Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение. Две простые, но надежные схемы стабилизатора тока для светодиодов в авто Стабилизатор напряжения для светодиодов smd
Почти все автомобилисты знакомы с такой проблемой, как быстрый выход из строя светодиодных ламп. Которые зачастую ставятся в габаритные огни, дневные ходовые огни (ДХО) или в другие фонари.
Как правило эти светодиодные лампы имеют малую мощность и ток потребления. Чем собственно говоря и обусловлен их выбор.
Сам по себе светодиод запросто служит в оптимальных условиях более 50000 часов, но в автомобиле, особенно в отечественном, его не хватает порой и на месяц. Сначала светодиод начинает мерцать, а затем и вообще перегорает.
Чем это объясняется?
Производитель ламп пишет маркировку «12V». Это оптимальное напряжение, при котором светодиоды в лампе работают почти на максимуме. И если подать на эту лампу 12 В, то она прослужит на максимальной яркости очень долгое время.Так почему же она перегорает в автомобиле? Изначально напряжение бортовой сети автомобиля – 12,6 В. Уже видно завышение от 12. А напряжение сети заведенного автомобиля может доходить до 14,5 В. Добавим ко всему этому различные скачки от переключения мощных ламп дальнего или ближнего света, мощные импульсы по напряжению и магнитные наводки при пуске двигателя от стартера. И получим не самую лучшую сеть для питания светодиодов, которые в отличии от ламп накаливания, очень чувствительны ко всем перепадам.
Так как зачастую в простеньких китайских лампах нет никаких ограничивающих элементов, кроме резистора – лампа выходит из строя от перенапряжения.
За свою практику я менял десятки таких ламп. Большая часть из них не служила и года. В конечном итоге я устал и решил поискать выход попроще.
Простой стабилизатор напряжения для светодиодов
Чтобы обеспечить комфортную эксплуатацию для светодиодов я решил сделать простой стабилизатор. Абсолютно не сложный, его сможет повторить любой автомобилист.Все что нам понадобиться:
- - кусок текстолита для платы,
Схема стабилизатора
Схема взята из даташита на микросхему L7805.
Все просто – слева вход, справа – выход. Такой стабилизатор может выдержать до 1,5 А нагрузки, при условии что будет установлен на радиатор. Естественно для маленьких лампочек никакого радиатора не нужно.
Сборка стабилизатора для светодиодов
Все что нужно это вырезать из текстолита нужный кусочек. Травить дорожки не нужно – я вырезал простые лини обычной отверткой.Припаиваем все элементы и все готово. В настройке не нуждается.
В роли корпуса служит термообдувка.
Плюс схемы ещё в том, что в роли радиатора модно использовать кузов автомобиля, так как центральный вывод корпуса микросхемы соединен с минусом.
На этом все, светодиоды больше не выгорают. Езжу больше года и о данной проблеме забыл, чего советую и вам.
Все знают, что для питания светодиодов требуется стабильный ток, иначе их кристалл не выдерживает и быстро разрушается. Для этого применяют токовую стабилизацию - специальные схемы драйверов или просто резисторы. Последний метод используется чаще всего, особенно в светодиодных лентах, где на каждые 3 LED элемента ставят по одному сопротивлению. Но резисторы, справляются со своим делом стабилизации не слишком эффективно, так как во-первых греются (лишний расход энергии), а во-вторых поддерживают заданный ток в узком диапазоне напряжений - согласно закона Ома.
Представляем радиоэлемент нового поколения - компактный регулятор тока для светодиодов от OnSemi NSI45020AT1G. Его важное преимущество - он двухвыводной и миниатюрный, создан специально для управления маломощными светодиодами. Устройство выполнено в SMD корпусе SOD-123 и обеспечивает стабильный ток 20 мА в цепи, не требуя дополнительных внешних компонентов. Такое простое и надежное устройство позволяет создавать недорогие решения для управления светодиодами. Внутри него находится схема из полевого транзистора и нескольких деталей обвязки, естественно с сопутствующими радиоэлементами защиты. Что-то типа такого LED драйвера.
Регулятор включается последовательно в цепь светодиодов, работает с максимальным рабочим напряжением 45 В, обеспечивает ток в цепи 20 мА с точностью ±10%, имеет встроенную ESD защиту, защиту от переполюсовки. При повышении температуры регулятора, выходной ток будет снижаться. Падение напряжения 0,5 В, а напряжение включения - 7,5 В.
Схемы включения стабилизатора тока LED
Для обеспечения тока в цепи больше 20 мА нужно включить параллельно несколько регуляторов (2 регулятора - ток 40 мА, 3 регулятора - ток 60 мА, 5 регуляторов - 100 мА).
Основные характеристики регулятора NSI45020
- Регулируемый ток 20±10% мА;
- Максимальное напряжение анод-катод 45 В;
- Рабочий температурный диапазон -55…+150°С;
- Корпус SOD-123 выполненный с использованием без свинцовых технологий.
Сферы применения стабилизатора NSI45020AT1G: световые панели, декоративная подсветка, подсветка дисплеев. В автомобилях регулятор тока ставят на подсветку зеркал, приборной панели, кнопок. Также его используют в светодиодных лентах вместо обычных резисторов, что позволяет подключать LED ленты к источникам разного напряжения без потери яркости. Напряжение питания у NSI45020 до 45 В, на выходе стабильные 20 мА. Включается последовательно с цепочкой светодиодов, единственное условие: сумма падений напряжения на светодиодах должна быть меньше входного напряжения минимум на 0,7 В. В общем деталь полезная, и если бы ещё цена на них была низкая - можно смело закупать партию и ставить вместо резисторов, на все светодиоды в приборах и конструкциях.
Светодиоды не любят колебания напряжения, это факт. Не любят они это по причине того, что светодиоды ведут себя не так как лампы или другие линейные приборы. Их ток меняется в зависимости от напряжения нелинейно, поэтому например двухкратное увеличение напряжения увеличивает ток через светодиоды далеко не в 2 раза. Из за чего они перегреваются, быстро деградируют и выходят из строя.
Большинство диодов, применяемых в автомобиле, имеют встроенное сопротивление, которое рассчитано на напряжение 12 вольт. Но напряжение бортовой сети автомобиля никогда не бывает 12 вольт (разве что с разряженным аккумулятором), плюс ко всему оно далеко не такое стабильное, как хотелось бы. Если использовать недорогие китайские диодные приборы в автомобиле без предварительной их стабилизации то они достаточно быстро начнут мигать а затем и вовсе перестанут светить.
Вот и я столкнулся с такой проблемой - светодиоды в габаритах начали мигать, так как я когда-то поленился их стабилизировать.
Существует множество готовых схем-стабилизаторов для 12-вольтовых приборов. Чаще всего на прилавках можно найти микросхему КР142ЕН8Б или подобные ей. Данная микросхема расчитана на ток до 1.5А, но для большего эффекта нужно включение с применением входных и выходных конденсаторов.
Стандартная схема предполагает применение 0.33 и 0.033мкФ конденсаторов (если память не изменяет). Но лично я решил сделать включение с применением 4-х конденсаторов: 470мкФ и 0.47мкФ на вход и соответственно в 10 раз меньшая емкость на выход. Я уже не помню, но где-то на форумах я встречал именно такое включение, решил его применить.
Чтобы все это можно было легко внедрить в авто, я решил напаять все элементы непосредственно на микросхему.
Микросхема с элементами
Микросхема с элементами
К микросхеме припаяны, помимо конденсаторов, два провода, соответственно вход и выход. Масса будет приходить через крепление микросхемы. Средняя нога микросхемы задействована только под ножки конденсаторов. Выводить провод от нее я не стал, так как она объединена с корпусом схемы.
Для прочности всей конструкции я решил залить все это клеем, затем завернуть в термоусадку.
Микросхемы
Микросхема и термоусадка
Готовые стабилизаторы
В автомобиле можно крепить через саморез к кузову.
Прикрепленный стабилизатор
Пост не претендует на что-то супер-мега технологичное, но мало ли кому может пригодиться 🙂
Схема включения
Вместо КР142ЕН8Б можно использовать L7812CV, схема включения аналогичная. Если взглянуть на стандартную схему и сравнить с моей то возникают вопросы “зачем именно такие емкости?”.
Поясняю: штатная схема включения подразумевает только стабилизацию напряжения, но никак не спасает от просадки (кратковременной) напряжения, поэтому в схему были введены электролиты достаточно большой емкости для сглаживания таких просадок.
По идее конечно АКБ в машине должен выполнить роль фильтра просадок напряжения, но иногда случаются просадки, которые АКБ просто не успевает уловить. Например при подаче искры на свечу зажигания через катушку проходит нехилый ток, который отлично просаживает напряжение в бортсети.
Если вы решили переоборудовать ваш автомобиль под светодиодное освещение, вам понадобится как минимум стабилизатор тока на lm317 для светодиодов. Собрать элементарный стабилизатор совершенно несложно, но чтобы избежать плачевных оплошностей даже при такой простой задаче не помешает минимальный ликбез. Многие люди, не связанные с радиоэлектроникой, часто смешивают такие понятия, как стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.
Легко о простом. Сила тока, напряжение и их стабилизация
От напряжения зависит, насколько стремительно электроны движутся по проводнику. Многие страстные любители жёсткого компьютерного разгона увеличивают напряжение ядра центрального процессора, благодаря чему тот начинает функционировать быстрее.
Сила тока – это плотность движения электронов внутри электрического проводника. Данный параметр чрезвычайно важен радиоэлементам, работающим по принципу термоэлектронной вторичной эмиссии, в частности, источникам света. Если площадь поперечного сечения проводника не в состоянии пропустить поток электронов, избыток тока начинает выделяться в виде тепла, вызывая значительный перегрев детали.
Для лучшего понимания процесса проанализируем плазменную дугу (на её основе работает электроподжег газовых плит и котлов). При очень высоком напряжении скорость свободных электронов до такой степени велика, что они могут легко «пролетать» расстояние между электродами, формируя плазменный мостик.
А это электронагреватель. При прохождении через него электронов они передают свою энергию нагревательному элементу. Чем выше сила тока, тем плотнее поток электронов, тем сильнее нагревается термоэлемент.
Для чего необходима стабилизация тока и напряжения
Любой радиоэлектронный компонент, будь то лампочка или центральный процессор компьютера, требует для оптимальной работы чётко лимитированное количество электронов, которое течёт по проводникам.
Поскольку речь в нашей статье идёт о стабилизаторе для светодиодов, о них и поговорим.
При всех своих преимуществах светодиоды имеют один минус – высокая чувствительность к параметрам питания. Даже умеренное превышение силы и напряжения может привести к выгоранию светоизлучающего материала и выходу из строя диода.
Сейчас очень модно переделывать систему освещения автомобиля под LED освещение. Их цветовая температура намного ближе к естественному освещению, чем у ксенона и ламп накаливания, что значительно меньше утомляет водителя при длительных поездках.
Однако это решение требуется особый технический подход. Номинальный ток питания автомобильного LED-диода – 0,1-0,15 мА, а пусковой аккумулятора – сотни ампер. Этого хватит, чтобы выжечь очень много дорогостоящих элементов освещения. Что бы этого избежать используют стабилизатор 12 вольт для светодиодов в авто.
Ампераж в автомобильной сети постоянно меняется. Например, автомобильный кондиционер «кушает» до 30 ампер, при его отключении электроны, «выделенные» на его работу уже не вернутся назад в генератор и аккумулятор, а перераспределятся между остальными электроприборами. Если лампе накаливания, рассчитанной на 1-3 А дополнительные 300 мА роли не сыграют, то диоду с током питания 150 мА несколько таких скачков могут стать фатальными.
Ради гарантии длительной работы автомобильных светодиодов используют стабилизатор тока на lm317 для мощных светодиодов.
Типы стабилизаторов
По способу ограничения силы тока выделяют два типа устройств:
- Линейный;
- Импульсный.
Работает по принципу делителя напряжения. Он выпускает из себя ток заданного параметра, рассеивая избытки в виде тепла. Принцип работы такого прибора можно сравнить с лейкой оснащённой дополнительным сливным отверстием.
Преимущества
- доступная цена;
- простая схема монтажа;
- легко собрать своими руками.
Недостаток — из-за нагрева плохо приспособлен к работе с большой нагрузкой.
Как овощерезка через специальный каскад нарезает входящий ток, выдавая строго дозированную норму.
Преимущества
- предназначен для высоких нагрузок;
- не греется во время работы.
Недостатки
- требует источника питания для собственной работы;
- создает электромагнитное излучения;
- относительно высокая цена;
- сложен для самостоятельного изготовления.
Учитывая малую силу тока в автомобильных светодиодах можно собрать простой стабилизатор для светодиодов своими руками. Наиболее доступный и простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают на микросхеме lm317.
Краткое описание lm317
Радиоэлектронный модуль LM317 является микросхемой, применяемой в семах стабилизации тока и напряжения.
- Диапазон стабилизации напряжения от 1,7 до 37 В обеспечит устойчивую яркость светодиода, не зависящую от частоты оборота двигателя;
- Поддержка выходного тока до 1,5 А позволит подключить несколько фотоизлучателей;
- Высокая стабильность допускает колебания выходных параметров лишь 0,1% от номинала;
- Имеет встроенную защиту по ограничению тока и каскад отключения при перегреве;
- Корпус микросхемы является землёй, поэтому при креплении саморезом к корпусу автомобиля уменьшается количество монтажных проводов.
Область применения
- Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в бытовых условиях (в том числе для светодиодных лент);
- Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в авто;
Схемы стабилизаторов тока для светодиодов
Схема простейшего стабилизатора Самый простой стабилизатор напряжения на 12 вольт можно собрать по такой схеме. Резистор R1 ограничивает выходящую силу тока, R2 – выходящее напряжение. Конденсаторы, применяемые в данной схеме, уменьшают пульсации напряжения и увеличивают стабильность работы.
Потребности автомобилиста удовлетворит простейший механизм стабилизации, поскольку напряжение питания в сети автомобиля достаточно стабильно.
Чтобы сделать стабилизатор для диодов в авто потребуется:
- Микросхема lm317;
- Резистор как регулятор тока для светодиодов;
- Инструменты пайки и монтажа.
Собираем по вышеприведенной схеме
Расчет резистора для драйвера светодиода
Мощность и сопротивление резистора рассчитывают исходя из силы тока источника питания и тока, необходимого светодиодам. Для автомобильного светодиода мощностью 150 мА сопротивление резистора должно быть 10-15 Ом, а расчетная мощность 0,2-0,3 Вт.
Как собрать своими руками смотрите в видео:
Доступность и простота конструкции драйвера на микросхеме lm317 позволяет безболезненно переоснастить системы электрического освещения любого автомобиля.
В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.
Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А. Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А - это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.
Виды стабилизаторов напряжения
Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:
- линейные
- импульсные
Линейные стабилизаторы напряжения
Например, микросхемы КРЕН или , LM1117 , LM350 .
Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.
Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.
Стабилизатор LM7805
Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов - сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.
Импульсные стабилизаторы напряжения
Импульсные стабилизаторы - лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками.
Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.
Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересные - всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим - ставьте импульсный. Я использую настраиваемые импульсные стабилизаторы напряжения за копейки, которые заказываю с Aliexpress. Купить можно .
Хорошо. А что со стабилизатором тока?
Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока
стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор - маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.
Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.
Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.
Ну так и зачем всё это нужно то?
Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.
Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Как вы можете узнать из , для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания - 12 вольт.
Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор - простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус - чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.
Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы (зачем резистору мощность рассказано в о этом приборе) . Тепловыделение растёт, КПД падает.
Тоже называют светодиодным драйвером. Часто те, кто не сильно разбирается в этом, стабилизатор напряжения называют просто драйвером светодиодов, а импульсный стабилизатор тока - хорошим светодиодным драйвером. Он выдаёт сразу стабильное напряжение и ток. И почти не нагревается. Вот так он выглядит:
