Transistorstromstabilisator für LEDs. Zwei einfache, aber zuverlässige Stromstabilisierungsschaltungen für LEDs in Autos

28.11.2021

Lehrartikel über LED-Stromstabilisatoren und mehr. Berücksichtigt werden Schemata linearer und gepulster Stromstabilisatoren.

In vielen Leuchtendesigns ist ein Stromstabilisator für LEDs verbaut. LEDs haben wie alle Dioden eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Das heißt, wenn sich die Spannung an der LED ändert, ändert sich der Strom überproportional. Mit zunehmender Spannung steigt der Strom zunächst sehr langsam an und die LED leuchtet nicht. Wenn dann die Schwellenspannung erreicht ist, beginnt die LED zu leuchten und der Strom steigt sehr schnell an. Bei einem weiteren Spannungsanstieg steigt der Strom katastrophal an und die LED brennt durch.

Die Schwellenspannung wird in den Kennlinien von LEDs als Durchlassspannung bei Nennstrom angegeben. Der Nennstrom für die meisten Low-Power-LEDs beträgt 20 mA. Bei Hochleistungs-LED-Beleuchtung kann der Nennstrom höher sein – 350 mA oder mehr. Hochleistungs-LEDs erzeugen übrigens Wärme und müssen auf einem Kühlkörper installiert werden.

Damit die LED ordnungsgemäß funktioniert, muss sie über einen Stromstabilisator mit Strom versorgt werden. Wofür? Tatsache ist, dass die LED-Schwellenspannung variiert. Unterschiedliche LED-Typen haben unterschiedliche Durchlassspannungen, selbst LEDs des gleichen Typs haben unterschiedliche Durchlassspannungen – dies wird in den Eigenschaften der LED als Minimal- und Maximalwert angegeben. Folglich leiten zwei LEDs, die in einer Parallelschaltung an dieselbe Spannungsquelle angeschlossen sind, unterschiedliche Ströme. Dieser Strom kann so unterschiedlich sein, dass die LED möglicherweise früher ausfällt oder sofort durchbrennt. Darüber hinaus weist der Spannungsstabilisator auch eine Parameterdrift auf (vom Primärleistungsniveau, von der Last, von der Temperatur, einfach über die Zeit). Daher ist es unerwünscht, LEDs ohne Stromausgleichsvorrichtungen einzuschalten. Es werden verschiedene Methoden des Stromausgleichs betrachtet. In diesem Artikel geht es um Geräte, die einen ganz bestimmten, spezifizierten Strom einstellen – Stromstabilisatoren.

Arten von Stromstabilisatoren

Der Stromstabilisator stellt einen bestimmten Strom durch die LED ein, unabhängig von der an den Stromkreis angelegten Spannung. Wenn die Spannung im Stromkreis über den Schwellenwert ansteigt, erreicht der Strom den eingestellten Wert und ändert sich nicht weiter. Bei einer weiteren Erhöhung der Gesamtspannung ändert sich die Spannung an der LED nicht mehr und die Spannung am Stromstabilisator steigt.

Da die Spannung an der LED durch ihre Parameter bestimmt wird und im Allgemeinen unverändert bleibt, kann der Stromstabilisator auch als LED-Leistungsstabilisator bezeichnet werden. Im einfachsten Fall wird die vom Gerät erzeugte Wirkleistung (Wärme) proportional zur Spannung zwischen LED und Stabilisator verteilt. Ein solcher Stabilisator wird als linear bezeichnet. Es gibt auch sparsamere Geräte – Stromstabilisatoren auf Basis eines Impulswandlers (Schlüsselwandler oder Wandler). Sie werden gepulst genannt, weil sie die Energie portionsweise in ihr Inneres pumpen – gepulst, je nach Bedarf des Verbrauchers. Ein richtiger Pulsumrichter verbraucht kontinuierlich Strom, überträgt ihn intern impulsweise vom Eingangskreis zum Ausgangskreis und gibt ihn kontinuierlich wieder an die Last ab.

Linearer Stromstabilisator

Der lineare Stromstabilisator erwärmt sich, je mehr Spannung an ihn angelegt wird. Dies ist der Hauptnachteil. Es hat jedoch eine Reihe von Vorteilen, zum Beispiel:

Der Linearstabilisator erzeugt keine elektromagnetischen Störungen
Schlicht im Design
Niedrige Kosten in den meisten Anwendungen

Da ein Schaltwandler nie vollständig effizient ist, gibt es Anwendungen, bei denen ein Linearregler eine vergleichbare oder sogar höhere Effizienz aufweist – wenn die Eingangsspannung nur geringfügig höher als die LED-Spannung ist. Bei der Stromversorgung über das Netz wird übrigens häufig ein Transformator verwendet, an dessen Ausgang ein linearer Stromstabilisator installiert ist. Das heißt, zunächst wird die Spannung auf ein Niveau reduziert, das mit der Spannung an der LED vergleichbar ist, und dann wird mithilfe eines linearen Stabilisators der erforderliche Strom eingestellt.

In einem anderen Fall können Sie die LED-Spannung näher an die Versorgungsspannung bringen – indem Sie die LEDs in Reihe schalten. Die Spannung an der Kette entspricht der Summe der Spannungen an jeder LED.

Schaltungen linearer Stromstabilisatoren

Die einfachste Stromstabilisierungsschaltung basiert auf einem Transistor (Schaltung „a“). Da der Transistor ein Stromverstärker ist, ist sein Ausgangsstrom (Kollektorstrom) h 21-mal größer als der Steuerstrom (Basisstrom) (Verstärkung). Der Basisstrom kann über eine Batterie und einen Widerstand oder über eine Zenerdiode und einen Widerstand (Schaltung „b“) eingestellt werden. Eine solche Schaltung ist jedoch schwer zu konfigurieren, der resultierende Stabilisator hängt von der Temperatur ab, außerdem haben Transistoren eine Vielzahl von Parametern und beim Austausch eines Transistors muss der Strom neu ausgewählt werden. Eine Schaltung mit Feedback „c“ und „d“ funktioniert viel besser. Der Widerstand R im Stromkreis fungiert als Rückkopplung – wenn der Strom zunimmt, steigt die Spannung am Widerstand, wodurch der Transistor ausgeschaltet wird und der Strom abnimmt. Schaltung „d“ weist bei Verwendung von Transistoren des gleichen Typs eine größere Temperaturstabilität und die Möglichkeit auf, den Widerstandswert so weit wie möglich zu reduzieren, wodurch die Mindestspannung des Stabilisators und die Leistungsabgabe am Widerstand R verringert werden.

Der Stromstabilisator kann auf Basis eines Feldeffekttransistors mit pn-Übergang (Schaltung „d“) hergestellt werden. Die Gate-Source-Spannung bestimmt den Drain-Strom. Bei einer Gate-Source-Spannung von Null entspricht der Strom durch den Transistor dem in der Dokumentation angegebenen anfänglichen Drain-Strom. Die minimale Betriebsspannung eines solchen Stromstabilisators hängt vom Transistor ab und erreicht 3 Volt. Einige Hersteller elektronischer Komponenten stellen spezielle Geräte her – vorgefertigte Stabilisatoren mit festem Strom, die nach dem folgenden Schema zusammengebaut werden – CRD (Current Regulated Devices) oder CCR (Constant Current Regulator). Manche Leute nennen es einen Diodenstabilisator, weil es im umgekehrten Zustand wie eine Diode wirkt.

Das Unternehmen On Semiconductor stellt beispielsweise einen Linearstabilisator der NSIxxx-Serie her, der über zwei Anschlüsse verfügt und zur Erhöhung der Zuverlässigkeit einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist – mit steigender Temperatur sinkt der Strom durch die LEDs.

Ein auf einem Impulswandler basierender Stromstabilisator ist im Aufbau einem Spannungsstabilisator auf Basis eines Impulswandlers sehr ähnlich, regelt jedoch nicht die Spannung an der Last, sondern den Strom durch die Last. Wenn der Strom in der Last abnimmt, erhöht sie die Leistung, und wenn sie zunimmt, verringert sie sie. Die gebräuchlichsten Schaltkreise von Impulswandlern umfassen ein reaktives Element – eine Drossel, die über einen Schalter (Schalter) Energieanteile aus dem Eingangskreis (von der Eingangskapazität) pumpt und diese wiederum an die Last überträgt . Neben dem offensichtlichen Vorteil der Energieeinsparung haben Pulsumrichter eine Reihe von Nachteilen, die durch verschiedene Schaltungs- und Designlösungen überwunden werden müssen:

Der Schaltwandler erzeugt elektrische und elektromagnetische Störungen
Hat typischerweise eine komplexe Struktur
Hat keinen absoluten Wirkungsgrad, das heißt, es verschwendet Energie für die eigene Arbeit und erwärmt sich
Im Vergleich beispielsweise zu Transformator- und Lineargeräten sind die Kosten meist höher

Da Energieeinsparungen in vielen Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind, bemühen sich Komponentendesigner und Schaltungsdesigner darum, die Auswirkungen dieser Nachteile zu verringern, und oft gelingt ihnen dies auch.

Impulswandlerschaltungen

Da der Stromstabilisator auf einem Impulswandler basiert, betrachten wir die Grundschaltungen von Impulswandlern. Jeder Impulswandler verfügt über einen Schlüssel, ein Element, das nur zwei Zustände haben kann – ein- und ausgeschaltet. Im ausgeschalteten Zustand leitet der Schlüssel keinen Strom und es wird dementsprechend kein Strom an ihn abgegeben. Im eingeschalteten Zustand leitet der Schalter Strom, hat aber einen sehr geringen Widerstand (idealerweise gleich Null), dementsprechend wird an ihm Strom abgegeben, der nahe bei Null liegt. Somit kann der Schalter nahezu verlustfrei Energieanteile vom Eingangskreis zum Ausgangskreis übertragen. Anstelle eines stabilen Stroms, der von einer linearen Stromversorgung erhalten werden kann, ist der Ausgang eines solchen Schalters jedoch eine Impulsspannung und ein Impulsstrom. Um wieder stabile Spannung und Strom zu erhalten, können Sie einen Filter installieren.

Mit einem herkömmlichen RC-Filter können Sie das Ergebnis erzielen, allerdings ist der Wirkungsgrad eines solchen Wandlers nicht besser als der eines linearen, da die gesamte überschüssige Leistung am aktiven Widerstand des Widerstands abgegeben wird. Wenn Sie jedoch anstelle von RC - LC (Schaltung „b“) einen Filter verwenden, können aufgrund der „spezifischen“ Eigenschaften der Induktivität Leistungsverluste vermieden werden. Die Induktivität hat eine nützliche reaktive Eigenschaft – der durch sie fließende Strom nimmt allmählich zu, die ihr zugeführte elektrische Energie wird in magnetische Energie umgewandelt und sammelt sich im Kern. Nach dem Ausschalten des Schalters verschwindet der Strom in der Induktivität nicht, die Spannung an der Induktivität ändert die Polarität und lädt den Ausgangskondensator weiter auf. Die Induktivität wird über die Bypass-Diode D zu einer Stromquelle. Diese Induktivität ist für die Übertragung ausgelegt Leistung, wird als Choke bezeichnet. Der Strom im Induktor eines ordnungsgemäß funktionierenden Geräts ist ständig vorhanden – der sogenannte Dauerstrommodus oder Dauerstrommodus (in der westlichen Literatur wird dieser Modus als Konstantstrommodus – CCM) bezeichnet. Wenn der Laststrom abnimmt, steigt die Spannung an einem solchen Wandler, die im Induktor gespeicherte Energie nimmt ab und das Gerät kann in den diskontinuierlichen Betriebsmodus wechseln, wenn der Strom im Induktor intermittierend wird. Diese Betriebsart erhöht den vom Gerät erzeugten Störpegel erheblich. Einige Wandler arbeiten im Grenzmodus, wenn der Strom durch die Induktivität gegen Null geht (in der westlichen Literatur wird dieser Modus als Grenzstrommodus (BCM) bezeichnet). In jedem Fall fließt durch den Induktor ein erheblicher Gleichstrom, der zur Magnetisierung des Kerns führt. Daher ist der Induktor in einer speziellen Bauweise gefertigt – mit einer Unterbrechung oder unter Verwendung spezieller magnetischer Materialien.

Ein auf einem Impulswandler basierender Stabilisator verfügt über eine Vorrichtung, die die Betätigung des Schlüssels abhängig von der Belastung regelt. Der Spannungsstabilisator registriert die Spannung an der Last und ändert die Funktion des Schalters (Kreis „a“). Der Stromstabilisator misst den Strom durch die Last, beispielsweise mithilfe eines kleinen Messwiderstands Ri (Schema „b“), der in Reihe mit der Last geschaltet ist.

Der Wandlerschalter wird je nach Reglersignal mit unterschiedlichem Tastverhältnis eingeschaltet. Es gibt zwei gängige Möglichkeiten, eine Taste zu steuern: Pulsweitenmodulation (PWM) und Strommodus. Im PWM-Modus steuert das Fehlersignal die Dauer der Impulse unter Beibehaltung der Wiederholungsrate. Im Strommodus wird der Spitzenstrom im Induktor gemessen und das Intervall zwischen den Impulsen geändert.

Moderne Schaltwandler verwenden als Schalter meist einen MOSFET-Transistor.

Abwärtswandler

Die oben besprochene Version des Wandlers wird als Abwärtswandler bezeichnet, da die Spannung an der Last immer niedriger ist als die Spannung der Stromquelle.

Da in der Induktivität ständig Strom in einer Richtung fließt, können die Anforderungen an den Ausgangskondensator reduziert werden. Die Induktivität mit dem Ausgangskondensator fungiert als effektiver LC-Filter. In einigen Stromstabilisierungsschaltungen, beispielsweise für LEDs, ist möglicherweise überhaupt kein Ausgangskondensator vorhanden. In der westlichen Literatur wird ein Tiefsetzsteller als Buck-Konverter bezeichnet.

Schnellumrechner

Die nachfolgende Schaltreglerschaltung funktioniert ebenfalls auf Basis einer Drossel, allerdings ist die Drossel immer mit dem Ausgang des Netzteils verbunden. Wenn der Schalter geöffnet ist, fließt Strom durch die Induktivität und die Diode zur Last. Wenn der Schalter schließt, sammelt der Induktor Energie; wenn der Schlüssel geöffnet wird, wird die an seinen Anschlüssen entstehende EMK zur EMK der Stromquelle addiert und die Spannung an der Last steigt.

Im Gegensatz zur vorherigen Schaltung wird der Ausgangskondensator durch einen intermittierenden Strom geladen, daher muss der Ausgangskondensator groß sein und möglicherweise ein zusätzlicher Filter erforderlich sein. In der westlichen Literatur wird ein Buck-Boost-Wandler als Boost-Wandler bezeichnet.

Invertierender Konverter

Eine andere Impulswandlerschaltung funktioniert ähnlich: Wenn der Schalter geschlossen ist, sammelt die Induktivität Energie; wenn der Schalter öffnet, hat die an seinen Anschlüssen entstehende EMF das umgekehrte Vorzeichen und an der Last entsteht eine negative Spannung.

Wie in der vorherigen Schaltung wird der Ausgangskondensator durch einen intermittierenden Strom geladen, daher muss der Ausgangskondensator groß sein und möglicherweise ein zusätzlicher Filter erforderlich sein. In der westlichen Literatur wird ein invertierender Wandler als Buck-Boost-Wandler bezeichnet.

Vorwärts- und Sperrwandler

Am häufigsten werden Netzteile nach einem Schema hergestellt, bei dem ein Transformator verwendet wird. Der Transformator sorgt für eine galvanische Trennung des Sekundärkreises von der Stromquelle; außerdem kann der Wirkungsgrad einer auf solchen Schaltkreisen basierenden Stromversorgung 98 % oder mehr erreichen. Ein Vorwärtswandler (Schaltung „a“) überträgt Energie von der Quelle zur Last, sobald der Schalter eingeschaltet wird. Tatsächlich handelt es sich um einen modifizierten Abwärtswandler. Der Sperrwandler (Schaltung „b“) überträgt im ausgeschalteten Zustand Energie von der Quelle zur Last.

Bei einem Durchflusswandler arbeitet der Transformator normal und die Energie wird in der Induktivität gespeichert. Tatsächlich handelt es sich um einen Impulsgenerator mit einem LC-Filter am Ausgang. Ein Sperrwandler speichert Energie in einem Transformator. Das heißt, der Transformator vereint die Eigenschaften eines Transformators und einer Drossel, was bei der Auswahl seines Designs zu gewissen Schwierigkeiten führt.

In der westlichen Literatur wird ein Vorwärtswandler als Vorwärtswandler bezeichnet. Sperrwandler.

Verwendung eines Impulswandlers als Stromstabilisator

Die meisten Schaltnetzteile werden mit Ausgangsspannungsstabilisierung hergestellt. Typische Schaltkreise solcher Netzteile, insbesondere leistungsstarker, verfügen zusätzlich zur Ausgangsspannungsrückführung über einen Stromregelkreis für ein Schlüsselelement, beispielsweise einen niederohmigen Widerstand. Mit dieser Steuerung können Sie die Betriebsart des Gashebels sicherstellen. Die einfachsten Stromstabilisatoren nutzen dieses Regelelement zur Stabilisierung des Ausgangsstroms. Somit erweist sich der Stromstabilisator als noch einfacher als der Spannungsstabilisator.

Betrachten wir die Schaltung eines Impulsstromstabilisators für eine LED basierend auf einer Mikroschaltung des bekannten Herstellers elektronischer Komponenten On Semiconductor:

Die Tiefsetzstellerschaltung arbeitet im Dauerstrommodus mit einem externen Schalter. Die Schaltung wurde unter vielen anderen ausgewählt, weil sie zeigt, wie einfach und effektiv eine Schaltstromreglerschaltung mit einem Fremdschalter sein kann. In der obigen Schaltung steuert der Steuerchip IC1 den Betrieb des MOSFET-Schalters Q1. Da der Wandler im Dauerstrombetrieb arbeitet, ist die Installation eines Ausgangskondensators nicht erforderlich. In vielen Schaltkreisen ist im Schaltquellenkreis ein Stromsensor installiert, der jedoch die Einschaltgeschwindigkeit des Transistors verringert. In der obigen Schaltung ist der Stromsensor R4 im Primärstromkreis installiert, was zu einer einfachen und effektiven Schaltung führt. Der Schlüssel arbeitet mit einer Frequenz von 700 kHz, was den Einbau einer kompakten Drossel ermöglicht. Bei einer Ausgangsleistung von 7 Watt, einer Eingangsspannung von 12 Volt bei Betrieb mit 700 mA (3 LEDs) liegt der Wirkungsgrad des Gerätes bei über 95 %. Die Schaltung arbeitet stabil bis zu einer Ausgangsleistung von 15 Watt ohne den Einsatz zusätzlicher Wärmeabfuhrmaßnahmen.

Eine noch einfachere Schaltung erhält man mit Hilfe von Schlüsselstabilisatorchips mit eingebautem Schlüssel. Zum Beispiel eine Schaltung eines wichtigen LED-Stromstabilisators basierend auf der Mikroschaltung /CAT4201:

Um ein Gerät mit einer Leistung von bis zu 7 Watt zu betreiben, sind einschließlich des Chips selbst nur 8 Komponenten erforderlich. Der Schaltregler arbeitet im Grenzstrommodus und benötigt zum Betrieb einen kleinen Ausgangskeramikkondensator. Der Widerstand R3 ist erforderlich, wenn das Gerät mit 24 Volt oder mehr betrieben wird, um die Anstiegsgeschwindigkeit der Eingangsspannung zu verringern, obwohl dies die Effizienz des Geräts etwas verringert. Die Betriebsfrequenz übersteigt 200 kHz und variiert je nach Last und Eingangsspannung. Dies liegt an der Regelungsmethode – der Überwachung des Spitzeninduktorstroms. Wenn der Strom seinen Maximalwert erreicht, öffnet der Schalter; wenn der Strom auf Null sinkt, schaltet er ein. Der Wirkungsgrad des Geräts erreicht 94 %.

Es ist bekannt, dass die Helligkeit einer LED sehr stark vom durch sie fließenden Strom abhängt. Gleichzeitig hängt der LED-Strom sehr stark von der Versorgungsspannung ab. Dies führt selbst bei leichter Instabilität der Stromversorgung zu spürbaren Helligkeitsschwankungen.

Aber Welligkeit ist nicht beängstigend, viel schlimmer ist, dass der geringste Anstieg der Versorgungsspannung zu einem so starken Anstieg des Stroms durch die LEDs führen kann, dass diese einfach durchbrennen.

Um dies zu verhindern, werden LEDs (insbesondere leistungsstarke) normalerweise über spezielle Schaltkreise mit Strom versorgt – Treiber, bei denen es sich im Wesentlichen um Stromstabilisatoren handelt. In diesem Artikel werden Schaltungen einfacher Stromstabilisatoren für LEDs (auf Transistoren oder herkömmlichen Mikroschaltungen) erläutert.

Es gibt auch sehr ähnliche LEDs – SMD 5730 (ohne die 1 im Namen). Sie haben eine Leistung von nur 0,5 W und einen maximalen Strom von 0,18 A. Lassen Sie sich also nicht verwirren.

Da bei Reihenschaltung von LEDs die Gesamtspannung gleich der Summe der Spannungen an jeder LED ist, sollte die minimale Versorgungsspannung des Stromkreises betragen: Upit = 2,5 + 12 + (3,3 x 10) = 47,5 Volt .

Mit dem einfachen Regulator Design-Programm (Download) können Sie den Widerstand und die Leistung des Widerstands für andere Stromwerte berechnen.

Je höher die Ausgangsspannung des Stabilisators ist, desto mehr Wärme wird natürlich am Stromeinstellwiderstand erzeugt und desto schlechter ist daher der Wirkungsgrad. Daher ist der LM7805 für unsere Zwecke besser als der LM7812.

LM317

Nicht weniger effektiv ist der lineare Stromstabilisator für LEDs auf Basis LM317. Typisches Anschlussdiagramm:

Die einfachste LM317-Anschlussschaltung für LEDs, mit der Sie eine leistungsstarke Lampe zusammenbauen können, besteht aus einem Gleichrichter mit kapazitivem Filter, einem Stromstabilisator und 93 LEDs SMD 5630. Hier kommt MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3,1 V, 400 mW, 5,3x3 mm) zum Einsatz.

Wenn eine so große LED-Girlande nicht benötigt wird, müssen Sie dem LM317-Treiber einen Ballastwiderstand oder einen Kondensator hinzufügen, um die LEDs mit Strom zu versorgen (um Überspannung zu unterdrücken). Wir haben ausführlich besprochen, wie das geht.

Der Nachteil einer solchen Stromtreiberschaltung für LEDs besteht darin, dass sich der LM317 bei einem Anstieg der Spannung im Netzwerk über 235 Volt außerhalb des vorgesehenen Betriebsmodus befindet und bei einem Abfall auf ~208 Volt und darunter die Mikroschaltung vollständig aufhört, sich zu stabilisieren und die Welligkeitstiefe hängt vollständig vom Container C1 ab.

Daher sollte eine solche Lampe dort eingesetzt werden, wo die Spannung mehr oder weniger stabil ist. Und an der Kapazität dieses Kondensators sollte man nicht sparen. Die Diodenbrücke kann fertig genommen werden (z. B. eine Miniatur-MB6S) oder aus geeigneten Dioden zusammengesetzt werden (U arr. mindestens 400 V, Durchlassstrom >= 100 mA). Die oben genannten sind perfekt 1N4007.

Wie Sie sehen, ist die Schaltung einfach und enthält keine teuren Komponenten. Hier sind die aktuellen Preise (und sie werden wahrscheinlich weiter sinken):

Name	Eigenschaften	Preis
SMD 5630	LED, 3,3 V, 0,15 A, 0,5 W	240 Rubel. / 1000 Stück.
LM317	1,25–37 V, > 1,5 A	112 Rubel. / 10 Stück.
MB6S	600 V, 0,5 A	67 Rubel. / 20 Stück.
120 μF, 400 V	18x30mm	560 Rubel. / 10 Stück.

Wenn Sie also insgesamt 1000 Rubel ausgeben, können Sie ein Dutzend 30-Watt-Glühbirnen (!!!) ohne Flackern (!!!) sammeln. Und da die LEDs nicht mit voller Leistung arbeiten und der einzige Elektrolyt nicht überhitzt, halten diese Lampen nahezu ewig.

Statt einer Schlussfolgerung

Zu den Nachteilen der im Artikel vorgestellten Schaltungen gehört ein geringer Wirkungsgrad aufgrund der Energieverschwendung an den Steuerelementen. Dies ist jedoch typisch für alle linearen Stromstabilisatoren.

Bei Geräten, die mit autonomen Stromquellen (Lampen, Taschenlampen usw.) betrieben werden, ist ein geringer Wirkungsgrad nicht akzeptabel. Durch den Einsatz kann eine deutliche Effizienzsteigerung (90 % und mehr) erreicht werden.

Das betreffende Halbleiterbauelement soll den Strom auf dem erforderlichen Niveau stabilisieren, ist kostengünstig und ermöglicht eine vereinfachte Entwicklung von Schaltkreisen für viele elektronische Geräte. Ich werde versuchen, den Mangel an Informationen über einfache Schaltungslösungen für Gleichstromstabilisatoren ein wenig auszugleichen.

Eine kleine Theorie

Eine ideale Stromquelle hat eine unendlich große EMK und einen unendlich großen Innenwiderstand, was es ermöglicht, unabhängig vom Lastwiderstand den erforderlichen Strom im Stromkreis zu erhalten.

Die Betrachtung der theoretischen Annahmen über die Parameter der Stromquelle hilft, die Definition einer idealen Stromquelle zu verstehen. Der von einer idealen Stromquelle erzeugte Strom bleibt konstant, wenn sich der Lastwiderstand von Kurzschluss auf Unendlich ändert. Um den aktuellen Wert unverändert beizubehalten, variiert der Wert der EMK von einem Wert ungleich Null bis unendlich. Eine Eigenschaft einer Stromquelle, die es Ihnen ermöglicht, einen stabilen Stromwert zu erhalten: Wenn sich der Lastwiderstand ändert, ändert sich die EMK der Stromquelle so, dass der Stromwert konstant bleibt.

Echte Stromquellen halten den Strom über einen begrenzten Spannungsbereich, der an einer Last erzeugt wird, und einen begrenzten Lastwiderstand auf einem erforderlichen Niveau. Es wird eine ideale Quelle betrachtet und eine reale Stromquelle kann mit einem Lastwiderstand von Null betrieben werden. Der Modus zum Schließen des Ausgangs der Stromquelle ist keine Ausnahme oder schwer zu implementierende Funktion der Stromquelle; es ist einer der Betriebsmodi, in die das Gerät schmerzlos wechseln kann, wenn der Ausgang versehentlich kurzgeschlossen wird und umschaltet Betriebsart mit einem Lastwiderstand größer Null.

Dabei wird eine echte Stromquelle in Verbindung mit einer Spannungsquelle verwendet. 220 Volt 50 Hz Netz, Labornetzteil, Batterie, Benzingenerator, Solarbatterie – Spannungsquellen, die den Verbraucher mit Strom versorgen. Mit einem von ihnen ist ein Stromstabilisator in Reihe geschaltet. Der Ausgang eines solchen Geräts wird als Stromquelle betrachtet.

Der einfachste Stromstabilisator ist ein Bauteil mit zwei Anschlüssen, das den durch ihn fließenden Strom auf die Größe und Genauigkeit begrenzt, die den Herstellerangaben entspricht. Ein solches Halbleiterbauelement hat in den meisten Fällen ein Gehäuse, das einer Diode mit geringer Leistung ähnelt. Aufgrund ihrer äußerlichen Ähnlichkeit und des Vorhandenseins von nur zwei Anschlüssen werden Komponenten dieser Klasse in der Literatur häufig als Diodenstromstabilisatoren erwähnt. Der interne Schaltkreis enthält keine Dioden; dieser Name blieb nur aufgrund seiner äußerlichen Ähnlichkeit hängen.

Beispiele für Diodenstromstabilisatoren

Diodenstromstabilisatoren werden von vielen Halbleiterherstellern hergestellt.

1N5296
Hersteller: Microsemi und CDI

Stabilisierungsstrom 0,91 mA ± 10 %
Mindestspannung an den Klemmen im Stabilisierungsmodus 1,29 V
Maximale Impulsspannung 100 V

E-103
Hersteller Semitec

Stabilisierungsstrom 10 mA ± 10 %
Mindestspannung an den Klemmen im Stabilisierungsmodus 4,2 V

L-2227
Hersteller Semitec

Stabilisierungsstrom 25 mA ± 10 %
Mindestspannung an den Pins im Stabilisierungsmodus 4 V
Maximale Impulsspannung 50 V

Von der Theorie zur Praxis

Der Einsatz von Diodenstromstabilisatoren vereinfacht Stromkreise und senkt die Gerätekosten. Der Einsatz von Diodenstromstabilisatoren ist nicht nur wegen seiner Einfachheit attraktiv, sondern auch wegen der Erhöhung der Stabilität der zu entwickelnden Geräte. Ein Halbleiter dieser Klasse sorgt je nach Typ für eine Stromstabilisierung auf einem Niveau von 0,22 bis 30 Milliampere. Die Namen dieser Halbleiterbauelemente gemäß GOST und Schaltungsbezeichnungen konnten nicht gefunden werden. In den Diagrammen des Artikels mussten wir die Bezeichnung einer herkömmlichen Diode verwenden.

Bei Anschluss an den LED-Stromkreis sorgt der Diodenstabilisator für den erforderlichen Modus und zuverlässigen Betrieb. Eines der Merkmale des Diodenstromstabilisators ist der Betrieb im Spannungsbereich von 1,8 bis 100 Volt, wodurch Sie die LED vor dem Ausfall schützen können, wenn sie gepulsten und langfristigen Spannungsänderungen ausgesetzt wird. Die Helligkeit und der Farbton des LED-Leuchtens hängen vom fließenden Strom ab. Ein Diodenstromstabilisator kann den Betrieb mehrerer in Reihe geschalteter LEDs ermöglichen, wie im Diagramm dargestellt.

Diese Schaltung lässt sich je nach LEDs und Versorgungsspannung leicht umbauen. Ein oder mehrere parallel geschaltete Diodenstromstabilisatoren im LED-Kreis regeln den LED-Strom, wobei die Anzahl der LEDs vom Bereich der Versorgungsspannungsänderungen abhängt.

Mit Diodenstromquellen können Sie eine Anzeige oder ein Beleuchtungsgerät bauen, das für die Stromversorgung mit Gleichspannung ausgelegt ist. Dank der Stromversorgung mit stabilem Strom hat die Lichtquelle auch bei Schwankungen der Versorgungsspannung eine konstante Helligkeit.

Der Einsatz eines Widerstands im LED-Kreis der Gleichstrommotor-Versorgungsspannungsanzeige einer Leiterplattenbohrmaschine führte zu einem schnellen Ausfall der LED. Der Einsatz eines Diodenstromstabilisators ermöglichte einen zuverlässigen Betrieb des Indikators. Diodenstromstabilisatoren können parallel geschaltet werden. Der erforderliche Lastleistungsmodus kann durch Ändern des Typs oder Parallelschalten der erforderlichen Anzahl dieser Geräte erreicht werden.

Bei der Stromversorgung einer LED führen Optokoppler durch einen Widerstand der Versorgungsspannung der Schaltung zu Helligkeitsschwankungen, die sich auf der Vorderseite des Rechteckimpulses überlagern. Die Verwendung eines Diodenstromstabilisators im Stromversorgungskreis der LED, der Teil des Optokopplers ist, ermöglicht es, die Verzerrung des über den Optokoppler übertragenen digitalen Signals zu reduzieren und die Zuverlässigkeit des Informationskanals zu erhöhen.

Der Einsatz eines Diodenstromstabilisators, der den Betriebsmodus der Zenerdiode einstellt, ermöglicht die Entwicklung einer einfachen Referenzspannungsquelle. Wenn sich der Versorgungsstrom um 10 Prozent ändert, ändert sich die Spannung an der Zenerdiode um 0,2 Prozent, und da der Strom stabil ist, bleibt der Wert der Referenzspannung stabil, wenn sich andere Faktoren ändern.

Der Einfluss der Welligkeit der Versorgungsspannung auf die Ausgangsreferenzspannung wird um 100 Dezibel reduziert.

Interner Schaltkreis

Die Strom-Spannungs-Kennlinie hilft, die Funktionsweise eines Diodenstromstabilisators zu verstehen. Der Stabilisierungsmodus beginnt, wenn die Spannung an den Geräteklemmen etwa zwei Volt überschreitet. Bei Spannungen über 100 Volt kommt es zum Durchschlag. Der tatsächliche Stabilisierungsstrom kann bis zu zehn Prozent vom Nennstrom abweichen. Bei einer Spannungsänderung von 2 auf 100 Volt ändert sich der Stabilisierungsstrom um 5 Prozent. Diodenstromstabilisatoren einiger Hersteller verändern den Stabilisierungsstrom bei Spannungsänderungen um bis zu 20 Prozent. Je höher der Stabilisierungsstrom ist, desto größer ist die Abweichung bei steigender Spannung. Durch die Parallelschaltung von fünf Geräten, die für einen Strom von 2 Milliampere ausgelegt sind, können höhere Parameter erzielt werden als bei einem Gerät mit einer Nennleistung von 10 Milliampere. Da die minimale Stromstabilisierungsspannung abnimmt, vergrößert sich der Spannungsbereich, in dem der Stabilisator arbeitet.

Die Basis der Dioist ein Feldeffekttransistor mit pn-Übergang. Die Gate-Source-Spannung bestimmt den Drain-Strom. Wenn die Gate-Source-Spannung Null ist, ist der Strom durch den Transistor gleich dem anfänglichen Drain-Strom, der fließt, wenn die Spannung zwischen Drain und Source größer als die Sättigungsspannung ist. Daher muss für den normalen Betrieb des Diodenstromstabilisators die an den Anschlüssen angelegte Spannung größer als ein bestimmter Wert von 1 bis 3 Volt sein.

Der Feldeffekttransistor weist eine große Streuung des anfänglichen Drainstroms auf; dieser Wert kann nicht genau vorhergesagt werden. Günstige Diodenstromstabilisatoren sind stromselektierte Feldeffekttransistoren, bei denen das Gate mit der Source verbunden ist.

Wenn die Spannungspolarität geändert wird, verwandelt sich der Diodenstromstabilisator in eine normale Diode. Diese Eigenschaft ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der pn-Übergang des Feldeffekttransistors in Durchlassrichtung vorgespannt ist und der Strom durch die Gate-Drain-Schaltung fließt. Der maximale Sperrstrom einiger Diodenstromstabilisatoren kann 100 Milliampere erreichen.

Stromquelle 0,5 A oder mehr

Um Ströme von 0,5 bis 5 Ampere oder mehr zu stabilisieren, ist eine Schaltung anwendbar, deren Hauptelement ein leistungsstarker Transistor ist. Ein Diodenstromstabilisator stabilisiert die Spannung an einem 180-Ohm-Widerstand und basiert auf dem KT818-Transistor. Durch Ändern des Widerstands R1 von 0,2 auf 10 Ohm ändert sich der der Last zugeführte Strom. Mit dieser Schaltung ist es möglich, einen Strom zu erhalten, der durch den maximalen Strom des Transistors oder den maximalen Strom der Stromversorgung begrenzt ist. Die Verwendung eines Diodenstromstabilisators mit dem höchstmöglichen Nennstabilisierungsstrom verbessert die Stabilität des Ausgangsstroms der Schaltung, wir dürfen jedoch die minimal mögliche Betriebsspannung des Diodenstromstabilisators nicht vergessen. Durch Ändern des Widerstands R1 um 1–2 Ohm ändert sich der Wert des Ausgangsstroms der Schaltung erheblich. Dieser Widerstand muss eine große Wärmeableitungsleistung haben. Die Widerstandsänderung aufgrund der Erwärmung führt dazu, dass der Ausgangsstrom vom eingestellten Wert abweicht. Es ist besser, den Widerstand R1 aus mehreren parallel geschalteten leistungsstarken Widerständen zusammenzustellen. Im Stromkreis verwendete Widerstände müssen bei Temperaturänderungen eine minimale Widerstandsabweichung aufweisen. Beim Aufbau einer einstellbaren stabilen Stromquelle oder zur Feinabstimmung des Ausgangsstroms kann der 180-Ohm-Widerstand durch einen variablen Widerstand ersetzt werden. Um die Stromstabilität zu verbessern, wird der KT818-Transistor durch einen zweiten Transistor mit geringerer Leistung verstärkt. Die Transistoren sind nach einer Verbundtransistorschaltung verschaltet. Bei Verwendung eines Verbundtransistors erhöht sich die minimale Stabilisierungsspannung.

Diese Schaltung kann zur Stromversorgung von Magnetspulen, Elektromagneten, Schrittmotorwicklungen, beim Galvanisieren, zum Laden von Batterien und für andere Zwecke verwendet werden. Der Transistor muss am Kühler installiert werden. Das Design des Geräts muss eine gute Wärmeableitung gewährleisten.

Wenn das Projektbudget eine Kostenerhöhung um 1-2 Rubel zulässt und das Design des Geräts eine Vergrößerung der Leiterplattenfläche zulässt, kann die Verwendung einer Parallelkombination von Diodenstromstabilisatoren die Parameter des zu entwickelnden Geräts verbessern. Parallel geschaltet stabilisieren 5 1N5305-Komponenten den Strom bei 10 Milliampere, wie die CDLL257-Komponente, aber die minimale Betriebsspannung bei fünf 1N5305 beträgt 1,85 Volt, was für Schaltkreise mit einer Versorgungsspannung von 3,3 oder 5 Volt wichtig ist . Zu den positiven Eigenschaften von 1N5305 gehört auch seine Erschwinglichkeit im Vergleich zu Geräten des Herstellers Semitec. Durch die Parallelschaltung einer Gruppe von Stromstabilisatoren anstelle eines einzigen können Sie die Erwärmung des zu entwickelnden Geräts reduzieren und die Obergrenze des Temperaturbereichs verschieben.

Steigende Betriebsspannung

Um Diodenstromstabilisatoren bei Spannungen über der Durchbruchspannung einzusetzen, werden eine oder mehrere Zenerdioden in Reihe geschaltet und der Spannungsbereich des Diodenstrombegrenzers wird um den Betrag der Spannungsstabilisierung durch die Zenerdiode verschoben. Mit der Schaltung lässt sich grob feststellen, ob eine Spannungsschwelle überschritten wurde.

Es war nicht möglich, inländische Analoga ausländischer Diodenstromstabilisatoren zu finden. Wahrscheinlich wird sich die Situation mit inländischen Diodenstromstabilisatoren im Laufe der Zeit ändern.

Literatur:
L. A. Bessonov. Theoretische Grundlagen der Elektrotechnik. Stromkreise. 2000 g
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cclm0035-5750.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/other/ec051semiconductora.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cld_application_notes.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/ALL_SMD_CLD_curves.pdf
http://www.centralsemi.com/product/smd/select/diodes/CLD.aspx
http://www.datasheetarchive.com/CA500-datasheet.html

Liste der Radioelemente

Typ	Konfession	Menge	Mein Notizblock
Schema 1.
Diode		1	Zum Notizblock
Leuchtdiode		5	Zum Notizblock
Netzteil	24 V	1	Zum Notizblock
Schema 2.
Diodenbrücke		1	Zum Notizblock
Diode		1	Zum Notizblock
Leuchtdiode		1	Zum Notizblock
Elektrolytkondensator		1	Zum Notizblock
Transformator		1	Zum Notizblock
Schalten		1	Zum Notizblock
Bürstenmotor		1	Zum Notizblock
Schema 3.
Zenerdiode	5,6 V	1	Zum Notizblock
Diode		1	Zum Notizblock
Netzteil	8-50 V	1

Jeder weiß, dass LEDs einen stabilen Strom benötigen, um sie mit Strom zu versorgen, da ihr Kristall sonst dem nicht standhalten kann und schnell zusammenbricht. Zu diesem Zweck wird eine Stromstabilisierung verwendet – spezielle Treiberschaltungen oder einfach Widerstände. Die letzte Methode wird am häufigsten verwendet, insbesondere bei LED-Streifen, bei denen für jeweils 3 LED-Elemente ein Widerstand installiert wird. Widerstände erfüllen ihre Stabilisierungsaufgabe jedoch nicht sehr effektiv, da sie sich erstens erwärmen (zusätzlicher Energieverbrauch) und zweitens einen bestimmten Strom in einem engen Spannungsbereich aufrechterhalten – gemäß dem Ohmschen Gesetz.

Wir stellen ein Funkelement der neuen Generation vor – einen kompakten Stromregler für LEDs von OnSemi NSI45020AT1G. Sein wichtiger Vorteil besteht darin, dass es zwei Anschlüsse hat und im Miniaturformat ist und speziell für die Steuerung von LEDs mit geringem Stromverbrauch entwickelt wurde. Das Gerät ist in einem SMD-SOD-123-Gehäuse gefertigt und liefert einen stabilen Strom von 20 mA im Stromkreis, ohne dass zusätzliche externe Komponenten erforderlich sind. Mit einem so einfachen und zuverlässigen Gerät können Sie kostengünstige Lösungen zur Steuerung von LEDs erstellen. Darin befindet sich eine Schaltung bestehend aus einem Feldeffekttransistor und mehreren Verdrahtungsteilen, natürlich mit dazugehörigen Funkschutzelementen. So etwas wie dieser LED-Treiber.

Der Regler ist in Reihe zum LED-Kreis geschaltet, arbeitet mit einer maximalen Betriebsspannung von 45 V, liefert einen Strom im Kreis von 20 mA mit einer Genauigkeit von ±10 % und verfügt über einen eingebauten ESD-Schutz und Verpolungsschutz. Wenn die Temperatur des Reglers steigt, sinkt der Ausgangsstrom. Der Spannungsabfall beträgt 0,5 V und die Einschaltspannung beträgt 7,5 V.

Anschlussschaltungen für LED-Stromstabilisatoren

Um einen Strom im Stromkreis von mehr als 20 mA sicherzustellen, müssen Sie mehrere Regler parallel schalten (2 Regler – Strom 40 mA, 3 Regler – Strom 60 mA, 5 Regler – 100 mA).

Hauptmerkmale des NSI45020-Reglers

Einstellbarer Strom 20 ± 10 % mA;
Maximale Anoden-Kathoden-Spannung 45 V;
Betriebstemperaturbereich -55…+150°С;
Das SOD-123-Gehäuse ist mit bleifreier Technologie hergestellt.

Einsatzgebiete des Stabilisators NSI45020AT1G: Lichtpaneele, dekorative Beleuchtung, Display-Hintergrundbeleuchtung. In Autos ist der Stromregler an der Hintergrundbeleuchtung von Spiegeln, Armaturenbrettern und Tasten angebracht. Es wird auch in LED-Streifen anstelle herkömmlicher Widerstände verwendet, wodurch Sie LED-Streifen ohne Helligkeitsverlust an Quellen unterschiedlicher Spannung anschließen können. Die Versorgungsspannung des NSI45020 beträgt bis zu 45 V, der Ausgang beträgt stabil 20 mA. Es ist in Reihe mit einer LED-Kette geschaltet, einzige Bedingung: Die Summe der Spannungsabfälle an den LEDs muss mindestens 0,7 V unter der Eingangsspannung liegen. Im Allgemeinen ist das Teil brauchbar, und wenn der Preis dafür Wenn sie niedrig waren, können Sie sicher eine Charge kaufen und sie anstelle von Widerständen für alle LEDs in Geräten und Strukturen installieren.

Stromstabilisator auf einem Transistor. Stromstabilisatorschaltungen

Stromstabilisierungsschaltungen für LEDs auf Transistoren und Mikroschaltungen

Um den Strom durch LEDs zu stabilisieren, können Sie bekannte Lösungen verwenden:

Abbildung 1 zeigt ein Diagramm, dessen Funktionsweise auf dem sogenannten basiert. Emitterfolger. Ein auf diese Weise angeschlossener Transistor tendiert dazu, die Spannung am Emitter genauso aufrechtzuerhalten wie an der Basis (der einzige Unterschied besteht im Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang). Indem wir die Basisspannung mithilfe einer Zenerdiode festlegen, erhalten wir eine feste Spannung an R1.

Herkömmliche Dioden haben eine sehr schwache Abhängigkeit der Durchlassspannung vom Strom und können daher anstelle schwer erhältlicher Niederspannungs-Zenerdioden verwendet werden. Hier sind zwei Varianten von Schaltungen für Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeit, bei denen die Zenerdioden durch zwei herkömmliche Dioden VD1, VD2 ersetzt werden:

Der Strom durch die LEDs wird durch Auswahl des Widerstands R2 eingestellt. Der Widerstand R1 wird so gewählt, dass er den linearen Abschnitt der I-V-Kennlinie der Dioden erreicht (unter Berücksichtigung des Basisstroms des Transistors). Für einen stabilen Betrieb des Transistors darf die Versorgungsspannung der gesamten Schaltung nicht geringer sein als die Gesamtspannung aller LEDs plus etwa 2-2,5 Volt obendrauf.

Wenn Sie beispielsweise einen Strom von 30 mA durch 3 in Reihe geschaltete LEDs mit einer Durchlassspannung von 3,1 V benötigen, sollte der Stromkreis mit einer Spannung von mindestens 12 Volt versorgt werden. In diesem Fall sollte der Widerstandswiderstand etwa 20 Ohm betragen, die Verlustleistung sollte 18 mW betragen. Der Transistor sollte mit einer maximalen Spannung Uke ausgewählt werden, die nicht niedriger als die Versorgungsspannung ist, beispielsweise der gemeinsame S9014 (n-p-n).

Der Widerstand R1 hängt vom Koeffizienten ab. Verstärkung des Transistors hfe und die Strom-Spannungs-Kennlinien der Dioden. Für S9014- und 1N4148-Dioden reichen 10 kOhm.

Lassen Sie uns den beschriebenen Stabilisator verwenden, um eine der in diesem Artikel beschriebenen LED-Lampen zu verbessern. Das verbesserte Diagramm würde so aussehen:

Durch diese Modifikation kann die Stromwelligkeit und damit die Helligkeit der LEDs deutlich reduziert werden. Der Hauptvorteil der Schaltung besteht jedoch darin, den Betriebsmodus der LEDs zu normalisieren und sie beim Einschalten vor Spannungsspitzen zu schützen. Dies führt zu einer deutlichen Verlängerung der Lebensdauer der LED-Lampe.

Aus den Oszillogrammen ist ersichtlich, dass wir durch das Hinzufügen eines Stromstabilisators für die LED auf einem Transistor und einer Zenerdiode zur Schaltung die Welligkeitsamplitude sofort um ein Vielfaches reduziert haben:

Bei den im Diagramm angegebenen Werten beträgt die Verlustleistung des Transistors etwas mehr als 0,5 W, wodurch auf einen Strahler verzichtet werden kann. Wenn die Kapazität des Ballastkondensators auf 1,2 μF erhöht wird, sinkt die Spannung des Transistors um etwa 23 Volt und die Leistung beträgt etwa 1 W. Auf einen Strahler kann man in diesem Fall zwar nicht verzichten, allerdings sinken die Pulsationen nahezu auf Null.

Anstelle des im Diagramm angegebenen Transistors 2CS4544 können Sie auch 2SC2482 oder einen ähnlichen mit einem Kollektorstrom von mehr als 100 mA und einer zulässigen Spannung Uke von mindestens 300 V verwenden (zum Beispiel sind die alten sowjetischen KT940, KT969 geeignet). .

Der gewünschte Strom wird wie üblich über den Widerstand R* eingestellt. Die Zenerdiode ist für eine Spannung von 5,1 V und eine Leistung von 0,5 W ausgelegt. Als LEDs kommen gängige SMD-LEDs von chinesischen Glühbirnen zum Einsatz (oder noch besser: nehmen Sie eine fertige Lampe und ergänzen Sie diese mit den fehlenden Bauteilen).

Betrachten Sie nun das in Abbildung 2 dargestellte Diagramm. Hier ist es separat:

Der Stromsensor ist hier ein Widerstand, dessen Widerstandswert nach der Formel 0,6/ILast berechnet wird. Mit zunehmendem Strom durch die LEDs beginnt sich der Transistor VT2 stärker zu öffnen, was zu einer stärkeren Sperrung des Transistors VT1 führt. Der Strom nimmt ab. Dadurch wird der Ausgangsstrom stabilisiert.

Der Vorteil des Schemas ist seine Einfachheit. Der Nachteil ist ein ziemlich großer Spannungsabfall (und damit Strom) am Transistor VT1. Bei niedrigen Strömen (zig und hundert Milliampere) ist dies unkritisch, eine weitere Erhöhung des Stroms durch die LEDs erfordert jedoch die Installation dieses Transistors an einem Strahler.

Sie können diesen Nachteil beseitigen, indem Sie anstelle eines Bipolartransistors einen p-Kanal-MOSFET mit niedrigem Drain-Source-Widerstand verwenden:

Der erforderliche Strom wird wie zuvor durch Auswahl des Widerstands R1 eingestellt. VT1 – jeder mit geringem Stromverbrauch. Anstelle des leistungsstarken IRL3705N können Sie beispielsweise IRF7210 (12A, 12V) oder IRLML6402 (3,7A, 20V) nehmen. Sehen Sie selbst, welche Ströme Sie benötigen.

Die einfachste Stromstabilisierungsschaltung für LEDs auf einem Feldeffekttransistor besteht aus nur einem Transistor mit kurzgeschlossenem Gate und Source:

Anstelle von KP303E eignet sich beispielsweise BF245C oder ein ähnliches Modell mit eingebautem Kanal. Das Funktionsprinzip ähnelt dem Diagramm in Abbildung 1, lediglich das Erdpotential wird als Referenzspannung verwendet. Die Höhe des Ausgangsstroms wird ausschließlich durch den anfänglichen Drain-Strom (aus dem Datenblatt entnommen) bestimmt und ist praktisch unabhängig von der Drain-Source-Spannung Usi. Dies ist aus dem Ausgangskennliniendiagramm deutlich zu erkennen:

Im Diagramm in Abbildung 3 wird dem Source-Schaltkreis ein Widerstand R1 hinzugefügt, der eine gewisse umgekehrte Gate-Vorspannung einstellt und es Ihnen somit ermöglicht, den Drain-Strom (und damit den Laststrom) zu ändern.

Ein Beispiel für den einfachsten Stromtreiber für eine LED ist unten dargestellt:

Hier kommt ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und eingebautem n-Typ-Kanal BSS229 zum Einsatz. Der genaue Wert des Ausgangsstroms hängt von den Eigenschaften des jeweiligen Exemplars und dem Widerstand R1 ab.

Dies sind im Allgemeinen alle Möglichkeiten, einen Transistor in einen Stromstabilisator zu verwandeln. Es gibt auch einen sogenannten Stromspiegel, der allerdings nicht für LED-Lampen geeignet ist. Kommen wir also zu den Mikroschaltungen.

Stromstabilisatoren auf Mikroschaltungen

Mit Mikroschaltungen können Sie eine viel höhere Leistung als mit Transistoren erzielen. Um einen Do-it-yourself-Stromstabilisator für LEDs zusammenzubauen, verwenden sie meist präzise thermisch stabile Referenzspannungsquellen (TL431, LM317 und andere).

TL431

Eine typische Stromstabilisierungsschaltung für LEDs am TL431 sieht folgendermaßen aus:

Da sich der Chip so verhält, dass am Widerstand R2 eine feste Spannung von 2,5 V aufrechterhalten wird, beträgt der Strom durch diesen Widerstand immer 2,5 / R2. Und wenn wir den Basisstrom vernachlässigen, können wir davon ausgehen, dass IRн = IR2. Und je höher die Verstärkung des Transistors hfe ist, desto mehr stimmen diese Ströme überein.

R1 ist so berechnet, dass der minimale Betriebsstrom der Mikroschaltung von 1 mA gewährleistet ist.

Und hier ist ein Beispiel für die praktische Anwendung von TL431 in einer LED-Lampe:

Der Transistor fällt um etwa 20–30 V ab, die Verlustleistung beträgt weniger als 1,5 W. Zusätzlich zum im Diagramm angegebenen 2SC4544 können Sie den BD711 oder den alten sowjetischen KT940A verwenden. Transistoren im TO-220-Gehäuse erfordern bis zu einer Leistung von 1,5 bis einschließlich 2 W keine Installation auf einem Strahler.

Der Widerstand R3 dient dazu, den Ladeimpuls des Kondensators beim Einschalten zu begrenzen. Der Strom durch die Last wird durch den Widerstand R2 eingestellt.

Die Last Rn beträgt hier 90 weiße Chip-LEDs LED2835. Die maximale Leistung bei einem Strom von 60 mA beträgt 0,2 W (24Lm), der Spannungsabfall beträgt 3,2 V.

Um die Lebensdauer zu erhöhen, wird die Leistung der Dioden speziell um 20 % reduziert (0,16 W, Strom 45 mA), bzw. die Gesamtleistung aller LEDs beträgt 14 W.

Natürlich kann die obige Stromstabilisierungsschaltung für 220-V-LEDs für jeden benötigten Strom und/oder eine andere Anzahl verfügbarer LEDs berechnet werden.

Unter Berücksichtigung der zulässigen Spannungsspreizung von 220 Volt (siehe GOST 29322-2014) liegt die gleichgerichtete Spannung am Kondensator C1 im Bereich von 293 bis 358 V, er muss also für eine Spannung von mindestens 400 V ausgelegt sein.

Basierend auf dem Bereich der Versorgungsspannungen werden die Parameter der übrigen Elemente der Schaltung berechnet.

Beispielsweise muss der Widerstand, der den Betriebsmodus des DA1-Chips einstellt, bei einer Spannung von C1 = 293 V einen Strom von mindestens 0,5 mA liefern. Die maximale Anzahl der LEDs sollte NLED nicht überschreiten< (358 - 6) / 3.2, причем, чем их больше, тем выше яркость светильника и тем меньшая мощность будет уходить в никуда (рассеиваться в виде тепла на транзисторе VT1). Максимальное напряжение Uкэ транзистора VT1 должно быть не ниже 358 - (ULED * NLED).

LM7805, LM7812...

Jeder integrierte Spannungsstabilisator kann durch Hinzufügen nur eines Widerstands gemäß dem Diagramm in einen Stromstabilisator umgewandelt werden:

Sie müssen lediglich berücksichtigen, dass bei diesem Anschluss die Eingangsspannung um einen bestimmten Betrag größer sein muss als die Stabilisierungsspannung der Mikroschaltung (Spannungsabfall am Stabilisator selbst). Normalerweise liegt sie bei etwa 2–2,5 Volt. Fügen Sie der Last natürlich Spannung hinzu.

Hier ist zum Beispiel ein konkretes Beispiel für einen Stromstabilisator für LEDs auf Basis von LM7812:

Die Schaltungsparameter sind für 10 5730 SMD-Dioden mit einer Durchlassspannung von jeweils 3,3 Volt ausgelegt. Stromverbrauch (Strom durch LEDs) - 300 mA. Lampenleistung ~10 Watt.

Mit dem einfachen Regulator Design-Programm (Download) können Sie den Widerstand und die Leistung des Widerstands für andere Stromwerte berechnen.

LM317

Nicht weniger effektiv ist der lineare Stromstabilisator für LEDs auf Basis LM317. Typisches Anschlussdiagramm:

Die einfachste LM317-Anschlussschaltung für LEDs, mit der Sie eine leistungsstarke Lampe zusammenbauen können, besteht aus einem Gleichrichter mit kapazitivem Filter, einem Stromstabilisator und 93 SMD 5630-LEDs. MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3.1 V, 400 mW, 5,3 x 3 mm).

Daher sollte eine solche Lampe dort eingesetzt werden, wo die Spannung mehr oder weniger stabil ist. Und an der Kapazität dieses Kondensators sollte man nicht sparen. Die Diodenbrücke kann fertig genommen werden (z. B. ein Miniatur-MB6S) oder aus geeigneten Dioden zusammengesetzt werden (Uarb mindestens 400 V, Gleichstrom >= 100 mA).

Statt einer Schlussfolgerung

Bei Geräten, die mit autonomen Stromquellen (Lampen, Taschenlampen usw.) betrieben werden, ist ein geringer Wirkungsgrad nicht akzeptabel. Durch den Einsatz gepulster Stromstabilisatoren kann eine deutliche Effizienzsteigerung (90 % und mehr) erreicht werden.

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Beim Zusammenbau des ersten Netzteils wird auf die einfachste Schaltung geachtet – damit alles sicher klappt. Wenn Sie es schaffen, es zu starten und bis zu 12 einstellbare Volt und einen Strom von weniger als einem halben Ampere zu erhalten, ist der Funkamateur von der Bedeutung des Satzes „Und Sie werden glücklich sein!“ durchdrungen. Doch dieses Glück währt nicht lange und schon bald wird völlig klar, dass das Netzteil in der Lage sein muss, den Ausgangsstrom zu regulieren. Durch Modifizierung eines vorhandenen Netzteils ist dies möglich, aber etwas mühsam – es wäre besser, ein anderes, „fortgeschritteneres“ Netzteil zusammenzubauen. Es gibt eine interessante Option. Für ein Netzteil mit geringem Stromverbrauch können Sie einen Anhang anbringen, um den Strom im Bereich von 20 mA bis zum Maximum, das es liefern kann, nach diesem Schema anzupassen:

Ich habe ein solches Gerät vor fast einem Jahr zusammengebaut.

Ein Stromstabilisator ist eine wirklich notwendige Sache. Es hilft zum Beispiel dabei, jede Batterie aufzuladen, die für eine Spannung von bis zu 9 Volt ausgelegt ist, und ich stelle fest, dass sie effizient aufgeladen wird. Aber es fehlt eindeutig ein Messkopf. Ich beschließe, mein selbstgebautes Produkt zu modernisieren und in seine Einzelteile zu zerlegen, wobei die vielleicht wichtigste Komponente ein variabler Widerstand PPB-15E mit einem maximalen Widerstand von 33 Ohm ist.

Das neue Gehäuse orientiert sich ausschließlich an den Abmessungen des Indikators des Tonbandgeräts, der als Milliamperemeter dient.

Dazu „zeichnet“ er eine neue Skala (ich habe den Strom der vollen Auslenkung der Nadel bei 150 mA gewählt, man kann es aber bis zum Maximum machen).

Anschließend wird am Zeigergerät ein Shunt angebracht.

Der Shunt bestand aus einer Nichrom-Heizspirale mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Der KT818-Transistor muss auf dem Kühlkörper platziert werden.

Die Verbindung (Artikulation) der Set-Top-Box mit der Stromversorgung erfolgt über einen improvisierten, in das Gehäuse integrierten Stecker, dessen Stifte einem normalen Netzstecker entnommen sind, an dessen einem Ende ein M4-Gewinde durchgeschnitten ist welches und jeweils zwei Muttern mit dem Gehäuse verschraubt werden.

Endgültiges Bild von dem, was dabei herauskam. Auf jeden Fall eine perfektere Kreation. Die LED erfüllt nicht nur eine Anzeigefunktion, sondern teilweise auch die Beleuchtung der aktuellen Stabilisatorskala. Mit den besten Wünschen, Babay.

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Aktuelle Stabilisatoren. Typen und Gerät. Betrieb und Anwendung

Stromstabilisatoren sollen den Strom an der Last stabilisieren. Die Spannung an der Last hängt von ihrem Widerstand ab. Stabilisatoren sind für die Funktion verschiedener elektronischer Geräte, beispielsweise Gasentladungslampen, notwendig.

Für eine qualitativ hochwertige Ladung von Batterien werden außerdem Stromstabilisatoren benötigt. Sie werden in Mikroschaltungen verwendet, um den Strom der Umwandlungs- und Verstärkungsstufen anzupassen. In Mikroschaltungen spielen sie die Rolle eines Stromgenerators. In Stromkreisen kommt es immer wieder zu Störungen unterschiedlicher Art. Sie wirken sich negativ auf den Betrieb von Geräten und Elektrogeräten aus. Aktuelle Stabilisatoren bewältigen dieses Problem problemlos.

Eine Besonderheit von Stromstabilisatoren ist ihr erheblicher Ausgangswiderstand. Dadurch kann der Einfluss der Eingangsspannung und des Lastwiderstands auf den Stromwert am Geräteausgang ausgeschlossen werden. Stromstabilisatoren halten den Ausgangsstrom innerhalb bestimmter Grenzen und variieren gleichzeitig die Spannung, sodass der durch die Last fließende Strom konstant bleibt.

Gerät und Funktionsprinzip

Die Instabilität des Laststroms wird durch den Widerstandswert und die Eingangsspannung beeinflusst. Betrachten Sie ein Beispiel, bei dem der Lastwiderstand konstant ist und die Eingangsspannung steigt. Auch der Laststrom steigt.

Dadurch erhöhen sich Strom und Spannung an den Widerständen R1 und R2. Die Zenerdiodenspannung wird gleich der Summe der Spannungen der Widerstände R1, R2 und am Basis-Emitter-Übergang VT1: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(b/e)

Die Spannung an VD1 ändert sich nicht, wenn sich die Eingangsspannung ändert. Dadurch nimmt der Strom am Basis-Emitter-Übergang ab und der Widerstand zwischen den Emitter-Kollektor-Anschlüssen steigt. Die Stromstärke am Kollektor-Emitter-Übergang und der Lastwiderstand beginnen abzunehmen, d. h. auf den ursprünglichen Wert zu gehen. Dadurch wird der Strom ausgeglichen und auf dem gleichen Niveau gehalten.

Betrachten wir eine Elementarschaltung mit einem Feldeffekttransistor.

Der Laststrom fließt durch R1. Der Strom im Stromkreis: „+“ der Spannungsquelle, Drain-Gate VT1, Lastwiderstand, Minuspol der Quelle ist sehr unbedeutend, da das Drain-Gate in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt ist.

Die Spannung an R1 ist positiv: links „-“, rechts ist die Spannung gleich der Spannung des rechten Arms des Widerstands. Daher ist die Gate-Spannung relativ zur Source negativ. Mit abnehmendem Lastwiderstand steigt der Strom. Daher weist die Gate-Spannung im Vergleich zur Source einen noch größeren Unterschied auf. Dadurch schließt der Transistor stärker.

Wenn der Transistor weiter schließt, nimmt der Laststrom ab und kehrt auf seinen Anfangswert zurück.

Arten von Stromstabilisatoren

Je nach Zweck und Funktionsprinzip gibt es viele verschiedene Arten von Stabilisatoren. Schauen wir uns die wichtigsten Geräte dieser Art genauer an.

Widerstandsstabilisatoren

Im Elementarfall kann der Stromgenerator eine Schaltung bestehend aus Netzteil und Widerstand sein. Eine ähnliche Schaltung wird häufig zum Anschluss einer LED verwendet, die als Anzeige fungiert.

Zu den Nachteilen eines solchen Schemas gehört die Notwendigkeit, eine Hochspannungsquelle zu verwenden. Nur unter dieser Bedingung können Sie einen Widerstand mit hohem Widerstand verwenden und eine gute Stromstabilität erzielen. Der Widerstand verbraucht Leistung P = I 2 x R.

Transistorstabilisatoren

Auf Transistoren aufgebaute Stabilisatoren funktionieren viel besser.

Sie können den Spannungsabfall so einstellen, dass er sehr gering ist. Dadurch ist es möglich, Verluste bei guter Stabilität des Ausgangsstroms zu reduzieren. Der Widerstand am Ausgang des Transistors ist sehr hoch. Diese Schaltung dient zum Anschluss von LEDs oder zum Laden von Batterien mit geringem Stromverbrauch.

Die Spannung am Transistor wird durch die Zenerdiode VD1 bestimmt. R2 fungiert als Stromsensor und bestimmt den Strom am Ausgang des Stabilisators. Mit steigendem Strom wird der Spannungsabfall an diesem Widerstand größer. Am Emitter des Transistors wird Spannung angelegt. Dadurch sinkt die Spannung am Basis-Emitter-Übergang, die der Differenz zwischen Basisspannung und Emitterspannung entspricht, und der Strom kehrt auf den vorgegebenen Wert zurück.

Stromspiegelschaltung

Stromgeneratoren funktionieren ähnlich. Eine beliebte Schaltung für solche Generatoren ist der „Stromspiegel“, bei dem anstelle einer Zenerdiode ein Bipolartransistor, genauer gesagt ein Emitterübergang, verwendet wird. Anstelle des Widerstands R2 wird der Emitterwiderstand verwendet.

Stabilisatoren auf dem Feld

Die Schaltung mit Feldeffekttransistoren ist einfacher. Es kann das Erdpotential als Spannungsstabilisator nutzen.

Geräte auf einem Chip

In früheren Systemen gibt es Elemente des Vergleichs und der Anpassung. Eine ähnliche Schaltungsstruktur wird beim Entwurf von Spannungsausgleichsgeräten verwendet. Der Unterschied zwischen Geräten zur Strom- und Spannungsstabilisierung besteht darin, dass das Signal im Rückkopplungskreis von einem Stromsensor kommt, der an den Laststromkreis angeschlossen ist. Daher werden zur Herstellung von Stromstabilisatoren die gängigen Mikroschaltungen 142 EH 5 oder LM 317 verwendet.

Hier übernimmt der Widerstand R1 die Rolle eines Stromsensors, an dem der Stabilisator eine konstante Spannung und einen konstanten Laststrom aufrechterhält. Der Sensorwiderstandswert ist deutlich niedriger als der Lastwiderstand. Ein Spannungsabfall am Sensor beeinflusst die Ausgangsspannung des Stabilisators. Diese Schaltung passt gut zu Ladegeräten und LEDs.

Schaltstabilisator

Auf Schalterbasis hergestellte Impulsstabilisatoren weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Sie sind in der Lage, bei niedriger Eingangsspannung eine hohe Spannung am Verbraucher zu erzeugen. Diese Schaltung ist auf einem MAX 771-Chip aufgebaut.

Die Widerstände R1 und R2 dienen als Spannungsteiler am Ausgang der Mikroschaltung. Wenn die Spannung am Ausgang des Mikroschaltkreises höher als der Referenzwert wird, verringert der Mikroschaltkreis die Ausgangsspannung und umgekehrt.

Ändert man die Schaltung so, dass die Mikroschaltung reagiert und den Ausgangsstrom regelt, erhält man eine stabilisierte Stromquelle.

Wenn die Spannung an R3 unter 1,5 V fällt, fungiert die Schaltung als Spannungsstabilisator. Sobald der Laststrom auf ein bestimmtes Niveau ansteigt, wird der Spannungsabfall am Widerstand R3 größer und die Schaltung fungiert als Stromstabilisator.

Widerstand R8 wird schaltungsgemäß zugeschaltet, wenn die Spannung über 16,5 V steigt. Widerstand R3 stellt den Strom ein. Ein negativer Aspekt dieser Schaltung ist der erhebliche Spannungsabfall am Strommesswiderstand R3. Dieses Problem kann durch den Anschluss eines Operationsverstärkers zur Verstärkung des Signals von R3 gelöst werden.

Stromstabilisatoren für LEDs

Mit der Mikroschaltung LM 317 können Sie ein solches Gerät selbst herstellen. Dazu müssen Sie nur noch einen Widerstand auswählen. Es empfiehlt sich, für den Stabilisator folgendes Netzteil zu verwenden:

32 V-Druckerblock.
19 V Laptopblock.
Beliebige 12-V-Stromversorgung.

Der Vorteil eines solchen Geräts sind seine geringen Kosten, sein einfaches Design und seine erhöhte Zuverlässigkeit. Es macht keinen Sinn, eine komplexe Schaltung selbst zusammenzubauen, es ist einfacher, sie zu kaufen.

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Stromstabilisierungsschaltung

Inhalt:

Relaisstromstabilisatoren
Triac-Stabilisator
Hochfrequenzstromstabilisator
Pulsweitengeräte
Resonanzstromstabilisator
AC-Stabilisator
Stabilisierungsgeräte für LED
Einstellbarer Stromstabilisator
Gleichstromstabilisatoren
Ein einfacher Stromstabilisator aus zwei Transistoren

Beim Betrieb elektrischer Netze treten ständig verschiedene Störungen auf, die sich negativ auf den Betrieb von Geräten und Anlagen auswirken. Eine Stromstabilisierungsschaltung hilft, dieses Problem effektiv zu lösen. Stabilisierungsgeräte unterscheiden sich in ihren technischen Eigenschaften und hängen von den Stromquellen ab. Wenn die Stromstabilisierung zu Hause keine Priorität hat, müssen die Stromindikatoren beim Einsatz von Messgeräten stabil sein. Besonders genau sind Geräte auf Basis von Feldeffekttransistoren. Durch die Abwesenheit von Interferenzen erhalten Sie nach den Messungen die zuverlässigsten Ergebnisse.

Allgemeiner Aufbau und Funktionsprinzip

Das Hauptelement jedes Stabilisators ist ein Transformator. Die einfachste Schaltung besteht aus einer Gleichrichterbrücke, die mit Kondensatoren und Widerständen verbunden ist. Jeder Schaltkreis verwendet Elemente unterschiedlichen Typs mit individueller Kapazität und Endwiderstand.

Das Funktionsprinzip des Stabilisators ist recht einfach. Wenn Strom in den Transformator eindringt, ändert sich seine Grenzfrequenz. Am Eingang stimmt dieser Parameter mit der Netzfrequenz überein und beträgt 50 Hz. Nach Durchführung der Stromwandlung beträgt der Wert der Grenzfrequenz am Ausgang bereits 30 Hz. Beim Betrieb von Hochspannungsgleichrichtern wird die Spannungspolarität bestimmt. Die Stromstabilisierung erfolgt durch den Betrieb von Kondensatoren und die Rauschunterdrückung erfolgt mit Hilfe von Widerständen. Am Ende entsteht am Ausgang wieder eine konstante Spannung, die mit einer Frequenz von maximal 30 Hz in den Transformator gelangt.

Arten von Stromstabilisatoren

Entsprechend ihrem Verwendungszweck wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von Stabilisierungsgeräten entwickelt.

Relaisstromstabilisatoren. Ihre Schaltung besteht aus Standardelementen, einschließlich Kompensationskondensatoren. In diesem Fall werden Brückengleichrichter am Anfang der Schaltung installiert. Man sollte auch einen Faktor wie das Vorhandensein von zwei Transistorpaaren im Stabilisator berücksichtigen. Das erste Paar wird vor dem Kondensator installiert. Dadurch steigt die Maximalfrequenz.

Bei einem Stabilisator dieser Art beträgt die Ausgangsspannung etwa 5 Ampere. Mithilfe von Widerständen wird ein bestimmter Nennwiderstand aufrechterhalten. Einfache Modelle verwenden Zweikanalelemente. Sie zeichnen sich durch einen langen Umwandlungsprozess aus, haben aber einen geringen Verlustkoeffizienten.

Triac-Stabilisator LM317. Dieses Modell wird in verschiedenen Bereichen häufig eingesetzt. Sein Hauptelement ist ein Triac, mit dessen Hilfe die maximale Spannung im Gerät deutlich erhöht wird. Dieser Ausgangsindikator hat einen Wert von ca. 12 V. Das System hält externen Widerständen bis zu 3 Ohm stand. Der Glättungskoeffizient wird durch Mehrkanalkondensatoren erhöht. Offene Transistoren werden nur in Hochspannungsgeräten verwendet.

Die Positionsänderung wird durch Variation des Ausgangsnennstroms gesteuert. Der Stromstabilisator LM317 hält Differenzwiderständen von bis zu 5 Ohm stand. Bei Verwendung von Messgeräten muss dieser Wert mindestens 6 Ohm betragen. Ein leistungsstarker Transformator sorgt für kontinuierlichen Induktorstrom. In der üblichen Schaltung wird es unmittelbar nach dem Gleichrichter eingebaut. 12-Volt-Empfänger verwenden Ballastwiderstände, die Schwingungen im Stromkreis reduzieren.

Hochfrequenzstromstabilisator. Sein Hauptelement ist der KK20-Transistor, der sich durch einen beschleunigten Umwandlungsprozess auszeichnet. Dies wird durch eine Änderung der Polarität am Ausgang erleichtert. Kondensatoren, die die Frequenz einstellen, sind paarweise im Stromkreis eingebaut. Die Pulsfront sollte in diesem Fall nicht länger als 2 μs sein, da es sonst zu erheblichen Dynamikverlusten kommt.

In einigen Schaltkreisen werden mindestens drei leistungsstarke Verstärker verwendet, um Widerstände in die Sättigung zu bringen. Um Wärmeverluste zu reduzieren, werden kapazitive Kondensatoren verwendet. Der Wert der Geschwindigkeitscharakteristik des Schlüsseltransistors hängt vollständig von den Parametern des Teilers ab.

Impulsbreitenstabilisatoren. Stabilisatoren dieser Art haben aufgrund der schnellen Änderung des Teilers eine ziemlich große Induktivität der Drossel. Diese Schaltung verwendet Zweikanalwiderstände, die Strom in verschiedene Richtungen leiten, sowie kapazitive Kondensatoren. Alle diese Elemente ermöglichen es, den maximalen Widerstandswert am Ausgang innerhalb von 4 Ohm zu halten. Die maximale Belastung, der solche Stabilisatoren standhalten, beträgt 3 A. Diese Modelle werden selten in Messgeräten verwendet. Die maximale Verlustleistung der Netzteile sollte in diesem Fall nicht mehr als 5 Volt betragen, um den Standardwert des Verlustkoeffizienten einzuhalten.

Bei Stromstabilisatoren dieser Art weisen die Schlüsseltransistoren keine sehr hohen Geschwindigkeitseigenschaften auf. Der Grund liegt in der geringen Fähigkeit der Widerstände, den vom Gleichrichter kommenden Strom zu blockieren. Infolgedessen verursachen Störungen mit hoher Amplitude einen erheblichen Wärmeverlust. Die Neutralisierung der Transformatoreigenschaften wird verringert und führt zu Impulseinbrüchen. Die Stromumwandlung erfolgt ausschließlich durch den Betrieb eines Ballastwiderstands, der direkt hinter der Gleichrichterbrücke installiert ist. Ein Pulsweitenstabilisator verwendet sehr selten Halbleiterdioden, da die Pulsfront in der Schaltung nicht mehr als 1 μs beträgt.

Resonanzstromstabilisator. Es besteht aus kleinen Kondensatoren und Widerständen mit unterschiedlichen Widerstandswerten. Ein wesentlicher Bestandteil solcher Verstärker sind Transformatoren. Durch den Einsatz einer Vielzahl von Sicherungen wird eine Steigerung der Effizienz des Gerätes erreicht. Dies führt zu einer Erhöhung der dynamischen Eigenschaften von Widerständen. Direkt hinter den Gleichrichtern sind Niederfrequenztransistoren verbaut. Bei guter Stromleitfähigkeit ist der Betrieb von Kondensatoren bei unterschiedlichen Frequenzen möglich.

AC-Stabilisator. Es kommt in der Regel in Netzteilen mit Spannungen bis 15 Volt zum Einsatz und ist deren integraler Bestandteil. Der von Geräten wahrgenommene Maximalwert des Außenwiderstands beträgt 4 Ohm. Die durchschnittliche eingehende Wechselspannung liegt innerhalb von 13 V. In diesem Fall erfolgt die Steuerung der Höhe des Glättungskoeffizienten über offene Kondensatoren. Das Design der Widerstände hat einen direkten Einfluss auf die Höhe der am Ausgang erzeugten Welligkeit.

Der maximale lineare Strom für solche Stabilisatoren beträgt 5 Ampere. Dementsprechend beträgt der Differenzwiderstand 5 Ohm. Die maximal zulässige Verlustleistung beträgt durchschnittlich 2 W. Dies weist auf schwerwiegende Probleme mit Wechselstromstabilisatoren mit Impulsflanken hin. Eine Reduzierung ihrer Schwingungen ist nur mit Hilfe von Brückengleichrichtern möglich. Sicherungen können Wärmeverluste deutlich reduzieren.

Stabilisierungsgeräte für LEDs. In diesem Fall sollten Stabilisatoren nicht zu viel Leistung haben. Die Hauptaufgabe des Stromstabilisators besteht darin, die Verlustschwelle so weit wie möglich zu reduzieren. Um einen solchen Stabilisator mit eigenen Händen herzustellen, werden zwei Hauptschemata verwendet. Die erste Option wird mithilfe von Konvertern durchgeführt. Dadurch ist es möglich, in allen Stufen eine maximale Frequenz von maximal 4 Hz zu erreichen und so die Leistung des Gerätes deutlich zu steigern.

Im zweiten Fall werden Verstärkungselemente verwendet. Die Hauptaufgabe besteht darin, Wechselstrom zu neutralisieren. Durch den Einsatz von Hochspannungstransistoren ist es möglich, dynamische Verluste zu reduzieren. Eine übermäßige Sättigung der Elemente wird durch Kondensatoren vom offenen Typ überwunden. Die Leistung von Transformatoren wird durch Schlüsselwiderstände sichergestellt. Ihre Platzierung im Stromkreis ist Standard – direkt hinter der Gleichrichterbrücke.

Einstellbarer Stromstabilisator. Es ist vor allem im Bereich der industriellen Produktion gefragt. Ein einstellbarer Stabilisator ermöglicht die Anpassung von Geräten und Anlagen durch Änderung von Strom und Spannung. Viele Modelle können mithilfe spezieller im Stabilisator montierter Controller ferngesteuert werden. Bei solchen Geräten beträgt die maximale Wechselspannung ca. 12 V. In diesem Fall muss der Stabilisierungsgrad mindestens 14 W betragen. Die Schwellenspannung steht in direktem Zusammenhang mit der Frequenz des Geräts.

Um den Glättungskoeffizienten zu ändern, sind im einstellbaren Stabilisator kapazitive Kondensatoren eingebaut. Diese Geräte haben eine gute Leistung: Der maximale Strom beträgt 4 A, der Differenzwiderstand beträgt 6 Ohm. Der Dauerdrosselbetrieb wird durch Schlüsseltransformatoren gewährleistet. Die Spannungsversorgung der Primärwicklung erfolgt über die Kathode, der Ausgangsstrom wird je nach Kondensatortyp gesperrt. Sicherungen tragen meist nicht zur Stabilisierung des Prozesses bei.

Gleichstromstabilisatoren. Ihre Arbeit basiert auf dem Prinzip der doppelten Integration. Für diesen Prozess sind spezielle Konverter verantwortlich. Die dynamischen Eigenschaften von Stabilisatoren werden mit Hilfe von Zweikanaltransistoren erhöht. Die hohe Kapazität der Kondensatoren ermöglicht die Minimierung von Wärmeverlusten. Richtindikatoren werden durch genaue Berechnungen ermittelt. Eine DC-Ausgangsspannung von 12A entspricht einer maximalen Grenze von 5 Volt bei einer Gerätefrequenz von 30 Hz.

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cxema.org – Drei Schaltkreise einfacher Stromregler

Drei Schaltkreise einfacher Stromregler

Im Netzwerk gibt es viele Spannungsreglerschaltungen für unterschiedliche Zwecke, bei Stromreglern ist die Sache jedoch anders. Und ich möchte diese Lücke ein wenig füllen und Ihnen drei einfache Gleichstromreglerschaltungen vorstellen, die es wert sind, übernommen zu werden, da sie universell sind und in vielen selbstgebauten Designs verwendet werden können.

Theoretisch unterscheiden sich Stromregler nicht wesentlich von Spannungsreglern. Bitte verwechseln Sie Stromregler nicht mit Stromstabilisatoren; im Gegensatz zu ersteren halten sie unabhängig von der Eingangsspannung und der Ausgangslast einen stabilen Ausgangsstrom aufrecht.

Ein Stromstabilisator ist ein integraler Bestandteil jedes normalen Labornetzteils oder Ladegeräts; er soll den der Last zugeführten Strom begrenzen. In diesem Artikel betrachten wir einige Stabilisatoren und einen Regler für den allgemeinen Gebrauch.

Bei allen drei Optionen werden Shunts, im Wesentlichen niederohmige Widerstände, als Stromsensoren verwendet. Um den Ausgangsstrom eines der aufgeführten Stromkreise zu erhöhen, muss der Shunt-Widerstand verringert werden. Der erforderliche Stromwert wird manuell eingestellt, normalerweise durch Drehen eines variablen Widerstands. Alle drei Schaltkreise arbeiten im linearen Modus, was bedeutet, dass der Leistungstransistor bei starker Belastung sehr heiß wird.

Das erste Schema zeichnet sich durch maximale Einfachheit und Zugänglichkeit der Komponenten aus. Es gibt nur zwei Transistoren, einer davon ist der Steuertransistor, der zweite ist der Leistungstransistor, durch den der Hauptstrom fließt.

Der Stromsensor ist ein niederohmiger Drahtwiderstand. Beim Anschluss einer Ausgangslast entsteht an diesem Widerstand ein gewisser Spannungsabfall; je stärker die Last, desto größer der Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall reicht aus, um den Steuertransistor anzusteuern. Je größer der Spannungsabfall, desto offener ist der Transistor. Der Widerstand R1 stellt die Vorspannung für den Leistungstransistor ein, wodurch sich der Haupttransistor im offenen Zustand befindet. Die Strombegrenzung erfolgt aufgrund der Tatsache, dass die Spannung an der Basis des Leistungstransistors, die grob gesagt durch den Widerstand R1 gebildet wurde, gedämpft oder über den offenen Verbindungspunkt des Niederleistungstransistors mit der Leistungsmasse kurzgeschlossen wird, wodurch dieser geschlossen wird Daher sinkt der durch ihn fließende Strom bis zum völligen Nullpunkt des Leistungstransistors.

Der Widerstand R1 ist im Wesentlichen ein gewöhnlicher Spannungsteiler, mit dem wir den Öffnungsgrad des Steuertransistors einstellen und somit den Leistungstransistor steuern können, indem wir den durch ihn fließenden Strom begrenzen.

Die zweite Schaltung basiert auf einem Operationsverstärker. Es wurde mehrfach in Ladegeräten für Autobatterien verwendet. Im Gegensatz zur ersten Option handelt es sich bei dieser Schaltung um einen Stromstabilisator.

Wie in der ersten Schaltung gibt es auch hier einen Stromsensor (Shunt), der Operationsverstärker erfasst den Spannungsabfall an diesem Shunt, alles nach der uns bereits bekannten Schaltung. Der Operationsverstärker vergleicht die Spannung am Shunt mit der Referenzspannung, die durch die Zenerdiode eingestellt wird. Mit einem variablen Widerstand verändern wir künstlich die Referenzspannung. Der Operationsverstärker wiederum versucht, die Spannung an den Eingängen auszugleichen, indem er die Ausgangsspannung ändert.

Der Ausgang des Operationsverstärkers treibt einen Hochleistungs-Feldeffekttransistor an. Das heißt, das Funktionsprinzip unterscheidet sich nicht wesentlich von der ersten Schaltung, außer dass es eine Referenzspannungsquelle gibt, die auf einer Zenerdiode basiert.

Auch diese Schaltung arbeitet im linearen Modus und der Leistungstransistor wird bei starker Belastung sehr heiß.

Die neueste Schaltung basiert auf der beliebten integrierten Stabilisatorschaltung LM317. Dies ist ein linearer Spannungsstabilisator, es ist jedoch möglich, die Mikroschaltung als Stromstabilisator zu verwenden.

Der erforderliche Strom wird über einen variablen Widerstand eingestellt. Der Nachteil der Schaltung besteht darin, dass der Hauptstrom genau durch den zuvor genannten Widerstand fließt und dieser natürlich einen leistungsstarken Widerstand benötigt; die Verwendung von Drahtwiderständen ist äußerst wünschenswert.

Der maximal zulässige Strom für die Mikroschaltung LM317 beträgt 1,5 Ampere und kann durch einen zusätzlichen Leistungstransistor erhöht werden. In diesem Fall fungiert die Mikroschaltung bereits als Steuerchip, sodass sie sich nicht erwärmt, stattdessen erwärmt sich der Transistor und es gibt kein Entkommen.

Ein kurzes Video

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Aktuelle Stabilisatoren

Inhalt:

Allgemeiner Aufbau und Funktionsprinzip
Diodenstromstabilisator
Stromstabilisator auf zwei Transistoren
Video: DIY-Stabilisator auf LM2576

In jedem Stromnetz treten periodisch Störungen auf, die sich negativ auf die Standardparameter Strom und Spannung auswirken. Dieses Problem wird mit Hilfe verschiedener Geräte erfolgreich gelöst, unter denen Stromstabilisatoren sehr beliebt und wirksam sind. Sie verfügen über verschiedene technische Eigenschaften, die den Einsatz in Verbindung mit allen elektrischen Haushaltsgeräten und -geräten ermöglichen. Für Messgeräte, die eine stabile Spannung benötigen, gelten besondere Anforderungen.

Allgemeiner Aufbau und Funktionsprinzip von Stromstabilisatoren

Die Kenntnis der Grundprinzipien der Funktionsweise von Stromstabilisatoren trägt zum effektivsten Einsatz dieser Geräte bei. Elektrische Netze sind buchstäblich mit verschiedenen Störungen gesättigt, die sich negativ auf den Betrieb von Haushaltsgeräten und Elektrogeräten auswirken. Um die negativen Auswirkungen zu überwinden, wird eine einfache Spannungs- und Stromstabilisierungsschaltung verwendet.

Jeder Stabilisator verfügt über ein Hauptelement – einen Transformator, der den Betrieb des gesamten Systems gewährleistet. Die einfachste Schaltung besteht aus einer Gleichrichterbrücke, die mit verschiedenen Arten von Kondensatoren und Widerständen verbunden ist. Ihre Hauptparameter sind die Einzelkapazität und der Endwiderstand.

Der Stromstabilisator selbst funktioniert nach einem sehr einfachen Schema. Wenn Strom in den Transformator eindringt, ändert sich seine Grenzfrequenz. Am Eingang stimmt sie mit der Frequenz des Stromnetzes überein und beträgt 50 Hz. Nachdem alle aktuellen Wandlungen abgeschlossen sind, sinkt die maximale Ausgangsfrequenz auf 30 Hz. Bei der Umwandlungsschaltung handelt es sich um Hochspannungsgleichrichter, mit deren Hilfe die Polarität der Spannung bestimmt wird. Kondensatoren sind direkt an der Stabilisierung des Stroms beteiligt und Widerstände reduzieren Störungen.

Diodenstromstabilisator

Viele Leuchtendesigns enthalten Diodenstabilisatoren, besser bekannt als Stromstabilisatoren für LEDs. LEDs haben wie alle Arten von Dioden eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Das heißt, wenn sich die Spannung an der LED ändert, kommt es zu einer überproportionalen Stromänderung.

Bei steigender Spannung ist zunächst ein sehr langsamer Stromanstieg zu beobachten, wodurch die LED nicht leuchtet. Wenn die Spannung dann einen Schwellenwert erreicht, beginnt Licht auszusenden und der Strom steigt sehr schnell an. Ein weiterer Spannungsanstieg führt zu einem katastrophalen Anstieg des Stroms und zum Durchbrennen der LED. Der Schwellenspannungswert spiegelt sich in den technischen Eigenschaften von LED-Lichtquellen wider.

Hochleistungs-LEDs erfordern den Einbau eines Kühlkörpers, da bei ihrem Betrieb viel Wärme freigesetzt wird. Darüber hinaus benötigen sie einen ziemlich leistungsstarken Stromstabilisator. Der korrekte Betrieb der LEDs wird auch durch Stabilisierungsvorrichtungen sichergestellt. Dies ist auf die starke Streuung der Schwellenspannung selbst bei Lichtquellen des gleichen Typs zurückzuführen. Werden zwei solcher LEDs parallel an die gleiche Spannungsquelle angeschlossen, fließen unterschiedlich große Ströme durch sie. Der Unterschied kann so groß sein, dass eine der LEDs sofort durchbrennt.

Daher wird davon abgeraten, LED-Lichtquellen ohne Stabilisatoren einzuschalten. Diese Geräte stellen den Strom auf einen festgelegten Wert ein, ohne die an den Stromkreis angelegte Spannung zu berücksichtigen. Zu den modernsten Geräten gehört ein zweipoliger Stabilisator für LEDs, mit dem kostengünstige Lösungen zur Ansteuerung von LEDs geschaffen werden können. Es besteht aus einem Feldeffekttransistor, Umreifungsteilen und anderen Funkelementen.

Stromstabilisierungsschaltungen für ROLL

Diese Schaltung funktioniert stabil mit Elementen wie KR142EN12 oder LM317. Es handelt sich um einstellbare Spannungsstabilisatoren, die mit einem Strom von bis zu 1,5 A und einer Eingangsspannung von bis zu 40 V arbeiten. Unter normalen thermischen Bedingungen können diese Geräte eine Leistung von bis zu 10 W verbrauchen. Diese Chips haben einen geringen Eigenverbrauch von ca. 8 mA. Dieser Indikator bleibt auch bei einem sich ändernden Stromfluss durch die ROLL und einer veränderten Eingangsspannung unverändert.

Das LM317-Element ist in der Lage, eine konstante Spannung am Hauptwiderstand aufrechtzuerhalten, die mithilfe eines Trimmwiderstands innerhalb bestimmter Grenzen reguliert wird. Der Hauptwiderstand mit konstantem Widerstand sorgt für die Stabilität des durch ihn fließenden Stroms und wird daher auch als Stromeinstellwiderstand bezeichnet.

Der ROLL-Stabilisator ist einfach und kann als elektronische Last, Batterieladung und für andere Anwendungen verwendet werden.

Stromstabilisator auf zwei Transistoren

Aufgrund ihres einfachen Aufbaus werden Stabilisatoren mit zwei Transistoren sehr häufig in elektronischen Schaltungen eingesetzt. Ihr Hauptnachteil wird als nicht ganz stabiler Strom bei Lasten mit unterschiedlichen Spannungen angesehen. Wenn keine hohen Stromeigenschaften erforderlich sind, eignet sich dieses Stabilisierungsgerät gut zur Lösung vieler einfacher Probleme.

Die Stabilisierungsschaltung enthält neben zwei Transistoren einen Stromeinstellwiderstand. Wenn der Strom an einem der Transistoren (VT2) ansteigt, steigt die Spannung am Stromeinstellwiderstand. Unter dem Einfluss dieser Spannung (0,5–0,6 V) beginnt ein weiterer Transistor (VT1) zu öffnen. Wenn dieser Transistor öffnet, beginnt ein anderer Transistor – VT2 – zu schließen. Dementsprechend nimmt die durchfließende Strommenge ab.

Als VT2 wird ein Bipolartransistor verwendet, bei Bedarf ist es jedoch möglich, mithilfe eines MOSFET-Feldeffekttransistors als Zenerdiode einen einstellbaren Stromstabilisator zu erstellen. Seine Auswahl basiert auf einer Spannung von 8-15 Volt. Dieses Element wird verwendet, wenn die Versorgungsspannung zu hoch ist, wodurch das Gate im Feldeffekttransistor beschädigt werden kann. Leistungsstärkere MOSFET-Zenerdioden sind für höhere Spannungen ausgelegt – 20 Volt oder mehr. Das Öffnen solcher Zenerdioden erfolgt bei einer minimalen Gate-Spannung von 2 Volt. Dementsprechend kommt es zu einem Spannungsanstieg, der den normalen Betrieb der Stromstabilisierungsschaltung gewährleistet.

Einstellbarer DC-Regler

Manchmal besteht Bedarf an Stromstabilisatoren mit der Möglichkeit, sich über einen weiten Bereich anzupassen. Einige Schaltkreise verwenden möglicherweise einen Stromeinstellwiderstand mit reduzierten Eigenschaften. In diesem Fall ist der Einsatz eines Fehlerverstärkers erforderlich, der auf einem Operationsverstärker basiert.

Mit Hilfe eines Stromeinstellwiderstands wird die Spannung im anderen Widerstand verstärkt. Dieser Zustand wird als erhöhte Fehlerspannung bezeichnet. Mithilfe eines Referenzverstärkers werden die Parameter Referenzspannung und Fehlerspannung verglichen und anschließend der Zustand des Feldeffekttransistors angepasst.

Dieser Stromkreis benötigt eine separate Stromversorgung, die über einen separaten Anschluss zugeführt wird. Die Versorgungsspannung muss den normalen Betrieb aller Komponenten der Schaltung gewährleisten und darf einen Wert nicht überschreiten, der ausreicht, um einen Ausfall des Feldeffekttransistors zu verursachen. Für eine ordnungsgemäße Konfiguration der Schaltung muss der Schieberegler des variablen Widerstands auf die höchste Position eingestellt werden. Über einen Trimmwiderstand wird der maximale Stromwert eingestellt. Somit ermöglicht der variable Widerstand die Einstellung des Stroms von Null bis zum Maximalwert, der während des Setup-Vorgangs eingestellt wurde.

Leistungsstarker Impulsstromstabilisator

Ein breites Spektrum an Versorgungsströmen und -lasten ist nicht immer die Hauptanforderung an Stabilisatoren. In manchen Fällen wird entscheidender Wert auf die hohe Effizienz des Gerätes gelegt. Dieses Problem wird durch eine Impulsstromstabilisator-Mikroschaltung erfolgreich gelöst, die Kompensationsstabilisatoren ersetzt. Mit Geräten dieses Typs können Sie auch bei niedriger Eingangsspannung eine Hochspannung an der Last erzeugen.

Darüber hinaus gibt es einen Impulsstromstabilisator. Sie werden zusammen mit Lasten verwendet, deren Versorgungsspannung die Eingangsspannung des Stabilisierungsgeräts übersteigt. Als Ausgangsspannungsteiler dienen zwei in der Mikroschaltung verwendete Widerstände, mit deren Hilfe die Eingangs- und Ausgangsspannung abwechselnd abnimmt oder ansteigt.

Stabilisator am LM2576

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Stromstabilisator auf einem Transistor

Inhalt:

Zusammenbau eines Stromstabilisators aus zwei Transistoren

Beim Betrieb elektrischer Netze besteht ständig die Notwendigkeit einer Stromstabilisierung. Dieser Vorgang wird mit speziellen Geräten durchgeführt, zu denen ein Stromstabilisator an einem Transistor gehört. Sie werden häufig in verschiedenen elektronischen Geräten sowie zum Laden von Batterien aller Art eingesetzt. Stabilisatoren werden in integrierten Schaltkreisen als Stromgeneratoren eingesetzt und erzeugen Wandlungs- und Verstärkungsstufen.

Herkömmliche Stromstabilisatoren haben einen hohen Ausgangswiderstand, wodurch der Einfluss von Lastwiderstand und Eingangsspannungsfaktoren auf den Ausgangsstrom eliminiert wird. Der Hauptnachteil dieser Geräte ist die Notwendigkeit, eine Hochspannungsversorgung zu verwenden. In diesem Fall wird die Stromstabilität durch die Verwendung von Widerständen mit hohem Widerstand erreicht. Daher kann die vom Widerstand erzeugte Leistung (P = I2 x R) bei hohen Stromwerten für den normalen Betrieb des Systems unzulässig werden. Wesentlich besser haben sich Stromstabilisatoren auf Transistorbasis bewährt, die ihre Funktion unabhängig von der Eingangsspannung erfüllen.

Ein einfacher Stromstabilisator auf einem Transistor

Als einfachste Geräte gelten Diodenstabilisatoren. Dank ihnen werden Stromkreise erheblich vereinfacht, was zu einer Reduzierung der Gesamtkosten der Geräte führt. Der Betrieb der Schaltkreise wird stabiler und zuverlässiger. Diese Eigenschaften haben Diodenstabilisatoren für die Stromversorgung von LEDs einfach unverzichtbar gemacht. Der Spannungsbereich, in dem sie normal funktionieren können, liegt zwischen 1,8 und 100 Volt. Dadurch ist es möglich, impulsartige und kontinuierliche Spannungsänderungen zu überwinden.

Daher kann das Leuchten von LEDs abhängig vom im Stromkreis fließenden Strom unterschiedliche Helligkeit und Schattierungen haben. Mehrere dieser in Reihe geschalteten Lampen arbeiten im Normalbetrieb unter Beteiligung nur eines Diodenstabilisators. Diese Schaltung lässt sich je nach Anzahl der LEDs und Versorgungsspannung leicht umbauen. Der erforderliche Strom wird durch parallel zum LED-Kreis geschaltete Stabilisatoren eingestellt.

Solche Stabilisatoren sind in vielen Ausführungen von LED-Lampen verbaut, darunter auch ein Stromstabilisator auf Basis eines Bipolartransistors. Dies liegt an den Eigenschaften von LEDs, die eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie aufweisen. Das heißt, wenn sich die Spannung an der LED ändert, ändert sich der Strom überproportional. Bei einem allmählichen Spannungsanstieg ist zunächst ein sehr langsamer Stromanstieg zu beobachten und die LED leuchtet nicht. Nachdem die Spannung einen Schwellenwert erreicht, erscheint Licht und gleichzeitig ist ein sehr schneller Anstieg des Stroms zu beobachten.

Steigt die Spannung weiter an, kommt es zu einem kritischen Stromanstieg, der zum Durchbrennen der LED führt. Daher wird bei den Eigenschaften von LED-Lichtquellen immer der Schwellenspannungswert angegeben. Hochleistungs-LEDs erzeugen viel Wärme und müssen an spezielle Kühlkörper angeschlossen werden.

Aufgrund der großen Schwankungen der Schwellenspannung müssen alle LEDs über einen Stabilisator an die Stromquelle angeschlossen werden. Selbst LEDs des gleichen Typs können unterschiedliche Durchlassspannungen haben. Wenn zwei Lichtquellen parallel geschaltet werden, fließen daher unterschiedliche Ströme durch sie. Der Unterschied kann so groß sein, dass eine der LEDs vorzeitig ausfällt oder sofort durchbrennt.

Mithilfe eines Stabilisators wird die LED unabhängig von der am Stromkreis anliegenden Spannung auf einen bestimmten Stromwert eingestellt. Wenn die Spannung den Schwellenwert überschreitet, ändert sich der Strom, nachdem er den gewünschten Wert erreicht hat, nicht weiter. Bei einer weiteren Spannungserhöhung bleibt sie an der LED unverändert, steigt aber nur am Stabilisator an.

Stromstabilisator auf einer Feldeffekttransistorschaltung

Überspannungen führen sehr oft zum Ausfall von Elektrogeräten, Geräten und anderen Anlagen. Um das Auftreten solcher Situationen zu verhindern, werden verschiedene Stabilisierungsvorrichtungen eingesetzt. Unter ihnen erfreuen sich Stromstabilisatoren auf Basis von Feldeffekttransistoren großer Beliebtheit, die einen stabilen Betrieb elektrischer Geräte gewährleisten. Im Alltag wird häufig ein selbstgebauter Gleichstromstabilisator verwendet, mit dessen Schaltung Sie grundlegende Probleme lösen können.

Die Hauptfunktion dieser Geräte besteht darin, Spannungsabfälle und Überspannungen im Netzwerk auszugleichen. Stabilisatoren halten automatisch genau vorgegebene Stromparameter aufrecht. Neben Stromstößen werden auch Änderungen der Lastleistung und der Umgebungstemperatur kompensiert. Steigt beispielsweise der Stromverbrauch des Gerätes, erhöht sich auch der Stromverbrauch entsprechend. Dies führt in der Regel zu einem Spannungsabfall am Widerstand der Leitungen und der Stromquelle.

Unter vielen Stabilisierungsvorrichtungen gilt die Fals die zuverlässigste, bei der der Transistor in Reihe mit dem Lastwiderstand geschaltet ist. Dadurch ändert sich der Laststrom nur geringfügig, während sich der Wert der Eingangsspannung ständig ändert.

Um zu wissen, wie solche Stabilisatoren funktionieren, muss man den Aufbau und die Funktionsweise von Feldeffekttransistoren kennen. Diese Elemente werden durch ein elektrisches Feld gesteuert, weshalb ihr Name entstand. Das elektrische Feld selbst entsteht unter dem Einfluss einer angelegten Spannung, daher sind alle Feldeffekttransistoren Halbleiterbauelemente, die unter der Steuerung einer Spannung arbeiten, die die Kanäle dieser Bauelemente öffnet.

Ein Feldeffekttransistor besteht aus drei Elektroden – Source, Drain und Gate. Geladene Teilchen treten durch die Quelle ein und durch den Abfluss wieder aus. Das Schließen oder Öffnen des Partikelstroms erfolgt über einen Verschluss, der als Hahn fungiert. Geladene Teilchen fließen nur, wenn die Spannung zwischen Drain und Source angelegt werden muss. Liegt keine Spannung an, fließt im Kanal auch kein Strom. Je höher also die angelegte Spannung ist, desto weiter öffnet sich der Abgriff. Dadurch erhöht sich der Strom im Kanal zwischen Drain und Source und der Widerstand des Kanals nimmt ab. Bei Stromversorgungen arbeiten Feldeffekttransistoren im Schaltmodus und sorgen so für das vollständige Öffnen oder Schließen des Kanals.

Diese Eigenschaften ermöglichen die Berechnung eines Stromstabilisators an einem Transistor, der dafür sorgt, dass die Stromparameter auf einem bestimmten Niveau gehalten werden. Der Einsatz von Feldeffekttransistoren bestimmt auch das Funktionsprinzip eines solchen Stabilisators. Jeder weiß, dass jede ideale Stromquelle eine gegen Unendlich tendierende EMK und auch einen unendlich großen Innenwiderstand hat. Dadurch erhalten Sie unabhängig vom Lastwiderstand einen Strom mit den erforderlichen Parametern.

In einer solchen idealen Quelle entsteht ein Strom, der trotz Änderungen des Lastwiderstands gleich bleibt. Um den Strom auf einem konstanten Niveau zu halten, ist eine ständige Änderung der Größe der EMK im Bereich über Null bis unendlich erforderlich. Das heißt, Lastwiderstand und EMK müssen sich so ändern, dass der Strom stabil auf dem gleichen Niveau bleibt.

In der Praxis wird eine solche ideale Stromstabilisator-Mikroschaltung jedoch nicht alle erforderlichen Eigenschaften bieten können. Dies liegt daran, dass der Spannungsbereich an der Last sehr begrenzt ist und den erforderlichen Strompegel nicht unterstützt. Unter realen Bedingungen werden Strom- und Spannungsquellen gemeinsam verwendet. Ein Beispiel ist ein reguläres Netzwerk mit einer Spannung von 220 Volt sowie anderen Quellen in Form von Batterien, Generatoren, Netzteilen und anderen Geräten, die Strom erzeugen. Zu jedem von ihnen können Stromstabilisatoren mit Feldeffekttransistoren in Reihe geschaltet werden. Die Ausgänge dieser Geräte sind im Wesentlichen Stromquellen mit den erforderlichen Parametern.

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