Stabilizzatore di corrente a transistor per LED. Due circuiti stabilizzatori di corrente semplici ma affidabili per i LED nelle automobili

28.11.2021

Articolo didattico sugli stabilizzatori di corrente LED e altro ancora. Vengono considerati schemi di stabilizzatori di corrente lineari e pulsati.

In molti modelli di apparecchi di illuminazione è installato uno stabilizzatore di corrente per LED. I LED, come tutti i diodi, hanno una caratteristica corrente-tensione non lineare. Ciò significa che quando la tensione ai capi del LED cambia, la corrente cambia in modo sproporzionato. All'aumentare della tensione, inizialmente la corrente aumenta molto lentamente e il LED non si accende. Quindi, quando viene raggiunta la tensione di soglia, il LED inizia a illuminarsi e la corrente aumenta molto rapidamente. Con un ulteriore aumento della tensione, la corrente aumenta in modo catastrofico e il LED si brucia.

La tensione di soglia è indicata nelle caratteristiche dei LED come tensione diretta alla corrente nominale. La corrente nominale per la maggior parte dei LED a basso consumo è di 20 mA. Per l'illuminazione a LED ad alta potenza, la corrente nominale può essere superiore: 350 mA o più. A proposito, i LED ad alta potenza generano calore e devono essere installati su un dissipatore di calore.

Perché il LED funzioni correttamente è necessario alimentarlo tramite uno stabilizzatore di corrente. Per quello? Il fatto è che la tensione di soglia del LED varia. Diversi tipi di LED hanno tensioni dirette diverse, anche i LED dello stesso tipo hanno tensioni dirette diverse - questo è indicato nelle caratteristiche del LED come valore minimo e massimo. Di conseguenza, due LED collegati alla stessa sorgente di tensione in un circuito parallelo faranno passare correnti diverse. Questa corrente può essere così diversa che il LED potrebbe guastarsi prima o bruciarsi immediatamente. Inoltre, lo stabilizzatore di tensione presenta anche una deriva dei parametri (dal livello di potenza primaria, dal carico, dalla temperatura, semplicemente nel tempo). Pertanto, non è desiderabile accendere i LED senza dispositivi di equalizzazione della corrente. Sono considerati vari metodi di equalizzazione della corrente. Questo articolo discute i dispositivi che impostano una corrente molto specifica e specificata: stabilizzatori di corrente.

Tipi di stabilizzatori di corrente

Lo stabilizzatore di corrente imposta una determinata corrente attraverso il LED, indipendentemente dalla tensione applicata al circuito. Quando la tensione sul circuito aumenta sopra il livello di soglia, la corrente raggiunge il valore impostato e non cambia ulteriormente. Con un ulteriore aumento della tensione totale, la tensione sul LED smette di cambiare e aumenta la tensione sullo stabilizzatore di corrente.

Poiché la tensione sul LED è determinata dai suoi parametri ed è generalmente invariata, lo stabilizzatore di corrente può anche essere chiamato stabilizzatore di potenza del LED. Nel caso più semplice, la potenza attiva (calore) generata dal dispositivo viene distribuita tra il LED e lo stabilizzatore in proporzione alla tensione ai loro capi. Un tale stabilizzatore è chiamato lineare. Esistono anche dispositivi più economici: stabilizzatori di corrente basati su un convertitore di impulsi (convertitore o convertitore a chiave). Si chiamano pulsati perché pompano energia dentro di sé in porzioni: impulsi, secondo necessità del consumatore. Un convertitore di impulsi adeguato consuma energia in modo continuo, la trasmette internamente in impulsi dal circuito di ingresso al circuito di uscita e fornisce nuovamente energia al carico in modo continuo.

Stabilizzatore di corrente lineare

Lo stabilizzatore di corrente lineare si riscalda quanto più viene applicata la tensione. Questo è il suo principale svantaggio. Presenta però una serie di vantaggi, ad esempio:

Lo stabilizzatore lineare non crea interferenze elettromagnetiche
Semplice nel design
Basso costo nella maggior parte delle applicazioni

Poiché un convertitore a commutazione non è mai completamente efficiente, ci sono applicazioni in cui un regolatore lineare ha un'efficienza paragonabile o addirittura maggiore, quando la tensione di ingresso è solo leggermente superiore alla tensione del LED. A proposito, quando alimentato dalla rete, viene spesso utilizzato un trasformatore, all'uscita del quale è installato uno stabilizzatore di corrente lineare. Cioè, prima la tensione viene ridotta a un livello paragonabile alla tensione sul LED e quindi, utilizzando uno stabilizzatore lineare, viene impostata la corrente richiesta.

In un altro caso, puoi avvicinare la tensione del LED alla tensione di alimentazione: collega i LED in una catena in serie. La tensione sulla catena sarà uguale alla somma delle tensioni su ciascun LED.

Circuiti di stabilizzatori di corrente lineari

Il circuito stabilizzatore di corrente più semplice si basa su un transistor (circuito “a”). Poiché il transistor è un amplificatore di corrente, la sua corrente di uscita (corrente di collettore) è h 21 volte maggiore della corrente di controllo (corrente di base) (guadagno). La corrente di base può essere impostata utilizzando una batteria e un resistore oppure utilizzando un diodo zener e un resistore (circuito "b"). Tuttavia, un tale circuito è difficile da configurare, lo stabilizzatore risultante dipenderà dalla temperatura, inoltre, i transistor hanno una vasta gamma di parametri e quando si sostituisce un transistor, la corrente dovrà essere selezionata nuovamente. Un circuito con feedback “c” e “d” funziona molto meglio. Il resistore R nel circuito funge da feedback: all'aumentare della corrente, la tensione ai capi del resistore aumenta, spegnendo così il transistor e la corrente diminuisce. Il circuito "d", quando si utilizzano transistor dello stesso tipo, ha una maggiore stabilità della temperatura e la capacità di ridurre il più possibile il valore del resistore, il che riduce la tensione minima dello stabilizzatore e il rilascio di potenza sul resistore R.

Lo stabilizzatore di corrente può essere realizzato sulla base di un transistor ad effetto di campo con una giunzione p-n (circuito "d"). La tensione gate-source imposta la corrente di drain. Con tensione gate-source pari a zero, la corrente attraverso il transistor è uguale alla corrente di drain iniziale specificata nella documentazione. La tensione operativa minima di tale stabilizzatore di corrente dipende dal transistor e raggiunge i 3 volt. Alcuni produttori di componenti elettronici producono dispositivi speciali - stabilizzatori già pronti con corrente fissa, assemblati secondo il seguente schema - CRD (Current Regifying Devices) o CCR (Constant Current Regulator). Alcune persone lo chiamano stabilizzatore a diodo perché agisce come un diodo quando viene commutato al contrario.

L'azienda On Semiconductor produce, ad esempio, uno stabilizzatore lineare della serie NSIxxx, che ha due terminali e, per aumentare l'affidabilità, ha un coefficiente di temperatura negativo: all'aumentare della temperatura, la corrente attraverso i LED diminuisce.

Uno stabilizzatore di corrente basato su un convertitore di impulsi è molto simile nel design a uno stabilizzatore di tensione basato su un convertitore di impulsi, ma non controlla la tensione attraverso il carico, ma la corrente attraverso il carico. Quando la corrente nel carico diminuisce, aumenta la potenza e quando aumenta la riduce. I circuiti più comuni dei convertitori di impulsi includono un elemento reattivo: un'induttanza che, utilizzando un interruttore (interruttore), viene pompata con porzioni di energia dal circuito di ingresso (dalla capacità di ingresso) e, a sua volta, la trasferisce al carico . Oltre all'ovvio vantaggio del risparmio energetico, i convertitori di impulsi presentano una serie di svantaggi che devono essere superati con varie soluzioni circuitali e progettuali:

Il convertitore di commutazione produce interferenze elettriche ed elettromagnetiche
Tipicamente ha una struttura complessa
Non ha efficienza assoluta, cioè spreca energia per il proprio lavoro e si riscalda
Molto spesso ha un costo più elevato rispetto, ad esempio, al trasformatore più dispositivi lineari

Poiché il risparmio energetico è fondamentale in molte applicazioni, i progettisti di componenti e di circuiti si sforzano di ridurre l'impatto di questi svantaggi, e spesso ci riescono.

Circuiti convertitori di impulsi

Poiché lo stabilizzatore di corrente si basa su un convertitore di impulsi, consideriamo i circuiti di base dei convertitori di impulsi. Ogni convertitore di impulsi ha una chiave, un elemento che può trovarsi solo in due stati: acceso e spento. Quando è spenta, la chiave non conduce corrente e, di conseguenza, non viene rilasciata alcuna potenza. Quando è acceso, l'interruttore conduce corrente, ma ha una resistenza molto bassa (idealmente pari a zero), di conseguenza, su di esso viene rilasciata potenza, vicina allo zero. Pertanto, l'interruttore può trasferire porzioni di energia dal circuito di ingresso al circuito di uscita praticamente senza perdita di potenza. Tuttavia, invece di una corrente stabile, che può essere ottenuta da un alimentatore lineare, l'uscita di tale interruttore sarà una tensione e una corrente impulsive. Per ottenere nuovamente tensione e corrente stabili, è possibile installare un filtro.

Utilizzando un filtro RC convenzionale, è possibile ottenere il risultato, tuttavia, l'efficienza di un tale convertitore non sarà migliore di quella lineare, poiché tutta la potenza in eccesso verrà rilasciata sulla resistenza attiva del resistore. Ma se si utilizza un filtro invece di RC - LC (circuito "b"), grazie alle proprietà "specifiche" dell'induttanza, è possibile evitare perdite di potenza. L'induttanza ha un'utile proprietà reattiva: la corrente che la attraversa aumenta gradualmente, l'energia elettrica fornita viene convertita in energia magnetica e si accumula nel nucleo. Dopo che l'interruttore è stato spento, la corrente nell'induttanza non scompare, la tensione attraverso l'induttanza cambia polarità e continua a caricare il condensatore di uscita, l'induttanza diventa una fonte di corrente attraverso il diodo di bypass D. Questa induttanza, progettata per trasmettere potenza, è chiamato strozzatore. La corrente nell'induttore di un dispositivo che funziona correttamente è costantemente presente: la cosiddetta modalità continua o modalità a corrente continua (nella letteratura occidentale questa modalità è chiamata modalità a corrente costante - CCM). Quando la corrente di carico diminuisce, la tensione su tale convertitore aumenta, l'energia accumulata nell'induttore diminuisce e il dispositivo può entrare in modalità operativa discontinua quando la corrente nell'induttore diventa intermittente. Questa modalità operativa aumenta notevolmente il livello di interferenza generata dal dispositivo. Alcuni convertitori funzionano in modalità border, quando la corrente attraverso l'induttore si avvicina allo zero (nella letteratura occidentale questa modalità è chiamata Border Current Mode - BCM). In ogni caso, attraverso l'induttore scorre una corrente continua significativa, che porta alla magnetizzazione del nucleo, e quindi l'induttore è realizzato con una struttura speciale - con una rottura o utilizzando materiali magnetici speciali.

Uno stabilizzatore basato su un convertitore di impulsi ha un dispositivo che regola il funzionamento della chiave in base al carico. Lo stabilizzatore di tensione registra la tensione attraverso il carico e modifica il funzionamento dell'interruttore (circuito “a”). Lo stabilizzatore di corrente misura la corrente attraverso il carico, ad esempio, utilizzando una piccola resistenza di misura Ri (schema “b”) collegata in serie al carico.

L'interruttore del convertitore, a seconda del segnale del regolatore, viene acceso con duty cycle diverso. Esistono due modi comuni per controllare un tasto: la modulazione dell'ampiezza dell'impulso (PWM) e la modalità corrente. In modalità PWM, il segnale di errore controlla la durata degli impulsi mantenendo la frequenza di ripetizione. Nella modalità corrente, viene misurata la corrente di picco nell'induttore e viene modificato l'intervallo tra gli impulsi.

I moderni convertitori a commutazione utilizzano solitamente un transistor MOSFET come interruttore.

Convertitore dollaro

La versione del convertitore sopra discussa è chiamata convertitore step-down, poiché la tensione sul carico è sempre inferiore alla tensione della fonte di alimentazione.

Poiché l'induttore fa fluire costantemente corrente unidirezionale, i requisiti per il condensatore di uscita possono essere ridotti, l'induttore con il condensatore di uscita agisce come un efficace filtro LC. In alcuni circuiti stabilizzatori di corrente, ad esempio per i LED, potrebbe non essere presente alcun condensatore di uscita. Nella letteratura occidentale, un convertitore buck è chiamato convertitore Buck.

Convertitore potenziato

Anche il circuito del regolatore di commutazione riportato di seguito funziona sulla base di un'induttanza, ma l'induttanza è sempre collegata all'uscita dell'alimentatore. Quando l'interruttore è aperto, la potenza fluisce attraverso l'induttore e il diodo verso il carico. Quando l'interruttore si chiude, l'induttore accumula energia; quando l'interruttore si apre, la forza elettromagnetica derivante ai suoi terminali viene aggiunta alla forza elettromagnetica della fonte di alimentazione e la tensione sul carico aumenta.

A differenza del circuito precedente, il condensatore di uscita viene caricato da una corrente intermittente, quindi il condensatore di uscita deve essere grande e potrebbe essere necessario un filtro aggiuntivo. Nella letteratura occidentale, un convertitore buck-boost è chiamato convertitore Boost.

Convertitore invertente

Un altro circuito convertitore di impulsi funziona in modo simile: quando l'interruttore è chiuso, l'induttore accumula energia, quando l'interruttore si apre, l'EMF derivante ai suoi terminali avrà il segno opposto e sul carico apparirà una tensione negativa.

Come nel circuito precedente, il condensatore di uscita viene caricato da una corrente intermittente, quindi il condensatore di uscita deve essere grande e potrebbe essere necessario un filtro aggiuntivo. Nella letteratura occidentale, un convertitore invertente è chiamato convertitore Buck-Boost.

Convertitori forward e flyback

Molto spesso, gli alimentatori sono realizzati secondo uno schema che utilizza un trasformatore. Il trasformatore fornisce l'isolamento galvanico del circuito secondario dalla fonte di alimentazione; inoltre, l'efficienza di un alimentatore basato su tali circuiti può raggiungere il 98% o più. Un convertitore diretto (circuito “a”) trasferisce l'energia dalla sorgente al carico nel momento in cui l'interruttore viene acceso. In effetti, è un convertitore step-down modificato. Il convertitore flyback (circuito "b") trasferisce energia dalla sorgente al carico durante lo stato spento.

In un convertitore diretto, il trasformatore funziona normalmente e l'energia viene immagazzinata nell'induttore. In realtà è un generatore di impulsi con un filtro LC in uscita. Un convertitore flyback immagazzina energia in un trasformatore. Cioè, il trasformatore combina le proprietà di un trasformatore e di un induttanza, il che crea alcune difficoltà nella scelta del suo design.

Nella letteratura occidentale, un convertitore forward è chiamato convertitore forward. Convertitore flyback.

Utilizzo di un convertitore di impulsi come stabilizzatore di corrente

La maggior parte degli alimentatori switching sono prodotti con stabilizzazione della tensione di uscita. I circuiti tipici di tali alimentatori, soprattutto quelli potenti, oltre al feedback della tensione di uscita, hanno un circuito di controllo della corrente per un elemento chiave, ad esempio un resistore a bassa resistenza. Questo controllo consente di garantire la modalità operativa dell'acceleratore. Gli stabilizzatori di corrente più semplici utilizzano questo elemento di controllo per stabilizzare la corrente di uscita. Pertanto, lo stabilizzatore di corrente risulta essere ancora più semplice dello stabilizzatore di tensione.

Consideriamo il circuito di uno stabilizzatore di corrente impulsiva per un LED basato su un microcircuito del noto produttore di componenti elettronici On Semiconductor:

Il circuito del convertitore buck funziona in modalità corrente continua con un interruttore esterno. Il circuito è stato scelto tra molti altri perché dimostra quanto possa essere semplice ed efficace un circuito regolatore di corrente di commutazione con un interruttore esterno. Nel circuito sopra, il chip di controllo IC1 controlla il funzionamento dell'interruttore MOSFET Q1. Poiché il convertitore funziona in modalità corrente continua, non è necessario installare un condensatore di uscita. In molti circuiti, nel circuito sorgente dell'interruttore è installato un sensore di corrente, tuttavia ciò riduce la velocità di accensione del transistor. Nel circuito sopra riportato, il sensore di corrente R4 è installato nel circuito di alimentazione primario, risultando in un circuito semplice ed efficace. La chiave funziona a una frequenza di 700 kHz, che consente di installare uno starter compatto. Con una potenza di uscita di 7 Watt, una tensione di ingresso di 12 Volt durante il funzionamento a 700 mA (3 LED), l'efficienza del dispositivo è superiore al 95%. Il circuito funziona stabilmente fino a 15 watt di potenza in uscita senza l'uso di ulteriori misure di rimozione del calore.

Un circuito ancora più semplice si ottiene utilizzando chip stabilizzatori chiave con chiave incorporata. Ad esempio, un circuito di uno stabilizzatore di corrente LED chiave basato sul microcircuito /CAT4201:

Per far funzionare un dispositivo con una potenza fino a 7 Watt sono necessari solo 8 componenti, compreso il chip stesso. Il regolatore di commutazione funziona in modalità corrente di confine e richiede un piccolo condensatore ceramico in uscita per funzionare. Il resistore R3 è necessario quando alimentato a 24 Volt o superiore per ridurre la velocità di aumento della tensione di ingresso, sebbene ciò riduca in qualche modo l'efficienza del dispositivo. La frequenza operativa supera i 200 kHz e varia a seconda del carico e della tensione di ingresso. Ciò è dovuto al metodo di regolazione: monitoraggio della corrente di picco dell'induttore. Quando la corrente raggiunge il suo valore massimo, l'interruttore si apre; quando la corrente scende a zero, si accende. L'efficienza del dispositivo raggiunge il 94%.

È noto che la luminosità di un LED dipende molto dalla corrente che lo attraversa. Allo stesso tempo, la corrente del LED dipende molto fortemente dalla tensione di alimentazione. Ciò si traduce in notevoli increspature di luminosità anche con una leggera instabilità di potenza.

Ma l'ondulazione non è spaventosa, ciò che è peggio è che il minimo aumento della tensione di alimentazione può portare ad un aumento così forte della corrente attraverso i LED che semplicemente si bruciano.

Per evitare ciò, i LED (soprattutto quelli potenti) vengono solitamente alimentati tramite circuiti speciali: i driver, che sono essenzialmente stabilizzatori di corrente. Questo articolo discuterà i circuiti di semplici stabilizzatori di corrente per LED (su transistor o microcircuiti comuni).

Esistono anche LED molto simili: SMD 5730 (senza 1 nel nome). Hanno una potenza di soli 0,5 W e una corrente massima di 0,18 A. Quindi non confonderti.

Poiché quando i LED sono collegati in serie, la tensione totale sarà uguale alla somma delle tensioni su ciascuno dei LED, la tensione di alimentazione minima del circuito dovrebbe essere: Upit = 2,5 + 12 + (3,3 x 10) = 47,5 Volt .

Puoi calcolare la resistenza e la potenza del resistore per altri valori di corrente utilizzando il semplice programma Regulator Design (download).

Ovviamente, maggiore è la tensione di uscita dello stabilizzatore, maggiore sarà il calore generato sul resistore di regolazione della corrente e, quindi, peggiore sarà l'efficienza. Pertanto, per i nostri scopi, l'LM7805 è migliore dell'LM7812.

LM317

Non meno efficace è lo stabilizzatore di corrente lineare per LED basato su LM317. Schema di collegamento tipico:

Il più semplice circuito di connessione LM317 per LED, che consente di assemblare una lampada potente, è costituito da un raddrizzatore con filtro capacitivo, uno stabilizzatore di corrente e 93 LED SMD5630. Qui viene utilizzato MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3,1 V, 400 mW, 5,3x3 mm).

Se non è necessaria una ghirlanda di LED così grande, sarà necessario aggiungere un resistore o un condensatore di zavorra al driver LM317 per alimentare i LED (per sopprimere la tensione in eccesso). Abbiamo discusso come farlo in modo molto dettagliato in.

Lo svantaggio di un tale circuito di pilotaggio di corrente per i LED è che quando la tensione nella rete aumenta sopra i 235 volt, l'LM317 sarà al di fuori della modalità operativa di progettazione e quando scende a ~ 208 volt e al di sotto, il microcircuito cessa completamente di stabilizzarsi e la profondità dell'ondulazione dipenderà interamente dal contenitore C1.

Pertanto, tale lampada dovrebbe essere utilizzata dove la tensione è più o meno stabile. E non dovresti lesinare sulla capacità di questo condensatore. Il ponte di diodi può essere preso già pronto (ad esempio un MB6S in miniatura) o assemblato da diodi adatti (U arr. almeno 400 V, corrente diretta >= 100 mA). Quelli sopra menzionati sono perfetti 1N4007.

Come puoi vedere, il circuito è semplice e non contiene componenti costosi. Ecco i prezzi attuali (e probabilmente continueranno a diminuire):

Nome	caratteristiche	prezzo
SMD5630	LED, 3,3 V, 0,15 A, 0,5 W	240 rubli. /1000 pezzi.
LM317	1,25-37 V, >1,5 A	112 sfregamenti. / 10 pezzi.
MB6S	600 V, 0,5 A	67 strofinare. /20 pezzi.
120μF, 400V	18x30 mm	560 rubli. / 10 pezzi.

Pertanto, spendendo un totale di 1000 rubli, puoi raccogliere una dozzina di lampadine da 30 watt (!!!) senza sfarfallio (!!!). E poiché i LED non funzionano a piena potenza e l'unico elettrolita non si surriscalda, queste lampade dureranno quasi per sempre.

Invece di una conclusione

Gli svantaggi dei circuiti presentati nell'articolo includono la bassa efficienza dovuta allo spreco di potenza sugli elementi di controllo. Tuttavia, questo è tipico di tutti gli stabilizzatori di corrente lineari.

La bassa efficienza è inaccettabile per i dispositivi alimentati da fonti di corrente autonome (lampade, torce elettriche, ecc.). È possibile ottenere un aumento significativo dell'efficienza (90% o più) utilizzando.

Il dispositivo a semiconduttore in questione è progettato per stabilizzare la corrente al livello richiesto, ha un costo contenuto e consente di semplificare lo sviluppo di circuiti per molti dispositivi elettronici. Cercherò di colmare un po' la mancanza di informazioni su semplici soluzioni circuitali per stabilizzatori DC.

Una piccola teoria

Una sorgente di corrente ideale ha un EMF infinitamente grande e una resistenza interna infinitamente grande, che consente di ottenere la corrente richiesta nel circuito indipendentemente dalla resistenza di carico.

Considerare le ipotesi teoriche sui parametri della sorgente di corrente aiuta a comprendere la definizione di una sorgente di corrente ideale. La corrente prodotta da una sorgente di corrente ideale rimane costante quando la resistenza del carico cambia da cortocircuito a infinito. Per mantenere invariato il valore corrente, il valore della fem varia da un valore diverso da zero all'infinito. Una proprietà di una sorgente di corrente che consente di ottenere un valore di corrente stabile: quando cambia la resistenza di carico, la FEM della sorgente di corrente cambia in modo tale che il valore di corrente rimanga costante.

Le sorgenti di corrente reali mantengono la corrente al livello richiesto su un intervallo limitato di tensione prodotta attraverso un carico e una resistenza di carico limitata. Viene considerata una sorgente ideale e una sorgente di corrente reale può funzionare con resistenza di carico pari a zero. La modalità di chiusura dell'uscita della sorgente di corrente non è un'eccezione o una funzione difficile da implementare della sorgente di corrente; è una delle modalità operative in cui il dispositivo può passare indolore se l'uscita viene accidentalmente cortocircuitata e passa a modalità operativa con una resistenza di carico maggiore di zero.

Una sorgente di corrente reale viene utilizzata insieme a una sorgente di tensione. Rete da 220 volt 50 Hz, alimentatore da laboratorio, batteria, generatore a benzina, batteria solare: fonti di tensione che forniscono elettricità al consumatore. Uno stabilizzatore di corrente è collegato in serie ad uno di essi. L'uscita di tale dispositivo è considerata una fonte di corrente.

Lo stabilizzatore di corrente più semplice è un componente a due terminali che limita la corrente che lo attraversa all'entità e alla precisione corrispondenti ai dati del produttore. Nella maggior parte dei casi, un tale dispositivo a semiconduttore ha un alloggiamento che ricorda un diodo a bassa potenza. A causa della loro somiglianza esterna e della presenza di soli due terminali, i componenti di questa classe sono spesso citati in letteratura come stabilizzatori di corrente a diodi. Il circuito interno non contiene diodi, questo nome è rimasto solo per la sua somiglianza esterna.

Esempi di stabilizzatori di corrente a diodi

Gli stabilizzatori di corrente a diodi sono prodotti da molti produttori di semiconduttori.

1N5296
Produttori: Microsemi e CDI

Corrente di stabilizzazione 0,91 mA ± 10%
Tensione minima ai terminali in modalità stabilizzazione 1,29 V
Tensione massima impulsiva 100 V

E-103
Produttore Semitec

Corrente di stabilizzazione 10 mA ± 10%
Tensione minima ai terminali in modalità stabilizzazione 4,2 V

L-2227
Produttore Semitec

Corrente di stabilizzazione 25 mA ± 10%
Tensione minima ai pin in modalità stabilizzazione 4 V
Tensione massima impulsiva 50 V

Dalla teoria alla pratica

L'uso di stabilizzatori di corrente a diodi semplifica i circuiti elettrici e riduce il costo dei dispositivi. L'uso di stabilizzatori di corrente a diodi è interessante non solo per la sua semplicità, ma anche per aumentare la stabilità dei dispositivi in fase di sviluppo. Un semiconduttore di questa classe, a seconda del tipo, fornisce la stabilizzazione della corrente a un livello compreso tra 0,22 e 30 milliampere. Non è stato possibile trovare i nomi di questi dispositivi a semiconduttore secondo GOST e le designazioni dei circuiti. Nei diagrammi dell'articolo abbiamo dovuto utilizzare la designazione di un diodo convenzionale.

Quando è collegato al circuito di alimentazione del LED, il diodo stabilizzatore garantisce la modalità richiesta e un funzionamento affidabile. Una delle caratteristiche dello stabilizzatore di corrente a diodi è il funzionamento nell'intervallo di tensione da 1,8 a 100 volt, che consente di proteggere il LED da guasti se esposto a variazioni di tensione pulsate e a lungo termine. La luminosità e l'ombra del bagliore del LED dipendono dalla corrente che scorre. Uno stabilizzatore di corrente a diodi può fornire il funzionamento a più LED collegati in serie, come mostrato nello schema.

Questo circuito è facile da convertire a seconda dei LED e della tensione di alimentazione. Uno o più stabilizzatori di corrente a diodi collegati in parallelo nel circuito LED imposteranno la corrente del LED e il numero di LED dipende dall'intervallo di variazioni della tensione di alimentazione.

Utilizzando sorgenti di corrente a diodi, è possibile costruire un indicatore o un dispositivo di illuminazione progettato per essere alimentato da tensione continua. Grazie all'alimentazione con corrente stabile, la sorgente luminosa avrà una luminosità costante anche quando la tensione di alimentazione oscilla.

L'utilizzo di una resistenza nel circuito LED dell'indicatore della tensione di alimentazione del motore CC di una perforatrice per circuiti stampati ha portato al rapido guasto del LED. L'uso di uno stabilizzatore di corrente a diodi ha permesso di ottenere un funzionamento affidabile dell'indicatore. Gli stabilizzatori di corrente a diodi possono essere collegati in parallelo. La modalità di potenza del carico richiesta può essere ottenuta modificando il tipo o accendendo in parallelo il numero richiesto di questi dispositivi.

Quando si alimenta un LED, i fotoaccoppiatori attraverso un resistore che alimenta l'ondulazione della tensione del circuito portano a fluttuazioni di luminosità sovrapposte alla parte anteriore dell'impulso rettangolare. L'utilizzo di uno stabilizzatore di corrente a diodi nel circuito di alimentazione del LED, che fa parte del fotoaccoppiatore, consente di ridurre la distorsione del segnale digitale trasmesso attraverso il fotoaccoppiatore e aumentare l'affidabilità del canale informativo.

L'uso di uno stabilizzatore di corrente a diodi che imposta la modalità operativa del diodo zener consente di sviluppare una semplice sorgente di tensione di riferimento. Quando la corrente di alimentazione cambia del 10%, la tensione sul diodo zener cambia dello 0,2% e poiché la corrente è stabile, il valore della tensione di riferimento è stabile quando cambiano altri fattori.

L'effetto dell'ondulazione della tensione di alimentazione sulla tensione di riferimento di uscita è ridotto di 100 decibel.

Circuito interno

La caratteristica corrente-tensione aiuta a comprendere il funzionamento di uno stabilizzatore di corrente a diodi. La modalità di stabilizzazione inizia quando la tensione ai terminali del dispositivo supera circa due volt. A tensioni superiori a 100 volt si verifica la rottura. La corrente di stabilizzazione effettiva può discostarsi fino al 10% dalla corrente nominale. Quando la tensione cambia da 2 a 100 volt, la corrente di stabilizzazione cambia del 5%. Gli stabilizzatori di corrente a diodi prodotti da alcuni produttori modificano la corrente di stabilizzazione quando la tensione cambia fino al 20%. Maggiore è la corrente di stabilizzazione, maggiore è la deviazione all'aumentare della tensione. Il collegamento in parallelo di cinque dispositivi progettati per una corrente di 2 milliampere consente di ottenere parametri più elevati rispetto a uno valutato a 10 milliampere. Poiché la tensione minima di stabilizzazione della corrente diminuisce, l'intervallo di tensione in cui opera lo stabilizzatore aumenta.

La base del circuito stabilizzatore di corrente del diodo è un transistor ad effetto di campo con una giunzione p-n. La tensione gate-source determina la corrente di drain. Quando la tensione gate-source è zero, la corrente che attraversa il transistor è uguale alla corrente di drain iniziale, che scorre quando la tensione tra drain e source è maggiore della tensione di saturazione. Pertanto, per il normale funzionamento dello stabilizzatore di corrente a diodi, la tensione applicata ai terminali deve essere superiore a un certo valore compreso tra 1 e 3 volt.

Il transistor ad effetto di campo ha un'ampia diffusione nella corrente di drain iniziale; questo valore non può essere previsto con precisione. Gli stabilizzatori di corrente a diodi economici sono transistor ad effetto di campo selezionati in corrente in cui il gate è collegato alla sorgente.

Quando la polarità della tensione viene modificata, lo stabilizzatore di corrente del diodo si trasforma in un diodo normale. Questa proprietà è dovuta al fatto che la giunzione p-n del transistor ad effetto di campo è polarizzata direttamente e la corrente scorre attraverso il circuito gate-drain. La corrente inversa massima di alcuni stabilizzatori di corrente a diodi può raggiungere 100 milliampere.

Sorgente di corrente 0,5 A o più

Per stabilizzare correnti di 0,5-5 ampere o più, è applicabile un circuito il cui elemento principale è un potente transistor. Uno stabilizzatore di corrente a diodi stabilizza la tensione su un resistore da 180 Ohm e si basa sul transistor KT818. Cambiando il resistore R1 da 0,2 a 10 Ohm si modifica la corrente fornita al carico. Con questo circuito è possibile ottenere una corrente limitata dalla corrente massima del transistor o dalla corrente massima dell'alimentatore. L'uso di uno stabilizzatore di corrente a diodi con la corrente di stabilizzazione nominale più alta possibile migliora la stabilità della corrente di uscita del circuito, ma non dobbiamo dimenticare la tensione operativa minima possibile dello stabilizzatore di corrente a diodi. Cambiando il resistore R1 di 1-2 Ohm si cambia significativamente il valore della corrente di uscita del circuito. Questo resistore deve avere un grande potere di dissipazione del calore, la variazione della resistenza dovuta al riscaldamento farà sì che la corrente in uscita si discosti dal valore impostato. È meglio assemblare il resistore R1 da diversi potenti resistori collegati in parallelo. I resistori utilizzati nel circuito devono avere una deviazione minima della resistenza al variare della temperatura. Quando si costruisce una fonte regolabile di corrente stabile o per ottimizzare la corrente di uscita, il resistore da 180 Ohm può essere sostituito con uno variabile. Per migliorare la stabilità della corrente, il transistor KT818 è amplificato da un secondo transistor di potenza inferiore. I transistor sono collegati secondo un circuito a transistor composto. Quando si utilizza un transistor composito, la tensione minima di stabilizzazione aumenta.

Questo circuito può essere utilizzato per alimentare solenoidi, elettromagneti, avvolgimenti di motori passo-passo, nella galvanica, per caricare batterie e altri scopi. Il transistor deve essere installato sul radiatore. Il design del dispositivo deve fornire una buona dissipazione del calore.

Se il budget del progetto consente di aumentare i costi di 1-2 rubli e il design del dispositivo consente un aumento dell'area del circuito stampato, l'utilizzo di una combinazione parallela di stabilizzatori di corrente a diodi può migliorare i parametri del dispositivo in fase di sviluppo. Collegati in parallelo, 5 componenti 1N5305 stabilizzeranno la corrente a 10 milliampere, come il componente CDLL257, ma la tensione operativa minima nel caso di cinque 1N5305 sarà di 1,85 volt, che è importante per i circuiti con una tensione di alimentazione di 3,3 o 5 volt . Tra le proprietà positive dell'1N5305 c'è anche la sua convenienza rispetto ai dispositivi del produttore Semitec. Il collegamento di un gruppo di stabilizzatori di corrente in parallelo anziché uno solo consente di ridurre il riscaldamento del dispositivo in fase di sviluppo e di spostare indietro il limite superiore dell'intervallo di temperatura.

Aumento della tensione operativa

Per utilizzare stabilizzatori di corrente a diodi a tensioni superiori alla tensione di rottura, uno o più diodi Zener vengono accesi in serie e l'intervallo di tensione del limitatore di corrente a diodi viene spostato della quantità di stabilizzazione di tensione da parte del diodo Zener. Il circuito può essere utilizzato per determinare approssimativamente se una soglia di tensione è stata superata.

Non è stato possibile trovare analoghi domestici di stabilizzatori di corrente a diodi stranieri. Probabilmente nel tempo la situazione con gli stabilizzatori di corrente a diodi domestici cambierà.

Letteratura:
L.A. Bessonov. Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Circuiti elettrici. 2000 gr
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

Elenco dei radioelementi

Tipo	Denominazione	Quantità	Il mio blocco note
Schema 1.
Diodo		1	Al blocco note
Diodo ad emissione luminosa		5	Al blocco note
alimentatore	24 V	1	Al blocco note
Schema 2.
Ponte a diodi		1	Al blocco note
Diodo		1	Al blocco note
Diodo ad emissione luminosa		1	Al blocco note
Condensatore elettrolitico		1	Al blocco note
Trasformatore		1	Al blocco note
Interruttore		1	Al blocco note
Motore spazzolato		1	Al blocco note
Schema 3.
Diodo Zener	5,6 V	1	Al blocco note
Diodo		1	Al blocco note
alimentatore	8-50 V	1

Tutti sanno che i LED necessitano di una corrente stabile per essere alimentati, altrimenti il loro cristallo non può resistere e collassa rapidamente. A questo scopo viene utilizzata la stabilizzazione della corrente: circuiti driver speciali o semplicemente resistori. Quest'ultimo metodo viene utilizzato più spesso, soprattutto nelle strisce LED, dove viene installato un resistore ogni 3 elementi LED. Ma i resistori non affrontano il loro compito di stabilizzazione in modo molto efficace, poiché, in primo luogo, si riscaldano (consumo energetico aggiuntivo) e, in secondo luogo, mantengono una determinata corrente in un intervallo di tensione ristretto, secondo la legge di Ohm.

Presentazione di un elemento radio di nuova generazione: un regolatore di corrente compatto per LED di OnSemi NSI45020AT1G. Il suo importante vantaggio è che è a due terminali e in miniatura, creato appositamente per il controllo dei LED a bassa potenza. Il dispositivo è realizzato in un contenitore SMD SOD-123 e fornisce una corrente stabile di 20 mA nel circuito, senza richiedere componenti esterni aggiuntivi. Un dispositivo così semplice e affidabile consente di creare soluzioni economiche per il controllo dei LED. Al suo interno è presente un circuito costituito da un transistor ad effetto di campo e da diversi componenti di cablaggio, naturalmente con relativi elementi di radioprotezione. Qualcosa come questo driver LED.

Il regolatore è collegato in serie al circuito LED, funziona con una tensione operativa massima di 45 V, fornisce una corrente nel circuito di 20 mA con una precisione di ±10% e dispone di protezione ESD integrata e protezione da inversione di polarità. All'aumentare della temperatura del controller, la corrente di uscita diminuirà. La caduta di tensione è di 0,5 V e la tensione di accensione è di 7,5 V.

Circuiti di collegamento dello stabilizzatore di corrente LED

Per garantire una corrente nel circuito superiore a 20 mA, è necessario collegare più regolatori in parallelo (2 regolatori - corrente 40 mA, 3 regolatori - corrente 60 mA, 5 regolatori - 100 mA).

Principali caratteristiche del regolatore NSI45020

Corrente regolabile 20±10% mA;
Tensione massima anodo-catodo 45 V;
Intervallo di temperatura operativa -55…+150°С;
L'alloggiamento SOD-123 è realizzato utilizzando la tecnologia senza piombo.

Aree di applicazione dello stabilizzatore NSI45020AT1G: pannelli luminosi, illuminazione decorativa, retroilluminazione del display. Nelle automobili, il regolatore di corrente è installato sulla retroilluminazione di specchietti, cruscotti e pulsanti. Viene utilizzato anche nelle strisce LED al posto dei resistori convenzionali, il che consente di collegare le strisce LED a sorgenti di tensioni diverse senza perdita di luminosità. La tensione di alimentazione di NSI45020 arriva fino a 45 V, l'uscita è stabile a 20 mA. È collegato in serie con una catena di LED, unica condizione: la somma delle cadute di tensione sui LED deve essere inferiore alla tensione di ingresso di almeno 0,7 V. In generale, la parte è utile, e se il prezzo per erano bassi, puoi tranquillamente acquistare un lotto e installarlo al posto dei resistori, per tutti i LED nei dispositivi e nelle strutture.

Stabilizzatore di corrente su un transistor. Circuiti stabilizzatori di corrente

Circuiti stabilizzatori di corrente per LED su transistor e microcircuiti

Per stabilizzare la corrente attraverso i LED è possibile utilizzare soluzioni note:

La Figura 1 mostra un diagramma il cui funzionamento è basato sul cosiddetto. inseguitore dell'emettitore. Un transistor collegato in questo modo tende a mantenere la tensione all'emettitore esattamente la stessa che alla base (l'unica differenza sarà la caduta di tensione attraverso la giunzione base-emettitore). Pertanto, fissando la tensione di base mediante un diodo zener, otteniamo una tensione fissa su R1.

I diodi convenzionali hanno una dipendenza molto debole della tensione diretta dalla corrente, quindi possono essere utilizzati al posto dei diodi Zener a bassa tensione difficili da trovare. Ecco due varianti di circuiti per transistor di diversa conduttività, in cui i diodi Zener sono sostituiti da due diodi convenzionali VD1, VD2:

La corrente attraverso i LED viene impostata selezionando il resistore R2. Il resistore R1 è selezionato in modo tale da raggiungere la sezione lineare della caratteristica I-V dei diodi (tenendo conto della corrente di base del transistor). Per un funzionamento stabile del transistor, la tensione di alimentazione dell'intero circuito non deve essere inferiore alla tensione totale di tutti i LED più circa 2-2,5 volt nella parte superiore.

Se ad esempio è necessario far arrivare una corrente di 30 mA attraverso 3 LED collegati in serie con una tensione diretta di 3,1 V, allora il circuito dovrà essere alimentato con una tensione di almeno 12 Volt. In questo caso, la resistenza del resistore dovrebbe essere di circa 20 Ohm, la potenza di dissipazione dovrebbe essere di 18 mW. Il transistor deve essere selezionato con una tensione massima Uke non inferiore alla tensione di alimentazione, ad esempio il comune S9014 (n-p-n).

La resistenza R1 dipenderà dal coefficiente. guadagno del transistor hfe e le caratteristiche corrente-tensione dei diodi. Per i diodi S9014 e 1N4148 saranno sufficienti 10 kOhm.

Usiamo lo stabilizzatore descritto per migliorare una delle lampade a LED descritte in questo articolo. Il diagramma migliorato sarebbe simile a questo:

Questa modifica può ridurre significativamente l'ondulazione di corrente e, di conseguenza, la luminosità dei LED. Ma il vantaggio principale del circuito è normalizzare la modalità operativa dei LED e proteggerli dai picchi di tensione durante l'accensione. Ciò porta ad un notevole allungamento della vita della lampada LED.

Dagli oscillogrammi si può vedere che aggiungendo uno stabilizzatore di corrente per il LED su un transistor e un diodo zener al circuito, abbiamo immediatamente ridotto più volte l'ampiezza dell'ondulazione:

Con i valori indicati nel diagramma, la potenza dissipata dal transistor è leggermente superiore a 0,5 W, il che rende possibile fare a meno del radiatore. Se la capacità del condensatore di zavorra viene aumentata a 1,2 μF, il transistor scenderà di ~23 Volt e la potenza sarà di circa 1 W. In questo caso non si può fare a meno del radiatore, ma le pulsazioni scenderanno quasi a zero.

Invece del transistor 2CS4544 indicato nello schema, puoi prendere 2SC2482 o uno simile con una corrente di collettore superiore a 100 mA e una tensione consentita Uke di almeno 300 V (ad esempio, sono adatti i vecchi KT940 sovietici, KT969) .

La corrente desiderata, come al solito, è impostata dal resistore R*. Il diodo zener è progettato per una tensione di 5,1 V e una potenza di 0,5 W. Come LED vengono utilizzati i comuni LED SMD delle lampadine cinesi (o meglio ancora, prendi una lampada già pronta e aggiungivi i componenti mancanti).

Consideriamo ora il diagramma presentato nella Figura 2. Eccolo separatamente:

Il sensore di corrente in questo caso è un resistore, la cui resistenza viene calcolata utilizzando la formula 0,6/Icarico. All'aumentare della corrente attraverso i LED, il transistor VT2 inizia ad aprirsi in modo più forte, il che porta a un blocco più forte del transistor VT1. La corrente diminuisce. In questo modo la corrente in uscita è stabilizzata.

Il vantaggio dello schema è la sua semplicità. Lo svantaggio è una caduta di tensione (e quindi di potenza) piuttosto elevata sul transistor VT1. Ciò non è fondamentale a basse correnti (decine e centinaia di milliampere), tuttavia, un ulteriore aumento della corrente attraverso i LED richiederà l'installazione di questo transistor su un radiatore.

È possibile eliminare questo inconveniente utilizzando un MOSFET a canale p con bassa resistenza drain-source invece di un transistor bipolare:

La corrente richiesta, come prima, viene impostata selezionando il resistore R1. VT1: qualsiasi a bassa potenza. Invece del potente IRL3705N, puoi prendere, ad esempio, IRF7210 (12A, 12V) o IRLML6402 (3,7A, 20V). Scopri tu stesso di quali correnti hai bisogno.

Il circuito stabilizzatore di corrente più semplice per LED su un transistor ad effetto di campo è costituito da un solo transistor con gate e source cortocircuitati:

Invece di KP303E, ad esempio, è adatto BF245C o uno simile con un canale integrato. Il principio di funzionamento è simile al diagramma della Figura 1, solo il potenziale di terra viene utilizzato come tensione di riferimento. L'entità della corrente di uscita è determinata esclusivamente dalla corrente di drain iniziale (presa dalla scheda tecnica) ed è praticamente indipendente dalla tensione drain-source Usi. Ciò può essere visto chiaramente dal grafico delle caratteristiche di uscita:

Nel diagramma della Figura 3, al circuito source viene aggiunto un resistore R1, che imposta una certa polarizzazione del gate inversa e consente quindi di modificare la corrente di drain (e quindi la corrente di carico).

Di seguito è presentato un esempio del driver di corrente più semplice per un LED:

Qui viene utilizzato un transistor ad effetto di campo con gate isolato e canale di tipo n BSS229 integrato. Il valore esatto della corrente di uscita dipenderà dalle caratteristiche del caso particolare e dalla resistenza R1.

Questi sono, in generale, tutti i modi per trasformare un transistor in uno stabilizzatore di corrente. Esiste anche un cosiddetto specchio di corrente, ma non è adatto per lampade a LED. Passiamo quindi ai microcircuiti.

Stabilizzatori di corrente sui microcircuiti

I microcircuiti consentono di ottenere prestazioni molto più elevate rispetto ai transistor. Molto spesso, per assemblare uno stabilizzatore di corrente per LED fai-da-te, vengono utilizzate sorgenti di tensione di riferimento termicamente stabili di precisione (TL431, LM317 e altre).

TL431

Un tipico circuito stabilizzatore di corrente per LED sul TL431 si presenta così:

Poiché il chip si comporta in modo tale da mantenere una tensione fissa sul resistore R2 di 2,5 V, la corrente che attraversa questo resistore sarà sempre pari a 2,5 / R2. E se trascuriamo la corrente di base, allora possiamo supporre che IRн = IR2. E quanto più alto è il guadagno del transistor hfe, tanto più queste correnti coincideranno.

R1 è calcolato in modo tale da garantire la corrente operativa minima del microcircuito - 1 mA.

Ed ecco un esempio di applicazione pratica del TL431 in una lampada a LED:

Il transistor scende di circa 20-30 V, la dissipazione di potenza è inferiore a 1,5 W. Oltre al 2SC4544 indicato nello schema potete utilizzare il BD711 oppure il vecchio sovietico KT940A. I transistor nel pacchetto TO-220 non richiedono l'installazione su un radiatore fino a potenze di 1,5-2 W incluse.

Il resistore R3 serve a limitare l'impulso di carica del condensatore quando l'alimentazione è accesa. La corrente attraverso il carico è impostata dal resistore R2.

Il carico Rn qui è di 90 LED con chip bianco LED2835. La potenza massima con una corrente di 60 mA è 0,2 W (24Lm), la caduta di tensione è 3,2 V.

Per aumentare la durata, la potenza dei diodi viene ridotta in modo speciale del 20% (0,16 W, corrente 45 mA), rispettivamente, la potenza totale di tutti i LED è di 14 W.

Naturalmente il suddetto circuito stabilizzatore di corrente per LED a 220 V può essere calcolato per qualsiasi corrente richiesta e/o altro numero di LED disponibili.

Tenendo conto della diffusione di tensione consentita di 220 Volt (vedere GOST 29322-2014), la tensione raddrizzata sul condensatore C1 sarà compresa tra 293 e 358 V, quindi deve essere progettata per una tensione di almeno 400 V.

In base all'intervallo delle tensioni di alimentazione, vengono calcolati i parametri dei restanti elementi del circuito.

Ad esempio, il resistore che imposta la modalità operativa del chip DA1 deve fornire una corrente di almeno 0,5 mA con una tensione su C1 = 293 V. Il numero massimo di LED non deve superare NLED< (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...

Qualsiasi stabilizzatore di tensione integrato può essere trasformato in uno stabilizzatore di corrente aggiungendo solo un resistore secondo lo schema:

È solo necessario tenere conto del fatto che, con questa connessione, la tensione di ingresso deve essere maggiore della tensione di stabilizzazione del microcircuito di una certa quantità (caduta di tensione sullo stabilizzatore stesso). Di solito è intorno ai 2-2,5 volt. Bene, ovviamente, aggiungi tensione al carico.

Ecco, ad esempio, un esempio specifico di uno stabilizzatore di corrente per LED basato su LM7812:

I parametri del circuito sono progettati per 10 diodi SMD 5730 con una tensione diretta di 3,3 volt su ciascuno. Consumo di corrente (corrente attraverso LED) - 300 mA. Potenza lampada ~10 Watt.

Puoi calcolare la resistenza e la potenza del resistore per altri valori di corrente utilizzando il semplice programma Regulator Design (download).

LM317

Non meno efficace è lo stabilizzatore di corrente lineare per LED basato su LM317. Schema di collegamento tipico:

Il più semplice circuito di connessione LM317 per LED, che consente di assemblare una lampada potente, è costituito da un raddrizzatore con filtro capacitivo, uno stabilizzatore di corrente e 93 LED SMD 5630. MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3,1 V, 400 mW, 5,3x3 mm).

Invece di una conclusione

La bassa efficienza è inaccettabile per i dispositivi alimentati da fonti di corrente autonome (lampade, torce elettriche, ecc.). Un aumento significativo dell'efficienza (90% o più) può essere ottenuto utilizzando stabilizzatori di corrente pulsata.

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Quando viene assemblato il primo alimentatore, viene preso il circuito più semplice, in modo che tutto funzioni di sicuro. Quando si riesce ad avviarlo e ad arrivare fino a 12 volt regolabili e una corrente inferiore a mezzo ampere, il radioamatore è pervaso dal significato della frase “E sarai felice!” Ma questa felicità non dura a lungo e presto diventa del tutto ovvio che l’alimentatore deve avere la capacità di regolare la corrente in uscita. Modificando un alimentatore esistente, questo è fattibile, ma è un po' problematico: sarebbe meglio assemblarne un altro, più “avanzato”. C'è un'opzione interessante. Per un alimentatore a bassa potenza, è possibile realizzare un attacco per regolare la corrente nell'intervallo da 20 mA al massimo che può fornire, secondo questo schema:

Ho assemblato un dispositivo del genere quasi un anno fa.

Uno stabilizzatore di corrente è una cosa davvero necessaria. Ad esempio, aiuterà a caricare qualsiasi batteria progettata per una tensione fino a 9 volt inclusi e, noto, a caricarla in modo efficiente. Ma chiaramente manca una testa di misurazione. Decido di modernizzare e smontare il mio prodotto fatto in casa nei suoi componenti, dove, forse, il componente più significativo è un resistore variabile PPB-15E con una resistenza massima di 33 Ohm.

La nuova custodia è orientata esclusivamente alle dimensioni dell'indicatore del registratore, che fungerà da milliamperometro.

Per fare ciò, “disegna” una nuova scala (ho scelto la corrente della deflessione completa dell'ago a 150 mA, ma puoi farlo al massimo).

Quindi viene posizionato uno shunt sul dispositivo di puntamento.

Lo shunt era costituito da una bobina di riscaldamento in nichelcromo con un diametro di 0,5 mm. Il transistor KT818 deve essere posizionato sul radiatore di raffreddamento.

La connessione (articolazione) del set-top box con l'alimentatore viene effettuata utilizzando una spina improvvisata integrata nel corpo, i cui pin sono presi da una normale spina di alimentazione, ad un'estremità della quale viene tagliata una filettatura M4, attraverso quale e due dadi ciascuno di essi è avvitato al corpo.

Immagine finale di ciò che è venuto fuori. Sicuramente una creazione più perfetta. Il LED svolge non solo una funzione di indicazione, ma anche parzialmente l'illuminazione della scala dello stabilizzatore di corrente. Con i migliori auguri, Babay.

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Stabilizzatori di corrente. Tipi e dispositivo. Funzionamento e applicazione

Gli stabilizzatori di corrente sono progettati per stabilizzare la corrente sul carico. La tensione sul carico dipende dalla sua resistenza. Gli stabilizzatori sono necessari per il funzionamento di vari dispositivi elettronici, come le lampade a scarica di gas.

Per una ricarica di alta qualità delle batterie sono necessari anche stabilizzatori di corrente. Sono utilizzati nei microcircuiti per regolare la corrente degli stadi di conversione e amplificazione. Nei microcircuiti svolgono il ruolo di generatore di corrente. Esistono sempre vari tipi di interferenze nei circuiti elettrici. Influenzano negativamente il funzionamento di elettrodomestici e dispositivi elettrici. Gli stabilizzatori attuali affrontano facilmente questo problema.

Una caratteristica distintiva degli stabilizzatori di corrente è la loro significativa resistenza di uscita. Ciò consente di escludere l'influenza della tensione di ingresso e della resistenza di carico sul valore di corrente all'uscita del dispositivo. Gli stabilizzatori di corrente mantengono la corrente di uscita entro determinati limiti variando la tensione in modo che la corrente che scorre attraverso il carico rimanga costante.

Dispositivo e principio di funzionamento

L'instabilità della corrente di carico è influenzata dal valore della resistenza e della tensione di ingresso. Considera un esempio in cui la resistenza di carico è costante e la tensione di ingresso aumenta. Aumenta anche la corrente di carico.

Di conseguenza, la corrente e la tensione attraverso le resistenze R1 e R2 aumenteranno. La tensione del diodo zener diventerà uguale alla somma delle tensioni delle resistenze R1, R2 e della giunzione base-emettitore VT1: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(b/e)

La tensione su VD1 non cambia quando cambia la tensione di ingresso. Di conseguenza, la corrente nella giunzione base-emettitore diminuirà e la resistenza tra i terminali emettitore-collettore aumenterà. La forza attuale sulla giunzione collettore-emettitore e la resistenza del carico inizieranno a diminuire, cioè torneranno al valore originale. In questo modo la corrente viene equalizzata e mantenuta allo stesso livello.

Consideriamo un circuito elementare che utilizza un transistor ad effetto di campo.

La corrente di carico passa attraverso R1. La corrente nel circuito: “+” della sorgente di tensione, drain-gate VT1, resistenza di carico, polo negativo della sorgente è molto insignificante, poiché il drain-gate è polarizzato nella direzione opposta.

La tensione su R1 è positiva: a sinistra “-”, a destra la tensione è uguale alla tensione del braccio destro della resistenza. Pertanto, la tensione di gate rispetto alla sorgente è negativa. Quando la resistenza del carico diminuisce, la corrente aumenta. Pertanto, la tensione di gate rispetto alla sorgente presenta una differenza ancora maggiore. Di conseguenza, il transistor si chiude più fortemente.

Man mano che il transistor si chiude maggiormente, la corrente di carico diminuirà e tornerà al valore iniziale.

Tipi di stabilizzatori di corrente

Esistono molti tipi diversi di stabilizzatori a seconda del loro scopo e del principio di funzionamento. Diamo uno sguardo più da vicino ai principali dispositivi di questo tipo.

Stabilizzatori di resistori

Nel caso elementare, il generatore di corrente può essere un circuito costituito da un alimentatore e una resistenza. Un circuito simile viene spesso utilizzato per collegare un LED che funziona come indicatore.

Tra gli svantaggi di un tale schema si può notare la necessità di utilizzare una fonte ad alta tensione. Solo in queste condizioni è possibile utilizzare un resistore ad alta resistenza e ottenere una buona stabilità di corrente. La resistenza dissipa potenza P = I 2 x R.

Stabilizzatori di transistor

Gli stabilizzatori montati sui transistor funzionano molto meglio.

È possibile regolare la caduta di tensione in modo che sia molto piccola. Ciò consente di ridurre le perdite con una buona stabilità della corrente di uscita. La resistenza all'uscita del transistor è molto alta. Questo circuito viene utilizzato per collegare LED o caricare batterie a bassa potenza.

La tensione attraverso il transistor è determinata dal diodo zener VD1. R2 svolge il ruolo di sensore di corrente e determina la corrente all'uscita dello stabilizzatore. All'aumentare della corrente, la caduta di tensione su questo resistore diventa maggiore. La tensione viene fornita all'emettitore del transistor. Di conseguenza, la tensione sulla giunzione base-emettitore, che è uguale alla differenza tra la tensione di base e la tensione dell'emettitore, diminuisce e la corrente ritorna al valore specificato.

Circuito specchio di corrente

I generatori di corrente funzionano in modo simile. Un circuito popolare per tali generatori è lo "specchio di corrente", in cui al posto del diodo zener viene utilizzato un transistor bipolare, o più precisamente, una giunzione dell'emettitore. Al posto della resistenza R2 viene utilizzata la resistenza dell'emettitore.

Stabilizzatori in campo

Il circuito che utilizza transistor ad effetto di campo è più semplice. Può utilizzare il potenziale di terra come stabilizzatore di tensione.

Dispositivi su un chip

Negli schemi passati sono presenti elementi di confronto e aggiustamento. Una struttura circuitale simile viene utilizzata durante la progettazione di dispositivi di equalizzazione della tensione. La differenza tra i dispositivi che stabilizzano corrente e tensione è che il segnale nel circuito di retroazione proviene da un sensore di corrente collegato al circuito di corrente di carico. Pertanto, per creare stabilizzatori di corrente, vengono utilizzati i popolari microcircuiti 142 EH 5 o LM 317.

Qui, il ruolo di un sensore di corrente è svolto dalla resistenza R1, sulla quale lo stabilizzatore mantiene una tensione e una corrente di carico costanti. Il valore della resistenza del sensore è notevolmente inferiore alla resistenza del carico. Una diminuzione della tensione sul sensore influisce sulla tensione di uscita dello stabilizzatore. Questo circuito si sposa bene con caricabatterie e LED.

Stabilizzatore di commutazione

Gli stabilizzatori di impulsi realizzati sulla base di interruttori hanno un'elevata efficienza. Sono in grado di creare un'alta tensione sul consumatore con una bassa tensione di ingresso. Questo circuito è assemblato su un chip MAX 771.

Le resistenze R1 e R2 svolgono il ruolo di divisori di tensione all'uscita del microcircuito. Se la tensione all'uscita del microcircuito diventa superiore al valore di riferimento, il microcircuito riduce la tensione di uscita e viceversa.

Se il circuito viene modificato in modo tale che il microcircuito reagisca e regoli la corrente di uscita, si ottiene una sorgente di corrente stabilizzata.

Quando la tensione su R3 scende al di sotto di 1,5 V, il circuito funge da stabilizzatore di tensione. Non appena la corrente di carico aumenta fino a un certo livello, la caduta di tensione sul resistore R3 aumenta e il circuito funge da stabilizzatore di corrente.

La resistenza R8 viene collegata in base al circuito quando la tensione supera i 16,5 V. La resistenza R3 imposta la corrente. Un aspetto negativo di questo circuito è la significativa caduta di tensione attraverso la resistenza di misurazione della corrente R3. Questo problema può essere risolto collegando un amplificatore operazionale per amplificare il segnale proveniente da R3.

Stabilizzatori di corrente per LED

Puoi realizzare tu stesso un dispositivo del genere utilizzando il microcircuito LM 317. Per fare ciò, resta solo da selezionare un resistore. Si consiglia di utilizzare per lo stabilizzatore il seguente alimentatore:

Blocco stampante 32 V.
Blocco portatile da 19 V.
Qualsiasi alimentatore da 12 V.

Il vantaggio di un tale dispositivo è il basso costo, la semplicità del design e la maggiore affidabilità. Non ha senso assemblare da soli un circuito complesso, è più facile acquistarlo.

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Circuito stabilizzatore di corrente

Contenuto:

Stabilizzatori di corrente a relè
Stabilizzatore Triac
Stabilizzatore di corrente ad alta frequenza
Dispositivi a larghezza di impulso
Stabilizzatore di corrente risonante
Stabilizzatore CA
Dispositivi di stabilizzazione per LED
Stabilizzatore di corrente regolabile
Stabilizzatori CC
Un semplice stabilizzatore di corrente composto da due transistor

Le reti elettriche operative contengono costantemente varie interferenze che hanno un impatto negativo sul funzionamento di dispositivi e apparecchiature. Un circuito stabilizzatore di corrente aiuta a far fronte efficacemente a questo problema. I dispositivi di stabilizzazione differiscono nelle caratteristiche tecniche e dipendono dalle fonti di alimentazione. Se la stabilizzazione attuale non è una priorità a casa, quando si utilizzano apparecchiature di misurazione, gli indicatori attuali devono essere stabili. I dispositivi basati su transistor ad effetto di campo sono particolarmente accurati. L'assenza di interferenze consente di ottenere risultati più affidabili dopo le misurazioni.

Struttura generale e principio di funzionamento

L'elemento principale di ogni stabilizzatore è un trasformatore. Il circuito più semplice è costituito da un ponte raddrizzatore collegato a condensatori e resistori. Ogni circuito utilizza elementi di diverso tipo, con capacità individuale e resistenza finale.

Il principio di funzionamento dello stabilizzatore è abbastanza semplice. Quando la corrente entra nel trasformatore, la sua frequenza limite cambia. All'ingresso, questo parametro coincide con la frequenza di rete ed è 50 Hz. Dopo aver eseguito la conversione di corrente, il valore della frequenza limite in uscita sarà già di 30 Hz. Durante il funzionamento dei raddrizzatori ad alta tensione, viene determinata la polarità della tensione. La stabilizzazione della corrente viene effettuata attraverso il funzionamento dei condensatori e la riduzione del rumore avviene con l'aiuto di resistori. Alla fine, all'uscita si forma nuovamente una tensione costante, che entra nel trasformatore con una frequenza non superiore a 30 Hz.

Tipi di stabilizzatori di corrente

In conformità con lo scopo previsto, sono stati sviluppati un gran numero di diversi tipi di dispositivi di stabilizzazione.

Stabilizzatori di corrente a relè. Il loro circuito è costituito da elementi standard, inclusi condensatori di compensazione. In questo caso, i raddrizzatori a ponte vengono installati all'inizio del circuito. Dovrebbe anche essere preso in considerazione un fattore come la presenza di due coppie di transistor nello stabilizzatore. La prima coppia è installata davanti al condensatore. Per questo motivo, la frequenza massima aumenta.

In uno stabilizzatore di questo tipo, la tensione di uscita sarà di circa 5 ampere. Un certo livello di resistenza nominale viene mantenuto utilizzando resistori. I modelli semplici utilizzano elementi a due canali. Si distinguono per un lungo processo di conversione, ma hanno un basso coefficiente di dissipazione.

Stabilizzatore triac LM317. Questo modello è ampiamente utilizzato in vari campi. Il suo elemento principale è un triac, con l'aiuto del quale la tensione massima nel dispositivo aumenta in modo significativo. Questo indicatore di uscita ha un valore di circa 12 V. Il sistema può resistere a una resistenza esterna fino a 3 ohm. Il coefficiente di livellamento viene aumentato utilizzando condensatori multicanale. I transistor di tipo aperto vengono utilizzati solo nei dispositivi ad alta tensione.

Il cambiamento di posizione è controllato variando la corrente nominale di uscita. Lo stabilizzatore di corrente LM317 può sopportare una resistenza differenziale fino a 5 ohm. Se si utilizzano strumenti di misura, questo valore deve essere almeno 6 ohm. Un potente trasformatore fornisce corrente continua all'induttore. Nel solito circuito viene installato immediatamente dopo il raddrizzatore. I ricevitori da 12 volt utilizzano resistori di tipo ballast, che riducono le oscillazioni nel circuito.

Stabilizzatore di corrente ad alta frequenza. Il suo elemento principale è il transistor KK20, caratterizzato da un processo di conversione accelerato. Ciò è facilitato cambiando la polarità in uscita. I condensatori che impostano la frequenza sono installati a coppie nel circuito. Il fronte dell'impulso in questo caso non dovrebbe essere superiore a 2 μs, altrimenti porterà a perdite dinamiche significative.

In alcuni circuiti, vengono utilizzati almeno tre potenti amplificatori per saturare i resistori. Per ridurre le perdite di calore, vengono utilizzati condensatori capacitivi. Il valore delle caratteristiche di velocità del transistor chiave dipende completamente dai parametri del divisore.

Stabilizzatori di larghezza di impulso. Gli stabilizzatori di questo tipo hanno un'induttanza dello starter abbastanza significativa, dovuta al rapido cambio del divisore. Questo circuito utilizza resistori a due canali che fanno passare la corrente in direzioni diverse, nonché condensatori capacitivi. Tutti questi elementi consentono di mantenere il valore massimo di resistenza in uscita entro 4 ohm. Il carico massimo che tali stabilizzatori possono sopportare è 3 A. Questi modelli sono usati raramente negli strumenti di misura. La dissipazione massima degli alimentatori in questo caso non deve essere superiore a 5 volt, il che consente di mantenere il valore standard del coefficiente di dissipazione.

Negli stabilizzatori di corrente di questo tipo, i transistor chiave non hanno caratteristiche di velocità molto elevate. Il motivo è la scarsa capacità dei resistori di bloccare la corrente proveniente dal raddrizzatore. Di conseguenza, un'interferenza di ampiezza elevata provoca una significativa perdita di calore. La neutralizzazione delle proprietà del trasformatore viene ridotta e porta a cadute di impulsi. La conversione di corrente viene effettuata solo attraverso il funzionamento di un resistore di zavorra installato direttamente dietro il ponte raddrizzatore. Uno stabilizzatore di larghezza di impulso utilizza molto raramente diodi a semiconduttore, poiché il fronte dell'impulso nel circuito non è superiore a 1 μs.

Stabilizzatore di corrente risonante. È costituito da piccoli condensatori e resistori con diverse resistenze. Una parte integrante di tali amplificatori sono i trasformatori. Un aumento dell'efficienza del dispositivo si ottiene utilizzando un gran numero di fusibili. Ciò porta ad un aumento delle caratteristiche dinamiche dei resistori. I transistor a bassa frequenza sono installati direttamente dietro i raddrizzatori. A condizione che vi sia una buona conduttività di corrente, il funzionamento dei condensatori diventa possibile a frequenze diverse.

Stabilizzatore CA. Di norma, viene utilizzato negli alimentatori con tensioni fino a 15 volt e ne costituisce parte integrante. Il valore massimo della resistenza esterna percepita dai dispositivi è di 4 ohm. La tensione CA media in ingresso sarà entro 13 V. In questo caso, il controllo sul livello del coefficiente di livellamento viene effettuato utilizzando condensatori aperti. Il design dei resistori ha un impatto diretto sul livello di ondulazione creato in uscita.

La corrente lineare massima per tali stabilizzatori è di 5 ampere. Di conseguenza, la resistenza differenziale avrà un valore di 5 ohm. La massima dissipazione di potenza consentita è in media 2 W. Ciò indica seri problemi con gli stabilizzatori CA con fronti di impulso. Ridurre le loro oscillazioni è possibile solo con l'aiuto dei raddrizzatori a ponte. I fusibili possono ridurre significativamente le perdite di calore.

Dispositivi di stabilizzazione per LED. In questo caso, gli stabilizzatori non dovrebbero avere troppa potenza. Il compito principale dello stabilizzatore di corrente è ridurre il più possibile la soglia di dissipazione. Per realizzare un tale stabilizzatore con le tue mani, vengono utilizzati due schemi principali. La prima opzione viene eseguita utilizzando i convertitori. Ciò consente di raggiungere in tutte le fasi una frequenza massima non superiore a 4 Hz, aumentando così significativamente le prestazioni del dispositivo.

Nel secondo caso vengono utilizzati elementi di rinforzo. Il compito principale è neutralizzare la corrente alternata. È possibile ridurre le perdite dinamiche utilizzando transistor ad alta tensione. L'eccessiva saturazione degli elementi viene superata dai condensatori di tipo aperto. Le prestazioni dei trasformatori sono garantite da resistori chiave. La loro posizione nel circuito è standard: direttamente dietro il ponte raddrizzatore.

Stabilizzatore di corrente regolabile. È richiesto principalmente nel campo della produzione industriale. Uno stabilizzatore regolabile consente di regolare dispositivi e apparecchiature modificando corrente e tensione. Molti modelli possono essere controllati a distanza utilizzando speciali controller montati all'interno dello stabilizzatore. Per tali dispositivi, la tensione CA massima è di circa 12 V. In questo caso, il livello di stabilizzazione deve essere di almeno 14 W. La tensione di soglia è direttamente correlata alla frequenza del dispositivo.

Per modificare il coefficiente di livellamento, nello stabilizzatore regolabile sono installati condensatori capacitivi. Questi dispositivi hanno buone prestazioni: la corrente massima è 4 A, la resistenza differenziale è 6 Ohm. Garantire la modalità di accelerazione continua viene eseguita da trasformatori di tipo chiave. La tensione viene fornita all'avvolgimento primario attraverso il catodo, la corrente di uscita viene bloccata a seconda del tipo di condensatori. I fusibili molto spesso non partecipano alla stabilizzazione del processo.

Stabilizzatori CC. Il loro lavoro si basa sul principio della doppia integrazione. Convertitori speciali sono responsabili di questo processo. Le caratteristiche dinamiche degli stabilizzatori vengono aumentate con l'aiuto di transistor a due canali. La significativa capacità dei condensatori consente di ridurre al minimo le perdite di calore. Gli indicatori di raddrizzamento sono determinati da calcoli precisi. Una tensione di uscita CC di 12 A corrisponde a un limite massimo di 5 Volt con una frequenza del dispositivo di 30 Hz.

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cxema.org - Tre circuiti di semplici regolatori di corrente

Tre circuiti di semplici regolatori di corrente

Sulla rete sono presenti numerosi circuiti regolatori di tensione per diversi scopi, ma con i regolatori di corrente le cose sono diverse. E voglio colmare un po' questa lacuna e presentarvi tre semplici circuiti di regolazione CC che vale la pena adottare, poiché sono universali e possono essere utilizzati in molti progetti fatti in casa.

In teoria, i regolatori di corrente non sono molto diversi dai regolatori di tensione. Non confondere i regolatori di corrente con gli stabilizzatori di corrente; a differenza dei primi, mantengono una corrente di uscita stabile indipendentemente dalla tensione di ingresso e dal carico di uscita.

Uno stabilizzatore di corrente è parte integrante di qualsiasi normale alimentatore o caricabatterie da laboratorio; è progettato per limitare la corrente fornita al carico. In questo articolo esamineremo un paio di stabilizzatori e un regolatore per uso generale.

In tutte e tre le opzioni, come sensore di corrente vengono utilizzati shunt, essenzialmente resistori a bassa resistenza. Per aumentare la corrente di uscita di uno qualsiasi dei circuiti elencati, sarà necessario ridurre la resistenza di shunt. Il valore di corrente richiesto viene impostato manualmente, solitamente ruotando un resistore variabile. Tutti e tre i circuiti funzionano in modalità lineare, il che significa che il transistor di potenza diventerà molto caldo sotto carichi pesanti.

Il primo schema è caratterizzato dalla massima semplicità e accessibilità dei componenti. Ci sono solo due transistor, uno è quello di controllo, il secondo è il transistor di potenza, attraverso il quale scorre la corrente principale.

Il sensore di corrente è un resistore a filo avvolto a bassa resistenza. Quando si collega un carico in uscita, ai capi di questo resistore si forma una certa caduta di tensione; più potente è il carico, maggiore è la caduta. Questa caduta di tensione è sufficiente per attivare il transistor di controllo; maggiore è la caduta, più il transistor è aperto. Il resistore R1 imposta la tensione di polarizzazione per il transistor di potenza, è grazie ad esso che il transistor principale è nello stato aperto. La limitazione di corrente si verifica a causa del fatto che la tensione alla base del transistor di potenza, che era formato dal resistore R1, in parole povere, viene smorzata o cortocircuitata verso la terra di potenza attraverso la giunzione aperta del transistor a bassa potenza, questo si chiuderà il transistor di potenza, pertanto, la corrente che lo attraversa diminuisce fino a zero.

Il resistore R1 è essenzialmente un normale partitore di tensione, con il quale possiamo impostare il grado di apertura del transistor di controllo, e quindi controllare il transistor di potenza limitando la corrente che lo attraversa.

Il secondo circuito è basato su un amplificatore operazionale. È stato utilizzato più volte nei caricabatterie per batterie per auto. A differenza della prima opzione, questo circuito è uno stabilizzatore di corrente.

Come nel primo circuito, c'è anche un sensore di corrente (shunt), l'amplificatore operazionale registra la caduta di tensione attraverso questo shunt, il tutto secondo il circuito a noi già familiare. L'amplificatore operazionale confronta la tensione sullo shunt con la tensione di riferimento, impostata dal diodo zener. Con un resistore variabile modifichiamo artificialmente la tensione di riferimento. L'amplificatore operazionale, a sua volta, proverà a bilanciare la tensione agli ingressi modificando la tensione di uscita.

L'uscita dell'amplificatore operazionale pilota un transistor ad effetto di campo ad alta potenza. Cioè, il principio di funzionamento non è molto diverso dal primo circuito, tranne per il fatto che esiste una sorgente di tensione di riferimento realizzata su un diodo zener.

Questo circuito funziona anche in modalità lineare e il transistor di potenza diventa molto caldo sotto carichi pesanti.

L'ultimo circuito si basa sul popolare circuito integrato stabilizzatore LM317. Questo è uno stabilizzatore di tensione lineare, ma è possibile utilizzare il microcircuito come stabilizzatore di corrente.

La corrente richiesta è impostata da un resistore variabile. Lo svantaggio del circuito è che la corrente principale scorre proprio attraverso il resistore precedentemente indicato e naturalmente ne occorre uno potente; l'utilizzo di resistori a filo avvolto è altamente auspicabile.

La corrente massima consentita per il microcircuito LM317 è 1,5 A, può essere aumentata con un transistor di potenza aggiuntivo. In questo caso, il microcircuito fungerà già da chip di controllo, quindi non si riscalderà, ma il transistor si riscalderà e non c'è scampo da esso.

Un breve video

Circuiti stampati

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Stabilizzatori di corrente

Contenuto:

Struttura generale e principio di funzionamento
Stabilizzatore di corrente a diodi
Stabilizzatore di corrente su due transistor
Video: stabilizzatore fai-da-te su LM2576

In ogni rete elettrica si verificano periodicamente interferenze che influiscono negativamente sui parametri standard di corrente e tensione. Questo problema viene risolto con successo con l'aiuto di vari dispositivi, tra i quali gli stabilizzatori attuali sono molto popolari ed efficaci. Hanno varie caratteristiche tecniche, che ne consentono l'utilizzo in combinazione con qualsiasi apparecchio e apparecchiatura elettrica domestica. Requisiti speciali si applicano alle apparecchiature di misurazione che richiedono una tensione stabile.

Struttura generale e principio di funzionamento degli stabilizzatori di corrente

La conoscenza dei principi di base del funzionamento degli stabilizzatori attuali contribuisce all'uso più efficace di questi dispositivi. Le reti elettriche sono letteralmente sature di varie interferenze che influiscono negativamente sul funzionamento degli elettrodomestici e delle apparecchiature elettriche. Per superare gli effetti negativi, viene utilizzato un semplice circuito stabilizzatore di tensione e corrente.

Ogni stabilizzatore ha un elemento principale: un trasformatore, che garantisce il funzionamento dell'intero sistema. Il circuito più semplice prevede un ponte raddrizzatore collegato a vari tipi di condensatori e resistori. I loro parametri principali sono la capacità individuale e la resistenza finale.

Lo stesso stabilizzatore di corrente funziona secondo uno schema molto semplice. Quando la corrente entra nel trasformatore, la sua frequenza limite cambia. All'ingresso coinciderà con la frequenza della rete elettrica e sarà di 50 Hz. Una volta completate tutte le conversioni attuali, la frequenza di uscita massima scenderà a 30 Hz. Il circuito di conversione prevede raddrizzatori ad alta tensione, con l'aiuto dei quali viene determinata la polarità della tensione. I condensatori sono direttamente coinvolti nella stabilizzazione della corrente e i resistori riducono le interferenze.

Stabilizzatore di corrente a diodi

Molti progetti di apparecchi di illuminazione contengono stabilizzatori a diodi, meglio conosciuti come stabilizzatori di corrente per LED. Come tutti i tipi di diodi, i LED hanno una caratteristica corrente-tensione non lineare. Cioè, quando la tensione sul LED cambia, si verifica una variazione sproporzionata della corrente.

All'aumentare della tensione, inizialmente si osserva un aumento molto lento della corrente, di conseguenza il LED non si accende. Poi, quando la tensione raggiunge un valore di soglia, la luce inizia ad essere emessa e la corrente aumenta molto rapidamente. Un ulteriore aumento della tensione porta ad un aumento catastrofico della corrente e alla combustione del LED. Il valore della tensione di soglia si riflette nelle caratteristiche tecniche delle sorgenti luminose a LED.

I LED ad alta potenza richiedono l'installazione di un dissipatore di calore, poiché il loro funzionamento è accompagnato dal rilascio di una grande quantità di calore. Inoltre, richiedono uno stabilizzatore di corrente abbastanza potente. Il corretto funzionamento dei LED è assicurato anche da dispositivi stabilizzatori. Ciò è dovuto alla forte dispersione della tensione di soglia anche per sorgenti luminose dello stesso tipo. Se due di questi LED sono collegati in parallelo alla stessa sorgente di tensione, attraverso di essi passeranno correnti di diversa entità. La differenza può essere così significativa che uno dei LED si brucerà immediatamente.

Pertanto, non è consigliabile accendere sorgenti luminose a LED senza stabilizzatori. Questi dispositivi impostano la corrente su un valore prestabilito senza tenere conto della tensione applicata al circuito. I dispositivi più moderni includono uno stabilizzatore a due terminali per LED, utilizzato per creare soluzioni economiche per il controllo dei LED. È costituito da un transistor ad effetto di campo, parti di reggiatura e altri elementi radio.

Circuiti stabilizzatori di corrente per ROLL

Questo circuito funziona stabilmente utilizzando elementi come KR142EN12 o LM317. Sono stabilizzatori di tensione regolabili che funzionano con corrente fino a 1,5 A e tensione in ingresso fino a 40 V. In condizioni termiche normali, questi dispositivi sono in grado di dissipare una potenza fino a 10W. Questi chip hanno un basso autoconsumo di circa 8 mA. Questo indicatore rimane invariato anche con una corrente variabile che passa attraverso il ROLL e una tensione di ingresso modificata.

L'elemento LM317 è in grado di mantenere una tensione costante attraverso il resistore principale, che viene regolata entro determinati limiti utilizzando un resistore di regolazione. Il resistore principale con resistenza costante garantisce la stabilità della corrente che lo attraversa, per questo è noto anche come resistore di regolazione della corrente.

Lo stabilizzatore ROLL è semplice e può essere utilizzato come carico elettronico, ricarica di batterie e altre applicazioni.

Stabilizzatore di corrente su due transistor

Grazie alla loro struttura semplice, nei circuiti elettronici vengono spesso utilizzati stabilizzatori con due transistor. Il loro principale svantaggio è considerato la corrente non del tutto stabile nei carichi a tensioni variabili. Se non sono richieste caratteristiche di corrente elevata, questo dispositivo di stabilizzazione è abbastanza adatto per risolvere molti problemi semplici.

Oltre a due transistor, il circuito stabilizzatore contiene un resistore di impostazione della corrente. Quando la corrente aumenta su uno dei transistor (VT2), la tensione ai capi del resistore di impostazione della corrente aumenta. Sotto l'influenza di questa tensione (0,5-0,6 V), un altro transistor (VT1) inizia ad aprirsi. Quando questo transistor si apre, un altro transistor: VT2 inizia a chiudersi. Di conseguenza, la quantità di corrente che lo attraversa diminuisce.

Un transistor bipolare viene utilizzato come VT2, ma se necessario è possibile creare uno stabilizzatore di corrente regolabile utilizzando un transistor ad effetto di campo MOSFET utilizzato come diodo zener. La sua selezione si basa su una tensione di 8-15 volt. Questo elemento viene utilizzato quando la tensione di alimentazione è troppo elevata, sotto l'influenza della quale il gate nel transistor ad effetto di campo può rompersi. I diodi zener MOSFET più potenti sono progettati per tensioni più elevate: 20 volt o più. L'apertura di tali diodi zener avviene con una tensione di gate minima di 2 volt. Di conseguenza, si verifica un aumento della tensione, garantendo il normale funzionamento del circuito stabilizzatore di corrente.

Regolatore CC regolabile

A volte sono necessari stabilizzatori di corrente con la capacità di regolazione su un ampio intervallo. Alcuni circuiti possono utilizzare un resistore di impostazione della corrente con caratteristiche ridotte. In questo caso è necessario utilizzare un amplificatore di errore basato su un amplificatore operazionale.

Con l'aiuto di un resistore di impostazione della corrente, la tensione nell'altro resistore viene amplificata. Questa condizione è chiamata tensione di errore avanzata. Utilizzando un amplificatore di riferimento, vengono confrontati i parametri della tensione di riferimento e della tensione di errore, dopodiché viene regolato lo stato del transistor ad effetto di campo.

Questo circuito richiede un'alimentazione separata, che viene fornita a un connettore separato. La tensione di alimentazione deve garantire il normale funzionamento di tutti i componenti del circuito e non superare un livello sufficiente a provocare la rottura del transistor ad effetto di campo. La corretta configurazione del circuito richiede l'impostazione del cursore del resistore variabile nella posizione più alta. Utilizzando un resistore di regolazione, viene impostato il valore di corrente massimo. Pertanto, il resistore variabile consente di regolare la corrente da zero al valore massimo impostato durante il processo di configurazione.

Potente stabilizzatore di corrente impulsiva

Un'ampia gamma di correnti e carichi di alimentazione non è sempre il requisito principale per gli stabilizzatori. In alcuni casi viene data importanza decisiva all'elevata efficienza del dispositivo. Questo problema viene risolto con successo da un microcircuito stabilizzatore di corrente impulsiva, che sostituisce gli stabilizzatori di compensazione. Dispositivi di questo tipo consentono di creare alta tensione attraverso il carico anche in presenza di una bassa tensione di ingresso.

Inoltre, è presente uno stabilizzatore di corrente boost di tipo a impulsi. Vengono utilizzati insieme a carichi la cui tensione di alimentazione supera la tensione di ingresso del dispositivo stabilizzatore. Due resistori utilizzati nel microcircuito vengono utilizzati come divisori di tensione di uscita, con l'aiuto dei quali la tensione di ingresso e di uscita diminuisce o aumenta alternativamente.

Stabilizzatore su LM2576

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Stabilizzatore di corrente su un transistor

Contenuto:

Assemblare uno stabilizzatore di corrente da due transistor

Durante il funzionamento delle reti elettriche, sorge costantemente la necessità di stabilizzazione della corrente. Questa procedura viene eseguita utilizzando dispositivi speciali, che includono uno stabilizzatore di corrente su un transistor. Sono ampiamente utilizzati in vari dispositivi elettronici, nonché nella ricarica di batterie di tutti i tipi. Gli stabilizzatori vengono utilizzati nei circuiti integrati come generatori di corrente, creando stadi di conversione e amplificazione.

Gli stabilizzatori di corrente convenzionali hanno un'elevata resistenza di uscita, eliminando così l'influenza della resistenza di carico e dei fattori di tensione di ingresso sulla corrente di uscita. Lo svantaggio principale di questi dispositivi è la necessità di utilizzare un'alimentazione ad alta tensione. In questo caso, la stabilità della corrente si ottiene utilizzando resistori ad alta resistenza. Pertanto, la potenza generata dal resistore (P = I2 x R) a valori di corrente elevati potrebbe diventare inaccettabile per il normale funzionamento del sistema. Gli stabilizzatori di corrente basati su transistor, che svolgono le loro funzioni indipendentemente dalla tensione di ingresso, si sono dimostrati molto migliori.

Un semplice stabilizzatore di corrente su un transistor

I dispositivi più semplici sono considerati stabilizzatori a diodi. Grazie a loro, i circuiti elettrici sono notevolmente semplificati, il che porta ad una riduzione del costo complessivo dei dispositivi. Il funzionamento dei circuiti diventa più stabile e affidabile. Queste qualità hanno reso gli stabilizzatori a diodi semplicemente indispensabili per fornire alimentazione ai LED. L'intervallo di tensione in cui possono funzionare normalmente è 1,8-100 volt. Ciò consente di superare variazioni di tensione pulsate e continue.

Pertanto, la luminosità dei LED può avere luminosità e sfumature diverse, a seconda della corrente che scorre nel circuito. Molte di queste lampade collegate in serie funzionano in modalità normale con la partecipazione di un solo diodo stabilizzatore. Questo circuito può essere facilmente convertito, a seconda del numero di LED e della tensione di alimentazione. La corrente richiesta è impostata da stabilizzatori collegati in parallelo al circuito LED.

Tali stabilizzatori sono installati in molti progetti di lampade a LED, incluso uno stabilizzatore di corrente basato su un transistor bipolare. Ciò è dovuto alle proprietà dei LED, che hanno una caratteristica corrente-tensione non lineare. Cioè, quando la tensione cambia attraverso il LED, la corrente cambia in modo sproporzionato. Con un aumento graduale della tensione, inizialmente si osserva un aumento molto lento della corrente e il LED non si accende. Dopo che la tensione raggiunge un valore di soglia, appare la luce e allo stesso tempo si osserva un aumento molto rapido della corrente.

Se la tensione continua ad aumentare, si verifica un aumento critico della corrente, che porta alla bruciatura del LED. Pertanto tra le caratteristiche delle sorgenti luminose a LED è sempre indicato il valore della tensione di soglia. I LED ad alta potenza generano molto calore e devono essere collegati a speciali dissipatori di calore.

A causa dell'ampia variazione della tensione di soglia, tutti i LED devono essere collegati alla fonte di alimentazione tramite uno stabilizzatore. Anche i LED dello stesso tipo possono avere tensioni dirette diverse. Pertanto, quando due sorgenti luminose sono collegate in parallelo, le attraversano correnti diverse. La differenza può essere così grande che uno dei LED si guasta prematuramente o si brucia immediatamente.

Utilizzando uno stabilizzatore, il LED viene impostato su un determinato valore di corrente, indipendentemente dalla tensione applicata al circuito. Quando la tensione supera il livello di soglia, la corrente, raggiunto il valore desiderato, non varia ulteriormente. Aumentando ulteriormente la tensione, questa rimane invariata sul LED, ma aumenta solo sullo stabilizzatore.

Stabilizzatore di corrente su un circuito a transistor ad effetto di campo

Le sovratensioni molto spesso portano al guasto di apparecchi elettrici, dispositivi e altre apparecchiature. Per prevenire il verificarsi di tali situazioni, vengono utilizzati vari dispositivi stabilizzatori. Tra questi, gli stabilizzatori di corrente basati su transistor ad effetto di campo sono molto popolari, garantendo un funzionamento stabile delle apparecchiature elettriche. Nella vita di tutti i giorni viene spesso utilizzato uno stabilizzatore DC fai-da-te, il cui circuito consente di risolvere i problemi di base.

La funzione principale di questi dispositivi è compensare le cadute di tensione e le sovratensioni nella rete. Gli stabilizzatori mantengono automaticamente i parametri attuali specificati con precisione. Oltre ai picchi di corrente, vengono compensate le variazioni della potenza del carico e della temperatura ambiente. Ad esempio, se aumenta la potenza consumata dall'apparecchiatura, aumenterà corrispondentemente il consumo corrente. Di norma, ciò porta ad una caduta di tensione tra la resistenza dei fili e la sorgente di corrente.

Tra i tanti dispositivi di stabilizzazione, il più affidabile è considerato un circuito stabilizzatore di corrente di campo, in cui il transistor è collegato in serie alla resistenza di carico. Ciò provoca solo piccole variazioni nella corrente di carico, mentre il valore della tensione di ingresso cambia costantemente.

Per sapere come funzionano tali stabilizzatori, è necessario conoscere la struttura e il principio di funzionamento dei transistor ad effetto di campo. Questi elementi sono controllati da un campo elettrico, da qui il loro nome. Il campo elettrico stesso nasce sotto l'influenza della tensione applicata, pertanto tutti i transistor ad effetto di campo sono dispositivi a semiconduttore che funzionano sotto il controllo di una tensione che apre i canali di questi dispositivi.

Un transistor ad effetto di campo è costituito da tre elettrodi: source, drain e gate. Le particelle cariche entrano attraverso la sorgente ed escono attraverso lo scarico. La chiusura o l'apertura del flusso di particelle viene effettuata mediante un otturatore che funge da rubinetto. Le particelle cariche fluiranno solo se la tensione deve essere applicata tra lo scarico e la sorgente. Se non c'è tensione, non ci sarà corrente nel canale. Pertanto, maggiore è la tensione applicata, maggiore sarà l'apertura del rubinetto. Per questo motivo, la corrente nel canale tra drain e source aumenta e la resistenza del canale diminuisce. Per gli alimentatori, i transistor ad effetto di campo funzionano in modalità interruttore, garantendo la completa apertura o chiusura del canale.

Queste proprietà consentono di calcolare uno stabilizzatore di corrente su un transistor, che garantisce che i parametri attuali siano mantenuti ad un certo livello. L'uso di transistor ad effetto di campo determina anche il principio di funzionamento di tale stabilizzatore. Tutti sanno che ogni sorgente di corrente ideale ha una FEM tendente all'infinito e anche una resistenza interna infinitamente grande. Ciò consente di ottenere una corrente con i parametri richiesti, indipendentemente dalla resistenza del carico.

In una sorgente così ideale si forma una corrente che rimane allo stesso livello nonostante i cambiamenti nella resistenza del carico. Mantenere la corrente a un livello costante richiede un cambiamento costante nell'entità della forza elettromagnetica nell'intervallo sopra lo zero e verso l'infinito. Cioè, la resistenza del carico e la FEM devono cambiare in modo tale che la corrente rimanga stabilmente allo stesso livello.

Tuttavia, in pratica, un microcircuito stabilizzatore di corrente così ideale non sarà in grado di fornire tutte le qualità necessarie. Ciò è dovuto al fatto che l'intervallo di tensione sul carico è molto limitato e non supporta il livello di corrente richiesto. In condizioni reali, le sorgenti di corrente e di tensione vengono utilizzate insieme. Un esempio è una rete regolare con una tensione di 220 volt, nonché altre fonti sotto forma di batterie, generatori, alimentatori e altri dispositivi che generano elettricità. A ciascuno di essi possono essere collegati in serie stabilizzatori di corrente che utilizzano transistor ad effetto di campo. Le uscite di questi dispositivi sono essenzialmente sorgenti di corrente con i parametri richiesti.

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