8-900-374-94-44
См. также: Электронный балласт для светодиодной лампы. Схемотехника.
Статья-ликбез по стабилизаторам тока светодиодов и не только. Рассматриваются схемы линейных и импульсных стабилизаторов тока.
Стабилизатор тока для светодиода устанавливается во многие конструкции светильников. Светодиоды, как и все диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. Это означает, что при изменении напряжения на светодиоде, ток изменяется непропорционально. По мере увеличения напряжения, сначала ток растёт очень медленно, светодиод при этом не светится. Затем, при достижении порогового напряжения, светодиод начинает светиться и ток возрастает очень быстро. При дальнейшем увеличении напряжения, ток возрастает катастрофически и светодиод сгорает.
Пороговое напряжение указывается в характеристиках светодиодов, как прямое напряжение при номинальном токе. Номинальный ток для большинства маломощных светодиодов — 20 мА. Для мощных светодиодов освещения, номинальный ток может быть больше — 350 мА или более.
Кстати, мощные светодиоды выделяют тепло и должны быть установлены на теплоотвод.
Для правильной работы светодиода, его надо питать через стабилизатор тока. Зачем? Дело в том, что пороговое напряжение светодиода имеет разброс. Разные типы светодиодов имеют разное прямое напряжение, даже однотипные светодиоды имеют разное прямое напряжение — это указано в характеристиках светодиода как минимальное и максимальное значения. Следовательно, два светодиода, подключенные к одному источнику напряжения по параллельной схеме будут пропускать разный ток. Этот ток может быть настолько разным, что светодиод может раньше выйти из строя или сгореть сразу. Кроме того, стабилизатор напряжения также имеет дрейф параметров (от уровня первичного питания, от нагрузки, от температуры, просто по времени). Следовательно, включать светодиоды без устройств выравнивания тока — нежелательно. Различные способы выравнивания тока рассмотрены отдельно. В этой статье рассматриваются устройства, устанавливающие вполне определённый, заданный ток — стабилизаторы тока.
Стабилизатор тока устанавливает заданный ток через светодиод вне зависимости от приложенного к схеме напряжения. При увеличении напряжения на схеме выше порогового уровня, ток достигает установленного значения и далее не изменяется. При дальнейшем увеличении общего напряжения, напряжение на светодиоде перестаёт меняться, а напряжение на стабилизаторе тока растёт.
Поскольку напряжение на светодиоде определяется его параметрами и в общем случае неизменно, то стабилизатор тока можно назвать также стабилизатором мощности светодиода. В простейшем случае, выделяемая устройством активная мощность (тепло) распределяется между светодиодом и стабилизатором пропорционально напряжению на них. Такой стабилизатор называется линейным. Также существуют более экономичные устройства — стабилизаторы тока на базе импульсного преобразователя (ключевого преобразователя или конвертера). Они называются импульсными, поскольку внутри себя прокачивают мощность порциями — импульсами по мере необходимости для потребителя.
Правильный импульсный преобразователь потребляет мощность непрерывно, внутри себя передаёт её импульсами от входной цепи к выходной и выдаёт мощность в нагрузку уже опять непрерывно.
Линейный стабилизатор тока греется тем больше, чем больше приложено к нему напряжение. Это его основной недостаток. Однако, он имеет ряд преимуществ, например:
Поскольку импульсный преобразователь не бывает абсолютно эффективным, существуют приложения, когда линейный стабилизатор имеет сравнимую или даже большую эффективность — когда входное напряжение лишь немного превышает напряжение на светодиоде. Кстати, при питании от сети, часто используется трансформатор, на выходе которого устанавливается линейный стабилизатор тока. То есть, сначала напряжение снижается до уровня, сравнимого с напряжением на светодиоде, а затем, с помощью линейного стабилизатора устанавливается необходимый ток.
В другом случае, можно приблизить напряжение светодиода к напряжению питания — соединить светодиоды в последовательную цепочку. Напряжение на цепочке будет равняться сумме напряжений на каждом светодиоде.
Самая простая схема стабилизатора тока — на одном транзисторе (схема «а»). Поскольку транзистор — это усилитель тока, то его выходной ток (ток коллектора) больше тока управления (ток базы) в h21 раз (коэффициент усиления). Ток базы можно установить с помощью батарейки и резистора, или с помощью стабилитрона и резистора (схема «б»). Однако такую схему трудно настраивать, полученный стабилизатор будет зависеть от температуры, кроме того, транзисторы имеют большой разброс параметров и при замене транзистора, ток придётся подбирать снова. Гораздо лучше работает схема с обратной связью «в» и «г». Резистор R в схеме выполняет роль обратной связи — при увеличении тока, напряжение на резисторе возрастает, тем самым запирает транзистор и ток снижается.
Схема «г», при использовании однотипных транзисторов, имеет бóльшую температурную стабильность и возможность максимально уменьшить номинал резистора, что снижает минимальное напряжение стабилизатора и выделение мощности на резисторе R.
Стабилизатор тока можно выполнить на базе полевого транзистора с p-n переходом (схема «д»). Напряжение затвор-исток устанавливает ток стока. При нулевом напряжении затвор-исток, ток через транзистор равен начальному току стока, указанному в документации. Минимальное напряжение работы такого стабилизатора тока зависит от транзистора и достигает 3 вольт. Некоторые производители электронных компонентов выпускают специальные устройства — готовые стабилизаторы с фиксированным током, собранные по такой схеме — CRD (Current Regulating Devices) или CCR (Constant Current Regulator) . Некоторые называют его диодным стабилизатором, поскольку в обратном включении он работает как диод.
Компания On Semiconductor выпускает линейный стабилизатор серии NSIxxx, например NSIC2020B, который имеет два вывода и для увеличения надежности, имеет отрицательный температурный коэффициент — при увеличении температуры, ток через светодиоды снижается.
Стабилизатор тока на базе импульсного преобразователя по конструкции очень похож на стабилизатор напряжения на базе импульсного преобразователя, но контролирует не напряжение на нагрузке, а ток через нагрузку. При снижении тока в нагрузке, он подкачивает мощность, при увеличении — снижает. Наиболее распространённые схемы импульсных преобразователей имеют в своём составе реактивный элемент — дроссель, который с помощью коммутатора (ключа) подкачивается порциями энергии от входной цепи (от входной ёмкости) и в свою очередь передаёт её нагрузке. Кроме очевидного преимущества экономии энергии, импульсные преобразователи обладают рядом недостатков, с которыми приходится бороться различными схемотехническими и конструктивными решениями:
Поскольку экономия энергии во многих приложениях является решающей, разработчики компонентов, схемотехники стараются снизить влияние этих недостатков, и, зачастую, преуспевают в этом.
Поскольку стабилизатор тока основан на импульсном преобразователе, рассмотрим основные схемы импульсных преобразователей. Каждый импульсный преобразователь имеет ключ, элемент, который может находиться только в двух состояниях — включенном и выключенном. В выключенном состоянии, ключ не проводит ток и, соответственно, на нём не выделяется мощность. Во включенном состоянии, ключ проводит ток, но имеет очень малое сопротивление (в идеале — равное нулю), соответственно на нём выделяется мощность, близкая к нулю. Таким образом, ключ может передавать порции энергии от входной цепи к выходной практически без потерь мощности. Однако, вместо стабильного тока, какой можно получить от линейного источника питания, на выходе такого ключа будет импульсное напряжение и ток. Для того, чтобы получить снова стабильные напряжение и ток, можно поставить фильтр.
С помощью обычного RC фильтра можно получить результат, однако, эффективность такого преобразователя не будет лучше линейного, поскольку вся избыточная мощность выделится на активном сопротивлении резистора.
Но если использовать вместо RC — LC фильтр (схема «б»), то, благодаря «специфическим» свойствам индуктивности, потерь мощности можно избежать. Индуктивность обладает полезным реактивным свойством — ток через неё возрастает постепенно, подаваемая на него электрическая энергия преобразуется в магнитную и накапливается в сердечнике. После выключения ключа, ток в индуктивности не пропадает, напряжение на индуктивности меняет полярность и продолжает заряжать выходной конденсатор, индуктивность становится источником тока через обводной диод D. Такая индуктивность, предназначенная для передачи мощности, называется дросселем. Ток в дросселе правильно работающего устройства присутствует постоянно — так называемый неразрывный режим или режим непрерывного тока (в западной литературе такой режим называется Constant Current Mode — CCM). При снижении тока нагрузки, напряжение на таком преобразователе возрастает, энергия, накапливаемая в дросселе снижается и устройство может перейти в разрывный режим работы, когда ток в дросселе становится прерывистым.
При таком режиме работы резко повышается уровень помех, создаваемых устройством. Некоторые преобразователи работают в пограничном режиме, когда ток через дроссель приближается к нулю (в западной литературе такой режим называется Border Current Mode — BCM). В любом случае, через дроссель течет значительный постоянный ток, что приводит к намагничиванию сердечника, в связи с чем, дроссель выполняется особой конструкции — с разрывом или с использованием специальных магнитных материалов.
Стабилизатор на базе импульсного преобразователя имеет устройство, регулирующее работу ключа, в зависимости от нагрузки. Стабилизатор напряжения регистрирует напряжение на нагрузке и изменяет работу ключа (схема «а»). Стабилизатор тока измеряет ток через нагрузку, например с помощью маленького измерительного сопротивления Ri (схема «б»), включенного последовательно с нагрузкой.
Ключ преобразователя, в зависимости от сигнала регулятора, включается с различной скважностью. Есть два распространённых способа управления ключом — широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и токовый режим.
В режиме ШИМ, сигнал ошибки управляет длительностью импульсов при сохранении частоты следования. В токовом режиме, измеряется пиковый ток в дросселе и изменяется интервал между импульсами.
В современных ключевых преобразователях в качестве ключа обычно используется MOSFET транзистор.
Рассмотренный выше вариант преобразователя называется понижающим, поскольку напряжение на нагрузке всегда ниже напряжения источника питания.
Поскольку в дросселе постоянно течёт однонаправленный ток, требования к выходному конденсатору могут быть снижены, дроссель с выходным конденсатором играют роль эффективного LC фильтра. В некоторых схемах стабилизаторов тока, например для светодиодов, выходной конденсатор может отсутствовать вообще. В западной литературе понижающий преобразователь называется Buck converter.
Схема импульсного стабилизатора, приведённая ниже, также работает на основе дросселя, однако дроссель всегда подключен к выходу источника питания.
Когда ключ разомкнут, питание поступает через дроссель и диод на нагрузку. Когда ключ замыкается, дроссель накапливает энергию, когда ключ размыкается, возникающее на его выводах ЭДС добавляется к ЭДС источника питания и напряжение на нагрузке возрастает.
В отличие от предыдущей схемы, выходной конденсатор заряжается прерывистым током, следовательно выходной конденсатор должен быть большим, и, возможно, понадобится дополнительный фильтр. В западной литературе повышающе-понижающий преобразователь называется Boost converter.
Еще одна схема импульсного преобразователя работает аналогично — когда ключ замыкается, дроссель накапливает энергию, когда ключ размыкается, возникающее на его выводах ЭДС будет иметь обратный знак и на нагрузке появится отрицательное напряжение.
Как и в предыдущей схеме, выходной конденсатор заряжается прерывистым током, следовательно выходной конденсатор должен быть большим, и, возможно, понадобится дополнительный фильтр.
В западной литературе инвертирующий преобразователь называется Buck-Boost converter.
Наиболее часто блоки питания изготавливаются по схеме, использующей в своем составе трансформатор. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку вторичной цепи от источника питания, кроме того, эффективность блока питания на основе таких схем может достигать 98% и более. Прямоходовой преобразователь (схема «а») передаёт энергию от источника в нагрузку в момент включенного состояния ключа. Фактически — это модифицированный понижающий преобразователь. Обратноходовой преобразователь (схема «б») передаёт энергию от источника в нагрузку во время выключенного состояния.
В прямоходовом преобразователе трансформатор работает в обычном режиме и энергия накапливается в дросселе. Фактически — это генератор импульсов с LC фильтром на выходе. Обратноходовой преобразователь накапливает энергию в трансформаторе. То есть трансформатор совмещает свойства трансформатора и дросселя, что создаёт определённые сложности при выборе его конструкции.
В западной литературе прямоходовой преобразователь называется Forward converter. Обратноходовой — Flyback converter.
Большинство импульсных блоков питания выпускаются с стабилизацией выходного напряжения. Типичные схемы таких блоков питания, особенно мощных, кроме обратной связи по выходному напряжению, имеют схему контроля тока ключевого элемента, например резистор с малым сопротивлением. Такой контроль позволяет обеспечивать режим работы дросселя. Простейшие стабилизаторы тока используют этот элемент контроля для стабилизации выходного тока. Таким образом, стабилизатор тока оказывается даже проще стабилизатора напряжения.
Рассмотрим схему импульсного стабилизатора тока для светодиода на базе микросхемы NCL30100 от известного производителя электронных компонентов On Semiconductor:
Схема понижающего преобразователя работает в режиме неразрывного тока с внешним ключом. Схема выбрана из множества других, поскольку она показывает, насколько простой и эффективной может быть схема импульсного стабилизатора тока с внешним ключом.
В приведённой схеме, управляющая микросхема IC1 управляет работой MOSFET ключа Q1. Поскольку преобразователь работает в режиме неразрывного тока, выходной конденсатор ставить необязательно. В многих схемах датчик тока устанавливается в цепи истока ключа, однако, это снижает скорость включения транзистора. В приведённой схеме датчик тока R4 установлен в цепи первичного питания, в результате схема получилась простой и эффективной. Ключ работает на частоте 700 кГц, что позволяет установить компактный дроссель. При выходной мощности 7 Ватт, входном напряжении 12 Вольт при работе на 700 мА (3 светодиода), эффективность устройства более 95%. Схема стабильно работает до 15 Ватт выходной мощности без применения дополнительных мер по отводу тепла.
Ещё более простая схема получается с использованием микросхем ключевых стабилизаторов с встроенным ключом. Например, схема ключевого стабилизатора тока светодиода на базе микросхемы CAV4201/CAT4201:
Для работы устройства мощностью до 7 Ватт необходимо всего 8 компонентов, включая саму микросхему.
Импульсный стабилизатор работает в пограничном режиме тока и для его работы требуется небольшой выходной керамический конденсатор. Резистор R3 необходим при питании от 24 Вольт и выше для снижения скорости нарастания входного напряжения, хотя это несколько снижает эффективность устройства. Частота работы превышает 200 кГц и меняется в зависимости от нагрузки и входного напряжения. Это обусловлено методом регулирования — контролем пикового тока дросселя. Когда ток достигает максимального значения, ключ размыкается, когда ток снижается до нуля — включается. Эффективность устройства достигает 94%.
Назад к каталогу статей >>>
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.
Содержание
Стабилизаторы должны обеспечивать постоянный рабочий ток светодиодов когда в сети питания есть проблемы с отклонением напряжения от нормы (вам будет интересно узнать, как подключить светодиод от сети 220 вольт). 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.
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 здесь.
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 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.
Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора Rsens 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.
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:
R1=1.25*I0.
Мощность, рассеиваемая на резисторе равна:
W=I2R1.
Предыдущую схему легко превратить в регулируемый стабилизатор.
Для этого нужно постоянный резистор R1 заменить на потенциометр. Схема будет выглядеть так:
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.
Сейчас автолюбители часто занимаются модернизацией светотехники своих машин, применяя для этих целей светодиоды или светодиодные ленты (читайте, как подключить светодиодную ленту в авто). 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 светодиодного драйвера.
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.
Содержание статьи:
Яркость светодиодных источников зависит от протекающего тока, а он, в свою очередь, зависит от напряжения питания. В условиях колебания нагрузки возникает пульсация ламп. Для предотвращения этого используется специальный драйвер — стабилизатор тока. В случае поломок элемент можно изготовить самостоятельно.
Стабилизатор обеспечивает постоянство тока при его отклонении
Стабилизатор обеспечивает постоянство рабочего тока светодиодов при его отклонении от нормы.
Предотвращает перегрев и перегорание светодиодов, поддерживает постоянный поток при перепадах напряжения или разрядке аккумулятора.
Простейшее устройство состоит из трансформатора, выпрямительного моста, соединенного с резисторами и конденсаторами. Действие стабилизатора основано на следующих принципах:
В процессе преобразования также участвуют выпрямители высоковольтного типа. Они определяют полярность. Стабилизация электрического тока осуществляется с помощью конденсаторов. Резисторы используются для уменьшения помех.
Светодиод загорается при достижении текущего порогового значения. У маломощных устройств этот показатель составляет 20 мА, у сверхъярких — от 350 мА. Разброс порогового напряжения объясняется наличием различных типов стабилизаторов.
Стабилизатор рулонный
Для регулируемого стабилизатора токовых параметров маломощных светодиодов используется схема КРЭН. Он предусматривает наличие элементов КП142ЕН12 или LM317. Процесс юстировки проводят при силе тока 1,5 А и напряжении 40 В.
Узел LM317 удерживает на основном резисторе постоянное значение напряжения, регулируемое подстроечным элементом. Основной или токораспределительный элемент может стабилизировать проходящий через него ток. По этой причине стабилизаторы KEREN используются для зарядки аккумуляторов.
Значение 8 мА не меняется даже при колебаниях тока и напряжения на входе.
Схемный транзисторный регулятор напряжения
Транзисторный регулятор использует один или два элемента. Несмотря на простоту схемы, при колебаниях напряжения не всегда наблюдается стабильный ток нагрузки. При его увеличении на одном транзисторе напряжение резистора повышается до 0,5-0,6 В.
Второй транзистор должен быть биполярным.
Две схемы на транзисторах разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2
Для реализации с схемы с заменой стабилитронов применяются:
Подача тока через светодиодный элемент задается резистором R2. Для достижения линейного участка ВАХ используется резистор R1 по отношению к току базового транзистора. Чтобы транзистор сохранял стабильность, напряжение питания не должно быть меньше суммарного напряжения диодов +2-2,5 В.
Для получения тока 30 мА через 3 последовательно соединенных диода с напряжением 3,1 В в прямую подается 12 В. Сопротивление резистора должно быть 20 Ом при мощности рассеяния 18 мВт.
Схема нормализует режим работы элементов, уменьшает пульсации тока.
Схема на советских транзисторах. Допустимое напряжение советских КТ940 или КТ969 до 300 В, что подходит, если источником света является мощный SMD элемент. Параметры тока задаются резистором. Напряжение стабилитрона 5,1 В, мощность 0,5 В.
Минус схемы — падение напряжения при увеличении силы тока. Его можно устранить заменой биполярного транзистора на МОП-транзистор с малыми параметрами сопротивления. Мощный диод заменен на элемент IRF7210 на 12 А или IRLML6402 на 3,7 А.
Транзистор полевой
Полевой элемент отличается закороченными истоком и затвором, а также интегрированным каналом. При использовании полевика (ИРЛЗ 24) с 3 выводами на вход подается напряжение 50 В, а на выходе получается 15,7 В.
Потенциал земли используется для подачи напряжения. Параметры выходного тока зависят от начального тока стока и не привязаны к истоку.
Стабилизатор или делитель постоянного тока принимает нестабильное напряжение.
На выходе линейное устройство выравнивает его. Он работает по принципу постоянного изменения параметров сопротивления для выравнивания выходной мощности.
К преимуществам эксплуатации можно отнести минимальное количество деталей, отсутствие помех. Недостатком является низкий КПД при разнице мощностей на входе и выходе.
Стабилизатор переменного тока устаревшего образца, схема которого представлена конденсатором и двумя катушками — с ненасыщенным и насыщенным сердечником. На насыщенный (индуктивный) сердечник подается постоянное напряжение, не зависящее от параметров тока. Это облегчает выбор данных для второй катушки и емкостного диапазона стабилизации питания.
Устройство работает по принципу качелей, которые сразу сложно остановить или раскачать сильнее. Подача напряжения происходит по инерции, поэтому возможен сброс нагрузки или обрыв цепи питания.
Классическая схема токового зеркала
Токовое зеркало или рефлектор построено на паре согласованных транзисторов, т.
Схема токового зеркала по уравнению Эберса-Молла. Принцип работы заключается в том, что базы транзисторов объединены, а эмиттеры закинуты на одну шину питания. В результате параметры переходного напряжения связи база-транзистор-эмиттер равны.
Достоинствами схемы являются равный диапазон стабильности и отсутствие падения напряжения на резисторе-эмиттере. Параметры проще установить с помощью current. Недостатком является эффект Эрли — привязка выходного напряжения к коллектору и его колебания.
Цепь токового зеркала Вильсона. Токовое зеркало может стабилизировать постоянное значение выходного тока и реализовано следующим образом:
Транзистор №3 не может быть согласован с остальными.
Компенсационный регулятор напряжения
Выпрямитель работает по принципу цепи обратной связи по напряжению. Полное или частичное напряжение соответствует опоре. В результате стабилизатор выдает ошибку параметров напряжения, исключающую колебания яркости светодиодов. Устройство состоит из следующих элементов:
Маломощный элемент согласован с мощным по композиционному принципу.Компенсационные стабилизаторы напряжения работают по принципу увеличения входного напряжения при дальнейшем увеличении токов. Закрытие первого транзистора увеличивает сопротивление и напряжение зоны коллектор-эмиттер. После приложения нагрузки она выравнивается до номинальной.
Интегральная схема 142ЕН5
Для стабилизирующих устройств используется микросхема 142ЕН5 или LM317. Он позволяет выравнивать напряжение, принимая сигнал от датчика, подключенного к сети тока нагрузки по цепи обратной связи.
В качестве датчика используется сопротивление, при котором регулятор может поддерживать постоянное напряжение и ток нагрузки.
Сопротивление датчика будет меньше сопротивления нагрузки. Схема используется для зарядных устройств, на ней же спроектирована светодиодная лампа.
Импульсные устройства отличаются высоким КПД и при минимальных параметрах входного напряжения создают высокое напряжение потребителей. Для сборки используется микросхема MAX 771.
Для регулирования силы тока будет один или два преобразователя. Делитель выпрямителя выравнивает магнитное поле, снижая допустимую частоту напряжения. Для подачи тока на обмотку светодиодный элемент подает сигнал на транзисторы. Выходная стабилизация осуществляется с помощью вторичной обмотки.
Изготовление стабилизатора для светодиодов своими руками осуществляется несколькими способами. Новичку желательно работать с простыми схемами.
Вам нужно будет выбрать трудновыгораемую микросхему — LM317. Она будет служить стабилизатором.
Второй элемент представляет собой переменный резистор сопротивлением 0,5 кОм с тремя выводами и ручкой регулировки.
Сборка осуществляется по следующему алгоритму:
На выходе будет модуль мощностью 1,5 А. Для увеличения тока до 10 А можно добавить полевик.
Стабилизатор L7812
Для работы потребуется линейное устройство в виде микросхемы L7812, две клеммы, конденсатор 100н (1-2 шт.), текстолитовый материал и термоусадочная трубка. Изготовление осуществляется поэтапно:
Стабилизирующее устройство выдерживает нагрузку до 1,5 А, устанавливается на радиатор.
Кузов автомобиля используется в качестве радиатора путем соединения центрального вывода корпуса с минусом.
Стабилизатор рассчитывается исходя из напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. Например, напряжение на входе делителя 25 В, на выходе должно быть 9V. Расчеты включают:
Через резистор проходит ток стабилитрона и выходной ток, поэтому его мощность должна быть в 2 раза больше (0,16 кВт). Исходя из таблицы, этот номинал соответствует 0,25 кВт.
Самостоятельная сборка стабилизатора для светодиодных приборов возможна только со знанием схемы. Новичкам рекомендуется использовать простые алгоритмы. Рассчитать элемент по мощности можно на основе формул из школьного курса физики.
Стабилизатор напряжения — это устройство, стабилизирующее выходное напряжение. Стабилизатор напряжения состоит из схемы стабилизатора напряжения, схемы управления и серводвигателя. Когда входное напряжение или нагрузка меняются, схема управления производит выборку, сравнение и усиление, а затем приводит серводвигатель во вращение, чтобы изменить положение угольной щетки стабилизатора напряжения.
Соотношение витков катушки регулируется автоматически, чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение.
Каталог
I Что такое стабилизатор напряжения?
А Стабилизатор напряжения — устройство, стабилизирующее выходное напряжение. Стабилизатор напряжения состоит из схемы стабилизатора напряжения, схемы управления и серводвигателя. Когда входное напряжение или нагрузка меняются, схема управления производит выборку, сравнение и усиление, а затем приводит серводвигатель во вращение, чтобы изменить положение угольной щетки стабилизатора напряжения. Соотношение витков катушки регулируется автоматически, чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение.
II Принцип работы стабилизатора напряжения Поскольку некоторые электрические приборы содержат компоненты катушки, вихревые токи, препятствующие току, будут генерироваться на начальном этапе подачи питания. Вихревые токи не только ослабят мгновенное напряжение при запуске прибора, что приведет к медленному запуску, но и увеличат мгновенное напряжение, возникающее после разрыва цепи, что может вызвать искру, повреждающую цепь.
В это время регулятор напряжения необходим для защиты нормальной работы схемы.
Стабилизатор напряжения состоит из схемы регулирования напряжения , схемы управления и серводвигателя . Когда входное напряжение или нагрузка изменяются, схема управления осуществляет выборку, сравнение и усиление, а затем приводит в действие серводвигатель, чтобы изменить положение угольной щетки регулятора напряжения. Автоматически регулируя соотношение витков катушки, мы можем поддерживать стабильное выходное напряжение. Регулятор напряжения большей мощности также работает по принципу компенсации напряжения.
III Технические параметры стабилизатора напряжения1. Диапазон адаптации входного напряжения
Стандарт МЭК гласит, что входное напряжение изменяется в пределах ±20 от номинального значения. Если значение выходит за пределы диапазона, автоматически включается звуковая и световая сигнализация, а выходное напряжение не может стабилизироваться в требуемом диапазоне.
2. Скорость регулирования выходного напряжения
Это эффект изменения входного напряжения, вызванный изменением выходного сигнала. При номинальной нагрузке отрегулируйте входное напряжение от номинального значения до верхнего предела и нижнего предела в соответствии с диапазоном источника напряжения, затем измерьте максимальную величину изменения выходного напряжения (±).
Чем меньше значение, тем лучше. Это важный показатель для измерения производительности стабилизатора переменного напряжения.
3. Скорость регулирования нагрузки
Это эффект изменения выхода, вызванный изменением нагрузки. Измените ток нагрузки и измерьте изменение выходного напряжения (+). Чем меньше значение, тем лучше. Это также важный показатель для измерения производительности регулятора переменного тока.
4. Относительный гармонический состав выходного напряжения
Также называется искажение выходного напряжения , обычно выражается в THD, которое представляет собой отношение общего эффективного значения содержания гармоник к эффективному значению основной волны.
При номинальной нагрузке и искажении входного напряжения, соответствующем базовым условиям (обычно менее 3), измерьте искажение выходного напряжения, когда входное напряжение является самым низким, номинальным и самым высоким значением, и возьмите максимальное значение. Чем меньше значение, тем лучше.
5. КПД
КПД регулятора напряжения отношение выходной активной мощности P0 к входной активной мощности Pi (в процентах),
6. Коэффициент мощности нагрузки
Мощность стабилизатора напряжения выражается в вольт-ампер (ВА) или киловольт-ампер (КВА). В дополнение к чисто резистивной нагрузке существуют также индуктивные и емкостные нагрузки. Кроме активной мощности есть реактивная мощность. Этот показатель отражает способность регулятора переменного тока выдерживать индуктивные и емкостные нагрузки.
В обычных стабилизированных источниках переменного тока коэффициент мощности нагрузки cosφ равен 0,8. Когда продукт составляет 1 кВт, максимальная выходная активная мощность (то есть способность выдерживать резистивную нагрузку) составляет 800 Вт.
Если произведение составляет 1 кВт (cosφ по-прежнему 0,8), выходная активная мощность составляет 1 кВт, а выходная мощность S = 1000/0,8 = 1250 ВА в это время. Когда значение коэффициента мощности нагрузки невелико, это означает, что оборудование электропитания имеет сильную способность адаптироваться к реактивным нагрузкам.
7. Другие параметры
Прочие параметры стабилизатора напряжения переменного тока включают выходную мощность, входную частоту, влияние частоты источника, случайное отклонение (временной дрейф), входную мощность без нагрузки, коэффициент мощности источника (это значение отличается от коэффициента мощности нагрузки. Чем выше значение, тем лучше, максимальное значение равно 1), относительное содержание гармоник тока источника, звуковой шум и т. д., трехфазный источник питания переменного тока и трехфазный дисбаланс выходного напряжения и т. д.
IV Типы стабилизаторов напряжения Крупногабаритные стабилизаторы переменного напряжения от нескольких десятков до нескольких киловатт для крупномасштабных экспериментов, промышленного и медицинского оборудования.
Существуют также небольшие стабилизаторы переменного тока мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт, которые обеспечивают качественное питание небольших лабораторий или бытовой техники.
В соответствии с различными выходными свойствами стабилизатора напряжения стабилизатор напряжения обычно делится на две категории: Стабилизатор напряжения переменного тока (стабилизированный источник питания переменного тока) и стабилизатор постоянного напряжения (стабилизированный источник питания постоянного тока). Далее основное внимание уделяется стабилизированному источнику питания постоянного тока.
В зависимости от рабочего состояния трубки регулятора стабилизированный источник питания часто делится на две категории: линейный стабилизированный источник питания и импульсный стабилизированный источник питания. Также есть небольшой блок питания, в котором используется стабилизатор напряжения.
Рис.
1. Импульсный стабилизатор напряжения
Импульсный стабилизатор использует выходной каскад для многократного переключения состояний «включено» и «выключено» и создает выходное напряжение с помощью компонентов накопления энергии (конденсаторов и катушек индуктивности). Он регулирует время переключения в соответствии с образцом обратной связи выходного напряжения.
В регуляторе фиксированной частоты синхронизация регулируется путем регулировки ширины импульса напряжения переключения. Это так называемое ШИМ-управление. В стробированном генераторе или импульсном регуляторе ширина и частота импульса переключения остаются постоянными, но «включение» или «выключение» выходного ключа управляется обратной связью.
В зависимости от расположения переключателей и компонентов накопителя энергии генерируемое выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения, а регулятор напряжения может использоваться для создания нескольких выходных напряжений.
В большинстве случаев при одинаковых требованиях к входному и выходному напряжению импульсные (понижающие) импульсные стабилизаторы более эффективны для преобразования мощности, чем линейные стабилизаторы.
Тип компенсации — прецизионный регулируемый источник питания с компенсацией переменного тока (однофазный 0,5 кВА и выше, трехфазный 1,5 кВА и выше) имеет компенсационный трансформатор и выходное напряжение 110 В.
LDO (регулятор с малым падением напряжения) является разновидностью линейного регулятора. В линейном регуляторе используется транзистор или полевой транзистор, работающий в своей линейной области, для вычитания избыточного напряжения из входного напряжения для получения регулируемого напряжения. Так называемое падение напряжения относится к минимальной разнице между входным и выходным напряжением, необходимой для поддержания выходного напряжения в пределах ±100 мВ от его номинального значения.
LDO с положительным выходным напряжением обычно использует силовые транзисторы (также называемые передаточными устройствами) в качестве PNP. Этот тип транзистора допускает насыщение, поэтому стабилизатор может иметь очень низкое падение напряжения, обычно около 200 мВ.
Для сравнения, падение напряжения в традиционном линейном регуляторе, использующем композитные силовые транзисторы NPN, составляет около 2 В. LDO с отрицательным выходом использует NPN в качестве передающего устройства, а его режим работы аналогичен режиму устройства LDO с положительным выходом PNP.
В новейших разработках используются силовые КМОП-транзисторы, обеспечивающие минимальное падение напряжения. В КМОП единственное падение напряжения на регуляторе вызвано сопротивлением ВКЛ тока нагрузки источника питания. Если нагрузка мала, падение напряжения, создаваемое этим методом, составляет всего несколько десятков милливольт.
При колебаниях напряжения в распределительной сети или изменении нагрузки он может автоматически обеспечивать стабильность выходного напряжения. Он должен обладать большой емкостью, высоким КПД, широким диапазоном регулирования напряжения, отсутствием дополнительных искажений формы сигнала и фазового сдвига, малым временем деформации и стабильностью.
Кроме того, он также имеет отличные функции защиты от аварийных сигналов, таких как короткие замыкания и механические неисправности, а объем должен быть максимально компактным и простым в использовании.
Стабилизаторы напряжения могут широко использоваться на промышленных и горнодобывающих предприятиях, нефтяных месторождениях, железных дорогах, строительных площадках, школах, больницах, почте и телекоммуникациях , гостиницы, электронно-вычислительные машины, прецизионные станки, компьютерная томография (КТ), прецизионные приборы, испытательные приборы для научных исследований, лифтовое освещение, импортное оборудование, производственные линии и другие места, требующие стабильное напряжение питания . Рис. 2. Стабилизатор напряжения для компьютера электрооборудование с большими колебаниями нагрузки.
Мощный компенсирующий стабилизатор мощности может подключаться к тепловым, гидравлическим и малым генераторам.
Стабилизатор напряжения представляет собой цепь питания или устройство питания, которое может автоматически регулировать выходное напряжение. Его функция заключается в стабилизации напряжения питания, которое сильно колеблется и не соответствует требованиям электрооборудования в пределах заданного диапазона значений, чтобы различные цепи или электроприборы могли нормально работать при номинальном рабочем напряжении.
Первоначальный регулятор мощности полагался на переход реле для стабилизации напряжения. Когда напряжение сети колеблется, схема автоматической коррекции стабилизатора мощности активируется, чтобы запустить внутреннее реле, заставляя выходное напряжение оставаться близким к установленному значению. Эта схема проста, но точность регулирования напряжения невелика, и каждый раз, когда реле перескакивает и смещается, это вызывает мгновенное прерывание подачи питания, генерируя искровые помехи.
Это сильно мешает чтению и записи компьютерного оборудования, и легко вызвать неверные сигналы на компьютере, а в тяжелых случаях может повредить жесткий диск.
Высококачественные небольшие стабилизаторы напряжения в основном используют двигатель для привода угольных щеток для стабилизации напряжения. Стабилизатор напряжения этого типа имеет мало помех для электрооборудования и имеет относительно высокую точность стабилизации напряжения.
VI Меры предосторожности(1) Избегайте сильной вибрации и предотвращайте попадание агрессивных газов и жидкостей; не допускать полива и размещать в проветриваемом и сухом месте; не накрывать тканью, препятствующей вентиляции и отводу тепла.
(2) Используйте розетку с тремя вилками (с заземлением), а винт заземления на машине должен быть правильно заземлен, в противном случае при тестировании мы обнаружим, что дело в зарядке.
Это нормальное явление, вызванное распределенным электричеством, вызванным емкостью, и его можно устранить после подключения к заземляющему проводу.
Если на корпусе имеется серьезная утечка тока, а измеренное сопротивление изоляции меньше 2 МОм, возможно, слой изоляции отсырел или произошло короткое замыкание в цепи и корпусе. Вы должны выяснить причину и устранить неисправность, прежде чем использовать его.
(3) В стабилизаторе напряжения малой мощности 0,5–1,5 кВА используется предохранитель для защиты от перегрузки по току и короткого замыкания, а стабилизатор напряжения 2–40 кВА функционирует как автоматический выключатель для защиты от перегрузки по току и короткого замыкания. Если часто перегорает предохранитель или часто срабатывает автоматический выключатель, проверьте, не слишком ли велико потребление электроэнергии.
(4) Когда выходное напряжение превышает защитное значение (защитное значение фазного напряжения настроено на 250 В ± 5 В на заводе), стабилизированный источник питания запускается автоматически.
Если выходное напряжение стабилизированного источника питания отключено, а индикатор перенапряжения все еще горит, пользователь должен немедленно отключить и проверить напряжение сети или стабилизатор напряжения. Если стабилизатор напряжения автоматически отключается (с входом, но без выхода), проверьте, не превышает ли напряжение сети 280 В. Если оно ниже 280В, проверьте, неисправен ли регулятор. Использовать после выяснения причины.
(5) Если выходное напряжение стабилизатора напряжения сильно отличается от 220 В, отрегулируйте потенциометр на панели управления до тех пор, пока выходное напряжение не станет нормальным (если входное напряжение не достигает диапазона регулирования напряжения, его нельзя скорректировано).
(6) Когда напряжение сети часто находится на нижнем пределе (<150 В) или верхнем пределе (> 260 В) входного напряжения стабилизатора напряжения, микропереключатель ограничения можно легко коснуться, что может привести к отказу управления .
В это время регулятор напряжения не может регулировать напряжение или может регулироваться только вверх (или только вниз), и в первую очередь следует проверить микропереключатель.
(7) Пожалуйста, поддерживайте чистоту внутри машины, пыль будет препятствовать вращению шестерни и повлияет на точность выходного напряжения. Пожалуйста, своевременно очищайте и поддерживайте контактную поверхность катушки в чистоте. Когда угольная щетка сильно изношена, необходимо отрегулировать давление, чтобы избежать пробоя на контактной поверхности угольной щетки и катушки. Угольную щетку следует заменить, если ее длина составляет менее 2 мм. А когда плоскость катушки зачернеет, следует отполировать ее мелкой наждачной бумагой.
(8) Входной конец 3-фазного стабилизатора напряжения должен быть подключен к нейтральной линии , в противном случае стабилизатор напряжения не сможет нормально работать с нагрузкой, а стабилизатор напряжения и электрооборудование будут повреждены.
Не используйте заземляющий провод для замены нейтрального провода (но нейтральный и заземляющий провода можно соединить параллельно), а нейтральный провод нельзя подключать к предохранителю.
Рис. 3. Трехфазный стабилизатор напряжения
(9) Если выходное напряжение регулятора ниже номинального напряжения (220 В или трехфазное 380 В), проверьте, не слишком ли низкое входное напряжение. Когда номинальное напряжение достигается без нагрузки, а выходное напряжение ниже номинального напряжения под нагрузкой, это происходит из-за того, что поверхность нагрузки входной линии слишком мала, или конец нагрузки превышает диапазон номинальной мощности регулятора, линейное напряжение падение слишком велико, когда используется нагрузка, а входное напряжение ниже нижнего предела диапазона регулировки регулятора, в это время вы должны заменить более толстый входной провод или увеличить мощность продукта.
(10) Когда одна нагрузка имеет большую мощность (например, кондиционер и т.
д.), входная линия длинная, а поверхность нагрузки недостаточна, напряжение сильно снижается, когда нагрузка работает, и нагрузка может быть затруднена при запуске. Когда нагрузка временно останавливается во время работы, в выходной момент произойдет сбой питания из-за перенапряжения. Если такое явление происходит, это не является неисправностью регулятора напряжения, и входная линия должна быть улучшена (линия должна быть утолщена, а длина входной линии должна быть максимально укорочена, чтобы уменьшить падение напряжения в линии) .
(11) Если выходное напряжение стабилизатора напряжения значительно отклоняется от 220 В, проверьте
①, находится ли входное напряжение в пределах диапазона стабилизации напряжения;
② сильно ли изношена моторная передача и является ли вращение гибким;
③ поврежден ли концевой выключатель;
④ плоскость катушки гладкая;
⑤ повреждена ли плата управления.
2. Вопросы безопасности (1) Когда стабилизированный источник питания включен, не разбирайте стабилизированный источник питания и не тяните за входные и выходные линии стабилизированного источника питания по желанию, чтобы предотвратить поражение электрическим током или другие несчастные случаи, связанные с электробезопасностью.
(2) Входные и выходные линии стабилизированного источника питания должны быть расположены разумно, чтобы предотвратить вытаптывание и износ, которые могут привести к утечкам.
(3) Стабилизированный источник питания должен быть надежно заземлен, и пользователь несет ответственность за поражение электрическим током или травмы человека, вызванные эксплуатацией незаземленного провода.
(4) Заземляющий провод стабилизированного источника питания нельзя подключать к объектам общего пользования, таким как теплопроводы, водопроводы, газопроводы и т. д., во избежание нарушения прав третьих лиц или причинения вреда.
(5) Входные и выходные линии стабилизированного источника питания следует регулярно проверять, чтобы избежать ослабления или падения, что может повлиять на нормальное использование и безопасность стабилизированного источника питания.
(6) Выбор соединительного провода стабилизатора напряжения должен выдерживать достаточную токовую нагрузку.
(7) Со стабилизатором напряжения следует обращаться осторожно, чтобы избежать сильной вибрации при работе;
(8) Убедитесь, что пружина угольной щетки стабилизатора напряжения имеет достаточное давление, чтобы избежать пробоя на контактной поверхности угольной щетки и катушки;
(9) Непрофессионалы не могут разбирать или ремонтировать стабилизированный блок питания.
VII Failure AnalysisFailure Performance: no output, no voltage indication, or no startup | |
Cause Analysis | Trouble Shooting |
Защита от повышенного или пониженного напряжения | Регулировка внутреннего регулируемого потенциометра выходного напряжения |
Phase dislocation and phase break protection | Randomly exchange any two phases of the three phases |
The main control circuit board is broken | Replace |
The output AC is broken | Заменить |
4pt»>Отказ Характеристики: выходное напряжение не соответствует норме
Cause Analysis
Trouble Shooting
It is a homologous regulator
Replace with the shunt regulator
The voltage regulator range is exceeded
Заменить на широкодиапазонный регулятор напряжения
Неисправен концевой выключатель опережения
Заменить
The phase circuit board is broken
Replace
The servo motor is burned out
Replace
4pt»>Failure Performance: Не регулируется
Анализ причин
Устранение неисправностей
The voltage regulator range is exceeded
Replace the wide-range regulator
The lead limit switch is broken
Replace
The circuit board is broken
Заменить
Сгорел серводвигатель
Заменить
Failure Performance: Unexpected trip during work | |
Cause Analysis | Trouble Shooting |
The total brake capacity is small | Replace с воздушным переключателем соответствующей мощности |
Воздушный переключатель сломан | Заменить |
The surge voltage is too high instantly | Replace with the non-contact high-precision voltage stabilizer |
4pt»>Failure Performance: Buzz inside the regulator
Анализ причин
Устранение неисправностей
Перегрузка подключенного оборудования
There is debris inside
Remove the debris
Failure Performance: The voltage stabilizer cannot run automatically | |
Cause Analysis | Поиск и устранение неисправностей |
Автоматический кнопочный переключатель не включен | Заменить |
Отказ от платы | Заменить |
