Что использовать — стабилизатор напряжения или тока при подключении светодиодов? Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками Стабилизатор напряжения для светодиодного фонаря

Предлагаю вниманию простую в повторении, но имеющую неплохие характеристики, схему светодиодного фонарика, к тому-же не требующей микросхем, и иных труднодоступных компонентов.

Схема представляет собой обычный повышающий стабилизатор – бустер. Особенностью является задающий генератор, аналога мне найти не удалось, фактически это гибрид мультивибратора и мультивибратора с активной нагрузкой.

В результате получился генератор, способный работать в широком диапазоне напряжения питания, начиная с 1В., имеющий низкое выходное сопротивление, и как следствие способный отдать в нагрузку значительный ток (вытекающий ток ограничен максимальным током коллектора VT4). Кроме того, он экономичен - ток потребления около 2,5 мА., и имеет ровный прямоугольный сигнал на выходе с короткими фронтами. На рисунке № 1 приведена схема исходного варианта, в ней не предусмотрено стабилизация тока через светодиоды. Частота генерации порядка 45 кГц, КПД около 80%, ток нагрузки регулируется подбором R2.

Конструкция и детали: схема рассчитана на начинающих радиолюбителей, получилась абсолютно не требовательна к деталям, в качестве VT1, VT2 и VT4 подойдут любые средне или высокочастотные транзисторы соответствующей проводимости, с коэффициентом усиления не менее 100. Дроссель может иметь любую конструкцию, индуктивность не критична и может иметь значительный разброс. В авторском варианте применялись две конструкции. Первый на сердечнике СБ 14 из феррита 2000НМ с зазором 0,2 мм., провод диаметром 0,25 мм. до заполнения каркаса. Второй на ферритовом 2000НМ стержне диаметром 2 мм длиной 30мм, намотка в три слоя тем же проводом, длина намотки приблизительно 2 см, каждый слой крепился с помощью "суперклея". При изготовлении или подборе готового дросселя необходимо обращать внимание на сопротивление обмотки, чем ниже, тем лучше. В качестве VT3 желательно выбирать ключевые транзисторы с низким напряжением насыщения, хотя преобразователь работает с любым транзистором, но страдает КПД. Диод поставил первый попавшийся импульсный – КД522, при наличии малогабаритного Шоттки еще лучше. Конденсатор С3 – керамический, если есть возможность увеличить до 1 мкФ то желательно поставить – не помешает. Несколько слов о R6, он, конечно немного портит КПД но зато позволяет снизить броски тока через светодиоды, если их не жалко то можно его исключить.

Настройка: после сборки устройство, если монтаж выполнен без ошибок, начинает работать сразу, однако ток нагрузки необходимо проверить и отрегулировать. Регулировка заключается в изменении сопротивления резистора R2. Настройку производят при максимально возможном напряжении питания, по мере снижения Uпит. ток, и соответственно яркость светодиодов будет снижаться.

На рисунке №2 приведена схема со стабилизацией выходного тока, для этого в схему введен дополнительный транзистор, и увеличен номинал R6. Конструкция и работа схемы аналогична вышеописанной. Настройка имеет особенности связанные с наличием цепи стабилизации. Вначале отключив стабилизацию тока, например не впаивая VT5, при минимальном Uпит выставляем, как описано выше, номинальный ток светодиодов. Затем, задействовав стабилизацию, при максимальном Uпит снова его устанавливаем, но уже подбором R6.

Разумеется, такую стабилизацию назвать прецизионной невозможно, но для данного устройства ее вполне достаточно. Реально схема работала в диапазонах 2,0 – 2,6 В; 2,5 – 3,6В. при этом ток нагрузки изменялся в пределах 3-4 мА.

В заключение замечу, что данная схема имеет значительный запас по выходному току без замены номиналов основных деталей, так при настройке в нагрузке ток порой достигал 80 мА. Поэтому настройку желательно проводить без светодиодов, заменив их эквивалентной нагрузкой.

Список радиоэлементов

Как и многие радиолюбители, я люблю что-то дорабатывать, изменять, улучшать. В данной статье речь пойдёт о доработке фонарика, купленного 1,5 года назад по дешёвке. Плюс - не большой, светит ярко, удобно держать в руке. Но не долго радовался. За полгода эксплуатации выяснилось, что он слишком «прожорлив». Причём батарейки, бывало «садились» в самый неподходящий момент. После очередной операции по замене батареек типоразмера ААА, неожиданно вышли из строя 6 светодиодов (всего их установлено 14). Решил проверить ток потребления, он оказался около 550 мА! Не слишком ли много для такого «малыша»? Общее напряжение 3 свежих батарей было 4,5v. Так как определить не представлялось возможным, решил их так сказать, испытать.

В ходе проверки выяснилось, что при напряжении 3v на , ток был равен 25mA, а при 3,5v выходил из строя светодиод! А питающее, ещё раз замечу было 4,5v! Решено было перепаять светодиоды на имевшиеся у меня на тот момент, светодиоды FYL-5014UWC1C-UWW, (яркость по документации составляла 15000 мкд, при напряжении 2,8-3,2v, и токе-20 mA), и добавить линейный стабилизатор. Из имевшихся у меня микросхем с регулируемым выходным напряжением, были только серии кр142ен12а, кр142ен22, LM317 и LP2951. Выбор пал на последний. Так как эта микросхема для поверхностного монтажа, проблем с изготовлением платы и установкой, не возникло, по сравнению с кр142ен12а, её просто некуда вставить, в ограниченном пространстве фонаря. Задумано - сделано! Так как LP2951 это микромощный стабилизатор, (ток до 100mA), то пришлось поэкспериментировать. В результате получился стабилизатор, схема которого приведена в тексте:

Все детали для поверхностного монтажа. Выходное напряжение выбрано +2,9v, из соображений экономии, надёжности и исключения перегрузки микросхемы, и увеличения срока службы светодиодов. Напряжение можно изменить в любую сторону, рассчитав по формуле: Uвых=Uref(1+R1/R2), при Uref=1,2v, где R1 и R2 –в килоомах.

Ток потребления от блока батарей(3шт ААА по 1,5v, или 3 аккумуляторов ААА по 1,2v), не превышает 60mA. Это уже не 550mA, как в исходном варианте! Так как у меня не нашлось R2=3,3к., то в моей конструкции он состоит из 2 параллельно спаянных резисторов номиналом 10к и 5,6к, что с учётом разброса сопротивлений и дало 3,3к. Печатная плата изготовлена из тонкого одностороннего стеклотекстолита. Подобным решением можно оснастить любой фонарик, всё зависит от типа, применяемых стабилизаторов. Соответственно для более , нужно к этой схеме добавить усилитель тока на транзисторе, или применить более мощный стабилизатор.

Фонарь в разобранном виде: Блок светодиодов с отражателем и платой стабилизатора. Кнопка включения находится в торце рукоятки и одним контактом связана с корпусом. В заключении отмечу, что спустя год с момента переделки, расходы по замене батарей снизились к нулю. После переделки в фонарь были вставлены NI-MH аккумуляторы размера ААА, ёмкостью 1000mA. Индикатором разрядки служат светодиоды. При разрядке элементов питания до 3v, что соответствует 1v на элемент, яркость светодиодов заметно падает. В этом случае следует заменить батарейки или зарядить аккумуляторы, что я и делаю с помощью самодельного разрядно - зарядного устройства с регулируемым напряжением и током, о котором расскажу в одной из следующих статей. Всем удачи, с вами был INVERTOR.

Главным электрическим параметром светодиодов (LED) является их рабочий ток. Когда в таблице характеристик светодиода мы встречаем рабочее напряжение, то нужно понимать, что речь идет о падении напряжения на светодиоде при протекании рабочего тока. То есть рабочий ток определяет рабочее напряжение LED. Поэтому только стабилизатор тока для светодиодов может обеспечить их надежную работу.

Назначение и принцип работы

Стабилизаторы должны обеспечивать постоянный рабочий ток светодиодов когда в сети питания есть проблемы с отклонением напряжения от нормы (вам будет интересно узнать, ). Стабильный рабочий ток в первую очередь необходим для защиты LED от перегрева. Ведь при превышении максимально допустимого тока, светодиоды выходят из строя. Также стабильность рабочего тока обеспечивает постоянство светового потока прибора, например, при разряде аккумуляторных батарей или колебаниях напряжения в питающей сети.

Стабилизаторы тока для светодиодов имеют разные виды исполнения, а обилие вариантов схем исполнения радует глаз. На рисунке приведены три самые популярные схемы стабилизаторов на полупроводниках.

1. Схема а) — Параметрический стабилизатор. В этой схеме стабилитрон задает постоянное напряжение на базе транзистора, который включен по схеме эмиттерного повторителя. Благодаря стабильности напряжения на базе транзистора, напряжение на резисторе R тоже постоянно. В силу закона Ома ток на резисторе также не меняется. Так как ток резистора равен току эмиттера, то стабильны токи эмиттера и коллектора транзистора. Включая нагрузку в цепь коллектора, мы получим стабилизированный ток.
2. Схема б). В схеме, напряжение на резисторе R стабилизируется следующим образом. При увеличении падения напряжения на R, больше открывается первый транзистор. Это приводит к уменьшению тока базы второго транзистора. Второй транзистор немного закрывается и напряжение на R стабилизируется.
3. Схема в). В третьей схеме ток стабилизации определяется начальным током полевого транзистора. Он не зависит от напряжения, приложенного между стоком и истоком.

В схемах а) и б) ток стабилизации определяется номиналом резистора R. Применяя вместо постоянного резистора подстрочный можно регулировать выходной ток стабилизаторов.

Производители электронных компонентов производят множество микросхем стабилизаторов для светодиодов. Поэтому в настоящее время в промышленных изделиях и в радиолюбительских конструкциях чаще применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Почитать про все возможные способы подключения светодиодов можно .

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.

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 R set .

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.

Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора R sens и 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.

Стабилизатор на LM317

В качестве стабилизатора тока для светодиодов можно использовать не только специализированные микросхемы. Большой популярностью у радиолюбителей пользуется схема LM317.

LM317 представляет собой классический линейный стабилизатор напряжения имеющий множество аналогов. В нашей стране эта микросхема известна как КР142ЕН12А. Типовая схема включения LM317 в качестве стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Для превращения этой схемы в стабилизатор тока достаточно исключить из схемы резистор R1. Включение LM317 в качестве линейного стабилизатора тока выглядит следующим образом.

Выполнить расчет этого стабилизатора довольно просто. Достаточно вычислить номинал резистора R1, подставив значение тока в следующую формулу:

Мощность, рассеиваемая на резисторе равна:

Регулируемый стабилизатор

Предыдущую схему легко превратить в регулируемый стабилизатор. Для этого нужно постоянный резистор R1 заменить на потенциометр. Схема будет выглядеть так:

Как сделать стабилизатор для светодиода своими руками

Во всех приведенных схемах стабилизаторов используется минимальное количество деталей. Поэтому самостоятельно собрать подобные конструкции сможет даже начинающий радиолюбитель освоивший навыки работы с паяльником. Особенно просты конструкции на LM317. Для их изготовления даже не нужно разрабатывать печатную плату. Достаточно припаять подходящий резистор между опорным выводом микросхемы и ее выходом.

Также к входу и выходу микросхемы нужно припаять два гибких проводника и конструкция будет готова. В случае, если с помощью стабилизатора тока на LM317 предполагается питать мощный светодиод, микросхему нужно оснастить радиатором который обеспечит отвод тепла. В качестве радиатора можно использовать небольшую алюминиевую пластинку площадью 15-20 квадратных сантиметров.

Изготавливая конструкции бустеров, в качестве дросселей можно использовать катушки фильтров различных блоков питания. Например, для этих целей хорошо подойдут ферритовые кольца от блоков питания компьютеров, на которые следует намотать несколько десятков витков эмалированного провода диаметром 0.3 мм.

Какой стабилизатор использовать в авто

Сейчас автолюбители часто занимаются модернизацией светотехники своих машин, применяя для этих целей светодиоды или светодиодные ленты (читайте, ). Известно, что напряжение бортовой сети автомобиля может сильно меняться в зависимости от режима работы двигателя и генератора. Поэтому в случае с авто особенно важно применять не стабилизатор 12 вольт, а рассчитанный на конкретный тип светодиодов.

Для автомобиля можно посоветовать конструкции на основе LM317. Также можно использовать одну из модификаций линейного стабилизатора на двух транзисторах, в которой в качестве силового элемента использован мощный N-канальный полевой транзистор. Ниже приведены варианты подобных схем, в том числе и схема .

Вывод

Подводя итог можно сказать, что для надежной работы светодиодных конструкций их необходимо питать с помощью стабилизаторов тока. Многие схемы стабилизаторов просты и доступны для изготовления своими руками. Мы надеемся, что приведенные в материале сведения будут полезны всем, кто интересуется данной темой.

Давно присматривался к этим микросхемам. Очень часто что-нибудь паяю. Решил взять их для творчества. Эти микросхемы куплены ещё в прошлом году. Но до применения их в деле так и не доходило. Но не так давно моя мать дала мне на починку свой фонарик, купленный в офлайне. На нём и потренировался.
В заказе было 10 микросхем, 10 и пришло.


Оплатил 17 ноября, получил 19 декабря. Пришли в стандартном пупырчатом пакетике. Внутри ещё пакетик. Шли без трека. Был удивлён, когда обнаружил их в почтовом ящике. Даже на почту идти не пришлось.


Не ожидал, что они настолько маленькие.

Микросхемы заказывал для других целей. Планами делиться не буду. Надеюсь, что у меня найдётся время воплотить их в жизнь (планы). Ну а пока немного другая история, приближенная к жизни.
Моя маман, гуляя по магазинам, увидела фонарик с хорошей скидкой. Что больше ей понравилось фонарик или скидка, история умалчивает. Этот фонарик вскоре стал и моей головной болью. Попользовалась она им не более полугода. Полгода проблемы, то одно, то другое. Я купил ей на место этого штуки три других. Но делать всё равно пришлось.

Фонарик хоть из недорогих, но имеет ряд существенных достоинств: в руке лежит удобно, достаточно яркий и кнопочка в привычном месте, алюминиевый корпус.
Ну а теперь о недостатках.
Питается фонарик от четырёх пальчиковых элементов типа ААА.


Поставил батарейки все четыре штуки. Измерил ток потребления – более 1А! Схема простая. Элементы питания, кнопка, ограничительный резистор на 1,0 Ом, светодиод. Всё последовательно. Ток ограничивается только сопротивлением 1,0 Ом и внутренним сопротивлением элементов питания.
Вот, что имеем в итоге.


Странно, что безымянный светодиод оказался живым.


Первым, что сделал – изготовил пустышку из старой батарейки.


Теперь будет питаться от 4,5В, как все китайские фонарики в основной своей массе.
И самое основное, вместо сопротивления поставлю драйвер AMC7135.
Вот стандартная схема его подключения.

Для этой микросхемы требуется минимум обвязки. Из дополнительных компонентов желательно установить пару керамических конденсаторов, что бы не было самовозбуждения микросхемы, особенно если к светодиоду идут длинные провода. В даташите есть вся необходимая информация. В фонарике длинных проводов нет, поэтому конденсаторов я в реальности не ставил, хотя в схеме обозначил. Вот моя схема, переработанная под конкретные задачи.


В данной схеме через кнопку-выключатель большой ток больше не будет течь в принципе. Через кнопку протекает только ток управления и всё. Ещё одной проблемой меньше.

Кнопку я тоже перебрал и смазал на всякий случай.

Вместо сопротивления теперь стоит микросхема с током стабилизации 360мА.


Всё собрал на место и измерил ток. Подключал и батарейки и аккумуляторы, картина не меняется. Ток стабилизации не меняется.


Слева – напряжение на светодиоде, справа – ток, через него протекающий.
Что же я добился в результате всех переделок?
1. Яркость фонаря практически не меняется при эксплуатации.
2. Разгрузил кнопку включения-выключения фонаря. Теперь через неё протекает мизерный ток. Порча контактов из-за большого тока исключена.
3. Защитил светодиод от деградации из-за большого протекающего тока (если с новыми батарейками).
Вот, в общем, и всё.
Как правильно распорядиться сведениями из моего обзора каждый решает сам. Я же могу гарантировать правдивость своих измерений. Кому что-то неясно по поводу этого обзора, задавайте вопросы. С остальным – кидайте в личку, обязательно отвечу.
На этом ВСЁ!
Удачи!

И ещё хотел бы обратить внимание на тот факт, что у моего фонарика выключатель стоит на плюсе. У многих китайских фонариков выключатель стоит на минусе, а это будет уже другая схема!