допустимым напряжением Uke не менее 300 В (например подойдут старые советские КТ940, КТ969).

Требуемый ток обычно устанавливается резистором R *. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5,1 В и мощность 0,5 Вт. В качестве светодиодов используются обычные smd светодиоды от китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить недостающие компоненты).

Теперь рассмотрим схему, показанную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Датчик тока здесь представляет собой резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0,6 / Iload. При увеличении тока через светодиоды транзистор VT2 начинает сильнее открываться, что приводит к более сильной закупорке транзистора VT1. Ток уменьшается. Следовательно, выходной ток стабилизируется.

Преимущества схемы в ее простоте. К недостаткам можно отметить довольно большое падение напряжения (а значит и мощности) на транзисторе VT1. Это не критично при малых токах (десятки и сотни миллиампер), однако для дальнейшего увеличения тока через светодиоды потребуется установка этого транзистора на радиатор.

Также вместо биполярного транзистора можно использовать полевой МОП-транзистор с p-каналом. Схема ниже представляет собой мощный светильник на основе двух 10-ваттных светодиодов и 40-ваттного IRF9510 в корпусе TO-220 (см. Спецификации):

Ток через светодиоды устанавливается подбором резистора R1. VT1: любая малая мощность. Светодиод — Cree XM-L T6 10W (см. Спецификацию) или аналогичный.

Транзисторы VT2 и светодиоды необходимо размещать на общем радиаторе площадью не менее 900 см2 (если без принудительного охлаждения). Обязательно использование термопасты. Ребра радиатора должны быть толстыми и массивными, чтобы тепло рассеивалось как можно быстрее. Категорически не подходят оцинкованные профили для гипсокартона, банок сельди и крышек от кастрюль!!!

Если эта мощность не нужна, количество светодиодов можно уменьшить до одного. Но в этом случае придется снизить напряжение питания на 3-3,5 вольта. В противном случае энергопотребление останется прежним, транзистор будет нагреваться вдвое больше, а яркость будет вдвое хуже.

Для уменьшения мощности правильнее было бы оставить оба светодиода, но снизить ток, например, до 2А, тогда мощность упадет с 20 до 12Вт и срок службы светодиодов увеличится в разы. А площадь радиатора можно уменьшить до 600 см2.

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Убедитесь сами, что есть в вашем распоряжении. Если вообще ничего нет, пора делать покупки дешево:

номехарактеристика цена

IRF9510	Канал П, 100В, 4А	209/10 руб.
IRF9Z34N	Канал П, 55В, 19А	124 руб. / 10 шт.
NDP6020P	Канал П, 20В, 24А	120 руб. / 10 шт.
Кри XM-L T6	10Вт, 3А	135 руб. / Шт.

Ну и простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит из одного транзистора с закороченным затвором и истока:

Вместо KP303E, например, подойдет BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип работы аналогичен схеме на Рисунке 1, только потенциал земли используется в качестве опорного напряжения. Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (взятым из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток Usi. Это хорошо видно из графика выходных характеристик:

На схеме рис. 3 к цепи истока добавлен резистор R1, который устанавливает обратное смещение затвора и, таким образом, позволяет изменять ток стока (и, следовательно, ток нагрузки).

Пример простейшего драйвера тока для светодиода показан ниже:

Используется полевой транзистор с изолированным затвором BSS229 со встроенным каналом n. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но оно не подходит для светодиодных ламп. Итак, перейдем к микросхемам.

Устройство и работа полевого транзистора

Полевые транзисторы управляются с помощью электрического поля, отсюда и их название. В свою очередь, электрическое поле создается напряжением. Следовательно, все полевые транзисторы являются полупроводниками с регулируемым напряжением.

Канал этих устройств открыт только по напряжению. В этом случае ток не проходит через входные электроды. Единственное исключение — небольшая утечка тока. В результате отсутствуют вводы мощности для управления. Однако на практике статический режим используется не всегда, в процессе переключения транзисторов участвует определенная частота.

Полевой транзистор имеет внутреннюю переходную емкость, через которую протекает определенное количество тока во время переключения. Следовательно, для управления потребляется небольшое количество энергии.

Полевой транзистор содержит три электрода. У каждого из них свое название: источник, канал и дверь. На английском эти имена будут выглядеть как источник, сток и вентиль соответственно. Канал можно сравнить с трубой, по которой движется поток воды, соответствующий заряженным частицам. В поток вводится источник. Отвод нагруженного потока происходит через слив. Для закрытия или открытия потока есть заслонка, выполняющая роль крана. Поток заряженных частиц возможен только при наличии напряжения между стоком и истоком. При отсутствии напряжения в канале тоже не будет тока.

Следовательно, чем выше значение приложенного напряжения, тем больше открывается кран. Это приводит к увеличению тока в канале на участке сток-исток и уменьшению сопротивления канала. В источниках питания используется ключевой режим работы полевых транзисторов, позволяющий полностью закрыть или открыть канал.

Мощный стабилизатор на lm317 и транзисторе

В последнее время значительно вырос интерес к схемам регулирования тока. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых стабильное электроснабжение является жизненно важным моментом. Самый простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный стабилизатор тока можно построить на базе одной из интегральных схем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.

Datasheet по lm317, lm350, lm338

Прежде чем переходить непосредственно к схемам, рассмотрим характеристики и технические характеристики упомянутых выше интегральных линейных стабилизаторов (ЛИС).

Все три ИД имеют схожую архитектуру и спроектированы с целью построения на их основе несложных схем стабилизаторов тока или напряжения, в том числе используемых со светодиодами. Отличия микросхем заключаются в технических параметрах, которые представлены в сравнительной таблице ниже.

LM317LM350LM338

Диапазон значений регулируемого выходного напряжения	1,2… 37 В	1,2… 33 В	1,2… 33 В
Индикатор максимальной токовой нагрузки	1,5 А	3А	5А
Максимально допустимое входное напряжение	40В	35 В	35 В
Индикатор возможной ошибки стабилизации

0,1%

Максимальная рассеиваемая мощность * 15-20 Вт 20-50 Вт 25-50 Вт Рабочая температура 0 ° — 125 ° С 0 ° — 125 ° С 0 ° — 125 ° С Типовой лист LM317.

* — зависит от производителя IM.

Все три микросхемы имеют встроенную защиту от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.

Lm317, самый распространенный ИМ, имеет полноценный отечественный аналог — КР142ЕН12А.

Интегрированные стабилизаторы (ИС) выпускаются в монолитном корпусе из нескольких вариантов, наиболее распространенным из которых является ТО-220. На микросхеме три пина:

1. ОБЫЧНЫЙ. Выход для установки (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока он подключен к плюсу выходного контакта.
2. ПРОИЗВОДСТВО. Кабель с низким внутренним сопротивлением для создания выходного напряжения.
3. ВХОД. Выход для питания.

Схемы и расчеты

Интегральные схемы наиболее широко используются в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему (драйвер) стабилизатора тока, состоящую всего из двух компонентов — микросхемы и резистора. На вход ИД подается напряжение питания, управляющий контакт подключается к выходу через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.

Если рассматривать самый популярный ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывается по формуле: R = 1,25 / I (1), где I — выходной ток стабилизатора, величина которого регламентируется паспортом данных на LM317 и должно быть в пределах 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в пределах 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая через резистор, рассчитывается по формуле: PR = I 2 × R (2). Включение и расчеты IM lm350, lm338 полностью аналогичны.

Расчетные данные, полученные для резистора, округляются в большую сторону, исходя из номинального диапазона.

Постоянные резисторы изготавливаются с небольшим изменением величины сопротивления, поэтому не всегда удается получить желаемое значение выходного тока. Для этого в цепи устанавливается дополнительный регулирующий резистор подходящей мощности.
Это немного увеличивает стоимость сборки стабилизатора, но гарантирует получение тока, необходимого для питания светодиода. Когда выходной ток стабилизируется более чем на 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому она должна быть оборудована радиатором.

Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338

Допустим, вам нужно подключить мощный светодиод с потреблением тока 700 мА. По формуле (1) R = 1,25 / 0,7 = 1,786 Ом (ближайшее значение серии Е2 — 1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) составит: 0,7 × 0,7 × 1,8 = 0,882 Вт (ближайшее стандартное значение — 1 Вт).

На практике, чтобы избежать накопления тепла, лучше увеличить рассеиваемую мощность резистора примерно на 30%, а в случае слабой конвекции — на 50%.

Помимо множества преимуществ, светодиодные стабилизаторы на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько существенных недостатков: низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ, когда ток стабилизируется выше 20% от максимально допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет использование импульсного стабилизатора, например, на базе IM PT4115.

На рисунке 1 показаны две простые схемы регулирования тока. Первая схема имеет стабилизацию тока на уровне одного ампера, а вторая с дополнительным транзистором — 3 ампера.

В обоих случаях все полупроводниковые элементы необходимо устанавливать на радиаторах с площадью охлаждения, соответствующей мощности, отведенной этим элементам. Если, например, через стабилизатор с дополнительным транзистором протекает ток в три ампера и при этом вольтметр, подключенный к точкам 1 и 2 схемы, показывает падение напряжения в четыре вольта, то общая выделяемая мощность в виде тепла на транзисторе КТ818 и на микросхеме LM317 будет равно P = I • U; P = 3 • 4 = 12Вт. Площадь радиатора для рассеивания этой мощности можно определить по диаграмме. Транзистор и микросхему можно установить на радиатор без прокладок.

Интегрированный регулируемый линейный стабилизатор напряжения LM317 больше, чем когда-либо, подходит для проектирования простых регулируемых источников и источников питания для электронного оборудования с различными выходными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными напряжением и током нагрузки.

Для облегчения расчета требуемых выходных параметров существует специализированный калькулятор LM317, который можно скачать по ссылке в конце статьи вместе с даташитом LM317.

Технические характеристики стабилизатора LM317:

• Обеспечивает выходное напряжение от 1,2 до 37 В.
• Ток нагрузки до 1,5 А
• Наличие защиты от возможных коротких замыканий.
• Надежная защита микросхемы от перегрева.
• Погрешность выходного напряжения 0,1%.

Эта недорогая ИС доступна в корпусах TO-220, ISOWATT220, TO-3 и D2PAK.

Назначение выводов микросхемы:

Онлайн калькулятор LM317

Ниже представлен онлайн-калькулятор для расчета регулятора напряжения на базе LM317. В первом случае, исходя из необходимого выходного напряжения и сопротивления резистора R1, рассчитывается резистор R2. Во втором случае, зная сопротивления обоих резисторов (R1 и R2), можно рассчитать напряжение на выходе стабилизатора.

Калькулятор для расчета стабилизатора тока для LM317 смотрите здесь.

Примеры применения стабилизатора LM317 (схемы включения)

Стабилизатор тока

Этот стабилизатор тока можно использовать в цепях различных зарядных устройств для аккумуляторов или регулируемых источников питания. Типичная схема зарядного устройства показана ниже.

В этой схеме подключения используется метод зарядки постоянным током. Как видно из схемы, зарядный ток зависит от сопротивления резистора R1. Номинал этого резистора находится в диапазоне от 0,8 Ом до 120 Ом, что соответствует току заряда от 10 мА до 1,56 А:

Источник питания на 5 Вольт с электронным включением

Ниже представлена ​​принципиальная схема источника питания для плавного пуска на 15 В.
Необходимая для включения стабилизатора текучесть задается емкостью конденсатора С2:

Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317

Схема переключения с регулируемым выходным напряжением

lm317 калькулятор

Для упрощения расчета мощности резистора можно воспользоваться простым калькулятором, который поможет рассчитать требуемые номиналы не только для LM317, но и для L200, стабилитрона TL431, M5237, 78xx.

Скачать лист данных и калькулятор для LM317 (319.9 Kb, скачать: 39 764)

Список компонентов

	Обозначение	Описание	Купить на Алиэкспресс
	VT1	Мощный полевой транзистор	10шт 2SK3919 TO-252 K3919 TO252 Цена: 0,98 $ + 0,32 $ = 1,3$
	VT2	Транзистор малой мощности	100 шт. / Лот BC847B SOT-23 BC847 SOT SMD 847B SOT-23 Цена: $ 0,79
	R1, R2	Резисторы 1205 0,25 Вт (в упаковке 660 шт.)	1206 SMD Resistor Kit Assorted Kit 1ohm-1M ohm 1% 33 значенияX 20pcs = 660pcs Цена: 3.20$
		Наклейка с термопереносом Stars 922	Star-922 Thermal Paste Термосиликоновая консистентная смазка Всего: $ 1.54

Источник питания на полевых транзисторах типа IRF3205

Для питания различных конструкций транзисторов я решил собрать источник питания (далее ИП) со стабилизатором на полевых транзисторах, так как они имеют низкое падение напряжения при больших токах в нагрузке.

Собрана и протестирована схема стабилизатора RK9UC 1, изображенная на рис.1. Данная схема была выбрана из-за того, что в ней есть узел ограничения тока в нагрузке (за это отвечают элементы R6, R7 и VT5, выделенные на рис. 1 рамкой). Блок ограничения тока в нагрузке может снизить последствия аварийных ситуаций, так как полагаться только на один предохранитель не очень разумно. Однако положение «датчика тока» R7 в схеме мне не понравилось.

Рис. 1

Перед установкой стабилизатора казалось, что это может вызвать падение выходного напряжения. Так как из-за падения напряжения на «датчике тока» R7 «регулируемый стабилитрон» DA1 будет некорректно корректировать выходное напряжение.

Во время испытания МП даже при токе нагрузки всего 4 А напряжение на нагрузке упало с 14,56 до 13,72 В. При коротком замыкании «датчика тока» R7 «просадка» значительно уменьшилась.

Чтобы уберечь сделанный ИП I от кардинальных переделок, было решено перевести элементы R6, R7 и VT5 в цепь положительного напряжения, и поставить их перед стабилизатором, между выходом выпрямителя и транзисторами полевого разряда, выполненными на RA3WDK 2.

Работа устройства

Схема модифицированного ИП приведена на рис. 2. Он обеспечивает выходное напряжение в диапазоне 9… 17 В, при токе нагрузки до 14 А, это значение тока ограничено мощностью приложенной трансформатор Тр1 типа ТС-180. Если используется трансформатор типа ТС-270, максимальный ток может составлять 20 А. В этом случае потребуется добавить еще один транзистор типа IRF3205, подключенный параллельно транзисторам VT3 и VT4.

Рис. 2

Чтобы стабилизатор работал на полевых транзисторах VT3 и VT4, необходимо, чтобы напряжение на входе выпрямителя было на 2… 3 В больше, чем на выходе.

Но для нормальной работы полевых транзисторов VT3 и VT4 типа IRF3205 напряжение на их затворах должно быть на 5… 7 В больше, чем на истоках. Для этого необходимо увеличить выпрямленное напряжение на входе всего стабилизатора или использовать дополнительный удвоитель напряжения на элементах СЗ VD5 VD6 C6 для питания схемы затвора транзисторов VT3 и VT4.

При увеличении тока нагрузки больше, чем рассчитано, падение напряжения на резисторе R2 превысит 0,7 В. Это напряжение на резисторе R3 будет приложено к переходу база-эмиттер транзистора VT1, открывая его. Ток через переход открытый коллектор-эмиттер транзистора VT1 и резисторов R4 и R5 создает падение напряжения на резисторе R5. Это напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер транзистора VT2, открывает его. Переход открытый коллектор-эмиттер транзистора VT1 отклоняет «регулируемый стабилитрон» DA1, так что выходное напряжение уменьшается настолько, насколько это необходимо для ограничения тока в нагрузке в соответствии с заданным значением.

Резисторы R7 и R9 предназначены для равномерного распределения тока между полевыми транзисторами VT3 и VT4. Стабилитрон VD8 служит для защиты цепи стока полевых транзисторов VT3 и VT4. Конденсатор С7 служит для повышения помехозащищенности блока ограничения тока нагрузки.

Конструкция и детали

Детали для интерференционного фильтра C1, L1, C2 взяты с импортного компьютерного монитора. Силовой трансформатор Тр1 типа ТС-180, в котором намотаны вторичные обмотки и вместо них на каждую катушку намотана по одной обмотке с выходным напряжением 9 В, которые включены последовательно.

Диодный мост VD1 — VD4 — диоды с барьером Шоттки, например, КД2999, КД2997. Регулируемый резистор R12, для регулирования выходного напряжения, проволочный, установлен на лицевой панели. Резистор R2 состоит из двух параллельно включенных резисторов 0,1 Ом 5 ​​Вт.

Емкость конденсаторов C4 и C5 выбирается из расчета 1000 мкФ на каждый 1 А максимального требуемого тока нагрузки.

Транзистор VT1 — маломощный pnp, например, КТ361 с любым буквенным индексом. Транзистор VT2 — npn, например, КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом. Транзисторы VT3 и VT4 устанавливаются на радиатор площадью 200… 250 см2. Стабилитрон VD8 — симметричный, на напряжение 8… 12 В, например КС210А, КС213А,

Микроамперметр RA1 на 150 — 200 мкА с кассетных колод, например M68501, M476 / 1. Родную шкалу убрали, вместо нее установили самодельную шкалу с программой FrontDesigner_3.0.

Настройка блока питания

Изменяя сопротивление резисторов R11 и R13, мы устанавливаем пределы регулировки выходного напряжения. При указанных сопротивлениях резисторов R11 — R13 выходное напряжение регулируется в пределах 9… 17 В.

Нагружаем МП на эквивалентную нагрузку, мощный резистор сопротивлением 1… 1,5 Ом. Последовательно с аналогом подключаем образцовый амперметр. Подбирая сопротивление резистора R1, калибруем амперметр PA1. С помощью мотора резистора R12 увеличиваем выходное напряжение, тем самым увеличивая ток в нагрузке выше расчетного уровня. Посмотрите, есть ли ограничение по току, работает ли стабилизация по току?

Результат после доработки IP:

• Напряжение Uxx = 14,64 В;
• При токе нагрузки 12А напряжение на нагрузке составляет 14,52В.

Изготовленный мною IP часто используется для питания аккумуляторной отвертки, в которой вышла из строя аккумуляторная батарея.

Литература;

1. Стабилизатор RK9UC //.
2. Блок питания «POWER ICE v.3» // https://ra3wdk.qrz.ru/tech.htm.

Характеристика регулятора

В зависимости от типа устройства могут изготавливаться как в портативном, так и в стационарном исполнении. Их можно устанавливать в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

К основным характеристикам устройств можно отнести следующие параметры:

1. Регулярная корректировка. Указывает минимальный шаг, с которым происходит изменение значения разности выходных потенциалов. Чем он плавнее, тем точнее можно установить значение выходного напряжения.
2. Мощность работы. Он характеризуется величиной тока, который устройство может пропускать в течение длительного времени, не повреждая свои электронные соединения.
3. Максимальная мощность. Пиковое значение, которое устройство может выдерживать в течение короткого времени при неизменной производительности.
4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которыми устройство может работать.
5. Переменный диапазон сигнала на выходе устройства. Указывает значение разности потенциалов, которое устройство может подавать на выходе.
6. Тип контролируемого сигнала. На вход устройства можно подавать как переменное, так и постоянное напряжение.
7. Условия эксплуатации. Указывает условия, при которых характеристики регулятора не меняются.
8. Метод контроля. Настройка уровня выходного сигнала может производиться пользователем вручную или без его вмешательства.

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе 13В (IRLR2905)

Радиолюбители при построении сильноточных стабилизаторов напряжения обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и т.п., «усиленные» одним или несколькими параллельно включенными биполярными транзисторами. Если для этих целей использовать мощный переключающий полевой транзистор, можно будет собрать более простой сильноточный стабилизатор,

Схема одного из вариантов такого стабилизатора представлена ​​на рис. 3.28.0. Переменное напряжение около 13 В (действующее значение) подается от вторичной обмотки трансформатора на выпрямитель и сглаживающий фильтр. На конденсаторах фильтра оно составляет 16 В. Это напряжение подается на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор.

Часть выходного напряжения через делитель R2, R3 поступает на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора увеличивается до тех пор, пока напряжение на управляющем входе микросхемы DA1 не достигнет порогового значения, примерно 2,5 В. В это время микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, например, частично закрывая его, и, следовательно, устройство переходит в режим стабилизации. Наилучшие результаты достигаются при подключении диода VD2 к выпрямительному мосту (рис. 3.28.6). В этом случае напряжение на конденсаторе C5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет ниже, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.

При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 необходимо заменить переменным или регулируемым резистором.

В стабилизаторе в качестве регулирующего элемента используется мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он предназначен для работы в ключевом (коммутационном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме. В открытом состоянии транзистор имеет очень низкое сопротивление канала (0,027 Ом), выдает ток до 30 А при температуре корпуса до 100 ° C, имеет большую крутизну и требует всего 2,5… 3 В для Управляйте напряжением на затворе. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Полевой транзистор управляется микросхемой параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (импортный аналог TL431). Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — MJ1T, C2-33, диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германий, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 подбираются исходя из требуемых выходных напряжения и тока. Хотя транзистор рассчитан на большие токи и высокую мощность рассеивания, необходимо обеспечить эффективное рассеивание тепла, чтобы полностью реализовать его возможности.

Регулировка сводится к установке необходимого значения выходного напряжения. Обязательно проверьте прибор на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого с помощью осциллографа контролируется напряжение в различных точках устройства. Если происходит самовозбуждение, то параллельно конденсаторам CI, C2 и C4 следует подключать керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с кабелями минимальной длины. Эти конденсаторы ставятся максимально близко к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

Печатная плата устройства представлена ​​на рис. 3.29. Плата предназначена для установки в корпусах поверхностного монтажа мелких деталей, в том числе микросхемы КР142ЕН19, требующей замены на импортный аналог в корпусе СО-8.

Если полевой транзистор найти не удалось, стабилизатор можно выполнить по другой схеме (рис. 3.30), на мощных биполярных транзисторах, с использованием той же микросхемы. Правда, максимальный ток нагрузки для этого варианта стабилизатора не более 3… 4 А. Для увеличения коэффициента стабилизации применяется стабилизатор тока на полевом транзисторе, в качестве элемента используется мощный композитный транзистор регулятор. Трансформатор должен подавать на вторичную обмотку напряжение не менее 15 В при максимальном токе нагрузки.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют получить гораздо более высокие характеристики, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатора тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Типичная схема светодиодного диммера на TL431 выглядит так:

Поскольку микросхема ведет себя таким образом, что поддерживает фиксированное напряжение 2,5 В на резисторе R2, ток через этот резистор всегда будет составлять 2,5 / R2. А если пренебречь базовым током, то можно считать, что IRn = IR2. И чем больше коэффициент усиления высокочастотного транзистора, тем больше будут совпадать эти токи.

R1 рассчитан на обеспечение минимального рабочего тока микросхемы 1 мА.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает примерно на 20-30 В, рассеиваемая мощность меньше 1,5 Вт. Помимо указанного на схеме 2SC4544 можно использовать более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе ТО-220 не требуют установки на радиатор мощностью до 1,5-2 Вт включительно.

Резистор R3 служит для ограничения импульса заряда конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

В качестве нагрузки R здесь выступают 90 белых светодиодов микросхемы 2835. Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0,2 Вт (24 лм), падение напряжения составляет 3,2 В. Также можно использовать любой другой подходящий светодиод, например SMD5050.

Для увеличения срока службы особенно занижена мощность диодов на 20% (0,16 Вт, ток 45 мА), соответственно суммарная мощность всех светодиодов составляет 14 Вт.

Хотя я бы порекомендовал найти светодиоды точно такого же форм-фактора (2,8×3,5 мм), но с мощностью 0,5 Вт. Они меньше нагреваются и служат дольше.

Вы можете найти такие светодиоды, а также все необходимое для сборки схемы, воспользовавшись этими ссылками:

номехарактеристика цена

SMD 2835	Светодиод, 3,3 В, 0,15 А, 0,5 Вт	67/100 руб.
2SC4544	NPN, 300 В, 0,1 А	10 руб / шт.
BD711	NPN, 100 В, 12 А	120 руб. / 10 шт.
1N4007	1000В, 1А	руб 51/100 шт.
TL431A	36 В, 100 мА	87/100 руб.

Конечно, данная схема стабилизатора тока светодиода 220 В может быть пересчитана на любой требуемый ток и / или другое количество имеющихся светодиодов.

С учетом допустимой разности напряжений 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014) выпрямленное напряжение на конденсаторе С1 будет в пределах от 293 до 358 В, поэтому его необходимо рассчитывать на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий режим работы микросхемы DA1, должен подавать ток не менее 0,5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED <(358 — 6) / 3, 2, и чем их больше, тем ярче лампа и тем меньше мощности она никуда не денется (рассеивается в виде тепла на транзисторе VT1). Максимальное напряжение Uke транзистора VT1 должно быть не менее 358 — (ULED * NLED).

LM7805, LM7812…

Любой интегрированный регулятор напряжения можно превратить в регулятор тока, добавив всего один резистор по схеме:

нужно только учесть, что при таком включении входное напряжение должно быть больше напряжения стабилизации микросхемы на определенную величину (падение напряжения на самом стабилизаторе). Обычно это где-то 2-2,5 вольта. Ну и напряжение в нагрузку конечно добавить.

Например, вот конкретный пример стабилизатора тока для светодиодов на LM7812:

Потребляемый ток (как и ток через светодиоды) составляет 300 мА. Мощность лампы ~ 10 Вт.

Все параметры схемы рассчитаны на 10 светодиодов SMD 5730-1 с постоянным напряжением 3,3 вольта каждый и максимальным током 350 мА (см. Даташит), купил здесь.

Есть еще очень похожие светодиоды: SMD 5730 (в названии нет). У них мощность всего 0,5 Вт и максимальный ток 0,18 А. Так что не запутайтесь.

Поскольку при последовательном соединении светодиодов общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом из светодиодов, минимальное напряжение питания для схемы должно быть: Usup = 2,5 + 12 + (3,3 x 10) = 47,5 Вольт.

сопротивление и мощность резистора для других значений тока можно рассчитать с помощью простой программы для проектирования регуляторов (скачать).

Очевидно, что чем выше выходное напряжение стабилизатора, тем больше тепла будет выделяться на резисторе регулирования тока и, следовательно, тем хуже будет КПД. Поэтому для наших целей больше подходит LM7805, чем LM7812.

Но для сборки своими руками я бы рекомендовал использовать драйвер светодиода lm317 (см. Ниже).

LM317

Не менее эффективен линейный светодиодный стабилизатор тока на базе LM317. Типовая схема подключения:

Простейшая схема переключения светодиодов LM317, позволяющая собрать мощный светильник, состоит из выпрямителя с емкостным фильтром, стабилизатора тока и 93 светодиодов SMD 5630. MXL8-PW35-0000 (3500К, 31 Лм, 100 мА, 3,1 V, 400 мВт, 5,3 х 3 мм).

Если вам не нужна такая большая светодиодная гирлянда, вам нужно будет добавить к драйверу LM317 резистор или балластный конденсатор для питания светодиодов (для гашения избыточного напряжения). Мы подробно обсудили, как это сделать, в этой статье.

Недостатком такого драйвера тока светодиода является то, что при напряжении в сети более 235 вольт LM317 выйдет из расчетного режима работы, а при его падении до ~ 208 вольт и ниже микросхема перестает полностью стабилизироваться и глубина пульсации будет полностью зависеть от емкости C1.

Следовательно, необходимо использовать такую ​​лампу, где напряжение более-менее стабильно. И на емкости этого конденсатора экономить не стоит. Диодный мост можно взять готовым (например, миниатюрный МБ6С) или собрать из подходящих диодов (Uрев не менее 400 В, прямой ток> = 100 мА). Упомянутый выше 1N4007 вполне подойдет.

Как видите, схема очень простая и не содержит дорогостоящих компонентов. Вот текущие цены (и, вероятно, они будут падать дальше):

характерное название стоимости

SMD 5630	Светодиод, 3,3 В, 0,15 А, 0,5 Вт	240 руб. / 1000 шт.
LM317	1,25-37 В,> 1,5 А	112/10 руб.
MB6S	600 В, 0,5 А	67/20 руб
120 мкФ, 400 В	18×30 мм	560/10 руб.

Итак, потратив в сумме 1000 рублей, можно без мерцания (!!!) собрать десяток 30-ваттных (!!!) лампочек. А поскольку светодиоды не работают на полную мощность и один только электролит не перегревается, эти лампы будут практически вечными.

Несколько замечаний по выбору деталей

Фрагмент исключен. Полная версия статьи доступна пользователям и полноправным участникам сообщества. Ознакомьтесь с условиями доступа.

Существует много споров: нужен ли делитель R1R2 на входе фильтра и будет ли фильтр работать без него.

Почему одни фильтры без разделителя работают нормально, а другие — нет? Оказалось, что все зависит от потерь конденсатора С1. Я пробовал дюжину конденсаторов 10 и 22 мкФ на 400 и 450 В с входным напряжением около 300 В.

Оказалось, что с оксидным (электролитическим) конденсатором фильтр хорошо работает без делителя. Из-за потерь в конденсаторе вместе с резистором R3 образуется делитель, и падение напряжения на фильтре вполне достаточное (от 10 В и более). Кроме того, в результате установки недавно приобретенных конденсаторов падение напряжения составило более 50 В вместо 20 В (со старым припаянным конденсатором), нагрев значительно увеличился, а выходное напряжение упало.

Моделирование новых конденсаторов заняло много часов, однако потери конденсаторов 22 мкФ оказались значительно выше, чем потери 10 мкФ. Тренировка, конечно же, должна проходить без подключенного усилителя.

Потери пленочных конденсаторов будут в разы меньше, поэтому с ними нужен делитель на входе, иначе на выходе фильтра может быть «пила», как на входе. В любом случае необходимо проверить падение напряжения на транзисторе фильтра, оно должно быть выше 10 В.

Пример стабилизатора на полевом транзисторе

При создании радиотехнических устройств с использованием ламп типовой анодный источник питания не обеспечивает требуемой стабильности выходных параметров. Добавление резистора в схему увеличивает потери и не позволяет точно корректировать изменение мощности нагрузки.

Схема подключения простого стабилизатора

Своими руками собрать этот стабилизатор тока на полевом транзисторе несложно. С его помощью гарантируется точность заданных параметров в диапазоне не более 6% от номинала.

Выбор схемы включения

На практике используются различные инженерные решения. В частности, производители предлагают импульсные блоки питания для подключения светодиодных осветительных приборов. Эти устройства выполняют свои функции путем преобразования частоты и модуляции сигнала. Для проверки ключа устанавливаются микросхемы. Индуктивность используется для накопления измеренной энергии.

Стабилизатор импульсного тока

Для простоты в этой статье обсуждается линейная стабилизация. Устройства, разработанные по этой схеме, не создают сильных электромагнитных помех. В этом главное отличие от импульсных аналогов.