Shik-v-dom.ru

Шик в Дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор напряжения 12 Вольт для светодиодов в авто своими руками

Стабилизатор напряжения 12 Вольт для светодиодов в авто своими руками

В бортовой сети автомашины рабочее питание составляет примерно от 13 В, большинству же светодиодов подходит 12 В. Поэтому обычно ставят стабилизатор напряжения, на выходе которого 12 В. Таким образом, обеспечиваются нормальные условия для работы светотехники без ЧП и преждевременного выхода из строя.

На этом этапе любители сталкиваются с проблемой выбора: конструкций опубликовано множество, но не все хорошо работают. Выбрать нужно тот, что достоин любимого транспортного средства и, кроме того:

  • действительно будет работать;
  • обеспечит безопасность и защищенность светотехнике.

Обзор известных моделей

Большинство микросхем для питания светодиодов выполнены в виде импульсных преобразователей напряжения. Преобразователи, в которых роль накопителя электрической энергии выполняет катушка индуктивности (дроссель) называются бустерами. В бустерах преобразование напряжения происходит за счет явления самоиндукции. Одна из типичных схем бустера приведена на рисунке.

импульсный стабилизатор тока светодиода

Схема стабилизатора тока работает следующим образом. Транзисторный ключ находящийся внутри микросхемы периодически замыкает дроссель на общий провод. В момент размыкания ключа в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая выпрямляется диодом. Характерно то, что ЭДС самоиндукции может значительно превышать напряжение источника питания.

Как видно из схемы для изготовления бустера на TPS61160 производства фирмы Texas Instruments требуется совсем немного компонентов. Главными навесными деталями являются дроссель L1, диод Шоттки D1, выпрямляющий импульсное напряжение на выходе преобразователя, и Rset.

Резистор выполняет две функции. Во-первых, резистор ограничивает ток, протекающий через светодиоды, а во-вторых, резистор служит элементом обратной связи (своего рода датчиком). С него снимается измерительное напряжение, и внутренние схемы чипа стабилизируют ток, протекающий через LED, на заданном уровне. Изменяя номинал резистора можно изменять ток светодиодов.

Преобразователь на TPS61160 работает на частоте 1.2 МГц, максимальный выходной ток может составлять 1.2 А. С помощью микросхемы можно питать до десяти светодиодов включенных последовательно. Яркость светодиодов можно изменять путем подачи на вход «контроль яркости» сигнала ШИМ переменной скважности. КПД приведенной схемы составляет около 80%.

Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания. В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке.

стабилизатор тока для светодиода на схеме maxim

Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора Rsensи подается на схему управления полевиком. Так как полевой транзистор работает в линейном режиме, КПД подобных схем заметно ниже, чем у схем импульсных преобразователей.

Микросхемы линейки MAX16xxx часто применяются в автомобильных приложениях. Максимальное входное напряжение чипов составляет 40 В, выходной ток – 350 мА. Они, как и импульсные стабилизаторы, допускают ШИМ-диммирование.

Читайте так же:
Розетка электрическая с выключателем светодиодным

Основные электрические характеристики

Стабилизатор тока на lm317 для светодиодов имеет слабое звено. Это звено – сама китайская микросхема. Она хоть и имеет встроенную защиту от КЗ (коротких замыканий), всё же может не выдержать работы на предельных режимах.

Осторожно. В случае выхода из строя микросхемы могут выгореть и рядом стоящие элементы, или произойти замыкание в электроцепи схемы.

Электрические характеристики сборки следующие:

  • интервал входных напряжений – 1,25-37 В;
  • максимальный ток на выходе ИМС – 1,5 А;
  • коэффициент нестабильности на выходе – до 0,1%;
  • опорное Vref – в границах 0,1-1,3 В;
  • IAdj – ток, исходящий из подстроечного вывода 50-100 мкА.

Стабильная работа устройства возможна при температуре до 1250С.

Характеристики стабилизатора

Основные выводы

Даже самый простой светодиод, если его питание происходит от 220 В переменного тока, требует для стабильности работы драйвер. Его основное значение – стабилизация, выпрямление тока и снижение напряжения. Изготовлен ли он своими руками, или куплен в магазине, его характеризуют три основных параметра:

  1. Номинальный ток.
  2. Мощность.
  3. Напряжение на выходе.

Драйвер для питания светодиодов от 220 В состоит из трех взаимодействующих каскадов – емкостного делителя напряжения, диодного выпрямляющего мостика и стабилизатора. Для монтажа подобного прибора своими руками потребуется запастись необходимыми радиокомпонентами и набором инструментов, купить которые можно в любом специализированном магазине. В ходе сборки устройства нужно строго придерживаться предложенной схемы и инструкции.

Если у вас есть опыт создания своими руками аналогичного драйвера или иной его модификации для светодиода с питанием от сети 220 В, обязательно напишите об этом в комментариях.

Изучаем популярные схемы стабилизатора напряжения

В первую очередь надо выбрать схему устройства. В глобальной сети много рекомендаций собирать такие блоки на интегральных линейных стабилизаторах 7812 (КР142ЕН8Б).

Стабилизация напряжения ДХО

Те, кто публикует такие схемы, обращают внимание на их простоту и отсутствие необходимости настройки, совершенно забывая об одной проблеме. Для нормальной работы на таком стабилизаторе должно падать не менее 2,5 вольт – об этом написано в любом даташите. Попросту, для хоть сколько-нибудь эффективной стабилизации на выходе, на входе должно быть не менее 14,5 вольт. В автомобиле с исправным генератором такого напряжения быть не должно, а при более низком значении применять такую схему бессмысленно. В качестве компромисса можно использовать девятивольтовый стабилизатор (LM7809), его работоспособность начнется от 11,5 вольт на входе, но при этом упадет яркость свечения фонарей. По требованиям ГОСТ минимальная сила света должна составлять 400 кд, и ниже этого предела опускаться нельзя.

Еще более бездумными выглядят рекомендации ставить на входе диод.

Стабилизация напряжения ДХО

Его назначение весьма сомнительно – защищать микросхему от обратной полярности при стабильном монтаже не надо. Но на кремниевом p-n переходе дополнительно упадет еще 0,6 вольта, и для нормальной работы понадобится не менее 15 вольт.

Читайте так же:
Рефераты освещения выключателей розеток электропроводка

Схемы с интегральным линейником на 12 вольт (с диодом или без него) пригодны разве что для среза высоковольтных всплесков по шине +12 вольт (если таковые на самом деле присутствуют). То есть они могут служить своеобразным «барьером Зенера», но такой барьер можно сделать гораздо проще. Надо включить параллельно цепочке светодиодов стабилитрон Uст, немного превышающее рабочее напряжение. В нормальном режиме его сопротивление велико, он не окажет влияния на работу осветительного прибора. При превышении напряжения стабилизации (например, 15 вольт) он откроется и «срежет» излишек.

Стабилизация напряжения ДХО

Немного лучше работают стабилизаторы на микросхемах LDO (low drop out). Они выглядят подобно обычным линейным регуляторам, но им для нормальной работы необходимо падение всего в 1,2 вольта, и эффективная стабилизация начнется уже при 13,2 вольтах. Что уже лучше, но все равно недостаточно для нормального функционирования. Для работы в такой схеме подойдут микросхемы LM1084 и LM1085, но схема их включения несколько сложнее.

Стабилизация напряжения ДХО

Для получения выходного напряжения 12 вольт сопротивление резистора R1 должно быть 240 Ом, а R2 – 2,2 кОм. Имеется принципиальное препятствие для дальнейшего снижения падения – регулятор выполнен на биполярном транзисторе, и на его эмиттерном и коллекторном переходах должно упасть не менее 1,2 вольт. Это легко обходится применением полевого транзистора в качестве регулирующего элемента. Интегральные микросхемы, построенные по такому принципу, найти сложно, еще сложнее подобрать по нужным параметрам и они стоят дороже. А вот сделать самому такое устройство на дискретных элементах по силам даже радиолюбителю средней квалификации.

Стабилизация напряжения ДХО

  • R1 — 68 кОм;
  • R2 — 10 кОм;
  • R3 — 1 кОм;
  • R4,R5 — 4,7 кОм;
  • R6 — 25 кОм;
  • VD1 — BZX84C6V2L;
  • VT1 — AO3401;
  • VT2,VT3 — 2N5550.

Выходное напряжение задается соотношением R5/R6. При указанных номиналах на выходе будет 12 вольт, на входе понадобится не более 12,5. Это cерьезное улучшение. Но принципиального скачка можно добиться только применением импульсного источника питания. Такой преобразователь по схеме Step-Up можно собрать на микросхеме XL6009.

Стабилизация напряжения ДХО

Такой стабилизатор в готовом виде можно заказать на популярных интернет-площадках. Но есть проблема – производители из экономии часто устанавливают элементы, рассчитанные на ток не более 1 А (хотя микросхема способна выдать ток до 3 А). Или, например, могут быть не установлены входные или выходные оксидные конденсаторы. Даже диод Шоттки N5824, указанный в даташите, при токах выше 1,5 А начинает греться. Вместо него надо применить более мощный диод, например SR560. Все эти замены и упрощения ведут к перегреву платы и выходу ее из строя.

В видео показан пример сборки стабилизатора на 12 вольт.

Виды стабилизаторов тока

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Стабилизаторы тока на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Читайте так же:
Rxm4ab2p7 реле 4 co светодиод 230в перем тока rxm4ab2p7

Stabilizator na rezistore

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Stabilizator toka na tranzistore

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Stabilizator toka zerkalo

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Stabilizator toka na polevike

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Читайте так же:
Расчет сечения кабеля по силе тока по пуэ

Stabilizatory toka LМ 317

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Impulsnyi stabilizator

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

Impulsnyi stabilizator 2

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

Ustroistvo i printsip deistviia

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Стабилизатор для светодиодов
Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:
  • Блок от принтера на 32 В.
  • Блок от ноутбука на 19 В.
  • Любой блок питания на 12 В.

Stabilizatory toka dlia svetodiodov

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Подробные инструкции по сборке

Рассматриваемая под самостоятельное изготовление схема, скорее является гибридным вариантом, так как предполагает использование силового трансформатора совместно с электроникой. Трансформатор в данном случае применяется из числа тех, что устанавливались в телевизорах старых моделей.

Силовой трансформатор ТС-180 для стабилизатора

Правда в ТВ приёмниках, как правило, ставились трансформаторы ТС-180, тогда как для стабилизатора требуется как минимум ТС-320 чтобы обеспечить выходную нагрузку до 2 кВт.

Читайте так же:
Установка выключателя света госты

Шаг #1 – изготовление корпуса стабилизатора

Для изготовления корпуса аппарата подойдёт любой подходящий короб на основе изолирующего материала – пластмассы, текстолита и т.п. Главный критерий – достаточность места под размещение силового трансформатора, электронной платы и других компонентов.

Также корпус допустимо изготовить из листового стеклотекстолита, скрепив отдельные листы с помощью уголков или иным способом.

Корпус под стабилизатор напряжения

Короб стабилизатора необходимо оснастить пазами под установку выключателя, входного и выходного интерфейсов, а также других аксессуаров, предусмотренных схемой в качестве контрольных или коммутационных элементов.

Под изготовленный корпус нужна плита-основание, на которую «ляжет» электронная плата и будет закреплён трансформатор. Плиту можно сделать из алюминия, но следует предусмотреть изоляторы под крепёж электронной платы.

Шаг #2 – изготовление печатной платы

Здесь потребуется изначально спроектировать макет на размещение и связку всех электронных деталей согласно принципиальной схеме, кроме трансформатора. Затем по макету размечают лист фольгированного текстолита и рисуют (отпечатывают) на стороне фольги созданную трассировку.

Далее вытравливают плату при помощи соответствующего раствора (электронщикам метод травления плат должен быть знаком).

Изготовление печатной платы

Полученный таким способом печатный экземпляр разводки зачищают, облуживают оловом и производят монтаж всех радиодеталей схемы с последующей пайкой. Так выполняется изготовление электронной платы мощного стабилизатора напряжения.

В принципе, можно воспользоваться сторонними услугами по травлению печатных плат. Этот сервис вполне приемлем по цене, а качество изготовления «печатки» существенно выше, чем в домашнем варианте.

Шаг #3 – сборка стабилизатора напряжения

Укомплектованная радиодеталями плата подготавливается для внешней обвязки. В частности, от платы выводятся линии внешней связи (проводники) с другими элементами – трансформатором, выключателем, интерфейсами и т.д.

На опорную плиту корпуса устанавливают трансформатор, соединяют с трансформатором цепи электронной платы, закрепляют плату на изоляторах.

Пример самодельного стабилизатора

Останется только подключить к схеме внешние элементы, смонтированные на корпусе, установить ключевой транзистор на радиатор, после чего корпусом закрывают собранную электронную конструкцию. Стабилизатор напряжения готов. Можно приступать к настройке с дальнейшими испытаниями.

Простой двух полярный стабилизатор напряжения на LM317.

За основу устройства взята схема описанная в выше, и добавлено плечо стабилизации отрицательного напряжения.

Характеристики и достоинства двух полярного стабилизатора

  • напряжение стабилизации от 1,2 до 30 В;
  • максимальный ток до 5 А;
  • используется малое количество элементов;
  • простота в выборе трансформатора, так как можно использовать вторичную обмотку без центрального отвода;

Детали устанавливаются на односторонний стеклотекстолит. Транзистор VT1, VT2 и микросхемы LM317 и LM337 следует устанавливать на радиаторы. При установке на общий радиатор следует использовать изолирующие прокладки и втулки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector