Sadržaj:

Nije tajna da LED svjetiljke povremeno izgaraju, unatoč dugim jamstvenim rokovima koje su utvrdili proizvođači. Mnogi ljudi jednostavno ne znaju prave razloge zašto ne uspijevaju. Međutim, ovdje nema posebnih poteškoća, samo takve svjetiljke imaju određene parametre koji zahtijevaju obveznu stabilizaciju. Ovo je jakost struje u samoj svjetiljci i pad napona u opskrbnoj mreži.

Za rješavanje ovog problema koristi se trenutni stabilizator za LED diode. Međutim, ne mogu svi stabilizatori učinkovito riješiti problem. Stoga se u nekim slučajevima preporučuje da sami napravite stabilizator. Prije nego započnete ovaj proces, trebali biste pažljivo razumjeti svrhu, strukturu i princip rada stabilizatora kako biste izbjegli pogreške prilikom sastavljanja kruga.

Namjena stabilizatora

Glavna funkcija stabilizatora je izjednačavanje struje, bez obzira na padove napona u električnoj mreži. Postoje dvije vrste stabilizirajućih uređaja - linearni i pulsni. U prvom slučaju, svi izlazni parametri se podešavaju raspodjelom snage između opterećenja i vlastitog otpora. Druga opcija je mnogo učinkovitija, jer se u ovom slučaju samo potrebna količina energije isporučuje LED diodama. Rad takvih stabilizatora temelji se na principu modulacije širine impulsa.

Ima veću učinkovitost od najmanje 90%. Međutim, oni imaju prilično složen krug i, shodno tome, visoku cijenu u usporedbi s uređajima linearnog tipa. Treba napomenuti da je uporaba stabilizatora LM317 dopuštena samo za linearne krugove. Ne mogu se spojiti na krugove s visokim vrijednostima struje. Zato su ovi uređaji najprikladniji za korištenje s LED diodama.

Potreba za upotrebom stabilizatora objašnjava se karakteristikama LED parametara. Odlikuje ih nelinearna strujno-naponska karakteristika, kada promjena napona na LED-u dovodi do neproporcionalne promjene struje. S porastom napona struja u samom početku raste vrlo sporo, pa se ne opaža sjaj. Nadalje, kada napon dosegne vrijednost praga, počinje emitiranje svjetlosti uz istodobni brzi porast struje. Ako napon nastavi rasti, tada se struja još više povećava, uzrokujući izgaranje LED-a.

LED karakteristike odražavaju vrijednost napona praga kao prednji napon pri nazivnoj struji. Nazivna struja za većinu LED dioda male snage je 20 mA. Snažne LED diode zahtijevaju veće vrijednosti struje, koje dosežu 350 mA ili više. Oni stvaraju veliku količinu topline i postavljaju se na posebne hladnjake.

Kako bi se osigurao normalan rad LED dioda, napajanje mora biti spojeno na njih kroz strujni stabilizator. To je zbog širenja napona praga. Odnosno, različite vrste LED dioda imaju različite prednje napone. Čak i svjetiljke istog tipa možda nemaju isti prednji napon, i to ne samo minimalnu, već i maksimalnu vrijednost.

Dakle, ako na isti izvor, tada će kroz sebe propustiti potpuno različite struje. Razlika u strujama dovodi do njihovog preranog kvara ili trenutnog izgaranja. Kako bi se izbjegle takve situacije, preporuča se uključiti LED diode zajedno sa stabilizirajućim uređajima koji su dizajnirani da izjednače struju i dovedu je na određenu, zadanu vrijednost.

Stabilizacijski uređaji linearnog tipa

Korištenjem stabilizatora, struja koja prolazi kroz LED diodu postavlja se na određenu vrijednost, neovisno o naponu primijenjenom na krug. Ako napon prijeđe razinu praga, struja će i dalje ostati ista i neće se promijeniti. U budućnosti, kada se ukupni napon poveća, njegovo povećanje će se dogoditi samo na trenutnom stabilizatoru, a na LED-u će ostati nepromijenjeno.

Dakle, s nepromijenjenim parametrima LED-a, trenutni stabilizator može se nazvati stabilizatorom snage. Distribucija aktivne snage koju uređaj generira u obliku topline događa se između stabilizatora i LED diode proporcionalno naponu na svakoj od njih. Ova vrsta stabilizatora naziva se linearna.

Zagrijavanje linearnog stabilizatora struje povećava se s porastom napona koji se na njega primjenjuje. To je njegov glavni nedostatak. Međutim, ovaj uređaj ima nekoliko prednosti. Tijekom rada nema elektromagnetskih smetnji. Dizajn je vrlo jednostavan, što čini proizvod prilično jeftinim u većini shema.

Postoje primjene u kojima linearni strujni regulator za 12V LED diode postaje učinkovitiji od sklopnog pretvarača, posebno kada je ulazni napon samo malo viši od LED napona. Ako se napajanje napaja iz mreže, krug može koristiti transformator, na čiji je izlaz priključen linearni stabilizator.

Dakle, prvo se napon smanjuje na istu razinu kao u LED-u, nakon čega linearni stabilizator postavlja potrebnu vrijednost struje. Druga opcija uključuje približavanje LED napona naponu napajanja. U tu svrhu, LED diode su povezane serijski u zajednički lanac. Kao rezultat toga, ukupni napon u krugu bit će zbroj napona svake LED diode.

Neki stabilizatori struje mogu se napraviti na tranzistoru s efektom polja pomoću pn spoja. Struja odvoda se postavlja korištenjem napona gate-source. Struja koja prolazi kroz tranzistor jednaka je početnoj struji odvoda navedenoj u tehničkoj dokumentaciji. Minimalni radni napon takvog uređaja ovisi o tranzistoru i iznosi oko 3 V.

Stabilizatori impulsne struje

Ekonomičniji uređaji uključuju stabilizatore struje koji se temelje na pretvaraču impulsa. Ovaj element je također poznat kao pretvarač ključeva ili pretvarač. Unutar pretvarača, snaga se pumpa u određenim dijelovima u obliku impulsa, što je odredilo njegovo ime. U uređaju koji normalno radi, potrošnja energije se događa kontinuirano. Kontinuirano se prenosi između ulaznih i izlaznih krugova i također se kontinuirano dovodi do opterećenja.

U električnim krugovima, stabilizator struje i napona koji se temelji na pretvaračima impulsa ima gotovo isti princip rada. Jedina razlika je u tome što se kontrolira struja kroz opterećenje umjesto napona preko opterećenja. Ako se struja u opterećenju smanji, stabilizator pumpa snagu. U slučaju povećanja, snaga se smanjuje. To vam omogućuje stvaranje stabilizatora struje za LED diode velike snage.

Najčešći krugovi dodatno imaju reaktivni element koji se naziva prigušnica. Energija mu se dovodi u određenim dijelovima iz ulaznog kruga, koji se zatim prenosi na opterećenje. Takav prijenos se događa preko prekidača ili ključa, koji je u dva glavna stanja - isključeno i uključeno. U prvom slučaju ne prolazi struja i ne oslobađa se snaga. U drugom slučaju, ključ provodi struju dok ima vrlo mali otpor. Stoga je i oslobođena snaga blizu nule. Stoga se prijenos energije događa gotovo bez gubitka snage. Međutim, pulsna struja se smatra nestabilnom i za njezinu stabilizaciju koriste se posebni filtri.

Uz očite prednosti, pretvarač impulsa ima ozbiljne nedostatke, čije uklanjanje zahtijeva specifična dizajna i tehnička rješenja. Ovi uređaji su složenog dizajna i stvaraju elektromagnetske i električne smetnje. Za vlastiti rad troše određenu količinu energije i zbog toga se zagrijavaju. Njihov je trošak znatno veći od linearnih stabilizatora i transformatorskih uređaja. Međutim, većina nedostataka se uspješno prevladava, zbog čega su preklopni stabilizatori vrlo popularni među potrošačima.

LED pogon za napajanje

Danas ću pisati o nečemu o čemu sam davno trebao pisati, zbog pozadinskog osvjetljenja i LED obrti postaje sve više i više, ali ponekad jedna ili dvije LED diode izgore u njima, a ljepota blijedi u pozadini, pa da biste spriječili da se to dogodi, morate instalirati stabilizatori za LED proizvoda. Jednokratnom ugradnjom takvih stabilizatora postižemo trajnost i nesmetan rad naših LED dioda.

Jednostavan "uradi sam" LED stabilizator

Nije tajna da led žarulje, koji se koriste u automobilima, kao i većina LED traka, dizajnirani su za konstantni napon od 12 volti. Također svi znaju da napon u mreži na vozilu može premašiti 15 volti, što može biti destruktivno za osjetljive LED diode. Kao rezultat iznenadnih skokova napona, LED diode mogu propasti (bljeskati, izgubiti svjetlinu ili, češće, jednostavno izgorjeti).

Možete se boriti protiv ovog problemačak je i potrebno, pogotovo jer ne zahtijeva nikakvo posebno znanje ili troškove. Kao što ste vjerojatno već pogodili, za borbu protiv visokog napona (za LED) morate kupiti i proizvesti stabilizator napona. Stabilizator od 12 volti može se lako pronaći u bilo kojoj trgovini radiodijelova. Oznake mogu varirati, uzeo sam KREN 8B (15 rubalja) i diodu 1N4007 (1 rublja). Dioda je neophodna za sprječavanje promjene polariteta i mora se zalemiti na ulaz stabilizatora.

Dijagram povezivanja

praznine

Počeo sam spajati stabilizatore na rasvjetu nogu (to sam već učinio). Kao što vidite na slici, napon u putnoj mreži s isključenim kontaktom (napon akumulatora) je 12,24 volta, što nije zastrašujuće za LED traku, ali napon u putnoj mreži s upaljenim motorom je prijetećih (za LED) 14,44 volta. Zatim vidimo da se stabilizator savršeno nosi sa svojim zadatkom i proizvodi izlazni napon koji nikada ne prelazi 12 volti, što je dobra vijest.

Izolirani primjer, u bilo kojoj drugoj e-pošti. u krugovima je situacija slična

Dijagram povezivanja

Desna ulazna vrata

Vozačeva vrata

Pa, preostaje samo sve dobro izolirati, namotati dovod žica i sastaviti obloge vrata.
Tijekom cijelog perioda rada nijedna LED dioda nije izgorjela i nadam se da će pozadinsko osvjetljenje zadovoljiti mene i one oko mene jako dugo.

Nadam se da će nekom biti od koristi...

Unatoč širokom izboru LED svjetiljki različitih dizajna u trgovinama, radio amateri razvijaju vlastite verzije sklopova za napajanje bijelih super-sjajnih LED dioda. Uglavnom, zadatak se svodi na to kako napajati LED iz samo jedne baterije ili akumulatora i provesti praktična istraživanja.

Nakon što se dobije pozitivan rezultat, strujni krug se rastavlja, dijelovi se stavljaju u kutiju, eksperiment se dovršava i dolazi do moralnog zadovoljstva. Često istraživanje tu prestaje, no ponekad se iskustvo sastavljanja određene jedinice na matičnoj ploči pretvori u pravi dizajn, izrađen prema svim pravilima umjetnosti. U nastavku razmatramo nekoliko jednostavnih sklopova koje su razvili radio amateri.

U nekim slučajevima vrlo je teško utvrditi tko je autor sheme, budući da se ista shema pojavljuje na različitim stranicama iu različitim člancima. Često autori članaka iskreno pišu da je ovaj članak pronađen na internetu, ali je nepoznato tko je prvi put objavio ovaj dijagram. Mnogi sklopovi jednostavno su kopirani s ploča istih kineskih svjetiljki.

Zašto su potrebni pretvarači?

Stvar je u tome što izravni pad napona u pravilu nije manji od 2,4 ... 3,4 V, tako da je jednostavno nemoguće upaliti LED iz jedne baterije s naponom od 1,5 V, a još više od baterije s naponom od 1,2V. Ovdje postoje dva izlaza. Ili upotrijebite bateriju od tri ili više galvanskih članaka ili napravite barem najjednostavniji.

To je pretvarač koji će vam omogućiti napajanje svjetiljke sa samo jednom baterijom. Ovo rješenje smanjuje troškove napajanja, a osim toga omogućuje potpuniju upotrebu: mnogi pretvarači rade s dubokim pražnjenjem baterije do 0,7 V! Korištenje pretvarača također vam omogućuje smanjenje veličine svjetiljke.

Krug je blokirajući oscilator. Ovo je jedan od klasičnih elektroničkih sklopova, pa ako je pravilno sastavljen i u dobrom stanju, odmah počinje raditi. Glavna stvar u ovom krugu je pravilno namotati transformator Tr1 i ne zbuniti faziranje namota.

Kao jezgru za transformator možete koristiti feritni prsten s neupotrebljive ploče. Dovoljno je namotati nekoliko zavoja izolirane žice i spojiti namotaje, kao što je prikazano na slici ispod.

Transformator se može namotati žicom za namotavanje kao što je PEV ili PEL promjera ne većeg od 0,3 mm, što će vam omogućiti da postavite nešto veći broj zavoja na prstenu, najmanje 10...15, što će donekle poboljšati rad kruga.

Namote treba namotati u dvije žice, a zatim spojiti krajeve namota kao što je prikazano na slici. Početak namota na dijagramu prikazan je točkom. Možete koristiti bilo koji n-p-n tranzistor male snage: KT315, KT503 i slično. Danas je lakše pronaći uvozni tranzistor kao što je BC547.

Ako nemate n-p-n tranzistor pri ruci, možete koristiti, na primjer, KT361 ili KT502. Međutim, u tom slučaju morat ćete promijeniti polaritet baterije.

Otpornik R1 odabire se na temelju najboljeg LED sjaja, iako krug radi čak i ako se jednostavno zamijeni kratkospojnikom. Gornji dijagram namijenjen je jednostavno "za zabavu", za provođenje eksperimenata. Tako nakon osam sati neprekidnog rada na jednoj LED diodi, baterija pada sa 1,5V na 1,42V. Možemo reći da se gotovo nikad ne prazni.

Da biste proučili nosivost kruga, možete pokušati paralelno spojiti još nekoliko LED dioda. Na primjer, s četiri LED diode krug nastavlja raditi prilično stabilno, sa šest LED dioda tranzistor se počinje zagrijavati, s osam LED svjetlina osjetno pada i tranzistor se jako zagrijava. Ali shema i dalje radi. Ali ovo je samo za znanstveno istraživanje, jer tranzistor neće dugo raditi u ovom načinu rada.

Ako planirate izraditi jednostavnu svjetiljku temeljenu na ovom krugu, morat ćete dodati još nekoliko dijelova koji će osigurati svjetliji sjaj LED-a.

Lako je vidjeti da se u ovom krugu LED ne napaja pulsirajućom, već istosmjernom strujom. Naravno, u ovom će slučaju svjetlina sjaja biti nešto veća, a razina pulsiranja emitirane svjetlosti bit će mnogo manja. Bilo koja visokofrekventna dioda, na primjer, KD521 (), bit će prikladna kao dioda.

Pretvarači s prigušnicom

Još jedan najjednostavniji dijagram prikazan je na donjoj slici. Nešto je kompliciraniji od sklopa na slici 1, sadrži 2 tranzistora, ali umjesto transformatora s dva namota ima samo prigušnicu L1. Takva prigušnica može se namotati na prsten iz iste štedne žarulje, za koju ćete morati namotati samo 15 zavoja žice za namatanje promjera 0,3 ... 0,5 mm.

S navedenom postavkom induktora na LED-u, možete dobiti napon do 3,8 V (pad napona naprijed na 5730 LED-u je 3,4 V), što je dovoljno za napajanje LED-a od 1 W. Postavljanje kruga uključuje odabir kapaciteta kondenzatora C1 u rasponu od ±50% maksimalne svjetline LED-a. Krug je operativan kada se napon napajanja smanji na 0,7 V, što osigurava maksimalnu iskoristivost kapaciteta baterije.

Ako se razmatrani sklop dopuni ispravljačem na diodi D1, filtrom na kondenzatoru C1 i zener diodom D2, dobit ćete izvor napajanja male snage koji se može koristiti za napajanje krugova operacijskih pojačala ili drugih elektroničkih komponenti. U ovom slučaju, induktivitet induktora odabran je unutar raspona od 200 ... 350 μH, dioda D1 s Schottky barijerom, zener dioda D2 odabrana je prema naponu napajanog kruga.

Uspješnom kombinacijom okolnosti, pomoću takvog pretvarača možete dobiti izlazni napon od 7 ... 12 V. 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 diodu provodi se na sličan način kao što se to radi u raznim privjescima za ključeve ili u upaljačima s LED diodama.

LED se preko gumba za napajanje, bez ikakvog ograničavajućeg otpornika, napaja s 3...4 male disk baterije, čiji unutarnji otpor ograničava struju kroz LED na sigurnu razinu.

Strujni povratni krugovi

Ali LED je, na kraju krajeva, trenutni uređaj. Nije uzalud da dokumentacija za LED diode ukazuje na istosmjernu struju. Stoga pravi LED strujni krugovi sadrže strujnu povratnu spregu: kada struja kroz LED dosegne određenu vrijednost, izlazni stupanj se isključuje iz napajanja.

Stabilizatori napona rade na potpuno isti način, samo što postoji povratna veza napona. Ispod je krug za napajanje LED dioda s povratnom strujom.

Nakon detaljnijeg pregleda, možete vidjeti da je osnova kruga isti blokirajući oscilator sastavljen na tranzistoru VT2. Tranzistor VT1 je upravljački u povratnom krugu. Povratna veza u ovoj shemi radi na sljedeći način.

LED diode se napajaju naponom koji se nakuplja na elektrolitskom kondenzatoru. Kondenzator se puni kroz diodu s impulsnim naponom iz kolektora tranzistora VT2. Ispravljeni napon se koristi za napajanje LED dioda.

Struja kroz LED diode prolazi sljedećim putem: pozitivna ploča kondenzatora, LED diode s graničnim otpornicima, strujni povratni otpornik (senzor) Roc, negativna ploča elektrolitskog kondenzatora.

U ovom slučaju, na povratnom otporniku stvara se pad napona Uoc=I*Roc, gdje je I struja kroz LED diode. Kako se napon povećava (generator, na kraju krajeva, radi i puni kondenzator), struja kroz LED diode raste, a posljedično, napon na povratnom otporniku Roc raste.

Kada Uoc dosegne 0,6 V, tranzistor VT1 se otvara, zatvarajući spoj baza-emiter tranzistora VT2. Tranzistor VT2 se zatvara, blokirajući generator se zaustavlja i prestaje puniti elektrolitički kondenzator. Pod utjecajem opterećenja, kondenzator se prazni, a napon na kondenzatoru pada.

Smanjenje napona na kondenzatoru dovodi do smanjenja struje kroz LED diode i, kao rezultat toga, smanjenja povratnog napona Uoc. Stoga se tranzistor VT1 zatvara i ne ometa rad blokirnog generatora. Generator se pokreće i cijeli se ciklus ponavlja iznova i iznova.

Promjenom otpora povratnog otpornika, možete mijenjati struju kroz LED diode u širokom rasponu. Takvi sklopovi nazivaju se stabilizatori impulsne struje.

Integralni stabilizatori struje

Trenutačno se strujni stabilizatori za LED diode proizvode u integriranoj verziji. Primjeri uključuju specijalizirane mikro krugove ZXLD381, ZXSC300. Sklopovi prikazani u nastavku preuzeti su iz podatkovne tablice ovih čipova.

Slika prikazuje dizajn ZXLD381 čipa. Sadrži PWM generator (Pulse Control), strujni senzor (Rsense) i izlazni tranzistor. Ima samo dva viseća dijela. To su LED i induktor L1. Tipični dijagram povezivanja prikazan je na sljedećoj slici. Mikro krug se proizvodi u paketu SOT23. Frekvencija generiranja od 350 KHz postavljena je unutarnjim kondenzatorima; ne može se promijeniti. Učinkovitost uređaja je 85%, pokretanje pod opterećenjem moguće je čak i uz napon napajanja od 0,8 V.

Prednji napon LED-a ne smije biti veći od 3,5 V, kao što je naznačeno u donjem retku ispod slike. Struja kroz LED diodu kontrolira se promjenom induktiviteta induktora, kao što je prikazano u tablici na desnoj strani slike. Srednji stupac prikazuje vršnu struju, posljednji stupac prikazuje prosječnu struju kroz LED. Da biste smanjili razinu valovitosti i povećali svjetlinu sjaja, moguće je koristiti ispravljač s filtrom.

Ovdje koristimo LED s prednjim naponom od 3,5 V, visokofrekventnu diodu D1 sa Schottkyjevom barijerom i kondenzator C1 po mogućnosti s niskim ekvivalentnim serijskim otporom (niski ESR). Ovi zahtjevi su neophodni kako bi se povećala ukupna učinkovitost uređaja, zagrijavajući diodu i kondenzator što je manje moguće. Izlazna struja odabire se odabirom induktiviteta induktora ovisno o snazi ​​LED-a.

Razlikuje se od ZXLD381 po tome što nema unutarnji izlazni tranzistor i otpornik strujnog senzora. Ovo rješenje omogućuje značajno povećanje izlazne struje uređaja i stoga korištenje LED-a veće snage.

Kao strujni senzor koristi se vanjski otpornik R1, čijom se promjenom vrijednosti može podesiti potrebna struja ovisno o vrsti LED-a. Ovaj se otpornik izračunava korištenjem formula navedenih u podatkovnoj tablici za ZXSC300 čip. Ovdje nećemo predstavljati ove formule; ako je potrebno, lako je pronaći podatkovnu tablicu i tamo potražiti formule. Izlazna struja ograničena je samo parametrima izlaznog tranzistora.

Kada prvi put uključite sve opisane sklopove, preporučljivo je spojiti bateriju preko otpornika od 10 Ohma. To će pomoći u izbjegavanju smrti tranzistora ako su, na primjer, namoti transformatora neispravno spojeni. Ako LED svijetli s ovim otpornikom, tada se otpornik može ukloniti i izvršiti daljnja podešavanja.

Boris Aladiškin

Obrazovni članak o LED stabilizatorima struje i više. Razmatraju se sheme stabilizatora linearne i impulsne struje.

Stabilizator struje za LED diode ugrađen je u mnoge dizajne rasvjetnih tijela. 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 se napon povećava, struja isprva raste vrlo sporo i LED ne svijetli. Zatim, kada se dosegne napon praga, LED počinje svijetliti i struja se povećava vrlo brzo. S daljnjim povećanjem napona, struja se katastrofalno povećava i LED izgara.

Napon praga naznačen je u karakteristikama LED dioda kao prednji napon pri nazivnoj struji. Nazivna struja za većinu LED dioda male snage je 20 mA. Za LED rasvjetu velike snage, nazivna struja može biti veća - 350 mA ili više. Usput, LED velike snage stvaraju toplinu i moraju se instalirati na hladnjak.

Da bi LED ispravno radio, mora se napajati kroz stabilizator struje. Za što? Činjenica je da se napon praga LED-a razlikuje. Različite vrste LED imaju različite prednje napone, čak i LED iste vrste imaju različite prednje napone - to je naznačeno u karakteristikama LED kao minimalna i maksimalna vrijednost. Posljedično, dvije LED diode spojene na isti izvor napona u paralelnom krugu propuštat će različite struje. Ova struja može biti toliko različita da LED dioda može prije otkazati ili odmah izgorjeti. Osim toga, stabilizator napona također ima pomicanje parametara (od primarne razine snage, od opterećenja, od temperature, jednostavno tijekom vremena). Stoga je nepoželjno uključiti LED diode bez uređaja za izjednačavanje struje. Razmatraju se različite metode izjednačavanja struje. Ovaj članak govori o uređajima koji postavljaju vrlo specifičnu, specificiranu struju - stabilizatori struje.

Vrste stabilizatora struje

Stabilizator struje postavlja zadanu struju kroz LED, bez obzira na napon primijenjen na krug. Kada napon u krugu poraste iznad razine praga, struja dosegne zadanu vrijednost i ne mijenja se dalje. S daljnjim povećanjem ukupnog napona, napon na LED diodi se prestaje mijenjati, a napon na stabilizatoru struje raste.

Budući da je napon na LED diodi određen njezinim parametrima i općenito je nepromijenjen, stabilizator struje se može nazvati i stabilizatorom snage LED diode. U najjednostavnijem slučaju, aktivna snaga (toplina) koju stvara uređaj raspoređuje se između LED diode i stabilizatora proporcionalno naponu na njima. Takav stabilizator naziva se linearni. Postoje i ekonomičniji uređaji - stabilizatori struje koji se temelje na pretvaraču impulsa (ključni pretvarač ili pretvarač). Zovu se impulsni jer pumpaju snagu unutar sebe u dijelovima - impulsima, prema potrebi potrošača. Ispravan pretvarač impulsa kontinuirano troši energiju, interno je prenosi u impulsima od ulaznog kruga do izlaznog kruga i ponovno kontinuirano isporučuje snagu potrošaču.

Linearni stabilizator struje

Linearni stabilizator struje se zagrijava što je veći napon na njega. To je njegov glavni nedostatak. Međutim, ima niz prednosti, na primjer:

• Linearni stabilizator ne stvara elektromagnetske smetnje
• Jednostavan dizajn
• Niska cijena u većini aplikacija

Budući da sklopni pretvarač nikada nije potpuno učinkovit, postoje primjene u kojima linearni regulator ima usporedivu ili čak veću učinkovitost - kada je ulazni napon samo malo viši od napona LED diode. Usput, kada se napaja iz mreže, često se koristi transformator, na čijem je izlazu instaliran linearni stabilizator struje. To jest, prvo se napon smanjuje na razinu usporedivu s naponom na LED-u, a zatim se pomoću linearnog stabilizatora postavlja potrebna struja.

U drugom slučaju, napon LED dioda možete približiti naponu napajanja - spojite LED diode u serijski lanac. Napon na lancu bit će jednak zbroju napona na svakoj LED diodi.

Krugovi linearnih stabilizatora struje

Najjednostavniji krug stabilizatora struje temelji se na jednom tranzistoru (krug "a"). Budući da je tranzistor strujno pojačalo, njegova izlazna struja (struja kolektora) je h 21 puta veća od struje upravljanja (struje baze) (pojačanje). Struja baze može se postaviti pomoću baterije i otpornika ili pomoću zener diode i otpornika (krug "b"). Međutim, takav je krug teško konfigurirati, rezultirajući stabilizator ovisit će o temperaturi, osim toga, tranzistori imaju širok raspon parametara i prilikom zamjene tranzistora struja će se morati ponovno odabrati. Krug s povratnom spregom "c" i "d" radi mnogo bolje. Otpornik R u krugu djeluje kao povratna veza - kako se struja povećava, napon na otporniku raste, čime se isključuje tranzistor i struja se smanjuje. Strujni krug "d", kada se koriste tranzistori istog tipa, ima veću temperaturnu stabilnost i mogućnost maksimalnog smanjenja vrijednosti otpornika, čime se smanjuje minimalni napon stabilizatora i oslobađanje snage na otporniku R.

Strujni stabilizator može se izraditi na temelju tranzistora s efektom polja s p-n spojem (krug "d"). Napon gate-source postavlja struju odvoda. Pri nultom naponu gate-source struja kroz tranzistor jednaka je početnoj struji odvoda navedenoj u dokumentaciji. Minimalni radni napon takvog stabilizatora struje ovisi o tranzistoru i doseže 3 volta. Neki proizvođači elektroničkih komponenti proizvode posebne uređaje - gotove stabilizatore s fiksnom strujom, sastavljene prema sljedećoj shemi - CRD (Current Regulating Devices) ili CCR (Constant Current Regulator). Neki ga ljudi nazivaju diodnim stabilizatorom jer se ponaša kao dioda kada se okrene unatrag.

Tvrtka On Semiconductor proizvodi, na primjer, linearni stabilizator serije NSIxxx, koji ima dva terminala i, radi povećanja pouzdanosti, ima negativan temperaturni koeficijent - kako se temperatura povećava, struja kroz LED diode se smanjuje.

Stabilizator struje koji se temelji na pretvaraču impulsa vrlo je sličan po dizajnu stabilizatoru napona koji se temelji na pretvaraču impulsa, ali ne kontrolira napon preko opterećenja, već struju kroz opterećenje. Kada se struja u opterećenju smanjuje, pumpa snagu, a kada se povećava, smanjuje je. Najčešći krugovi impulsnih pretvarača uključuju reaktivni element - prigušnicu, koja se pomoću prekidača (prekidača) pumpa s dijelovima energije iz ulaznog kruga (iz ulaznog kapaciteta) i, zauzvrat, prenosi ga na opterećenje . Uz očitu prednost uštede energije, pretvarači impulsa imaju niz nedostataka koji se moraju prevladati različitim sklopovima i dizajnerskim rješenjima:

• Preklopni pretvarač proizvodi električne i elektromagnetske smetnje
• Obično ima složenu strukturu
• Nema apsolutnu učinkovitost, odnosno troši energiju za vlastiti rad i zagrijava se
• Najčešće ima višu cijenu u usporedbi, na primjer, s transformatorskim plus linearnim uređajima

Budući da je ušteda energije ključna u mnogim primjenama, dizajneri komponenti i sklopova nastoje smanjiti utjecaj tih nedostataka i često u tome uspijevaju.

Sklopovi pretvarača impulsa

Budući da se stabilizator struje temelji na pretvaraču impulsa, razmotrimo osnovne krugove pretvarača impulsa. Svaki pretvarač impulsa ima ključ, element koji može biti samo u dva stanja - uključeno i isključeno. Kada je isključen, ključ ne provodi struju i, sukladno tome, na njemu se ne oslobađa struja. Kada je uključen, prekidač provodi struju, ali ima vrlo nizak otpor (idealno jednak nuli), prema tome, snaga se oslobađa na njemu, blizu nule. Stoga sklopka može prenijeti dijelove energije iz ulaznog kruga u izlazni krug gotovo bez gubitka snage. Međutim, umjesto stabilne struje, koja se može dobiti iz linearnog napajanja, izlaz takve sklopke bit će impulsni napon i struja. Kako biste ponovno dobili stabilan napon i struju, možete instalirati filtar.

Koristeći konvencionalni RC filtar, 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 filtar umjesto RC - LC (krug "b"), tada se, zahvaljujući "specifičnim" svojstvima induktiviteta, mogu izbjeći gubici snage. Induktivitet ima korisno reaktivno svojstvo - struja kroz njega se postupno povećava, električna energija koja mu se dovodi pretvara se u magnetsku energiju i nakuplja u jezgri. Nakon što se sklopka isključi, struja u induktivitetu ne nestaje, napon preko induktiviteta mijenja polaritet i nastavlja puniti izlazni kondenzator, induktivitet postaje izvor struje kroz premosnu diodu D. Ovaj induktivitet, dizajniran za prijenos snaga, naziva se prigušnica. Struja u induktoru ispravnog uređaja stalno je prisutna - tzv. kontinuirani mod ili kontinuirani strujni mod (u zapadnoj literaturi ovaj mod se naziva Constant Current Mode - CCM). Kada se struja opterećenja smanji, napon na takvom pretvaraču raste, energija akumulirana u induktoru se smanjuje i uređaj može prijeći u diskontinuirani način rada kada struja u induktoru postane isprekidana. Ovaj način rada naglo povećava razinu smetnji koje stvara uređaj. Neki pretvarači rade u graničnom načinu rada, kada se struja kroz induktor približava nuli (u zapadnoj literaturi ovaj se način rada naziva Border Current Mode - BCM). U svakom slučaju, kroz induktor teče značajna istosmjerna struja, što dovodi do magnetiziranja jezgre, pa je stoga induktor izrađen od posebnog dizajna - s prekidom ili pomoću posebnih magnetskih materijala.

Stabilizator koji se temelji na pretvaraču impulsa ima uređaj koji regulira rad ključa ovisno o opterećenju. Stabilizator napona registrira napon na opterećenju i mijenja rad sklopke (krug “a”). Stabilizator struje mjeri struju kroz opterećenje, na primjer, pomoću malog mjernog otpora Ri (shema "b") spojenog u seriju s opterećenjem.

Pretvarač se, ovisno o signalu regulatora, uključuje s različitim radnim ciklusom. Postoje dva uobičajena načina upravljanja ključem - modulacija širine impulsa (PWM) i strujni način. U PWM modu, signal greške kontrolira trajanje impulsa uz održavanje stope ponavljanja. U strujnom načinu rada mjeri se vršna struja u induktoru i mijenja se interval između impulsa.

Moderni sklopni pretvarači obično koriste MOSFET tranzistor kao sklopku.

Buck pretvarač

Gore razmotrena verzija pretvarača naziva se padajući pretvarač, budući da je napon na opterećenju uvijek niži od napona izvora napajanja.

Budući da induktor stalno teče jednosmjernu struju, zahtjevi za izlaznim kondenzatorom mogu se smanjiti, induktor s izlaznim kondenzatorom djeluje kao učinkovit LC filter. U nekim krugovima stabilizatora struje, na primjer za LED diode, možda uopće nema izlaznog kondenzatora. U zapadnoj literaturi, buck converter se naziva Buck converter.

Boost pretvarač

Krug preklopnog regulatora u nastavku također radi na temelju prigušnice, ali je prigušnica uvijek spojena na izlaz napajanja. Kada je sklopka otvorena, struja teče kroz induktor i diodu do opterećenja. Kada se sklopka zatvori, induktor akumulira energiju; kada se sklopka otvori, EMF koji nastaje na njegovim stezaljkama dodaje se EMF-u izvora napajanja i napon na opterećenju raste.

Za razliku od prethodnog kruga, izlazni kondenzator se puni povremenom strujom, stoga izlazni kondenzator mora biti velik i može biti potreban dodatni filter. U zapadnoj literaturi, buck-boost pretvarač naziva se Boost pretvarač.

Invertirajući pretvarač

Drugi krug pretvarača impulsa radi slično - kada je sklopka zatvorena, induktor akumulira energiju; kada se sklopka otvori, EMF koji nastaje na njegovim terminalima imat će suprotan predznak i na opterećenju će se pojaviti negativan napon.

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 naziva se Buck-Boost pretvarač.

Prednji i povratni pretvarači

Najčešće se napajanja proizvode prema shemi koja koristi transformator. Transformator osigurava galvansku izolaciju sekundarnog kruga od izvora napajanja; osim toga, učinkovitost napajanja na temelju takvih krugova može doseći 98% ili više. Prednji pretvarač (krug "a") prenosi energiju od izvora do opterećenja u trenutku kada je prekidač uključen. Zapravo, radi se o modificiranom silaznom pretvaraču. Povratni pretvarač (krug "b") prenosi energiju od izvora do opterećenja tijekom isključenog stanja.

U izravnom pretvaraču, transformator radi normalno, a energija se pohranjuje u induktoru. Zapravo, to je generator impulsa s LC filtrom na izlazu. Povratni pretvarač pohranjuje energiju u transformator. Odnosno, transformator kombinira svojstva transformatora i prigušnice, što stvara određene poteškoće pri odabiru njegovog dizajna.

U zapadnoj literaturi, forward converter se naziva Forward converter. Povratni pretvarač.

Korištenje pretvarača impulsa kao stabilizatora struje

Većina sklopnih izvora napajanja proizvodi se sa stabilizacijom izlaznog napona. Tipični krugovi takvih izvora napajanja, posebno snažnih, osim povratne veze izlaznog napona, imaju strujni upravljački krug za ključni element, na primjer otpornik niskog otpora. Ova kontrola vam omogućuje da osigurate način rada leptira za gas. Najjednostavniji stabilizatori struje koriste ovaj kontrolni element za stabilizaciju izlazne struje. Dakle, stabilizator struje ispada još jednostavniji od stabilizatora napona.

Razmotrimo krug stabilizatora impulsne struje za LED na temelju mikro kruga poznatog proizvođača elektroničkih komponenti On Semiconductor:

Krug pretvarača dolara radi u kontinuiranom strujnom načinu rada s vanjskim prekidačem. Krug je odabran između mnogih drugih jer pokazuje koliko jednostavan i učinkovit može biti krug sklopnog regulatora struje sa stranim prekidačem. U gornjem krugu, upravljački čip IC1 kontrolira rad MOSFET sklopke Q1. Budući da pretvarač radi u kontinuiranom načinu rada, 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 instaliran je u primarnom strujnom krugu, što rezultira jednostavnim i učinkovitim krugom. Ključ radi na frekvenciji od 700 kHz, što vam omogućuje ugradnju kompaktne prigušnice. Uz izlaznu snagu od 7 W, ulazni napon od 12 V pri radu na 700 mA (3 LED diode), učinkovitost uređaja je veća od 95%. Krug radi stabilno do 15 vata izlazne snage bez upotrebe dodatnih mjera za uklanjanje topline.

Još jednostavniji krug dobiva se pomoću čipova stabilizatora ključa s ugrađenim ključem. Na primjer, krug ključnog LED stabilizatora struje koji se temelji na /CAT4201 mikrokrugu:

Za rad uređaja snage do 7 W potrebno je samo 8 komponenti, uključujući sam čip. Preklopni regulator radi u načinu granične struje i za rad mu je potreban keramički kondenzator malenog izlaza. Otpornik R3 je neophodan kada se napaja na 24 volta ili više kako bi se smanjila brzina porasta ulaznog napona, iako to donekle smanjuje učinkovitost uređaja. Radna frekvencija prelazi 200 kHz i varira ovisno o opterećenju i ulaznom naponu. To je zbog metode regulacije - praćenje vršne struje induktora. Kada struja dosegne maksimalnu vrijednost, prekidač se otvara; kada struja padne na nulu, uključuje se. Učinkovitost uređaja doseže 94%.

Veliki izbor elektronike na današnjem tržištu stvara velike zahtjeve za napajanjem. Postoji ogroman broj gotovih modula i elektroničkih komponenti. Za LED diode često se koriste posebni stabilizatori. Ova tehnologija se koristi u gotovo svim modernim LED reflektorima, lampama ili lampama.

Među korisnicima koji žele vlastitim rukama napraviti stabilizator struje za LED diode, najpopularniji je mikro krug LM317 (uključujući njegove analoge), koji pripada podklasi linearnih stabilizatora.

Takvi uređaji podijeljeni su u nekoliko vrsta:

1. Linearni stabilizator struje za LED diode, čiji ulazni napon ne prelazi 40 V pri struji od 10 A.
2. Pulsni uređaji koji imaju nizak ulazni napon (na primjer, pulsni PWM kontroler);
3. Stabilizator sklopne struje, koji karakterizira visoki ulazni napon.

Odabir najprikladnijeg stabilizatora ovisi o učinkovitosti i sustavu hlađenja uređaja.

Step-up i step-down stabilizatori

Regulator pojačanja pretvara niski ulazni napon u viši izlazni napon. Ova se opcija koristi za LED diode s niskovoltnim napajanjem (na primjer, u automobilu ćete možda morati povećati 12 volti za LED diode na 19 V ili 45 V). Buck stabilizatori, naprotiv, smanjuju visoki napon na željenu razinu. Svi moduli podijeljeni su na univerzalne i specijalizirane. Univerzalni su obično opremljeni s dva promjenjiva otpora - kako bi se dobili potrebni parametri struje i napona na izlazu. Za specijalizirane uređaje izlazne vrijednosti najčešće su fiksne.

Kao stabilizator za LED diode koristi se poseban stabilizator struje, čiji se dijagrami krugova mogu naći u velikim količinama na Internetu. Ovdje je popularan model Lm2596. LED diode su često spojene na napajanje ili akumulator automobila preko otpornika. U tom slučaju napon može varirati u impulsima do 30 volti, zbog čega nekvalitetne LED diode mogu otkazati (treptajuća svjetla s djelomično neispravnim LED diodama). Stabilizacija struje u ovom slučaju može se provesti pomoću minijaturnog pretvarača.

Jednostavan pretvarač struje

Sastavljanje minijaturnog pretvarača struje vlastitim rukama smatra se prilično jednostavnim. Takvi stabilizatori napona obično se proizvode u načinu stabilizacije struje. Međutim, nemojte brkati maksimalni napon za cijeli blok i maksimalno opterećenje na PWM kontroleru. Na bloku se može instalirati sustav niskonaponskih kondenzatora od 20 V, a impulsni mikro krug može imati ulaz do 35 V. Najjednostavniji DIY LED stabilizator struje je verzija LM317. Samo trebate izračunati otpornik za LED pomoću online kalkulatora.

Za LM317 možete koristiti dostupno napajanje (na primjer, napajanje od 19 V iz prijenosnog računala, napajanje od 24 V ili 32 V iz pisača ili napajanje od 9 ili 12 V iz potrošačke elektronike). Prednosti takvog pretvarača su niska cijena, minimalan broj dijelova, visoka pouzdanost i dostupnost u trgovinama. Nije racionalno sastaviti složeniji krug stabilizatora struje vlastitim rukama. Stoga, ako niste iskusni radio amater, tada će stabilizator pulsne struje biti puno 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 pažljivije moguće.

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 mnogo puta testirane u praksi.

Jedina mana je što LM317 može zahtijevati dodatno hlađenje. Također biste trebali biti oprezni s kineskim mikro krugovima LM317 s nižim parametrima. U svakom slučaju, trošak je više nego pristupačan, a dostava je uključena u cijenu. Kineski proizvođači obavljaju prilično radno intenzivan rad po cijeni proizvoda od 30-50 rubalja po komadu. Nepotrebne rezervne dijelove možete prodati na Avitu ili forumima na internetu.

Sastavljanje jednostavnog stabilizatora vlastitim rukama

LED je poluvodički uređaj koji za rad zahtijeva struju. Uključivanje LED dioda kroz stabilizator smatra se najispravnijim. Trajanje bez gubitka svjetline ovisi o načinu rada. Glavna prednost najjednostavnijih stabilizatora (drivera), kao što je stabilizatorski čip LM317, je da ih je prilično teško spaliti. Dijagram povezivanja LM317 zahtijeva samo dva dijela: sam mikro krug, koji je uključen u stabilizacijski način rada, i otpornik.

1. Morat ćete kupiti promjenjivi otpornik s otporom od 0,5 kOhm (ima tri terminala i gumb za podešavanje). Možete ga naručiti online ili kupiti u Radioamateru.
2. Žice su zalemljene na srednji terminal, kao i na jedan od krajnjih.
3. Pomoću multimetra uključenog u načinu mjerenja otpora, mjeri se otpor otpornika. Potrebno je postići maksimalno očitanje od 500 Ohma (tako da LED ne izgori kada je otpor otpornika nizak). Pisano je o tome kako provjeriti samu LED multimetrom.
4. Nakon pažljive provjere ispravnih veza prije spajanja, sklop je sastavljen.

Maksimalna snaga LM317 je 1,5 Ampera. Ako želite povećati struju, možete krugu dodati tranzistor s efektom polja ili obični tranzistor. Kao rezultat toga, za uređaj temeljen na tranzistoru, može se postići napajanje od 10 A na izlazu (postavljeno otporom niskog otpora). U ove svrhe možete koristiti tranzistor KT825 ili instalirati analogni s boljim tehničkim karakteristikama i sustavom hlađenja.

U svakom slučaju, raspon prodanih modula i blokova je prilično širok, tako da se uređaj s potrebnim parametrima može sastaviti u minimalnom vremenu. Učinkovitost ovisi o razlici između ulaznog i izlaznog napona, kao i o načinu rada.

Uređaji srednje složenosti

Upravljački programi za LED diode od 220 V prosječne su složenosti za proizvodnju. Njihovo postavljanje može potrajati puno vremena, zahtijevajući iskustvo postavljanja. Takav vozač može se izvući iz LED svjetiljki, reflektora i svjetiljki s neispravnim LED krugom. Većina upravljačkih programa također se može modificirati prepoznavanjem modela PWM kontrolera pretvarača. Izlazni parametri se obično postavljaju pomoću jednog ili više otpornika. Tehnička tablica pokazuje razinu otpora potrebnu za postizanje željene struje. Ako instalirate podesivi otpornik, broj ampera na izlazu bit će podesiv (ali bez prekoračenja navedene nazivne snage).

Univerzalni modul XL4015 bio je vrlo popularan na kineskim web stranicama 2016. Po svojim karakteristikama pogodan je za spajanje LED dioda velike snage (do 100 W). Standardna verzija kućišta ovog modula je zalemljena na pločicu koja ima ulogu radijatora. Kako bi se poboljšalo hlađenje XL4015, krug stabilizatora struje mora se modificirati kako bi se instalirao hladnjak na kućište uređaja.

Mnogi korisnici jednostavno postavljaju radijator na vrh, ali učinkovitost ove instalacije je prilično niska. Sustav hlađenja najbolje je smjestiti na dnu ploče, nasuprot lemljenju čipa. Za optimalnu kvalitetu, može se odlemiti i instalirati na punopravni radijator pomoću termalne paste. Žice će se morati produžiti. Za diode se također može ugraditi dodatno hlađenje, što će značajno povećati učinkovitost cijelog kruga.

Među vozačima, podesivi pokretač smatra se najsvestranijim. U ovom slučaju, u krugu je instaliran promjenjivi otpornik, koji postavlja broj ampera na izlazu. Te su karakteristike obično navedene u sljedećim dokumentima:

• u specifikaciji za mikrokrug;
• u podatkovnoj tablici;
• u tipičnom dijagramu povezivanja.

Bez dodatnog hlađenja mikro kruga, takvi uređaji mogu izdržati 1-3 A (u skladu s modelom PWM kontrolera). Slaba točka takvih pokretača je zagrijavanje diode i induktora. Iznad 3 A bit će potrebno hlađenje snažne diode i PWM kontrolera. U tom slučaju, prigušnica se zamjenjuje prikladnijom ili se premotava debelom žicom.

Gdje mogu naručiti dijelove?

Za traženje visokokvalitetnih i istodobno pristupačnih modula možete koristiti web stranicu Aliexpress. Trošak će biti 2-3 puta jeftiniji u usporedbi s drugim trgovinama. Stoga je za testiranje bolje naručiti 2-3 komada odjednom (na primjer, 12 volti) po najnižoj cijeni. Na web mjestu 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 u pravilu marža za marku (plus blago redizajnirani kineski softver).

Kineske internetske trgovine zauzele su vodeće pozicije u asortimanu trenutnih pretvarača, napajanja i upravljačkih programa. Narudžbe stižu u 98% slučajeva. Cijene za DC-DC pretvarač počinju od 35 rubalja. Skuplje verzije mogu se razlikovati u prisutnosti dva ili tri otpornika za podrezivanje, umjesto jednog. Bolje je naručiti unaprijed.