Vzdelávací článok o stabilizátoroch prúdu LED a ďalších. Uvažujú sa schémy lineárnych a impulzných stabilizátorov prúdu.

Prúdový stabilizátor pre LED je inštalovaný v mnohých prevedeniach svietidiel. LED diódy, rovnako ako všetky diódy, majú nelineárnu charakteristiku prúdového napätia. To znamená, že keď sa napätie na LED zmení, prúd sa neúmerne zmení. Keď sa napätie zvyšuje, prúd sa najprv zvyšuje veľmi pomaly a LED sa nerozsvieti. Potom, keď sa dosiahne prahové napätie, LED začne svietiť a prúd sa veľmi rýchlo zvýši. Pri ďalšom zvyšovaní napätia sa prúd katastrofálne zvyšuje a LED sa spáli.

Prahové napätie je indikované v charakteristikách LED ako dopredné napätie pri menovitom prúde. Menovitý prúd pre väčšinu LED diód s nízkym výkonom je 20 mA. Pre vysokovýkonné LED osvetlenie môže byť prúdový výkon vyšší - 350 mA alebo viac. Mimochodom, vysokovýkonné LED diódy generujú teplo a musia byť inštalované na chladiči.

Aby LED dióda fungovala správne, musí byť napájaná cez stabilizátor prúdu. Prečo? Faktom je, že prahové napätie LED sa mení. Rôzne typy LED diód majú rôzne priepustné napätie, dokonca aj LED rovnakého typu majú rôzne priepustné napätie - to je uvedené v charakteristike LED ako minimálne a maximálne hodnoty. V dôsledku toho budú dve LED diódy pripojené k rovnakému zdroju napätia v paralelnom obvode prechádzať rôznymi prúdmi. Tento prúd môže byť taký odlišný, že LED môže zlyhať skôr alebo okamžite vyhorieť. Okrem toho má stabilizátor napätia aj drift parametrov (od primárnej úrovne výkonu, od záťaže, od teploty, jednoducho v čase). Preto je nežiaduce zapínať LED diódy bez zariadení na vyrovnávanie prúdu. Zvažujú sa rôzne spôsoby vyrovnávania prúdu. Tento článok pojednáva o zariadeniach, ktoré nastavujú veľmi špecifické, špecifikované prúdové stabilizátory.

Typy stabilizátorov prúdu

Prúdový stabilizátor nastavuje daný prúd cez LED bez ohľadu na napätie aplikované na obvod. Keď sa napätie na obvode zvýši nad prahovú úroveň, prúd dosiahne nastavenú hodnotu a ďalej sa nemení. S ďalším zvýšením celkového napätia sa napätie na LED prestane meniť a napätie na stabilizátore prúdu sa zvýši.

Pretože napätie na LED je určené jeho parametrami a je vo všeobecnosti nezmenené, môže sa súčasný stabilizátor nazývať aj stabilizátor výkonu LED. V najjednoduchšom prípade je aktívny výkon (teplo) generovaný zariadením rozdelený medzi LED a stabilizátor v pomere k napätiu na nich. Takýto stabilizátor sa nazýva lineárny. Existujú aj ekonomickejšie zariadenia - prúdové stabilizátory založené na impulznom meniči (kľúčový konvertor alebo konvertor). Nazývajú sa pulzné, pretože čerpajú energiu do seba po častiach – pulzoch, podľa potreby spotrebiteľa. Správny pulzný menič spotrebúva energiu nepretržite, interne ju prenáša v impulzoch zo vstupného obvodu do výstupného obvodu a opäť nepretržite dodáva energiu do záťaže.

Lineárny stabilizátor prúdu

Lineárny stabilizátor prúdu sa zahrieva, čím viac je naň aplikované napätie. Toto je jeho hlavná nevýhoda. Má však množstvo výhod, napr.

• Lineárny stabilizátor nevytvára elektromagnetické rušenie
• Dizajnovo jednoduchý
• Nízke náklady vo väčšine aplikácií

Keďže spínací menič nie je nikdy úplne účinný, existujú aplikácie, kde má lineárny regulátor porovnateľnú alebo dokonca väčšiu účinnosť – keď je vstupné napätie len o málo vyššie ako napätie LED. Mimochodom, pri napájaní zo siete sa často používa transformátor, na výstupe ktorého je inštalovaný lineárny stabilizátor prúdu. To znamená, že najprv sa napätie zníži na úroveň porovnateľnú s napätím na LED a potom sa pomocou lineárneho stabilizátora nastaví požadovaný prúd.

V inom prípade môžete napätie LED priblížiť k napájaciemu napätiu - LED diódy zapojte do sériového reťazca. Napätie na reťazi sa bude rovnať súčtu napätí na každej LED.

Obvody lineárnych stabilizátorov prúdu

Najjednoduchší obvod stabilizátora prúdu je založený na jednom tranzistore (obvod „a“). Keďže tranzistor je prúdový zosilňovač, jeho výstupný prúd (kolektorový prúd) je h 21-krát väčší ako riadiaci prúd (základný prúd) (zosilnenie). Základný prúd je možné nastaviť pomocou batérie a odporu, alebo pomocou zenerovej diódy a odporu (obvod "b"). Takýto obvod je však náročný na konfiguráciu, výsledný stabilizátor bude závisieť od teploty, navyše tranzistory majú široké spektrum parametrov a pri výmene tranzistora bude treba opäť zvoliť prúd. Obvod so spätnou väzbou „c“ a „d“ funguje oveľa lepšie. Rezistor R v obvode funguje ako spätná väzba - so zvyšovaním prúdu sa zvyšuje napätie na rezistore, čím sa tranzistor vypne a prúd klesá. Obvod "d" pri použití tranzistorov rovnakého typu má väčšiu teplotnú stabilitu a schopnosť čo najviac znížiť hodnotu odporu, čo znižuje minimálne napätie stabilizátora a uvoľnenie výkonu na rezistore R.

Prúdový stabilizátor môže byť vyrobený na báze tranzistora s efektom poľa s p-n prechodom (obvod "d"). Napätie zdroja brány nastavuje odberový prúd. Pri nulovom napätí hradlového zdroja sa prúd cez tranzistor rovná počiatočnému odberovému prúdu špecifikovanému v dokumentácii. Minimálne prevádzkové napätie takéhoto stabilizátora prúdu závisí od tranzistora a dosahuje 3 volty. Niektorí výrobcovia elektronických komponentov vyrábajú špeciálne zariadenia - hotové stabilizátory s pevným prúdom, zostavené podľa nasledujúcej schémy - CRD (Current Regulating Devices) alebo CCR (Constant Current Regulator). Niektorí ľudia to nazývajú diódovým stabilizátorom, pretože pri spätnom prepnutí funguje ako dióda.

Firma On Semiconductor vyrába napríklad lineárny stabilizátor radu NSIxxx, ktorý má dva vývody a pre zvýšenie spoľahlivosti má negatívny teplotný koeficient - so stúpajúcou teplotou klesá prúd cez LED.

Prúdový stabilizátor založený na impulznom meniči je svojou konštrukciou veľmi podobný stabilizátoru napätia založeným na impulznom meniči, ale neriadi napätie na záťaži, ale prúd cez záťaž. Keď prúd v záťaži klesá, napumpuje výkon a keď sa zvýši, zníži ho. Medzi najbežnejšie obvody impulzných meničov patrí reaktívny prvok - tlmivka, ktorá sa pomocou spínača (spínača) čerpá časťami energie zo vstupného obvodu (zo vstupnej kapacity) a následne ju prenáša do záťaže. . Okrem zjavnej výhody úspory energie majú pulzné meniče množstvo nevýhod, ktoré je potrebné prekonať rôznymi obvodovými a konštrukčnými riešeniami:

• Spínací menič vytvára elektrické a elektromagnetické rušenie
• Zvyčajne má zložitú štruktúru
• Nemá absolútnu účinnosť, to znamená, že plytvá energiou na vlastnú prácu a zohrieva sa
• Najčastejšie má vyššie náklady v porovnaní napríklad s transformátorom a lineárnymi zariadeniami

Keďže úspory energie sú v mnohých aplikáciách rozhodujúce, dizajnéri komponentov a obvodov sa snažia znížiť vplyv týchto nevýhod a často sa im to podarí.

Obvody meniča impulzov

Keďže prúdový stabilizátor je založený na impulznom meniči, uvažujme o základných obvodoch impulzných meničov. Každý impulzný menič má kľúč, prvok, ktorý môže byť len v dvoch stavoch – zapnutý a vypnutý. Keď je kľúč vypnutý, nevedie prúd, a preto sa naň neuvoľňuje žiadna energia. Keď je spínač zapnutý, vedie prúd, ale má veľmi nízky odpor (ideálne sa rovná nule), preto sa na ňom uvoľňuje energia takmer nulová. Spínač teda môže prenášať časti energie zo vstupného obvodu do výstupného obvodu prakticky bez straty výkonu. Avšak namiesto stabilného prúdu, ktorý je možné získať z lineárneho napájacieho zdroja, bude výstupom takéhoto spínača impulzné napätie a prúd. Aby ste opäť získali stabilné napätie a prúd, môžete nainštalovať filter.

Pomocou bežného RC filtra môžete získať výsledok, ale účinnosť takéhoto prevodníka nebude lepšia ako lineárna, pretože všetok prebytočný výkon sa uvoľní pri aktívnom odpore odporu. Ale ak namiesto RC - LC použijete filter (obvod "b"), potom sa vďaka "špecifickým" vlastnostiam indukčnosti dá vyhnúť stratám výkonu. Indukčnosť má užitočnú reaktívnu vlastnosť - prúd cez ňu sa postupne zvyšuje, elektrická energia, ktorá sa jej dodáva, sa premieňa na magnetickú energiu a hromadí sa v jadre. Po vypnutí vypínača prúd v indukčnosti nezmizne, napätie na indukčnosti zmení polaritu a pokračuje v nabíjaní výstupného kondenzátora, indukčnosť sa stáva zdrojom prúdu cez obtokovú diódu D. Táto indukčnosť, určená na prenos výkon, sa nazýva tlmivka. Prúd v induktore správne fungujúceho zariadenia je neustále prítomný - takzvaný nepretržitý režim alebo režim nepretržitého prúdu (v západnej literatúre sa tento režim nazýva režim konštantného prúdu - CCM). Keď sa záťažový prúd zníži, napätie na takomto prevodníku sa zvýši, energia nahromadená v induktore sa zníži a zariadenie môže prejsť do prerušovaného prevádzkového režimu, keď sa prúd v induktore stane prerušovaným. Tento režim prevádzky výrazne zvyšuje úroveň rušenia generovaného zariadením. Niektoré meniče pracujú v hraničnom režime, keď sa prúd cez induktor blíži k nule (v západnej literatúre sa tento režim nazýva Border Current Mode - BCM). V každom prípade cez tlmivku preteká výrazný jednosmerný prúd, ktorý vedie k magnetizácii jadra, a preto je tlmivka vyrobená v špeciálnej konštrukcii - s prerušením alebo s použitím špeciálnych magnetických materiálov.

Stabilizátor na báze impulzného meniča má zariadenie, ktoré reguluje činnosť kľúča v závislosti od zaťaženia. Stabilizátor napätia registruje napätie na záťaži a mení činnosť spínača (obvod „a“). Prúdový stabilizátor meria prúd cez záťaž, napríklad pomocou malého meracieho odporu Ri (schéma „b“) zapojeného do série so záťažou.

Spínač meniča v závislosti od signálu regulátora je zapnutý s rôznym pracovným cyklom. Existujú dva bežné spôsoby ovládania kľúča – pulzne šírková modulácia (PWM) a prúdový režim. V režime PWM chybový signál riadi trvanie impulzov pri zachovaní frekvencie opakovania. V prúdovom režime sa meria špičkový prúd v induktore a mení sa interval medzi impulzmi.

Moderné spínacie meniče zvyčajne používajú ako spínač MOSFET tranzistor.

Buck prevodník

Verzia meniča, o ktorej sme hovorili vyššie, sa nazýva menič so znížením tlaku, pretože napätie na záťaži je vždy nižšie ako napätie zdroja energie.

Keďže tlmivkou neustále tečie jednosmerný prúd, možno znížiť požiadavky na výstupný kondenzátor, tlmivka s výstupným kondenzátorom pôsobí ako efektívny LC filter. V niektorých obvodoch stabilizátora prúdu, napríklad pre LED diódy, nemusí byť výstupný kondenzátor vôbec. V západnej literatúre sa konvertor babiek nazýva konvertor babiek.

Boost konvertor

Obvod spínacieho regulátora nižšie funguje tiež na báze tlmivky, ale tlmivka je vždy pripojená na výstup napájacieho zdroja. Keď je spínač otvorený, prúd prúdi cez induktor a diódu do záťaže. Keď sa spínač zatvorí, induktor akumuluje energiu, keď sa spínač otvorí, EMF vznikajúce na jeho svorkách sa pridá k EMF zdroja energie a napätie na záťaži sa zvýši.

Na rozdiel od predchádzajúceho obvodu sa výstupný kondenzátor nabíja prerušovaným prúdom, preto musí byť výstupný kondenzátor veľký a môže byť potrebný ďalší filter. V západnej literatúre sa buck-boost konvertor nazýva Boost konvertor.

Invertujúci prevodník

Ďalší obvod impulzného meniča funguje podobne - keď je spínač zatvorený, induktor akumuluje energiu, keď sa spínač otvorí, EMF vznikajúce na jeho svorkách bude mať opačné znamienko a na záťaži sa objaví záporné napätie;

Rovnako ako v predchádzajúcom obvode je výstupný kondenzátor nabíjaný prerušovaným prúdom, preto musí byť výstupný kondenzátor veľký a môže byť potrebný ďalší filter. V západnej literatúre sa invertujúci prevodník nazýva Buck-Boost prevodník.

Dopredné a spätné prevodníky

Najčastejšie sa napájacie zdroje vyrábajú podľa schémy, ktorá používa transformátor. Transformátor poskytuje galvanické oddelenie sekundárneho okruhu od zdroja energie, navyše účinnosť napájacieho zdroja založeného na takýchto obvodoch môže dosiahnuť 98% alebo viac. Dopredný menič (obvod „a“) ​​prenáša energiu zo zdroja do záťaže v momente, keď je spínač zapnutý. V skutočnosti ide o upravený znižovací prevodník. Flyback menič (obvod "b") prenáša energiu zo zdroja do záťaže počas vypnutého stavu.

V doprednom konvertore funguje transformátor normálne a energia je uložená v induktore. V skutočnosti ide o generátor impulzov s LC filtrom na výstupe. Flyback konvertor uchováva energiu v transformátore. To znamená, že transformátor kombinuje vlastnosti transformátora a tlmivky, čo vytvára určité ťažkosti pri výbere jeho konštrukcie.

V západnej literatúre sa dopredný konvertor nazýva dopredný konvertor. Flyback konvertor.

Použitie impulzného meniča ako stabilizátora prúdu

Väčšina spínaných zdrojov sa vyrába so stabilizáciou výstupného napätia. Typické obvody takýchto napájacích zdrojov, najmä výkonných, majú okrem spätnej väzby výstupného napätia obvod na riadenie prúdu pre kľúčový prvok, napríklad nízkoodporový odpor. Toto ovládanie vám umožňuje zabezpečiť prevádzkový režim škrtiacej klapky. Najjednoduchšie prúdové stabilizátory využívajú tento ovládací prvok na stabilizáciu výstupného prúdu. Preto sa súčasný stabilizátor ukazuje ešte jednoduchší ako stabilizátor napätia.

Zoberme si obvod stabilizátora impulzného prúdu pre LED založenú na mikroobvode od známeho výrobcu elektronických komponentov On Semiconductor:

Obvod konvertora pracuje v režime trvalého prúdu s externým spínačom. Obvod bol vybraný z mnohých iných, pretože ukazuje, aký jednoduchý a efektívny môže byť obvod regulátora spínacieho prúdu s cudzím spínačom. Vo vyššie uvedenom obvode riadi riadiaci čip IC1 činnosť MOSFET spínača Q1. Keďže prevodník pracuje v režime trvalého prúdu, nie je potrebné inštalovať výstupný kondenzátor. V mnohých obvodoch je v obvode zdroja spínača inštalovaný prúdový snímač, čo však znižuje rýchlosť zapínania tranzistora. Vo vyššie uvedenom obvode je prúdový snímač R4 inštalovaný v primárnom silovom obvode, čo vedie k jednoduchému a efektívnemu obvodu. Kľúč pracuje na frekvencii 700 kHz, čo umožňuje inštaláciu kompaktnej tlmivky. S výstupným výkonom 7 wattov, vstupným napätím 12 voltov pri prevádzke pri 700 mA (3 LED diódy) je účinnosť zariadenia viac ako 95 %. Okruh pracuje stabilne až do 15 wattov výstupného výkonu bez použitia dodatočných opatrení na odvod tepla.

Ešte jednoduchší obvod sa získa pomocou čipov stabilizátora kľúča so vstavaným kľúčom. Napríklad obvod kľúčového stabilizátora prúdu LED založený na mikroobvode /CAT4201:

Na prevádzku zariadenia s výkonom až 7 Wattov je potrebných iba 8 komponentov vrátane samotného čipu. Spínací regulátor pracuje v režime hraničného prúdu a na svoju činnosť vyžaduje malý výstupný keramický kondenzátor. Rezistor R3 je potrebný pri napájaní 24 V alebo vyšším, aby sa znížila rýchlosť nárastu vstupného napätia, hoci to trochu znižuje účinnosť zariadenia. Pracovná frekvencia presahuje 200 kHz a mení sa v závislosti od zaťaženia a vstupného napätia. Je to spôsobené spôsobom regulácie - monitorovaním špičkového prúdu induktora. Keď prúd dosiahne maximálnu hodnotu, spínač sa otvorí, keď prúd klesne na nulu, zapne sa. Účinnosť zariadenia dosahuje 94%.

Je známe, že jas LED veľmi závisí od prúdu, ktorý ňou preteká. Súčasne prúd LED veľmi ostro závisí od napájacieho napätia. Výsledkom je viditeľné vlnenie jasu aj pri miernej nestabilite napájania.

Ale zvlnenie nie je desivé, čo je oveľa horšie, že najmenšie zvýšenie napájacieho napätia môže viesť k takému silnému zvýšeniu prúdu cez LED, že jednoducho vyhoria.

Aby sa tomu zabránilo, LED diódy (najmä výkonné) sú zvyčajne napájané cez špeciálne obvody - ovládače, ktoré sú v podstate stabilizátormi prúdu. Tento článok sa bude zaoberať obvodmi jednoduchých stabilizátorov prúdu pre LED diódy (na tranzistoroch alebo bežných mikroobvodoch).

Existujú aj veľmi podobné LED diódy - SMD 5730 (bez 1 v názve). Majú výkon iba 0,5 W a maximálny prúd 0,18 A. Takže sa nenechajte zmiasť.

Pretože keď sú LED zapojené do série, celkové napätie sa bude rovnať súčtu napätí na každej z LED, minimálne napájacie napätie obvodu by malo byť: Upit = 2,5 + 12 + (3,3 x 10) = 47,5 voltov .

Pomocou jednoduchého programu Regulator Design (na stiahnutie) môžete vypočítať odpor a výkon rezistora pre iné hodnoty prúdu.

Je zrejmé, že čím vyššie je výstupné napätie stabilizátora, tým viac tepla sa bude generovať na rezistore s nastavením prúdu, a preto bude účinnosť horšia. Preto je pre naše účely LM7805 lepší ako LM7812.

LM317

Lineárny stabilizátor prúdu pre LED založené na LM317 nie je menej účinný. Typická schéma zapojenia:

Najjednoduchší pripojovací obvod LM317 pre LED diódy, ktorý vám umožňuje zostaviť výkonnú lampu, pozostáva z usmerňovača s kapacitným filtrom, stabilizátora prúdu a 93 LED diód SMD 5630. Tu sa používa MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3,1 V, 400 mW, 5,3x3 mm).

Ak nie je potrebná taká veľká girlanda LED, potom budete musieť k ovládaču LM317 pridať predradný odpor alebo kondenzátor na napájanie LED (na potlačenie nadmerného napätia). Veľmi podrobne sme diskutovali o tom, ako to urobiť.

Nevýhodou takéhoto súčasného riadiaceho obvodu pre LED je to, že keď sa napätie v sieti zvýši nad 235 voltov, LM317 bude mimo konštrukčného prevádzkového režimu a keď klesne na ~ 208 voltov a menej, mikroobvod úplne prestane stabilizovať. a hĺbka zvlnenia bude úplne závisieť od nádoby C1.

Preto by sa takáto lampa mala používať tam, kde je napätie viac-menej stabilné. A nemali by ste šetriť na kapacite tohto kondenzátora. Diódový mostík môže byť hotový (napríklad miniatúrny MB6S) alebo zostavený z vhodných diód (U arr. min. 400 V, priepustný prúd >= 100 mA). Vyššie spomenuté sú dokonalé 1N4007.

Ako vidíte, obvod je jednoduchý a neobsahuje žiadne drahé komponenty. Tu sú aktuálne ceny (a pravdepodobne budú naďalej klesať):

názov	vlastnosti	cena
SMD 5630	LED, 3,3V, 0,15A, 0,5W	240 rubľov. / 1000 ks.
LM317	1,25-37V, >1,5A	112 rubľov. / 10 kusov.
MB6S	600V, 0,5A	67 rub. / 20ks.
120μF, 400V	18 x 30 mm	560 rubľov. / 10 kusov.

Tým, že utratíte celkovo 1 000 rubľov, môžete zhromaždiť tucet 30-wattových (!!!) neblikavých (!!!) žiaroviek. A keďže LED diódy nefungujú na plný výkon a jediný elektrolyt sa neprehrieva, tieto lampy vydržia prakticky navždy.

Namiesto záveru

Nevýhody obvodov uvedených v článku zahŕňajú nízku účinnosť v dôsledku plytvania energiou na ovládacie prvky. To je však typické pre všetky lineárne stabilizátory prúdu.

Nízka účinnosť je neprijateľná pre zariadenia napájané autonómnymi zdrojmi prúdu (lampy, baterky atď.). Použitím je možné dosiahnuť výrazné zvýšenie účinnosti (90 % a viac).

Predmetné polovodičové zariadenie je navrhnuté tak, aby stabilizovalo prúd na požadovanej úrovni, má nízke náklady a umožňuje zjednodušiť vývoj obvodov pre mnohé elektronické zariadenia. Pokúsim sa trochu doplniť nedostatok informácií o jednoduchých obvodových riešeniach pre stabilizátory jednosmerného prúdu.

Trochu teórie

Ideálny zdroj prúdu má nekonečne veľké EMF a nekonečne veľký vnútorný odpor, čo umožňuje získať požadovaný prúd v obvode nezávisle od odporu záťaže.

Zváženie teoretických predpokladov o parametroch zdroja prúdu pomáha pochopiť definíciu ideálneho zdroja prúdu. Prúd produkovaný ideálnym zdrojom prúdu zostáva konštantný, keď sa odpor záťaže mení zo skratu na nekonečno. Aby sa aktuálna hodnota udržala nezmenená, hodnota emf sa mení od hodnoty, ktorá sa nerovná nule, po nekonečno. Vlastnosť zdroja prúdu, ktorá vám umožňuje získať stabilnú hodnotu prúdu: keď sa zmení odpor záťaže, EMF zdroja prúdu sa zmení tak, že aktuálna hodnota zostane konštantná.

Skutočné zdroje prúdu udržiavajú prúd na požadovanej úrovni v obmedzenom rozsahu napätia vytváraného na záťaži a obmedzenom odpore záťaže. Uvažuje sa o ideálnom zdroji a skutočný zdroj prúdu môže pracovať pri nulovom zaťažovacom odpore. Režim zopnutia výstupu prúdového zdroja nie je výnimkou alebo ťažko realizovateľnou funkciou prúdového zdroja, je to jeden z prevádzkových režimov, do ktorých sa prístroj pri náhodnom skrate výstupu bezbolestne prepne a prepne prevádzkový režim s odporom zaťaženia väčším ako nula.

V spojení so zdrojom napätia sa používa skutočný zdroj prúdu. 220 voltová 50 Hz sieť, laboratórny zdroj, batéria, benzínový generátor, solárna batéria - zdroje napätia, ktoré dodávajú spotrebiteľovi elektrickú energiu. S jedným z nich je sériovo zapojený stabilizátor prúdu. Výstup takéhoto zariadenia sa považuje za zdroj prúdu.

Najjednoduchší stabilizátor prúdu je dvojsvorkový komponent, ktorý obmedzuje ním pretekajúci prúd na veľkosť a presnosť zodpovedajúcu údajom výrobcu. Takéto polovodičové zariadenie má vo väčšine prípadov puzdro, ktoré sa podobá dióde s nízkym výkonom. Pre ich vonkajšiu podobnosť a prítomnosť iba dvoch svoriek sú komponenty tejto triedy často uvádzané v literatúre ako stabilizátory diódového prúdu. Vnútorný obvod neobsahuje diódy;

Príklady diódových stabilizátorov prúdu

Diódové stabilizátory prúdu vyrábajú mnohí výrobcovia polovodičov.

1N5296 Výrobcovia: Microsemi a CDI Stabilizačný prúd 0,91mA ± 10% Minimálne napätie na svorkách v stabilizačnom režime 1,29 V Maximálne impulzné napätie 100 V
E-103 Výrobca Semitec Stabilizačný prúd 10 mA ± 10 % Minimálne napätie na svorkách v stabilizačnom režime 4,2V
L-2227 Výrobca Semitec Stabilizačný prúd 25 mA ± 10 % Minimálne napätie na kolíkoch v stabilizačnom režime 4V Maximálne impulzné napätie 50 V

Od teórie k praxi

Použitie diódových stabilizátorov prúdu zjednodušuje elektrické obvody a znižuje náklady na zariadenia. Použitie diódových stabilizátorov prúdu je atraktívne nielen pre svoju jednoduchosť, ale aj pre zvýšenie stability vyvíjaných zariadení. Jeden polovodič tejto triedy v závislosti od typu zabezpečuje stabilizáciu prúdu na úrovni od 0,22 do 30 miliampérov. Názvy týchto polovodičových zariadení podľa GOST a označenia obvodov sa nepodarilo nájsť. V schémach článku sme museli použiť označenie konvenčnej diódy.

Po pripojení k napájaciemu obvodu LED diódový stabilizátor zabezpečuje požadovaný režim a spoľahlivú prevádzku. Jednou z vlastností diódového stabilizátora prúdu je prevádzka v rozsahu napätia od 1,8 do 100 voltov, čo umožňuje chrániť LED pred zlyhaním pri vystavení impulzným a dlhodobým zmenám napätia. Jas a odtieň LED žiary závisí od pretekajúceho prúdu. Jeden stabilizátor prúdu diódy môže zabezpečiť prevádzku pre niekoľko LED zapojených do série, ako je znázornené na obrázku.

Tento obvod sa dá ľahko previesť v závislosti od LED diód a napájacieho napätia. Jeden alebo viac paralelne zapojených diódových stabilizátorov prúdu v obvode LED nastaví prúd LED a počet LED závisí od rozsahu zmien napájacieho napätia.

Pomocou diódových zdrojov prúdu môžete postaviť indikátor alebo osvetľovacie zariadenie určené na napájanie z jednosmerného napätia. Vďaka napájaniu so stabilným prúdom bude mať svetelný zdroj stálu svietivosť aj pri kolísaní napájacieho napätia.

Použitie rezistora v obvode LED indikátora napájacieho napätia jednosmerného motora stroja na vŕtanie dosiek plošných spojov viedlo k rýchlemu zlyhaniu LED. Použitie diódového stabilizátora prúdu umožnilo získať spoľahlivú prevádzku indikátora. Diódové stabilizátory prúdu môžu byť zapojené paralelne. Požadovaný režim výkonu záťaže je možné získať zmenou typu alebo paralelným zapnutím požadovaného počtu týchto zariadení.

Pri napájaní LED vedú optočleny cez odporové zvlnenie napájacieho napätia obvodu k kolísaniu jasu superponovaným na prednej strane obdĺžnikového impulzu. Použitie diódového stabilizátora prúdu v napájacom obvode LED, ktorý je súčasťou optočlena, umožňuje znížiť skreslenie digitálneho signálu prenášaného cez optočlen a zvýšiť spoľahlivosť informačného kanála.

Použitie diódového stabilizátora prúdu, ktorý nastavuje prevádzkový režim zenerovej diódy, umožňuje vyvinúť jednoduchý zdroj referenčného napätia. Pri zmene napájacieho prúdu o 10 percent sa napätie na zenerovej dióde zmení o 0,2 percenta a keďže je prúd stabilný, pri zmene iných faktorov je stabilná aj hodnota referenčného napätia.

Vplyv zvlnenia napájacieho napätia na výstupné referenčné napätie sa zníži o 100 decibelov.

Vnútorný okruh

Charakteristika prúdového napätia pomáha pochopiť fungovanie diódového stabilizátora prúdu. Stabilizačný režim začína, keď napätie na svorkách zariadenia presiahne približne dva volty. Pri napätí nad 100 voltov dochádza k poruche. Skutočný stabilizačný prúd sa môže líšiť od menovitého prúdu až o desať percent. Keď sa napätie zmení z 2 na 100 voltov, stabilizačný prúd sa zmení o 5 percent. Diódové stabilizátory prúdu vyrábané niektorými výrobcami menia stabilizačný prúd pri zmene napätia až o 20 percent. Čím vyšší je stabilizačný prúd, tým väčšia je odchýlka pri zvyšovaní napätia. Paralelné pripojenie piatich zariadení navrhnutých pre prúd 2 miliampéry umožňuje získať vyššie parametre ako zariadenie s menovitým prúdom 10 miliampérov. Keďže minimálne stabilizačné napätie prúdu klesá, rozsah napätia, v ktorom stabilizátor pracuje, sa zvyšuje.

Základom obvodu diódového stabilizátora prúdu je tranzistor s efektom poľa s p-n prechodom. Napätie zdroja brány určuje odberový prúd. Keď je napätie medzi hradlom a zdrojom nulové, prúd cez tranzistor sa rovná počiatočnému prúdu kolektora, ktorý tečie, keď je napätie medzi kolektorom a zdrojom väčšie ako saturačné napätie. Preto pre normálnu prevádzku stabilizátora prúdu diódy musí byť napätie privedené na svorky väčšie ako určitá hodnota od 1 do 3 voltov.

Tranzistor s efektom poľa má veľký rozptyl v počiatočnom odberovom prúde, túto hodnotu nemožno presne predpovedať. Lacné diódové stabilizátory prúdu sú prúdovo vybrané tranzistory s efektom poľa, v ktorých je hradlo pripojené k zdroju.

Pri zmene polarity napätia sa diódový stabilizátor prúdu zmení na bežnú diódu. Táto vlastnosť je spôsobená skutočnosťou, že p-n prechod tranzistora s efektom poľa je predpätý dopredu a prúd preteká obvodom hradlo-odvod. Maximálny spätný prúd niektorých stabilizátorov prúdu diód môže dosiahnuť 100 miliampérov.

Zdroj prúdu 0,5A alebo viac

Na stabilizáciu prúdov 0,5-5 ampérov alebo viac je použiteľný obvod, ktorého hlavným prvkom je výkonný tranzistor. Diódový stabilizátor prúdu stabilizuje napätie na odpore 180 Ohm a je založený na tranzistore KT818. Zmena odporu R1 z 0,2 na 10 ohmov zmení prúd dodávaný do záťaže. Pomocou tohto obvodu je možné získať prúd obmedzený maximálnym prúdom tranzistora alebo maximálnym prúdom napájacieho zdroja. Použitie diódového stabilizátora prúdu s čo najvyšším menovitým stabilizačným prúdom zlepšuje stabilitu výstupného prúdu obvodu, no netreba zabúdať ani na minimálne možné pracovné napätie diódového stabilizátora prúdu. Zmena odporu R1 o 1-2 Ohmy výrazne mení hodnotu výstupného prúdu obvodu. Tento odpor musí mať veľký tepelný výkon, zmena odporu vplyvom zahrievania spôsobí odchýlku výstupného prúdu od nastavenej hodnoty. Rezistor R1 je lepšie zostaviť z niekoľkých paralelne zapojených výkonných rezistorov. Rezistory použité v obvode musia mať minimálnu odchýlku odporu pri zmene teploty. Pri stavbe regulovateľného zdroja stabilného prúdu alebo pre jemné doladenie výstupného prúdu je možné 180 Ohmový odpor nahradiť variabilným. Pre zlepšenie stability prúdu je tranzistor KT818 zosilnený druhým tranzistorom s nižším výkonom. Tranzistory sú zapojené podľa zloženého tranzistorového obvodu. Pri použití kompozitného tranzistora sa zvyšuje minimálne stabilizačné napätie.

Tento obvod je možné použiť na napájanie solenoidov, elektromagnetov, vinutí krokových motorov, pri galvanickom pokovovaní, na nabíjanie batérií a iné účely. Tranzistor musí byť nainštalovaný na radiátore. Konštrukcia zariadenia musí zabezpečiť dobrý odvod tepla.

Ak rozpočet projektu umožňuje zvýšiť náklady o 1-2 rubľov a konštrukcia zariadenia umožňuje zväčšenie plochy dosky s plošnými spojmi, potom pomocou paralelnej kombinácie stabilizátorov diódového prúdu možno zlepšiť parametre vyvíjaného zariadenia. Paralelne zapojených 5 komponentov 1N5305 stabilizuje prúd na 10 miliampérov, ako komponent CDLL257, ale minimálne prevádzkové napätie v prípade piatich 1N5305 bude 1,85 voltov, čo je dôležité pre obvody s napájacím napätím 3,3 alebo 5 voltov. . Medzi pozitívne vlastnosti 1N5305 patrí aj cenová dostupnosť oproti zariadeniam od výrobcu Semitec. Zapojenie skupiny prúdových stabilizátorov paralelne namiesto jedného umožňuje znížiť zahrievanie vyvíjaného zariadenia a posunúť hornú hranicu teplotného rozsahu.

Zvýšenie prevádzkového napätia

Na použitie diódových stabilizátorov prúdu pri napätiach vyšších ako je prierazné napätie sa jedna alebo viac zenerových diód zapojí do série a rozsah napätia diódového obmedzovača prúdu sa posunie o mieru stabilizácie napätia zenerovou diódou. Obvod možno použiť na približné určenie, či bola prekročená prahová hodnota napätia.

Nebolo možné nájsť domáce analógy zahraničných stabilizátorov prúdu diód. Pravdepodobne sa časom situácia s domácimi diódovými stabilizátormi prúdu zmení.

Literatúra:
L. A. Bessonov. Teoretické základy elektrotechniky. Elektrické obvody. 2000 g
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cclm0035-5750.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/other/ec051semiconductora.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cld_application_notes.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/ALL_SMD_CLD_curves.pdf
http://www.centralsemi.com/product/smd/select/diodes/CLD.aspx
http://www.datasheetarchive.com/CA500-datasheet.html

Zoznam rádioelementov

Označenie	Typ	Denominácia	Množstvo	Poznámka	Obchod	Môj poznámkový blok
	Schéma 1.
	Dióda		1			Do poznámkového bloku
	Dióda vyžarujúca svetlo		5			Do poznámkového bloku
	pohonná jednotka	24 V	1			Do poznámkového bloku
	Schéma 2
	Diódový mostík		1			Do poznámkového bloku
	Dióda		1			Do poznámkového bloku
	Dióda vyžarujúca svetlo		1			Do poznámkového bloku
	Elektrolytický kondenzátor		1			Do poznámkového bloku
	Transformátor		1			Do poznámkového bloku
	Prepínač		1			Do poznámkového bloku
	Kartáčovaný motor		1			Do poznámkového bloku
	Schéma 3
	Zenerova dióda	5,6 V	1			Do poznámkového bloku
	Dióda		1			Do poznámkového bloku
	pohonná jednotka	8-50 V	1

Každý vie, že LED diódy vyžadujú stabilný prúd na napájanie, inak ich kryštál nevydrží a rýchlo sa zrúti. Na tento účel sa používa stabilizácia prúdu - špeciálne obvody vodiča alebo jednoducho odpory. Posledná metóda sa používa najčastejšie, najmä v LED pásoch, kde je inštalovaný jeden rezistor na každé 3 LED prvky. Rezistory však svoju stabilizačnú úlohu nezvládajú veľmi efektívne, pretože sa po prvé zahrievajú (nadmerná spotreba energie) a po druhé udržiavajú daný prúd v úzkom rozsahu napätia - podľa Ohmovho zákona.

Predstavujeme rádiový prvok novej generácie - kompaktný regulátor prúdu pre LED od OnSemi NSI45020AT1G. Jeho dôležitou výhodou je, že je dvojkoncový a miniatúrny, vytvorený špeciálne na ovládanie LED diód s nízkou spotrebou. Zariadenie je vyrobené v puzdre SMD SOD-123 a poskytuje stabilný prúd 20 mA v obvode bez potreby ďalších externých komponentov. Takéto jednoduché a spoľahlivé zariadenie vám umožňuje vytvárať lacné riešenia na ovládanie LED diód. V jeho vnútri sa nachádza obvod pozostávajúci z tranzistora s efektom poľa a niekoľkých káblových častí, samozrejme so sprievodnými prvkami rádiovej ochrany. Niečo ako tento LED ovládač.

Regulátor je zapojený sériovo do LED obvodu, pracuje s maximálnym pracovným napätím 45 V, poskytuje prúd v obvode 20 mA s presnosťou ±10%, má zabudovanú ESD ochranu a ochranu proti prepólovaniu. Keď sa teplota regulátora zvýši, výstupný prúd sa zníži. Pokles napätia je 0,5 V a napätie pri zapnutí je 7,5 V.

Obvody pripojenia stabilizátora prúdu LED

Na zabezpečenie prúdu v obvode väčšieho ako 20 mA je potrebné zapojiť paralelne niekoľko regulátorov (2 regulátory - prúd 40 mA, 3 regulátory - prúd 60 mA, 5 regulátorov - 100 mA).

Hlavné charakteristiky regulátora NSI45020

• Nastaviteľný prúd 20±10% mA;
• Maximálne napätie anóda-katóda 45 V;
• Rozsah prevádzkových teplôt -55…+150°С;
• Kryt SOD-123 je vyrobený bezolovnatou technológiou.

Oblasti použitia stabilizátora NSI45020AT1G: svetelné panely, dekoratívne osvetlenie, podsvietenie displeja. V automobiloch je regulátor prúdu inštalovaný na podsvietenie zrkadiel, prístrojových dosiek a tlačidiel. Používa sa aj v LED pásoch namiesto bežných rezistorov, čo umožňuje pripojiť LED pásy k zdrojom rôznych napätí bez straty jasu. Napájacie napätie NSI45020 je do 45 V, výstup je stabilných 20 mA. Je zapojený do série s reťazou LED, jediná podmienka: súčet úbytkov napätia na LED musí byť menší ako vstupné napätie aspoň o 0,7 V. Vo všeobecnosti je diel užitočný a ak je cena za boli nízke, môžete si bezpečne kúpiť dávku a nainštalovať ju namiesto rezistorov pre všetky LED v zariadeniach a štruktúrach.

Prúdový stabilizátor na tranzistore. Obvody stabilizátorov prúdu

Obvody stabilizátora prúdu pre LED na tranzistoroch a mikroobvodoch

Je známe, že jas LED veľmi závisí od prúdu, ktorý ňou preteká. Súčasne prúd LED veľmi ostro závisí od napájacieho napätia. Výsledkom je viditeľné vlnenie jasu aj pri miernej nestabilite napájania.

Ale zvlnenie nie je desivé, čo je oveľa horšie, že najmenšie zvýšenie napájacieho napätia môže viesť k takému silnému zvýšeniu prúdu cez LED, že jednoducho vyhoria.

Aby sa tomu zabránilo, LED diódy (najmä výkonné) sú zvyčajne napájané cez špeciálne obvody - ovládače, ktoré sú v podstate stabilizátormi prúdu. Tento článok sa bude zaoberať obvodmi jednoduchých stabilizátorov prúdu pre LED diódy (na tranzistoroch alebo bežných mikroobvodoch).

Na stabilizáciu prúdu cez LED môžete použiť známe riešenia:

Na obrázku 1 je znázornená schéma, ktorej činnosť je založená na tzv. sledovač vysielača. Takto zapojený tranzistor má tendenciu udržiavať napätie na emitore presne také isté ako na báze (jediný rozdiel bude v úbytku napätia na prechode báza-emitor). Fixáciou základného napätia pomocou zenerovej diódy teda získame pevné napätie na R1.

Bežné diódy majú veľmi slabú závislosť priepustného napätia od prúdu, preto sa dajú použiť namiesto ťažko dostupných nízkonapäťových zenerových diód. Tu sú dva varianty obvodov pre tranzistory s rôznymi vodivosťami, v ktorých sú zenerové diódy nahradené dvoma konvenčnými diódami VD1, VD2:

Prúd cez LED sa nastavuje výberom odporu R2. Rezistor R1 je zvolený tak, aby dosiahol lineárny úsek I-V charakteristiky diód (berúc do úvahy prúd bázy tranzistora). Napájacie napätie celého obvodu nesmie byť menšie ako celkové napätie všetkých LED plus asi 2-2,5 voltov navrchu pre stabilnú prevádzku tranzistora.

Napríklad, ak potrebujete získať prúd 30 mA cez 3 LED zapojené do série s predným napätím 3,1 V, potom by mal byť obvod napájaný napätím najmenej 12 voltov. V tomto prípade by mal byť odpor odporu asi 20 Ohmov, rozptylový výkon by mal byť 18 mW. Tranzistor by mal byť vybraný s maximálnym napätím Uke nie nižším ako napájacie napätie, napríklad bežný S9014 (n-p-n).

Odpor R1 bude závisieť od koeficientu. zosilnenie tranzistora hfe a prúdovo-napäťové charakteristiky diód. Pre diódy S9014 a 1N4148 bude stačiť 10 kOhm.

Opísaným stabilizátorom vylepšíme jednu z LED svietidiel opísaných v tomto článku. Vylepšený diagram by vyzeral takto:

Táto úprava môže výrazne znížiť zvlnenie prúdu a následne aj jas LED diód. Hlavnou výhodou obvodu je však normalizácia prevádzkového režimu LED diód a ich ochrana pred prepätím napätia počas zapínania. To vedie k výraznému predĺženiu životnosti LED svietidla.

Z oscilogramov je zrejmé, že pridaním stabilizátora prúdu pre LED na tranzistore a zenerovej diódy do obvodu sme okamžite niekoľkokrát znížili amplitúdu zvlnenia:

S menovitými hodnotami uvedenými v diagrame je výkon rozptýlený tranzistorom o niečo viac ako 0,5 W, čo umožňuje obísť sa bez radiátora. Ak sa kapacita predradného kondenzátora zvýši na 1,2 μF, potom tranzistor klesne ~ 23 voltov a výkon bude asi 1 W. V tomto prípade sa bez radiátora nezaobídete, ale pulzácie klesnú takmer na nulu.

Namiesto tranzistora 2CS4544 uvedeného v diagrame si môžete vziať 2SC2482 alebo podobný s kolektorovým prúdom vyšším ako 100 mA a prípustným napätím Uke najmenej 300 V (vhodné sú napríklad staré sovietske KT940, KT969) .

Požadovaný prúd sa ako obvykle nastavuje odporom R*. Zenerova dióda je určená pre napätie 5,1 V a výkon 0,5 W. Ako LED sa používajú bežné SMD LED z čínskych žiaroviek (alebo ešte lepšie, vezmite si hotovú lampu a pridajte do nej chýbajúce komponenty).

Teraz zvážte diagram uvedený na obrázku 2. Tu je samostatne:

Prúdovým snímačom je tu odpor, ktorého odpor sa vypočíta podľa vzorca 0,6/Izáťaž. Keď sa prúd cez LED diódy zvyšuje, tranzistor VT2 sa začína otvárať silnejšie, čo vedie k silnejšiemu blokovaniu tranzistora VT1. Prúd klesá. Týmto spôsobom je výstupný prúd stabilizovaný.

Výhodou schémy je jej jednoduchosť. Nevýhodou je dosť veľký pokles napätia (a teda výkonu) naprieč tranzistorom VT1. Toto nie je kritické pri nízkych prúdoch (desiatky a stovky miliampérov), avšak ďalšie zvýšenie prúdu cez LED diódy bude vyžadovať inštaláciu tohto tranzistora na radiátor.

Tejto nevýhody sa môžete zbaviť použitím p-kanálového MOSFETu s nízkym odporom zdroja odberu namiesto bipolárneho tranzistora:

Požadovaný prúd, ako predtým, sa nastavuje výberom odporu R1. VT1 - akýkoľvek nízky výkon. Namiesto výkonného IRL3705N si môžete vziať napríklad IRF7210 (12A, 12V) alebo IRLML6402 (3,7A, 20V). Presvedčte sa sami, aké prúdy potrebujete.

Najjednoduchší obvod stabilizátora prúdu pre LED na tranzistore s efektom poľa pozostáva iba z jedného tranzistora so skratovaným hradlom a zdrojom:

Namiesto KP303E je napríklad vhodný BF245C alebo podobný so vstavaným kanálom. Princíp činnosti je podobný schéme na obrázku 1, ako referenčné napätie sa používa iba zemný potenciál. Veľkosť výstupného prúdu je určená výhradne počiatočným odberovým prúdom (prevzatým z údajového listu) a je prakticky nezávislá od napätia medzi kolektorom a zdrojom Usi. To možno jasne vidieť z grafu výstupnej charakteristiky:

V schéme na obrázku 3 je do zdrojového obvodu pridaný rezistor R1, ktorý nastavuje určité predpätie spätného hradla a umožňuje tak meniť odtokový prúd (a teda aj zaťažovací prúd).

Príklad najjednoduchšieho aktuálneho ovládača pre LED je uvedený nižšie:

Je tu použitý tranzistor s efektom poľa s izolovaným hradlom a vstavaným kanálom typu n BSS229. Presná hodnota výstupného prúdu bude závisieť od charakteristík konkrétneho prípadu a odporu R1.

Toto sú vo všeobecnosti všetky spôsoby, ako zmeniť tranzistor na stabilizátor prúdu. Existuje aj takzvané prúdové zrkadlo, ale to nie je vhodné pre LED svietidlá. Prejdime teda k mikroobvodom.

Prúdové stabilizátory na mikroobvodoch

Mikroobvody umožňujú dosiahnuť oveľa vyšší výkon ako tranzistory. Na zostavenie vlastného stabilizátora prúdu pre LED diódy najčastejšie používajú presné tepelne stabilné zdroje referenčného napätia (TL431, LM317 a ďalšie).

TL431

Typický obvod stabilizátora prúdu pre LED na TL431 vyzerá takto:

Pretože sa čip chová tak, že udržiava pevné napätie na rezistore R2 2,5 V, prúd cez tento odpor bude vždy rovný 2,5 / R2. A ak zanedbáme základný prúd, potom môžeme predpokladať, že IRн = IR2. A čím vyšší je zisk hfe tranzistora, tým viac sa tieto prúdy budú zhodovať.

R1 sa vypočíta tak, aby bol zabezpečený minimálny prevádzkový prúd mikroobvodu - 1 mA.

A tu je príklad praktického použitia TL431 v LED lampe:

Tranzistor klesne o 20-30 V, strata výkonu je menšia ako 1,5 W. Okrem 2SC4544 uvedeného na diagrame môžete použiť BD711 alebo starý sovietsky KT940A. Tranzistory v balení TO-220 nevyžadujú inštaláciu na radiátor do výkonov 1,5-2W vrátane.

Rezistor R3 slúži na obmedzenie nabíjacieho impulzu kondenzátora pri zapnutí napájania. Prúd cez záťaž je nastavený odporom R2.

Záťaž Rn je tu 90 bielych čipových LED diód LED2835. Maximálny výkon pri prúde 60 mA je 0,2 W (24Lm), úbytok napätia je 3,2 V.

Pre zvýšenie životnosti je výkon diód špeciálne znížený o 20% (0,16W, prúd 45mA), respektíve celkový výkon všetkých LED je 14W.

Samozrejme, vyššie uvedený obvod stabilizátora prúdu pre 220 V LED môže byť vypočítaný pre akýkoľvek požadovaný prúd a/alebo iný počet dostupných LED.

Ak vezmeme do úvahy prípustné rozpätie napätia 220 voltov (pozri GOST 29322-2014), usmernené napätie na kondenzátore C1 bude v rozsahu od 293 do 358 V, takže musí byť navrhnuté na napätie najmenej 400 V.

Na základe rozsahu napájacích napätí sa vypočítajú parametre zostávajúcich prvkov obvodu.

Napríklad rezistor, ktorý nastavuje prevádzkový režim čipu DA1, musí poskytovať prúd najmenej 0,5 mA pri napätí C1 = 293 V. Maximálny počet LED by nemal prekročiť 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...

Akýkoľvek integrovaný stabilizátor napätia možno zmeniť na stabilizátor prúdu pridaním iba jedného odporu podľa schémy:

Len treba brať do úvahy, že pri tomto zapojení musí byť vstupné napätie o určitú hodnotu väčšie ako stabilizačné napätie mikroobvodu (úbytok napätia na samotnom stabilizátore). Zvyčajne je to niekde okolo 2-2,5 voltov. No, samozrejme, pridajte napätie k záťaži.

Tu je napríklad konkrétny príklad stabilizátora prúdu pre LED založené na LM7812:

Parametre obvodu sú navrhnuté pre 10 5730 SMD diód s predným napätím 3,3 V na každej. Spotreba prúdu (prúd cez LED) - 300 mA. Výkon lampy ~ 10 Watt.

Pretože keď sú LED zapojené do série, celkové napätie sa bude rovnať súčtu napätí na každej z LED, minimálne napájacie napätie obvodu by malo byť: Upit = 2,5 + 12 + (3,3 x 10) = 47,5 voltov .

Pomocou jednoduchého programu Regulator Design (na stiahnutie) môžete vypočítať odpor a výkon rezistora pre iné hodnoty prúdu.

Je zrejmé, že čím vyššie je výstupné napätie stabilizátora, tým viac tepla sa bude generovať na rezistore s nastavením prúdu, a preto bude účinnosť horšia. Preto je pre naše účely LM7805 lepší ako LM7812.

LM317

Lineárny stabilizátor prúdu pre LED založené na LM317 nie je menej účinný. Typická schéma zapojenia:

Najjednoduchší pripojovací obvod LM317 pre LED diódy, ktorý umožňuje zostaviť výkonnú lampu, pozostáva z usmerňovača s kapacitným filtrom, stabilizátora prúdu a 93 LED diód SMD 5630 MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3,1. V, 400 mW, 5,3 x 3 mm).

Ak nie je potrebná taká veľká girlanda LED, potom budete musieť k ovládaču LM317 pridať predradný odpor alebo kondenzátor na napájanie LED (na potlačenie nadmerného napätia). Ako to urobiť, sme podrobne rozobrali v tomto článku.

Nevýhodou takéhoto súčasného riadiaceho obvodu pre LED je to, že keď sa napätie v sieti zvýši nad 235 voltov, LM317 bude mimo konštrukčného prevádzkového režimu a keď klesne na ~ 208 voltov a menej, mikroobvod úplne prestane stabilizovať. a hĺbka zvlnenia bude úplne závisieť od nádoby C1.

Preto by sa takáto lampa mala používať tam, kde je napätie viac-menej stabilné. A nemali by ste šetriť na kapacite tohto kondenzátora. Diódový mostík môže byť hotový (napríklad miniatúrny MB6S) alebo zostavený z vhodných diód (Uarb aspoň 400 V, jednosmerný prúd >= 100 mA).

Namiesto záveru

Nevýhody obvodov uvedených v článku zahŕňajú nízku účinnosť v dôsledku plytvania energiou na ovládacie prvky. To je však typické pre všetky lineárne stabilizátory prúdu.

Nízka účinnosť je neprijateľná pre zariadenia napájané autonómnymi zdrojmi prúdu (lampy, baterky atď.). Výrazné zvýšenie účinnosti (90% alebo viac) je možné dosiahnuť použitím pulzných stabilizátorov prúdu.

electro-shema.ru

Po zostavení prvého napájacieho zdroja sa vyberie najjednoduchší obvod - aby všetko fungovalo s istotou. Keď sa vám ho podarí naštartovať a získate až 12 nastaviteľných voltov a prúd pod pol ampéra, rádioamatér je naplnený významom vety „A budete šťastní!“ Toto šťastie však netrvá príliš dlho a čoskoro je úplne zrejmé, že napájací zdroj musí mať schopnosť regulovať výstupný prúd. Úpravou existujúceho napájacieho zdroja je to dosiahnuteľné, ale je to trochu problematické - bolo by lepšie zostaviť iný, „pokročilejší“. Existuje zaujímavá možnosť. Pre napájací zdroj s nízkou spotrebou energie môžete vytvoriť prílohu na nastavenie prúdu v rozsahu od 20 mA do maxima, ktoré môže poskytnúť, podľa tejto schémy:

Toto zariadenie som zostavil takmer pred rokom.

Stabilizátor prúdu je naozaj nevyhnutná vec. Pomôže napríklad nabiť akúkoľvek batériu určenú na napätie do 9 voltov vrátane a podotýkam, nabíjať ju efektívne. Jednoznačne mu ale chýba meracia hlava. Rozhodol som sa svoj domáci produkt zmodernizovať a rozobrať na súčiastky, kde asi najvýznamnejším komponentom je premenlivý odpor PPB-15E s maximálnym odporom 33 Ohmov.

Nové puzdro je orientované výhradne na rozmery indikátora z magnetofónu, ktorý poslúži ako miliampérmeter.

Na tento účel „nakreslí“ novú stupnicu (zvolil som prúd plnej výchylky ihly pri 150 mA, ale môžete to urobiť na maximum).

Potom sa na ukazovacie zariadenie umiestni skrat.

Bočník bol vyrobený z nichrómovej vykurovacej špirály s priemerom 0,5 mm. Tranzistor KT818 musí byť umiestnený na chladiči chladiča.

Spojenie (kĺbenie) set-top boxu s napájaním je uskutočnené pomocou improvizovanej zástrčky integrovanej do tela, ktorej kolíky sú prevzaté z bežnej zástrčky, na jednom konci ktorej je vyrezaný závit M4, cez ktorá a dve matice každá z nich je priskrutkovaná k telu.

Konečný obraz toho, čo vyšlo. Určite dokonalejší výtvor. LED plní nielen indikačnú funkciu, ale aj čiastočné osvetlenie aktuálnej stupnice stabilizátora. S prianím všetkého najlepšieho, Babay.

el-shema.ru

Prúdové stabilizátory. Typy a zariadenia. Prevádzka a aplikácia

Prúdové stabilizátory sú určené na stabilizáciu prúdu na záťaži. Napätie na záťaži závisí od jeho odporu. Stabilizátory sú potrebné pre fungovanie rôznych elektronických zariadení, ako sú plynové výbojky.

Pre kvalitné nabíjanie batérie sú potrebné aj stabilizátory prúdu. Používajú sa v mikroobvodoch na nastavenie prúdu stupňov konverzie a zosilnenia. V mikroobvodoch zohrávajú úlohu generátora prúdu. Elektrické obvody vždy obsahujú rôzne druhy rušenia. Negatívne ovplyvňujú chod spotrebičov a elektrických zariadení. Súčasné stabilizátory sa s týmto problémom ľahko vyrovnávajú.

Charakteristickým znakom prúdových stabilizátorov je ich výrazný výstupný odpor. To umožňuje vylúčiť vplyv vstupného napätia a odporu záťaže na aktuálnu hodnotu na výstupe zariadenia. Prúdové stabilizátory udržujú výstupný prúd v určitých medziach, pričom menia napätie tak, aby prúd pretekajúci záťažou zostal konštantný.

Zariadenie a princíp činnosti

Nestabilitu záťažového prúdu ovplyvňuje hodnota odporu a vstupné napätie. Zvážte príklad, v ktorom je odpor záťaže konštantný a vstupné napätie sa zvyšuje. Zvyšuje sa aj zaťažovací prúd.

V dôsledku toho sa zvýši prúd a napätie na odporoch R1 a R2. Napätie zenerovej diódy sa bude rovnať súčtu napätí odporov R1, R2 a na prechode báza-emitor VT1: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(b/e)

Napätie na VD1 sa pri zmene vstupného napätia nemení. V dôsledku toho sa prúd na prechode báza-emitor zníži a odpor medzi svorkami emitor-kolektor sa zvýši. Prúdová sila na prechode kolektor-emitor a odpor záťaže začnú klesať, to znamená, že sa dostanú na pôvodnú hodnotu. Takto sa prúd vyrovnáva a udržiava na rovnakej úrovni.

Uvažujme o elementárnom obvode s použitím tranzistora s efektom poľa.

Záťažový prúd prechádza cez R1. Prúd v obvode: „+“ zdroja napätia, odtokové hradlo VT1, odpor záťaže, záporný pól zdroja je veľmi nevýznamné, pretože odtokové hradlo je predpäté v opačnom smere.

Napätie na R1 je kladné: vľavo „-“, vpravo sa napätie rovná napätiu pravého ramena odporu. Preto je hradlové napätie vzhľadom na zdroj záporné. Keď odpor záťaže klesá, prúd sa zvyšuje. Preto má hradlové napätie v porovnaní so zdrojom ešte väčší rozdiel. V dôsledku toho sa tranzistor zatvára silnejšie.

Keď sa tranzistor viac zatvára, zaťažovací prúd sa zníži a vráti sa na svoju počiatočnú hodnotu.

Typy stabilizátorov prúdu

Existuje mnoho rôznych typov stabilizátorov v závislosti od ich účelu a princípu činnosti. Pozrime sa bližšie na hlavné takéto zariadenia.

Stabilizátory odporu

V základnom prípade môže byť generátor prúdu obvod pozostávajúci z napájacieho zdroja a odporu. Podobný obvod sa často používa na pripojenie LED, ktorá slúži ako indikátor.

Medzi nevýhody takejto schémy možno zaznamenať potrebu použitia vysokonapäťového zdroja. Iba za týchto podmienok môžete použiť odpor s vysokým odporom a získať dobrú stabilitu prúdu. Odpor rozptýli výkon P = I 2 x R.

Tranzistorové stabilizátory

Stabilizátory namontované na tranzistoroch fungujú oveľa lepšie.

Pokles napätia môžete nastaviť tak, aby bol veľmi malý. To umožňuje znížiť straty pri dobrej stabilite výstupného prúdu. Odpor na výstupe tranzistora je veľmi vysoký. Tento obvod sa používa na pripojenie LED diód alebo na nabíjanie nízkoenergetických batérií.

Napätie na tranzistore je určené zenerovou diódou VD1. R2 hrá úlohu snímača prúdu a určuje prúd na výstupe stabilizátora. Keď sa prúd zvyšuje, pokles napätia na tomto rezistore sa zväčšuje. Napätie sa privádza do emitora tranzistora. V dôsledku toho sa napätie na prechode báza-emitor, ktoré sa rovná rozdielu medzi základným napätím a napätím emitora, zníži a prúd sa vráti na špecifikovanú hodnotu.

Prúdový zrkadlový obvod

Prúdové generátory fungujú podobne. Populárnym obvodom pre takéto generátory je „prúdové zrkadlo“, v ktorom sa namiesto zenerovej diódy používa bipolárny tranzistor alebo presnejšie emitorový prechod. Namiesto odporu R2 sa používa odpor emitora.

Stabilizátory na ihrisku

Obvod využívajúci tranzistory s efektom poľa je jednoduchší. Dokáže využiť potenciál zeme ako stabilizátor napätia.

Zariadenia na čipe

V minulých schémach sú prvky porovnávania a úpravy. Podobná štruktúra obvodu sa používa pri navrhovaní zariadení na vyrovnávanie napätia. Rozdiel medzi zariadeniami, ktoré stabilizujú prúd a napätie je v tom, že signál v obvode spätnej väzby pochádza z prúdového snímača, ktorý je pripojený k obvodu záťažového prúdu. Preto sa na vytvorenie stabilizátorov prúdu používajú obľúbené mikroobvody 142 EH 5 alebo LM 317.

Tu zohráva úlohu prúdového snímača odpor R1, na ktorom stabilizátor udržuje konštantné napätie a zaťažovací prúd. Hodnota odporu snímača je výrazne nižšia ako odpor záťaže. Pokles napätia na snímači ovplyvňuje výstupné napätie stabilizátora. Tento obvod ide dobre s nabíjačkami a LED diódami.

Spínací stabilizátor

Stabilizátory impulzov vyrobené na báze spínačov majú vysokú účinnosť. Sú schopné vytvárať vysoké napätie u spotrebiteľa s nízkym vstupným napätím. Tento obvod je zostavený na čipe MAX 771.

Odpory R1 a R2 zohrávajú úlohu rozdeľovačov napätia na výstupe mikroobvodu. Ak je napätie na výstupe mikroobvodu vyššie ako referenčná hodnota, potom mikroobvod zníži výstupné napätie a naopak.

Ak sa obvod zmení tak, že mikroobvod reaguje a reguluje výstupný prúd, získa sa stabilizovaný zdroj prúdu.

Keď napätie na R3 klesne pod 1,5 V, obvod funguje ako stabilizátor napätia. Akonáhle sa záťažový prúd zvýši na určitú úroveň, pokles napätia na rezistore R3 sa zväčší a obvod pôsobí ako stabilizátor prúdu.

Odpor R8 sa zapája podľa obvodu, keď napätie stúpne nad 16,5 V. Odpor R3 nastavuje prúd. Negatívnym aspektom tohto obvodu je významný pokles napätia na odpore R3 na meranie prúdu. Tento problém je možné vyriešiť pripojením operačného zosilňovača na zosilnenie signálu z R3.

Prúdové stabilizátory pre LED diódy

Takéto zariadenie si môžete vyrobiť sami pomocou mikroobvodu LM 317. Zostáva len vybrať odpor. Pre stabilizátor sa odporúča použiť nasledujúci napájací zdroj:

• 32 V blok tlačiarne.
• Blok na 19 V notebook.
• Akékoľvek 12 V napájanie.

Výhodou takéhoto zariadenia je nízka cena, jednoduchosť dizajnu a zvýšená spoľahlivosť. Nemá zmysel zostavovať zložitý obvod sami, je jednoduchšie ho zakúpiť.

Súvisiace témy:

electrosam.ru

Obvod stabilizátora prúdu

Obsah:

1. Stabilizátory prúdu relé
2. Triakový stabilizátor
3. Vysokofrekvenčný stabilizátor prúdu
4. Zariadenia so šírkou impulzu
5. Rezonančný stabilizátor prúdu
6. AC stabilizátor
7. Stabilizačné zariadenia pre LED
8. Nastaviteľný stabilizátor prúdu
9. DC stabilizátory
10. Jednoduchý stabilizátor prúdu vyrobený z dvoch tranzistorov

Prevádzkové elektrické siete neustále obsahujú rôzne rušenia, ktoré majú negatívny vplyv na prevádzku zariadení a zariadení. Obvod stabilizátora prúdu pomáha efektívne zvládnuť tento problém. Stabilizačné zariadenia sa líšia technickými charakteristikami a závisia od zdrojov energie. Ak stabilizácia prúdu nie je prioritou doma, potom pri použití meracieho zariadenia musia byť ukazovatele prúdu stabilné. Zariadenia založené na tranzistoroch s efektom poľa sú obzvlášť presné. Neprítomnosť rušenia vám umožňuje získať najspoľahlivejšie výsledky po meraniach.

Všeobecná štruktúra a princíp činnosti

Hlavným prvkom každého stabilizátora je transformátor. Najjednoduchší obvod pozostáva z usmerňovacieho mostíka spojeného s kondenzátormi a odpormi. Každý obvod používa prvky rôznych typov s individuálnou kapacitou a konečným odporom.

Princíp fungovania stabilizátora je pomerne jednoduchý. Keď prúd vstúpi do transformátora, zmení sa jeho limitná frekvencia. Na vstupe sa tento parameter zhoduje s frekvenciou siete a je 50 Hz. Po vykonaní aktuálnej konverzie bude hodnota limitnej frekvencie na výstupe už 30 Hz. Počas prevádzky vysokonapäťových usmerňovačov sa určuje polarita napätia. Stabilizácia prúdu sa vykonáva prevádzkou kondenzátorov a redukcia šumu sa uskutočňuje pomocou odporov. Nakoniec sa na výstupe opäť vytvorí konštantné napätie, ktoré vstupuje do transformátora s frekvenciou nepresahujúcou 30 Hz.

Typy stabilizátorov prúdu

V súlade s ich zamýšľaným účelom bolo vyvinuté veľké množstvo rôznych typov stabilizačných zariadení.

Stabilizátory prúdu relé. Ich obvod pozostáva zo štandardných prvkov vrátane kompenzačných kondenzátorov. V tomto prípade sú na začiatku obvodu inštalované mostové usmerňovače. Je potrebné vziať do úvahy aj taký faktor, ako je prítomnosť dvoch párov tranzistorov v stabilizátore. Prvý pár je inštalovaný pred kondenzátorom. Vďaka tomu stúpa maximálna frekvencia.

V stabilizátore tohto typu bude výstupné napätie asi 5 ampérov. Určitá úroveň nominálneho odporu sa udržiava pomocou odporov. Jednoduché modely používajú dvojkanálové prvky. Vyznačujú sa dlhým procesom premeny, ale majú nízky koeficient rozptylu.

Triakový stabilizátor LM317. Tento model je široko používaný v rôznych oblastiach. Jeho hlavným prvkom je triak, pomocou ktorého sa maximálne napätie v zariadení výrazne zvyšuje. Tento indikátor výstupu má hodnotu cca 12 V. Systém odolá vonkajšiemu odporu až do 3 ohmov. Koeficient vyhladzovania sa zvyšuje pomocou viackanálových kondenzátorov. Tranzistory otvoreného typu sa používajú iba vo vysokonapäťových zariadeniach.

Zmena polohy je riadená zmenou výstupného menovitého prúdu. Prúdový stabilizátor LM317 odolá rozdielovému odporu až 5 ohmov. Ak sa používajú meracie prístroje, táto hodnota musí byť aspoň 6 ohmov. Výkonný transformátor poskytuje nepretržitý indukčný prúd. V obvyklom obvode sa inštaluje bezprostredne za usmerňovač. 12-voltové prijímače používajú odpory typu balast, ktoré znižujú oscilácie v obvode.

Vysokofrekvenčný stabilizátor prúdu. Jeho hlavným prvkom je tranzistor KK20, ktorý sa vyznačuje zrýchleným procesom konverzie. To je uľahčené zmenou polarity na výstupe. Kondenzátory, ktoré nastavujú frekvenciu, sú v obvode inštalované v pároch. Predná časť impulzu by v tomto prípade nemala byť väčšia ako 2 μs, inak to povedie k výrazným dynamickým stratám.

V niektorých obvodoch sa na nasýtenie rezistorov používajú najmenej tri výkonné zosilňovače. Na zníženie tepelných strát sa používajú kapacitné kondenzátory. Hodnota rýchlostných charakteristík kľúčového tranzistora úplne závisí od parametrov deliča.

Stabilizátory šírky impulzu. Stabilizátory tohto typu majú pomerne výraznú indukčnosť tlmivky, kvôli rýchlej výmene deliča. Tento obvod používa dvojkanálové odpory, ktoré prepúšťajú prúd v rôznych smeroch, ako aj kapacitné kondenzátory. Všetky tieto prvky umožňujú udržať maximálnu hodnotu odporu na výstupe do 4 ohmov. Maximálne zaťaženie, ktoré takéto stabilizátory vydržia, je 3 A. Tieto modely sa zriedka používajú v meracích prístrojoch. Maximálny rozptyl napájacích zdrojov by v tomto prípade nemal byť vyšší ako 5 voltov, čo umožňuje zachovať štandardnú hodnotu koeficientu rozptylu.

V súčasných stabilizátoroch tohto typu kľúčové tranzistory nemajú veľmi vysokorýchlostné charakteristiky. Dôvodom je nízka schopnosť rezistorov blokovať prúd prichádzajúci z usmerňovača. Výsledkom je, že rušenie s vysokou amplitúdou spôsobuje značné tepelné straty. Neutralizácia vlastností transformátora je znížená a vedie k poklesu impulzov. Premena prúdu sa vykonáva iba prevádzkou predradného odporu inštalovaného priamo za mostíkom usmerňovača. Stabilizátor šírky impulzu veľmi zriedka používa polovodičové diódy, pretože predná časť impulzu v obvode nie je väčšia ako 1 μs.

Rezonančný stabilizátor prúdu. Pozostáva z malých kondenzátorov a rezistorov s rôznymi odpormi. Neoddeliteľnou súčasťou takýchto zosilňovačov sú transformátory. Zvýšenie účinnosti zariadenia sa dosiahne použitím veľkého počtu poistiek. To vedie k zvýšeniu dynamických charakteristík rezistorov. Nízkofrekvenčné tranzistory sú inštalované priamo za usmerňovačmi. Za predpokladu dobrej prúdovej vodivosti je možná prevádzka kondenzátorov pri rôznych frekvenciách.

AC stabilizátor. Spravidla sa používa v napájacích zdrojoch s napätím do 15 voltov a je ich neoddeliteľnou súčasťou. Maximálna hodnota vonkajšieho odporu vnímaná zariadeniami je 4 ohmy. Priemerné prichádzajúce striedavé napätie bude v rozmedzí 13 V. V tomto prípade sa kontrola úrovne vyhladzovacieho koeficientu vykonáva pomocou otvorených kondenzátorov. Konštrukcia rezistorov má priamy vplyv na úroveň zvlnenia vytvoreného na výstupe.

Maximálny lineárny prúd pre takéto stabilizátory je 5 ampérov. V súlade s tým bude mať rozdielový odpor hodnotu 5 ohmov. Maximálny povolený stratový výkon je v priemere 2 W. To naznačuje vážne problémy so stabilizátormi striedavého prúdu s pulznými okrajmi. Zníženie ich kmitov je možné len pomocou mostíkových usmerňovačov. Poistky môžu výrazne znížiť tepelné straty.

Stabilizačné zariadenia pre LED diódy. V tomto prípade by stabilizátory nemali mať príliš veľkú silu. Hlavnou úlohou stabilizátora prúdu je čo najviac znížiť prah rozptylu. Na výrobu takéhoto stabilizátora vlastnými rukami sa používajú dve hlavné schémy. Prvá možnosť sa vykonáva pomocou prevodníkov. To umožňuje dosiahnuť maximálnu frekvenciu nie vyššiu ako 4 Hz vo všetkých fázach, čím sa výrazne zvýši výkon zariadenia.

V druhom prípade sa používajú výstužné prvky. Hlavnou úlohou je neutralizovať striedavý prúd. Dynamické straty je možné znížiť použitím vysokonapäťových tranzistorov. Nadmerné nasýtenie prvkov je prekonané kondenzátormi otvoreného typu. Výkon transformátorov je zabezpečený kľúčovými odpormi. Ich umiestnenie v obvode je štandardné – priamo za mostíkom usmerňovača.

Nastaviteľný stabilizátor prúdu. Žiadaný hlavne v oblasti priemyselnej výroby. Nastaviteľný stabilizátor umožňuje nastavovať zariadenia a zariadenia zmenou prúdu a napätia. Mnoho modelov je možné ovládať na diaľku pomocou špeciálnych ovládačov namontovaných vo vnútri stabilizátora. Pre takéto zariadenia je maximálne striedavé napätie približne 12 V. V tomto prípade musí byť úroveň stabilizácie aspoň 14 W. Prahové napätie priamo súvisí s frekvenciou zariadenia.

Na zmenu koeficientu vyhladzovania sú v nastaviteľnom stabilizátore inštalované kapacitné kondenzátory. Tieto zariadenia majú dobrý výkon: maximálny prúd je 4 A, diferenciálny odpor je 6 ohmov. Zabezpečenie nepretržitého režimu plynu sa vykonáva pomocou transformátorov typu kľúčového. Napätie je privádzané do primárneho vinutia cez katódu, výstupný prúd je blokovaný v závislosti od typu kondenzátorov. Poistky sa najčastejšie nezúčastňujú na stabilizácii procesu.

DC stabilizátory. Ich práca je založená na princípe dvojitej integrácie. Za tento proces sú zodpovedné špeciálne konvertory. Dynamické charakteristiky stabilizátorov sa zvyšujú pomocou dvojkanálových tranzistorov. Značná kapacita kondenzátorov umožňuje minimalizovať tepelné straty. Indikátory vyrovnávania sú určené presnými výpočtami. Výstupné jednosmerné napätie 12 A zodpovedá maximálnemu limitu 5 voltov pri frekvencii zariadenia 30 Hz.

elektrický-220.ru

cxema.org - Tri okruhy jednoduchých regulátorov prúdu

Tri okruhy jednoduchých regulátorov prúdu

V sieti je veľa obvodov regulátorov napätia na rôzne účely, ale s regulátormi prúdu sú veci iné. A chcem túto medzeru trochu vyplniť a predstaviť vám tri jednoduché obvody jednosmerného regulátora, ktoré sa oplatí prijať, pretože sú univerzálne a dajú sa použiť v mnohých domácich dizajnoch.

Teoreticky sa regulátory prúdu príliš nelíšia od regulátorov napätia. Nezamieňajte regulátory prúdu so stabilizátormi prúdu na rozdiel od prvých, udržiavajú stabilný výstupný prúd bez ohľadu na vstupné napätie a výstupné zaťaženie.

Prúdový stabilizátor je neoddeliteľnou súčasťou každého bežného laboratórneho napájacieho zdroja alebo nabíjačky, je určený na obmedzenie prúdu dodávaného do záťaže. V tomto článku sa pozrieme na pár stabilizátorov a jeden regulátor na všeobecné použitie.

Vo všetkých troch možnostiach sa ako prúdový snímač používajú bočníky, v podstate nízkoodporové odpory. Na zvýšenie výstupného prúdu ktoréhokoľvek z uvedených obvodov bude potrebné znížiť odpor skratu. Požadovaná hodnota prúdu sa nastavuje ručne, zvyčajne otáčaním premenlivého odporu. Všetky tri obvody pracujú v lineárnom režime, čo znamená, že výkonový tranzistor sa pri veľkom zaťažení veľmi zahreje.

Prvá schéma sa vyznačuje maximálnou jednoduchosťou a prístupnosťou komponentov. Tranzistory sú len dva, jeden z nich je riadiaci, druhý je výkonový tranzistor, cez ktorý preteká hlavný prúd.

Prúdový snímač je nízkoodporový drôtový odpor. Pri pripájaní výstupnej záťaže sa na tomto odpore vytvorí určitý pokles napätia, čím silnejšia je záťaž, tým väčší je pokles. Tento pokles napätia stačí na spustenie riadiaceho tranzistora, čím väčší je pokles, tým viac je tranzistor otvorený. Rezistor R1 nastavuje predpätie pre výkonový tranzistor, vďaka čomu je hlavný tranzistor v otvorenom stave. Prúdové obmedzenie nastáva v dôsledku skutočnosti, že napätie na báze výkonového tranzistora, ktorý bol tvorený rezistorom R1, je zhruba povedané tlmené alebo skratované k výkonovej zemi cez otvorený prechod nízkovýkonového tranzistora, tento sa uzavrie. výkonový tranzistor, preto prúd, ktorý ním prechádza, klesá až na úplnú nulu.

Rezistor R1 je v podstate obyčajný napäťový delič, pomocou ktorého môžeme nastaviť mieru otvorenia riadiaceho tranzistora, a teda ovládať výkonový tranzistor obmedzením prúdu, ktorý ním prechádza.

Druhý obvod je založený na operačnom zosilňovači. Niekoľkokrát bol použitý v nabíjačkách autobatérií. Na rozdiel od prvej možnosti je tento obvod stabilizátorom prúdu.

Rovnako ako v prvom obvode je aj tu snímač prúdu (shunt), operačný zosilňovač zaznamenáva pokles napätia na tomto bočníku, všetko podľa nám už známeho obvodu. Operačný zosilňovač porovnáva napätie na bočníku s referenčným napätím, ktoré je nastavené zenerovou diódou. S premenlivým odporom umelo meníme referenčné napätie. Operačný zosilňovač sa zasa bude snažiť vyrovnať napätie na vstupoch zmenou výstupného napätia.

Výstup operačného zosilňovača poháňa vysokovýkonný tranzistor s efektom poľa. To znamená, že princíp činnosti sa príliš nelíši od prvého obvodu, okrem toho, že existuje zdroj referenčného napätia vyrobený na zenerovej dióde.

Tento obvod tiež pracuje v lineárnom režime a výkonový tranzistor sa pri veľkom zaťažení veľmi zahreje.

Najnovší obvod je založený na populárnom integrovanom obvode stabilizátora LM317. Jedná sa o lineárny stabilizátor napätia, ale je možné použiť mikroobvod ako stabilizátor prúdu.

Požadovaný prúd sa nastavuje premenlivým odporom. Nevýhodou obvodu je, že hlavný prúd preteká presne cez predtým uvedený odpor a samozrejme je veľmi žiaduce použitie drôtových odporov.

Maximálny prípustný prúd pre mikroobvod LM317 je 1,5 ampéra, možno ho zvýšiť pomocou prídavného výkonového tranzistora. V tomto prípade už bude mikroobvod fungovať ako riadiaci čip, takže sa nebude zahrievať, namiesto toho sa bude zahrievať tranzistor a nie je z neho úniku.

Krátke video

Dosky plošných spojov

• < Назад
• Dopredu >

vip-cxema.org

Prúdové stabilizátory

Obsah:

1. Všeobecná štruktúra a princíp činnosti
2. Diódový stabilizátor prúdu
3. Prúdový stabilizátor na dvoch tranzistoroch
4. Video: DIY stabilizátor na LM2576

V každej elektrickej sieti sa periodicky vyskytuje rušenie, ktoré negatívne ovplyvňuje štandardné parametre prúdu a napätia. Tento problém je úspešne vyriešený pomocou rôznych zariadení, medzi ktorými sú súčasné stabilizátory veľmi obľúbené a účinné. Majú rôzne technické vlastnosti, čo umožňuje ich použitie v spojení s akýmikoľvek domácimi elektrickými spotrebičmi a zariadeniami. Špeciálne požiadavky platia pre meracie zariadenia, ktoré vyžadujú stabilné napätie.

Všeobecná štruktúra a princíp činnosti stabilizátorov prúdu

Znalosť základných princípov fungovania stabilizátorov prúdu prispieva k čo najefektívnejšiemu využitiu týchto zariadení. Elektrické siete sú doslova presýtené rôznymi rušeniami, ktoré negatívne ovplyvňujú prevádzku domácich spotrebičov a elektrických zariadení. Na prekonanie negatívnych vplyvov sa používa jednoduchý obvod stabilizátora napätia a prúdu.

Každý stabilizátor má hlavný prvok - transformátor, ktorý zabezpečuje chod celého systému. Najjednoduchší obvod obsahuje usmerňovací mostík pripojený k rôznym typom kondenzátorov a rezistorov. Ich hlavnými parametrami sú individuálna kapacita a konečný odpor.

Samotný stabilizátor prúdu funguje podľa veľmi jednoduchej schémy. Keď prúd vstúpi do transformátora, zmení sa jeho limitná frekvencia. Na vstupe sa bude zhodovať s frekvenciou elektrickej siete a bude 50 Hz. Po dokončení všetkých aktuálnych konverzií klesne maximálna výstupná frekvencia na 30 Hz. Konverzný obvod zahŕňa vysokonapäťové usmerňovače, pomocou ktorých sa určuje polarita napätia. Kondenzátory sa priamo podieľajú na stabilizácii prúdu a odpory znižujú rušenie.

Diódový stabilizátor prúdu

Mnohé konštrukcie svietidiel obsahujú diódové stabilizátory, známejšie ako prúdové stabilizátory pre LED diódy. Rovnako ako všetky typy diód, LED majú nelineárnu charakteristiku prúdového napätia. To znamená, že keď sa zmení napätie na LED, dôjde k neúmernej zmene prúdu.

Keď sa napätie zvyšuje, spočiatku sa pozoruje veľmi pomalý nárast prúdu, v dôsledku čoho LED nesvieti. Potom, keď napätie dosiahne prahovú hodnotu, začne vyžarovať svetlo a prúd sa veľmi rýchlo zvýši. Ďalšie zvýšenie napätia vedie ku katastrofálnemu zvýšeniu prúdu a vyhoreniu LED. Hodnota prahového napätia sa odráža v technických charakteristikách svetelných zdrojov LED.

Vysokovýkonné LED diódy vyžadujú inštaláciu chladiča, pretože ich prevádzka je sprevádzaná uvoľňovaním veľkého množstva tepla. Okrem toho vyžadujú pomerne výkonný stabilizátor prúdu. Správnu činnosť LED diód zabezpečujú aj stabilizačné zariadenia. Je to spôsobené silným šírením prahového napätia aj pre svetelné zdroje rovnakého typu. Ak sú dve takéto LED diódy zapojené paralelne k rovnakému zdroju napätia, budú nimi pretekať prúdy rôznej veľkosti. Rozdiel môže byť taký výrazný, že jedna z LED diód okamžite vyhorí.

Preto sa neodporúča zapínať LED svetelné zdroje bez stabilizátorov. Tieto zariadenia nastavujú prúd na nastavenú hodnotu bez zohľadnenia napätia aplikovaného na obvod. Medzi najmodernejšie zariadenia patrí dvojpólový stabilizátor pre LED diódy, ktorý sa používa na vytváranie lacných riešení na ovládanie LED. Skladá sa z tranzistora s efektom poľa, páskovacích častí a ďalších rádiových prvkov.

Obvody stabilizátora prúdu pre ROLL

Tento obvod pracuje stabilne pomocou prvkov ako KR142EN12 alebo LM317. Sú to nastaviteľné stabilizátory napätia, ktoré pracujú s prúdom do 1,5A a vstupným napätím do 40V. Za normálnych tepelných podmienok sú tieto zariadenia schopné rozptýliť výkon až 10W. Tieto čipy majú nízku vlastnú spotrebu približne 8 mA. Tento indikátor zostáva nezmenený aj pri zmene prúdu prechádzajúceho valcom a zmene vstupného napätia.

Prvok LM317 je schopný udržiavať konštantné napätie na hlavnom odpore, ktoré je regulované v určitých medziach pomocou orezávacieho odporu. Hlavný odpor s konštantným odporom zabezpečuje stabilitu prúdu, ktorý ním prechádza, preto je známy aj ako rezistor na nastavenie prúdu.

Stabilizátor ROLL je jednoduchý a môže byť použitý ako elektronická záťaž, nabíjanie batérie a ďalšie aplikácie.

Prúdový stabilizátor na dvoch tranzistoroch

Stabilizátory s dvoma tranzistormi sa pre svoju jednoduchú konštrukciu veľmi často používajú v elektronických obvodoch. Za ich hlavnú nevýhodu sa považuje nie celkom stabilný prúd v záťaži pri meniacich sa napätiach. Ak sa nevyžadujú vysoké prúdové charakteristiky, potom je toto stabilizačné zariadenie celkom vhodné na riešenie mnohých jednoduchých problémov.

Okrem dvoch tranzistorov obsahuje obvod stabilizátora rezistor s nastavením prúdu. Keď sa prúd zvýši na jednom z tranzistorov (VT2), zvýši sa napätie na rezistore s nastavením prúdu. Pod vplyvom tohto napätia (0,5-0,6V) sa začne otvárať ďalší tranzistor (VT1). Keď sa tento tranzistor otvorí, začne sa zatvárať ďalší tranzistor - VT2. V súlade s tým sa množstvo prúdu, ktorý ním preteká, znižuje.

Ako VT2 sa používa bipolárny tranzistor, ale v prípade potreby je možné vytvoriť nastaviteľný stabilizátor prúdu pomocou tranzistora MOSFET s efektom poľa, ktorý sa používa ako zenerova dióda. Jeho výber je založený na napätí 8-15 voltov. Tento prvok sa používa pri príliš vysokom napájacom napätí, pod vplyvom ktorého sa môže zlomiť hradlo v tranzistore s efektom poľa. Výkonnejšie MOSFET zenerove diódy sú určené pre vyššie napätie – 20 voltov a viac. Otváranie takýchto zenerových diód nastáva pri minimálnom napätí brány 2 volty. V súlade s tým dochádza k zvýšeniu napätia, ktoré zabezpečuje normálnu prevádzku obvodu stabilizátora prúdu.

Nastaviteľný DC regulátor

Niekedy sú potrebné stabilizátory prúdu s možnosťou nastavenia v širokom rozsahu. Niektoré obvody môžu používať rezistor na nastavenie prúdu so zníženou charakteristikou. V tomto prípade je potrebné použiť chybový zosilňovač, ktorého základom je operačný zosilňovač.

Pomocou jedného odporu s nastavením prúdu sa zosilní napätie v druhom odpore. Tento stav sa nazýva zvýšené chybové napätie. Pomocou referenčného zosilňovača sa porovnávajú parametre referenčného napätia a chybového napätia, potom sa upraví stav tranzistora s efektom poľa.

Tento obvod vyžaduje samostatné napájanie, ktoré sa privádza do samostatného konektora. Napájacie napätie musí zabezpečiť normálnu činnosť všetkých komponentov obvodu a nesmie prekročiť úroveň dostatočnú na to, aby spôsobila poruchu tranzistora s efektom poľa. Správna konfigurácia obvodu vyžaduje nastavenie posúvača variabilného odporu do najvyššej polohy. Pomocou trimovacieho odporu sa nastaví maximálna hodnota prúdu. Variabilný odpor teda umožňuje nastavenie prúdu od nuly po maximálnu hodnotu nastavenú počas procesu nastavenia.

Výkonný stabilizátor pulzného prúdu

Široký rozsah napájacích prúdov a zaťažení nie je vždy hlavnou požiadavkou na stabilizátory. V niektorých prípadoch sa rozhodujúci význam pripisuje vysokej účinnosti zariadenia. Tento problém je úspešne vyriešený mikroobvodom stabilizátora impulzného prúdu, ktorý nahrádza kompenzačné stabilizátory. Zariadenia tohto typu vám umožňujú vytvárať vysoké napätie naprieč záťažou aj za prítomnosti nízkeho vstupného napätia.

Okrem toho je tu stabilizátor impulzného prúdu. Používajú sa spolu so záťažami, ktorých napájacie napätie prevyšuje vstupné napätie stabilizačného zariadenia. Dva odpory použité v mikroobvode sa používajú ako delič výstupného napätia, pomocou ktorého sa striedavo znižuje alebo zvyšuje vstupné a výstupné napätie.

Stabilizátor na LM2576

elektrický-220.ru

Prúdový stabilizátor na tranzistore

Obsah:

1. Zostavenie prúdového stabilizátora z dvoch tranzistorov

Počas prevádzky elektrických sietí neustále vzniká potreba stabilizácie prúdu. Tento postup sa vykonáva pomocou špeciálnych zariadení, ktoré zahŕňajú stabilizátor prúdu na tranzistore. Sú široko používané v rôznych elektronických zariadeniach, ako aj pri nabíjaní batérií všetkých typov. Stabilizátory sa používajú v integrovaných obvodoch ako generátory prúdu, vytvárajúce konverzné a zosilňovacie stupne.

Bežné stabilizátory prúdu majú vysoký výstupný odpor, čím sa eliminuje vplyv záťažového odporu a faktorov vstupného napätia na výstupný prúd. Hlavnou nevýhodou týchto zariadení je potreba použiť vysokonapäťový zdroj. V tomto prípade je prúdová stabilita dosiahnutá použitím rezistorov s vysokým odporom. Preto sa výkon generovaný odporom (P = I2 x R) pri vysokých hodnotách prúdu môže stať neprijateľným pre normálnu prevádzku systému. Oveľa lepšie sa osvedčili prúdové stabilizátory na báze tranzistorov, ktoré plnia svoje funkcie bez ohľadu na vstupné napätie.

Jednoduchý stabilizátor prúdu na tranzistore

Za najjednoduchšie zariadenia sa považujú stabilizátory diód. Vďaka nim sa výrazne zjednodušujú elektrické obvody, čo vedie k zníženiu celkových nákladov na zariadenia. Prevádzka obvodov sa stáva stabilnejšou a spoľahlivejšou. Vďaka týmto vlastnostiam sú diódové stabilizátory jednoducho nepostrádateľné pri napájaní LED diód. Rozsah napätia, v ktorom môžu normálne fungovať, je 1,8-100 voltov. To umožňuje prekonať pulzné a nepretržité zmeny napätia.

Preto môže mať žiara LED rôzny jas a odtieň v závislosti od prúdu tečúceho v obvode. Niekoľko týchto svietidiel, zapojených do série, pracuje v normálnom režime s účasťou iba jedného diódového stabilizátora. Tento obvod je možné jednoducho previesť v závislosti od počtu LED a napájacieho napätia. Požadovaný prúd sa nastavuje stabilizátormi zapojenými paralelne do obvodu LED.

Takéto stabilizátory sú inštalované v mnohých prevedeniach LED svietidiel, vrátane stabilizátora prúdu založeného na bipolárnom tranzistore. Je to spôsobené vlastnosťami LED diód, ktoré majú nelineárnu charakteristiku prúdového napätia. To znamená, že keď sa napätie na LED zmení, prúd sa neúmerne zmení. Pri postupnom zvyšovaní napätia sa najskôr pozoruje veľmi pomalý nárast prúdu a LED nesvieti. Keď napätie dosiahne prahovú hodnotu, objaví sa svetlo a súčasne sa pozoruje veľmi rýchly nárast prúdu.

Ak sa napätie naďalej zvyšuje, dôjde ku kritickému zvýšeniu prúdu, čo vedie k vyhoreniu LED. Preto je hodnota prahového napätia vždy uvedená medzi charakteristikami svetelných zdrojov LED. Vysokovýkonné LED diódy generujú veľa tepla a musia byť pripojené k špeciálnym chladičom.

Vzhľadom na veľké rozdiely v prahovom napätí musia byť všetky LED diódy pripojené k zdroju energie cez stabilizátor. Dokonca aj LED diódy rovnakého typu môžu mať rôzne priepustné napätie. Preto, keď sú dva svetelné zdroje zapojené paralelne, budú nimi prechádzať rôzne prúdy. Rozdiel môže byť taký veľký, že jedna z LED diód predčasne zlyhá alebo okamžite vyhorí.

Pomocou stabilizátora sa LED nastaví na danú hodnotu prúdu bez ohľadu na napätie aplikované na obvod. Keď napätie prekročí prahovú úroveň, prúd sa po dosiahnutí požadovanej hodnoty ďalej nemení. Pri ďalšom zvýšení napätia zostáva nezmenené na LED, ale zvyšuje sa iba na stabilizátore.

Prúdový stabilizátor na tranzistorovom obvode s efektom poľa

Prepätia veľmi často vedú k poruche elektrických spotrebičov, prístrojov a iných zariadení. Aby sa zabránilo vzniku takýchto situácií, používajú sa rôzne stabilizačné zariadenia. Medzi nimi sú veľmi populárne stabilizátory prúdu založené na tranzistoroch s efektom poľa, ktoré zabezpečujú stabilnú prevádzku elektrického zariadenia. V každodennom živote sa často používa stabilizátor jednosmerného prúdu „urob si sám“, ktorého obvod vám umožňuje vyriešiť základné problémy.

Hlavnou funkciou týchto zariadení je kompenzovať poklesy a prepätia napätia v sieti. Stabilizátory automaticky udržiavajú presne špecifikované aktuálne parametre. Okrem prúdových rázov sú kompenzované aj zmeny výkonu záťaže a okolitej teploty. Ak sa napríklad zvýši energia spotrebovaná zariadením, zodpovedajúcim spôsobom sa zvýši aj spotreba prúdu. Spravidla to vedie k poklesu napätia na odpore vodičov a zdroja prúdu.

Spomedzi mnohých stabilizačných zariadení sa za najspoľahlivejšie považuje obvod stabilizátora poľného prúdu, v ktorom je tranzistor zapojený do série so zaťažovacím odporom. To spôsobuje len malé zmeny v zaťažovacom prúde, pričom hodnota vstupného napätia sa neustále mení.

Aby ste vedeli, ako takéto stabilizátory fungujú, musíte poznať štruktúru a princíp činnosti tranzistorov s efektom poľa. Tieto prvky sú riadené elektrickým poľom, a preto vznikol aj ich názov. Samotné elektrické pole vzniká pod vplyvom aplikovaného napätia, preto sú všetky tranzistory s efektom poľa polovodičové zariadenia pracujúce pod kontrolou napätia, ktoré otvára kanály týchto zariadení.

Tranzistor s efektom poľa pozostáva z troch elektród - zdroja, kolektora a hradla. Nabité častice vstupujú cez zdroj a vystupujú cez odtok. Uzavretie alebo otvorenie toku častíc sa vykonáva pomocou uzáveru, ktorý funguje ako kohútik. Nabité častice budú prúdiť iba vtedy, ak medzi odtok a zdroj musí byť privedené napätie. Ak nie je napätie, v kanáli nebude prúd. Preto čím vyššie je aplikované napätie, tým viac sa kohútik otvára. V dôsledku toho sa prúd v kanáli medzi odtokom a zdrojom zvyšuje a odpor kanála klesá. Pre napájacie zdroje pracujú tranzistory s efektom poľa v spínacom režime, čím zabezpečujú úplné otvorenie alebo zatvorenie kanála.

Tieto vlastnosti umožňujú vypočítať prúdový stabilizátor na tranzistore, ktorý zabezpečuje udržanie aktuálnych parametrov na určitej úrovni. Použitie tranzistorov s efektom poľa tiež určuje princíp činnosti takéhoto stabilizátora. Každý vie, že každý ideálny zdroj prúdu má EMF smerujúce do nekonečna a tiež nekonečne veľký vnútorný odpor. To vám umožní získať prúd s požadovanými parametrami bez ohľadu na odpor zaťaženia.

V takomto ideálnom zdroji vzniká prúd, ktorý zostáva na rovnakej úrovni napriek zmenám odporu záťaže. Udržiavanie prúdu na konštantnej úrovni vyžaduje neustálu zmenu hodnoty EMF v rozsahu nad nulou až do nekonečna. To znamená, že odpor záťaže a EMF sa musia zmeniť tak, aby prúd zostal stabilne na rovnakej úrovni.

V praxi však takýto ideálny mikroobvod stabilizátora prúdu nebude schopný poskytnúť všetky potrebné vlastnosti. Je to spôsobené tým, že rozsah napätia naprieč záťažou je veľmi obmedzený a nepodporuje požadovanú úroveň prúdu. V reálnych podmienkach sa zdroje prúdu a napätia používajú spoločne. Príkladom je bežná sieť s napätím 220 voltov, ale aj ďalšie zdroje v podobe batérií, generátorov, napájacích zdrojov a iných zariadení, ktoré vyrábajú elektrickú energiu. Prúdové stabilizátory využívajúce tranzistory s efektom poľa môžu byť zapojené sériovo ku každému z nich. Výstupy týchto zariadení sú v podstate prúdové zdroje s požadovanými parametrami.

Schémy elektrického zapojenia v dome si urobte sami

Ako otestovať tranzistor bez odspájkovania pomocou multimetra

Ako otestovať tranzistor pomocou multimetra bez jeho odspájkovania z obvodu

Označenie Uzo na diagrame