Vzdělávací článek o stabilizátorech proudu LED a další. Jsou uvažovány obvody lineárních a pulzních stabilizátorů proudu.

Proudový stabilizátor pro LED je instalován v mnoha provedeních svítidel. LED, stejně jako všechny diody, mají nelineární charakteristiku proud-napětí. To znamená, že jak se mění napětí na LED, proud se neúměrně mění. S rostoucím napětím nejprve proud stoupá velmi pomalu, přičemž LED nesvítí. Poté, když je dosaženo prahového napětí, LED začne svítit a proud se velmi rychle zvyšuje. S dalším zvýšením napětí se proud katastrofálně zvýší a LED shoří.

Prahové napětí je uvedeno v charakteristikách LED, as dopředné napětí při jmenovitém proudu. Jmenovitý proud pro většinu nízkopříkonových LED je 20 mA. Pro vysoce výkonné LED osvětlení, jmenovitý proud může být více - 350 mA nebo více. Mimochodem, vysoce výkonné LED diody generují teplo a měly by být namontovány na chladiči.

Pro správnou funkci LED musí být napájena přes stabilizátor proudu. Proč? Faktem je, že prahové napětí LED má rozptyl. odlišné typy LED mají jiné propustné napětí, dokonce stejný typ LED má jiné propustné napětí - to je indikováno v charakteristice LED jako minimální a maximální hodnoty. Dvě LED diody připojené paralelně ke stejnému zdroji napětí proto budou procházet různými proudy. Tento proud může být tak odlišný, že LED může selhat dříve nebo okamžitě shořet. Kromě toho má regulátor napětí také drift parametrů (v závislosti na úrovni primárního výkonu, na zátěži, na teplotě, just in time). Proto je zapínání LED bez zařízení pro vyrovnávání proudu nežádoucí. Různé cesty se uvažuje aktuální vyrovnání. Tento článek pojednává o zařízeních, která nastavují dobře definované, dané proud - proudové stabilizátory.

Typy stabilizátorů proudu

Proudový stabilizátor nastavuje specifikovaný proud přes LED bez ohledu na napětí přivedené do obvodu. Když se napětí na obvodu zvýší nad prahovou úroveň, proud dosáhne nastavené hodnoty a poté se nemění. S dalším zvýšením celkového napětí se napětí na LED přestane měnit a napětí na regulátoru proudu se zvýší.

Protože napětí na LED je určeno jejími parametry a in obecný případ beze změny, pak lze stabilizátor proudu nazývat také stabilizátor výkonu LED. V nejjednodušším případě je činný výkon (teplo) uvolněný zařízením rozdělen mezi LED a stabilizátor v poměru k napětí na nich. Takový stabilizátor se nazývá lineární. Existují také ekonomičtější zařízení - proudové stabilizátory založené na pulzní měnič(převodník klíčů nebo převodník). Říká se jim pulzní, protože do sebe pumpují energii po částech – pulzech podle potřeby spotřebitele. Správný pulzní převodník nepřetržitě spotřebovává energii, interně ji převádí pulzy ze vstupního obvodu do výstupního obvodu a opět nepřetržitě vydává výkon zátěži.

Lineární stabilizátor proudu

Lineární regulátor proudu se zahřívá, čím více je na něj přiváděno napětí. To je jeho hlavní nevýhoda. Má však řadu výhod, např.

• Lineární stabilizátor nevytváří elektromagnetické rušení
• Designově jednoduchý
• Nízká cena ve většině aplikací

Protože spínací převodník není nikdy zcela účinný, existují aplikace, kde má lineární regulátor srovnatelné nebo dokonce větší účinnost- když je vstupní napětí jen o málo vyšší než napětí na LED. Mimochodem, při napájení ze sítě se často používá transformátor, na jehož výstupu je instalován lineární stabilizátor proudu. To znamená, že nejprve se napětí sníží na úroveň srovnatelnou s napětím na LED a poté se pomocí lineárního stabilizátoru nastaví požadovaný proud.

V jiném případě můžete napětí LED přiblížit napájecímu napětí - zapojit LED do sériového řetězce. Napětí na řetězci se bude rovnat součtu napětí na každé LED.

Schémata lineárních stabilizátorů proudu

Nejvíc jednoduchý obvod stabilizátor proudu - na jednom tranzistoru (schéma "a"). Protože tranzistor je proudový zesilovač, je jeho výstupní proud (kolektorový proud) větší než řídicí proud (základní proud) h 21krát (zesílení). Základní proud lze nastavit pomocí baterie a rezistoru nebo pomocí zenerovy diody a rezistoru (schéma "b"). Takový obvod se ale obtížně ladí, výsledný stabilizátor bude závislý na teplotě, navíc tranzistory mají velký rozptyl parametrů a při výměně tranzistoru bude třeba znovu volit proud. Obvod se zpětnou vazbou "c" a "d" funguje mnohem lépe. Rezistor R v obvodu funguje jako zpětná vazba - se zvyšujícím se proudem se zvyšuje napětí na rezistoru, čímž se tranzistor uzamkne a proud klesá. Schéma "g", při použití stejného typu tranzistorů, má větší teplotní stabilitu a schopnost minimalizovat hodnotu rezistoru, což snižuje minimální napětí stabilizátoru a ztrátový výkon na rezistoru R.

Proudový stabilizátor může být vyroben na bázi tranzistoru s efektem pole p-n křižovatka(schéma "d"). Napětí brány-zdroje nastavuje odvod proudu. Při nulovém napětí hradla-zdroje se proud procházející tranzistorem rovná počátečnímu odběrovému proudu specifikovanému v dokumentaci. Minimální provozní napětí takového stabilizátoru proudu závisí na tranzistoru a dosahuje 3 volty. Někteří výrobci elektronických součástek vyrábějí speciální zařízení - hotové stabilizátory pevného proudu sestavené podle tohoto schématu - CRD (Current Regulating Devices) nebo CCR (Constant Current Regulator). Někdo tomu říká diodový stabilizátor, protože funguje jako dioda obráceně.

On Semiconductor vyrábí lineární regulátor např. řady NSIxxx, který má dva výstupy a pro zvýšení spolehlivosti má záporný teplotní koeficient - s rostoucí teplotou klesá proud procházející LED.

Proudový stabilizátor založený na pulzním měniči je svou konstrukcí velmi podobný regulátoru napětí na bázi pulzního měniče, ale neřídí napětí na zátěži, ale proud procházející zátěží. S poklesem proudu v zátěži výkon napumpuje, se zvýšením sníží. Mezi nejběžnější obvody pulzních měničů patří jalový prvek - tlumivka, která pomocí spínače (klíče) po částech načerpává energii ze vstupního obvodu (ze vstupní kapacity) a následně přenáší to k zátěži. Kromě zřejmé výhody úspory energie mají pulsní měniče řadu nevýhod, se kterými se musí vypořádat různá obvodová a konstrukční řešení:

• Pulzní měnič vytváří elektrické a elektromagnetické rušení
• Obvykle má složitou strukturu
• Nemá absolutní účinnost, to znamená, že spotřebuje energii na vlastní práci a topí
• Obvykle má vyšší cenu než například transformátor plus lineární zařízení

Vzhledem k tomu, že úspory energie jsou v mnoha aplikacích kritické, návrháři součástek a návrháři obvodů se snaží snížit dopad těchto nedostatků a často se jim to podaří.

Schémata pulzních měničů

Protože proudový stabilizátor je založen na pulzním měniči, uvažujme hlavní obvody pulzních měničů. Každý pulzní měnič má klíč, prvek, který může být pouze ve dvou stavech – zapnuto a vypnuto. Ve vypnutém stavu klíč nevede proud, a proto se na něm nevytváří žádná energie. V zapnutém stavu klíč vede proud, ale má velmi nízký odpor (ideálně nulový), respektive uvolňuje výkon blízký nule. Klíč tedy může přenášet části energie ze vstupního obvodu do výstupního obvodu prakticky bez ztráty výkonu. Avšak namísto stabilního proudu, který lze získat z lineárního napájecího zdroje, bude výstupem takového spínače pulzní napětí a proud. Chcete-li znovu získat stabilní napětí a proud, můžete vložit filtr.

Pomocí konvenčního RC filtru můžete získat výsledek, ale účinnost takového převodníku nebude lepší než lineární, protože veškerý přebytečný výkon bude uvolněn na aktivní odpor rezistoru. Pokud ale místo RC - LC použijete filtr (obvod "b"), lze se díky "specifickým" vlastnostem indukčnosti vyhnout ztrátám výkonu. Indukčnost má užitečnou reaktivní vlastnost - proud přes ni se postupně zvyšuje, je jí přiváděn Elektrická energie se přeměňuje na magnetický a hromadí se v jádře. Po vypnutí vypínače proud v induktoru nezmizí, napětí na induktoru změní polaritu a pokračuje v nabíjení výstupního kondenzátoru, indukčnost se stane zdrojem proudu přes obtokovou diodu D. Taková indukčnost, určená k přenosu výkon, se nazývá tlumivka. Proud v induktoru správně pracujícího zařízení je neustále přítomen - tzv. kontinuální režim nebo režim kontinuálního proudu (v západní literatuře se tento režim nazývá Constant Current Mode - CCM). Když se zatěžovací proud sníží, napětí na takovém měniči se zvýší, energie akumulovaná v induktoru se sníží a zařízení se může přepnout do přerušovaného provozu, když se proud v induktoru stane přerušovaným. S tímto režimem provozu se úroveň rušení vytvářeného zařízením prudce zvyšuje. Některé převodníky pracují v hraničním režimu, kdy se proud induktorem blíží nule (v západní literatuře se tento režim nazývá Border Current Mode - BCM). V každém případě významný DC., což vede k magnetizaci jádra, a proto je induktor vyroben ve speciální konstrukci - s mezerou nebo pomocí speciálních magnetických materiálů.

Stabilizátor založený na pulzním měniči má zařízení, které reguluje činnost klíče v závislosti na zatížení. Stabilizátor napětí registruje napětí na zátěži a mění činnost klíče (schéma "a"). Proudový stabilizátor měří proud zátěží např. pomocí malého měřicího odporu Ri (obvod "b"), zapojeného do série se zátěží.

Klíč převodníku se v závislosti na signálu regulátoru zapíná s různými pracovními cykly. Existují dva běžné způsoby ovládání klíče – pulzně šířková modulace (PWM) a proudový režim. V režimu PWM řídí chybový signál šířku pulzu při zachování opakovací frekvence. V proudovém režimu se měří špičkový proud v induktoru a mění se interval mezi pulzy.

V moderních měničích klíčů se jako klíč obvykle používá tranzistor MOSFET.

Konvertor Buck

Verze měniče zvažovaná výše se nazývá redukční měnič, protože napětí na zátěži je vždy nižší než napětí napájecího zdroje.

Protože tlumivkou neustále protéká jednosměrný proud, lze snížit požadavek na výstupní kondenzátor, tlumivka s výstupním kondenzátorem plní roli efektivního LC filtru. V některých obvodech proudových stabilizátorů, například pro LED, může výstupní kondenzátor zcela chybět. V západní literatuře se převodník peněz nazývá převodník Buck.

Boost Converter

Obvod spínacího regulátoru níže pracuje také s tlumivkou, ale tlumivka je vždy připojena k výstupu napájecího zdroje. Když je klíč otevřený, napájení je dodáváno přes induktor a diodu do zátěže. Když je klíč zavřený, induktor akumuluje energii; když je klíč otevřen, EMF, které se vyskytuje na jeho svorkách, se přidá k EMF zdroje energie a napětí na zátěži se zvýší.

Na rozdíl od předchozího zapojení je výstupní kondenzátor nabíjen přerušovaným proudem, takže výstupní kondenzátor musí být velký a může být potřeba další filtr. V západní literatuře se konvertor boost-buck nazývá Boost konvertor.

invertorový konvertor

Další obvod pulzního měniče funguje podobným způsobem - když se klíč zavře, induktor akumuluje energii, když se klíč otevře, EMF, který se vyskytuje na jeho svorkách, bude mít opačné znaménko a na zátěži se objeví záporné napětí.

Stejně jako v předchozím zapojení je výstupní kondenzátor nabíjen přerušovaným proudem, takže výstupní kondenzátor musí být velký a může být zapotřebí další filtr. V západní literatuře se invertující převodník nazývá převodník Buck-Boost.

Dopředné a zpětné převodníky

Nejčastěji jsou napájecí zdroje vyrobeny podle schématu, který ve svém složení používá transformátor. Transformátor zajišťuje galvanické oddělení sekundárního okruhu od zdroje energie, navíc účinnost napájení na bázi takových obvodů může dosáhnout 98 % i více. Dopředný měnič (obvod "a") přenáší energii ze zdroje do zátěže v okamžiku, kdy je klíč zapnutý. Ve skutečnosti se jedná o upravený převodník babky. Flyback měnič (obvod "b") přenáší energii ze zdroje do zátěže ve vypnutém stavu.

V dopředném měniči pracuje transformátor v normální mód a energie je uložena v induktoru. Ve skutečnosti se jedná o pulzní generátor s LC filtrem na výstupu. Flyback měnič ukládá energii do transformátoru. To znamená, že transformátor kombinuje vlastnosti transformátoru a tlumivky, což vytváří určité potíže při výběru jeho konstrukce.

V západní literatuře se dopředný převodník nazývá dopředný převodník. Flyback - Flyback převodník.

Aplikace pulzního měniče jako stabilizátoru proudu

Většina spínaných zdrojů je k dispozici se stabilizací výstupního napětí. Typické obvody takových napájecích zdrojů, zvláště výkonných, mají kromě zpětné vazby výstupního napětí klíčový prvek obvodu řízení proudu, například odpor s nízkým odporem. Takové ovládání vám umožňuje zajistit režim činnosti škrticí klapky. Nejjednodušší proudové stabilizátory využívají tento ovládací prvek ke stabilizaci výstupního proudu. Proudový stabilizátor je tedy ještě jednodušší než stabilizátor napětí.

Zvažte obvod stabilizátoru spínacího proudu pro LED založenou na mikroobvodu od známého výrobce elektronických součástek On Semiconductor:

Obvod konvertoru buck pracuje v režimu trvalého proudu s externím spínačem. Obvod byl vybrán z mnoha dalších, protože ukazuje, jak jednoduchý a účinný může být obvod regulátoru spínacího proudu s externím spínačem. Ve výše uvedeném schématu řídí řídicí čip IC1 činnost MOSFET spínače Q1. Protože převodník pracuje v režimu trvalého proudu, není nutné instalovat výstupní kondenzátor. V mnoha obvodech je ve zdrojovém obvodu spínače instalován proudový snímač, což však snižuje rychlost zapínání tranzistoru. Ve výše uvedeném schématu je proudový snímač R4 instalován v primárním napájecím obvodu, v důsledku toho se obvod ukázal jako jednoduchý a efektivní. Klíč pracuje na frekvenci 700 kHz, což umožňuje instalaci kompaktní tlumivky. S výstupním výkonem 7 wattů, vstupním napětím 12 voltů při provozu 700 mA (3 LED) je účinnost zařízení více než 95 %. Obvod pracuje stabilně až do 15 wattů výstupního výkonu bez použití dalších opatření pro odvod tepla.

Ještě jednodušší obvod je získán pomocí mikroobvodů stabilizátoru klíče s vestavěným klíčem. Například schéma klíčového stabilizátoru proudu LED založeného na čipu /CAT4201:

Pro provoz zařízení s výkonem až 7 wattů je potřeba pouze 8 komponent včetně samotného mikroobvodu. Spínací regulátor pracuje v režimu omezení proudu a vyžaduje malý výkon keramický kondenzátor. Rezistor R3 je potřeba při napájení z 24 voltů a výše, aby se snížila rychlost přeběhu vstupního napětí, i když to poněkud snižuje účinnost zařízení. Provozní frekvence přesahuje 200 kHz a mění se v závislosti na zátěži a vstupním napětí. Je to dáno způsobem regulace – řízením špičkového proudu tlumivky. Když proud dosáhne maximální hodnoty, klíč se otevře, když proud klesne na nulu, zapne se. Účinnost zařízení dosahuje 94 %.

Tedy jádro a hlavní složka led žárovka je LED. Z hlediska obvodů se svítivé diody neliší od ostatních, až na to, že ve smyslu jejich použití jako samotných diod mají hrozné parametry - velmi malé povolené zpětné napětí vzhledem k velká kapacita přechod, obrovský úbytek provozního napětí (asi 3,5 V u bílých LED - např. u usměrňovací diody by to byla noční můra) atp.

Chápeme však, že hlavní hodnotou LED pro lidstvo je to, že svítí a někdy docela jasně. Aby LED mohla šťastně svítit až do smrti, potřebuje dvě podmínky: stabilní proud skrz ni a dobrý odvod tepla z ní. Kvalita chladiče je zajištěna různými konstrukčními metodami, takže nyní se touto otázkou nebudeme zabývat. Pojďme se bavit o tom, proč a jak moderní lidstvo dosahuje prvního cíle – stabilního proudu.

Když už mluvíme o bílých LED

Je jasné, že pro osvětlení jsou nejzajímavější bílé LED. Jsou vyrobeny na bázi krystalu vyzařujícího modré světlo, naplněného fosforem, který znovu vyzařuje část energie ve žlutozelené oblasti. Titulní obrázek jasně ukazuje, že dráty vedoucí proud přecházejí do něčeho žlutého - to je fosfor; krystal je umístěn vespod. Na typickém spektru bílé LED je jasně viditelný modrý vrchol:

Spektra LED s různými teploty barev: 5000K (modrá), 3700K (zelená), 2600K (červená). Přečtěte si více.

Již jsme přišli na to, že v obvodovém smyslu se LED liší od jakékoli jiné diody pouze v hodnotách parametrů. Zde je třeba říci, že zařízení je zásadně nelineární; to znamená, že se vůbec neřídí Ohmovým zákonem známým ze školy. Závislost proudu na přiloženém napětí na takových zařízeních je popsána t.zv. proudově napěťová charakteristika (CVC) a pro diodu je exponenciální. Z toho vyplývá, že sebemenší změna přiloženého napětí vede k obrovské změně proudu, ale to není vše - se změnou teploty (a také stárnutím) se I–V charakteristika posouvá. Kromě toho je poloha IV charakteristiky u různých diod mírně odlišná. Uvedu samostatně - nejen pro každý typ, ale pro každou instanci, dokonce ze stejné šarže. Z tohoto důvodu bude distribuce proudu paralelně zapojenými diodami nutně nerovnoměrná, což nemůže mít dobrý vliv na životnost konstrukce. Při výrobě matric se snaží buď použít sériové zapojení, které problém vyřeší u kořene, nebo zvolit diody s přibližně stejným propustným úbytkem napětí. Pro usnadnění úkolu výrobci obvykle označují takzvaný „bin“ - kód pro výběr podle parametrů (včetně napětí), do kterého konkrétní instance spadá.

VAC bílé LED.

V souladu s tím, aby vše fungovalo dobře, musí být LED připojena k zařízení, které bez ohledu na vnější faktory automaticky vybere s vysokou přesností takové napětí, při kterém daný proud protéká obvodem (například 350 mA pro jednowattové LED), a průběžně sleduje proces. Obecně se takovému zařízení říká proudový zdroj, ale v případě LED je dnes v módě používat zámořské slovo „driver“. Obecně je budič často označován jako řešení primárně navržená pro práci v konkrétní aplikaci – například „MOSFET driver“ – mikroobvod navržený pro řízení specificky výkonných tranzistorů s efektem pole, „sedmisegmentový indikátorový driver“ – řešení k pohonu specificky sedmisegmentových zařízení atd. . To znamená, že když se zdroji proudu říká ovladač LED, lidé naznačují, že tento zdroj proudu je navržen speciálně pro práci s LED. Může mít například specifické funkce – něco v duchu světelného rozhraní DMX-512, které detekuje přerušení a zkrat na výstupu (a běžný zdroj proudu by obecně měl fungovat bez problémů na zkrat), a tak dále. Pojmy se však často zaměňují a například nejběžnějšímu adaptéru (zdroji napětí!) pro LED pásky říkají ovladač.

Zařízení určená k nastavení režimu osvětlovacího zařízení se navíc často nazývají předřadníky.

Takže aktuální zdroje. Nejjednodušším zdrojem proudu může být rezistor v sérii s LED. To se provádí při nízkých výkonech (někde až půl wattu), například ve stejném LED pásky. S rostoucím výkonem jsou ztráty na rezistoru příliš vysoké a zvyšují se požadavky na stabilitu proudu, a proto je potřeba pokročilejších zařízení, jejichž poetický obraz jsem nakreslil výše. Všechny jsou postavené podle stejné ideologie – mají regulační prvek řízený proudovou zpětnou vazbou.

Proudové stabilizátory se dělí na dva typy - lineární a pulzní. Spojnicová schémata- příbuzní rezistoru (do této třídy patří i samotný rezistor a jeho analogy). Obvykle nepřinášejí zvláštní zvýšení účinnosti, ale zvyšují kvalitu stabilizace proudu. Impulsní obvody jsou nejlepším řešením, ale jsou složitější a dražší.

Pojďme se nyní v rychlosti podívat na to, co v těchto dnech můžete vidět uvnitř. LED lampy nebo vedle nich.

1. Předřadník kondenzátoru

Předřadník kondenzátoru je rozšířením myšlenky zapojení odporu do série s LED. V zásadě lze LED připojit k zásuvce přímo takto:

Back-to-back dioda je nutná proto, aby nedocházelo k průrazu LED v okamžiku změny polarity síťového napětí - již jsem zmínil, že neexistují LED s přípustným zpětným napětím stovek voltů. V zásadě můžete místo reverzní diody umístit další LED.

Hodnota odporu ve výše uvedeném obvodu je vypočítána pro proud LED asi 10 - 15 mA. Protože síťové napětí je mnohem větší než pokles na diodách, lze tento pokles ignorovat a vypočítat přímo podle Ohmova zákona: 220/20000 ~ 11 mA. Můžete nahradit špičkovou hodnotu (311 V) a ujistit se, že ani v limitním případě nepřekročí proud diody 20 mA. Všechno je skvělé, až na to, že rezistor rozptýlí asi 2,5 wattu energie a asi 40 mW na LED. Účinnost systému je tedy cca 1,5 % (v případě jediné LED to bude ještě méně).

Myšlenkou uvažované metody je nahradit odpor kondenzátorem, protože je známo, že v obvodech střídavý proud reaktivní prvky mají schopnost omezovat proud. Mimochodem, dá se použít i plyn, navíc to dělají klasicky elektromagnetické předřadníky pro zářivky.

Počítáním podle vzorce z učebnice lze snadno dospět k tomu, že v našem případě je potřeba kondenzátor 0,2 μF nebo indukční cívka asi 60 H. Zde je jasné, proč se tlumivky nikdy nenacházejí v takových předřadnících LED žárovek - cívka s takovou indukčností je vážná a drahá struktura, ale kondenzátor 0,2 uF je mnohem snazší získat. Samozřejmě musí být dimenzován na špičkové síťové napětí a lépe s rezervou. V praxi se používají kondenzátory s provozním napětím minimálně 400 V. Mírným doplněním obvodu dostáváme to, co jsme již viděli v předchozím článku.

Lyrická odbočka

"Microfarad" je zkrácen přesně jako "uF". Pozastavuji se nad tím, protože často vídávám, jak lidé v této souvislosti píšou „mF“, zatímco to druhé je zkratka pro „millifarad“, tedy 1000 mikrofarad. V angličtině se „microfarad“ opět nepíše jako „mkF“, ale naopak „uF“. Je to proto, že písmeno „u“ připomíná písmeno „μ“ s utrženým ocasem.

Tak, 1 F/F = 1000 mF/mF = 1000000 uF/uF/μF, a nic jiného!

"Farad" je navíc mužský, jak je pojmenován po velkém mužském fyzikovi. Takže "čtyři mikrofarady", ale ne "čtyři mikrofarady"!

Jak jsem již řekl, takový balast má jedinou výhodu – jednoduchost a levnost. Podobně jako u předřadníku s rezistorem zde není proudová stabilizace příliš dobrá, a co je horší, je zde výrazná reaktivní složka, která síti příliš neprospívá (zejména při citelných výkonech). Navíc, jak se zvyšuje požadovaný proud, bude se zvyšovat i požadovaná kapacita kondenzátoru. Chceme-li například rozsvítit jednowattovou LED pracující na 350 mA, potřebujeme kondenzátor o kapacitě asi 5 mikrofarad, určený pro napětí 400 V. Ten je již dražší, větší a složitější v z hlediska designu. S potlačením vlnění zde také není vše jednoduché. Obecně lze říci, že kondenzátorový předřadník je odpustitelný pouze u malých majáčků, nic víc.

2. Beztransformátorová buck topologie

Toto obvodové řešení patří do rodiny beztransformátorových měničů, které zahrnují topologii step-down, step-up a invertující. Kromě toho mezi beztransformátorové převodníky patří také SEPIC, převodník Chuck a další exoty, jako jsou spínané kondenzátory. V zásadě lze LED ovladač postavit na základě kteréhokoli z nich, ale v praxi jsou v této kapacitě mnohem méně obvyklé (ačkoli topologie boost se používá například u mnoha baterek).

Jeden příklad ovladače založeného na beztransformátorové buck topologii je znázorněn na obrázku níže.

Ve volné přírodě lze takové zařazení pozorovat na příkladu ZXLD1474 nebo možnosti zařazení ZXSC310 (což je mimochodem jen boost převodník v původním spínacím obvodu).

Zde je LED zapojena do série s cívkou. Řídicí obvod sleduje proud přes měřicí odpor R1 a ovládá spínač T1. Pokud proud procházející LED klesne pod předem určené minimum, tranzistor se zapne a cívka s LED zapojenou v sérii se připojí ke zdroji energie. Proud v cívce začne lineárně narůstat (červená oblast na grafu), dioda D1 je v tuto chvíli zablokována. Jakmile řídicí obvod zaregistruje, že proud dosáhl předem stanoveného maxima, klíč se zavře. V souladu s prvním spínacím zákonem má cívka tendenci udržovat proud v obvodu díky energii uložené v magnetickém poli. V tomto okamžiku protéká proud diodou D1. Energie pole cívky se spotřebovává, proud lineárně klesá (zelená plocha na grafu). Když proud klesne pod předem stanovené minimum, řídicí obvod to zaregistruje a znovu otevře tranzistor, čímž napumpuje energii do systému – proces se opakuje. Proud je tak udržován ve stanovených mezích.

Charakteristickým rysem buck topologie je schopnost vytvářet vlnky světelný tok libovolně malý, protože v takovém zapojení se proud procházející LED nikdy nepřeruší. Cesta k ideálu spočívá ve zvýšení indukčnosti a zvýšení spínací frekvence (dnes existují měniče s pracovními frekvencemi až několik megahertzů).

Na základě takové topologie byl vytvořen ovladač Gaussovy lampy diskutovaný v předchozím článku.

Nevýhodou metody je chybějící galvanické oddělení - když je tranzistor otevřený, obvod je přímo připojen ke zdroji napětí, v případě síťových LED žárovek - k síti, což může být nebezpečné.

3. Flyback převodník

I když flyback měnič obsahuje něco, co vypadá jako transformátor, v tomto případě je správnější nazývat tuto část dvouvinutí tlumivka, protože proud nikdy neprotéká oběma vinutími současně. Ve skutečnosti jsou zpětné měniče v principu podobné beztransformátorovým topologiím. Když je T1 otevřený, proud v primáru stoupá, energie se ukládá v magnetickém poli; v tomto případě je polarita sepnutí sekundárního vinutí záměrně zvolena tak, že dioda D3 je v této fázi uzavřena a na sekundární straně neprotéká žádný proud. Zatěžovací proud v tomto okamžiku podporuje kondenzátor C1. Při sepnutí T1 se přepóluje napětí na sekundáru (protože derivace proudu v primáru se obrátí), D3 se otevře a uložená energie se přenese na sekundár. Z hlediska stabilizace proudu je vše při starém - řídicí obvod analyzuje úbytek napětí na rezistoru R1 a upravuje čas s e parametry tak, aby proud procházející LED diodami zůstal konstantní. Nejčastěji se flyback měnič používá při výkonech nepřesahujících 50 W; dále přestává vyhovovat zvyšujícími se ztrátami a nutnými rozměry indukčního transformátoru.

Musím říci, že existují možnosti pro ovladače flyback bez optoizolátoru (například). Spoléhají na to, že primární a sekundární vinutí jsou spojeny a s určitými výhradami se lze omezit na analýzu proudu primární vinutí(nebo častěji samostatné pomocné vinutí) - to vám umožní ušetřit na součástech a podle toho snížit náklady na řešení.

Flyback konvertor je dobrý, protože za prvé poskytuje izolaci sekundární části od sítě (vyšší bezpečnost), za druhé umožňuje relativně snadno a levně vyrábět žárovky kompatibilní se standardními stmívači pro žárovky a také uspořádat výkon korekce koeficientu.

Lyrická odbočka

Flyback konvertor se tak nazývá proto, že podobná metoda byla původně použita k získání vysokého napětí v televizorech založených na katodových trubicích. Zdroj vysokého napětí byl integrován do obvodu s obvodem horizontální skenování a vysokonapěťový impuls byl získán během zvrátit elektronový paprsek.

Něco málo o pulsacích

Jak již bylo zmíněno, zdroje impulsů pracovat na dost vysoké frekvence(v praxi - od 30 kHz, častěji asi 100 kHz). Je tedy jasné, že provozuschopný budič sám o sobě nemůže být zdrojem velkého faktoru zvlnění - především proto, že tento parametr při frekvencích nad 300 Hz prostě není normalizován a kromě toho lze vysokofrekvenční zvlnění celkem snadno odfiltrovat. . Problém je v síťovém napětí.

Faktem je, že samozřejmě všechny výše uvedené obvody (kromě obvodu se zhášecím kondenzátorem) fungují od konstantní napětí. Protože u vchodu jakéhokoli elektronický předřadník V první řadě je to usměrňovač a akumulační kondenzátor. Účelem posledně jmenovaného je napájet předřadník v těch okamžicích, kdy síťové napětí klesne pod prahovou hodnotu obvodu. A zde je bohužel zapotřebí kompromis - vysokonapěťové vysokokapacitní elektrolytické kondenzátory za prvé stojí peníze a za druhé zabírají drahocenný prostor v krytu lampy. To je také hlavní příčina problémů s účiníkem. Popisované zapojení s usměrňovačem má nerovnoměrný odběr proudu. To vede k výskytu vyšších harmonických, což je důvodem zhoršení parametru, který nás zajímá. Navíc, čím lépe se pokusíme filtrovat napětí na vstupu předřadníku, tím nižší účiník získáme, pokud nevynaložíme samostatné úsilí. To vysvětluje skutečnost, že téměř všechny lampy s nízkým vlněním, které jsme viděli, vykazují velmi průměrný účiník a naopak (zavedení aktivního korektoru účiníku samozřejmě ovlivní cenu, takže na něm zatím raději šetří ). Přidat štítky

Za posledních 10-20 let se počet spotřební elektroniky mnohonásobně zvýšil. Objevilo se velké množství elektronických součástek a hotových modulů. Zvýšily se také požadavky na napájení, mnohé vyžadují stabilizované napětí nebo stabilní proud.

Ovladač se nejčastěji používá jako regulátor proudu pro LED a nabíjení. autobaterie. Takový zdroj je nyní v každém LED reflektoru, lampě nebo svítidle. Zvažte všechny možnosti stabilizace, od starých a jednoduchých až po nejúčinnější a moderní. Říká se jim také led driver.

• 1. Typy stabilizátorů
• 2. Populární modely
• 3. Stabilizátor pro LED
• 4. Ovladač na 220V
• 5. Stabilizátor proudu, obvod
• 6. LM317
• 7. Nastavitelný stabilizátor proudu
• 8. Ceny v Číně

Typy stabilizátorů

Pulsně nastavitelný DC

Před 15 lety jsem v prvním ročníku dělal testy z předmětu „Zdroje energie“ pro elektronická zařízení. Od té doby až do dneška zůstává čip LM317 a jeho analogy, které patří do třídy lineárních stabilizátorů, nejoblíbenější a nejoblíbenější.

V současné době existuje několik typů stabilizátorů napětí a proudu:

1. lineární do 10A a vstupní napětí do 40V;
2. pulzní s vysokým vstupním napětím, snižování;
3. impuls s nízkým vstupním napětím, rostoucí.

Na pulzním PWM regulátoru obvykle od 3 do 7 ampér podle charakteristiky. Ve skutečnosti záleží na chladicím systému a účinnosti v konkrétním režimu. Zesílení z nízkého vstupního napětí způsobí vyšší výstupní napětí. Tato možnost se používá pro napájecí zdroje s malým počtem voltů. Například v autě, když potřebujete z 12V udělat 19V nebo 45V. S dolarem je to jednodušší, výška se sníží na požadovanou úroveň.

Přečtěte si o všech způsobech napájení LED v článku "na 12 a 220V". Schémata připojení jsou popsána odděleně od nejjednodušších za 20 rublů až po plnohodnotné bloky s dobrou funkčností.

Podle funkčnosti se dělí na specializované a univerzální. Univerzální moduly mají obvykle 2 proměnné odpory pro nastavení voltů a ampérů. Specializované nejčastěji nemají stavební prvky a výstupní hodnoty jsou pevné. Mezi specializovanými jsou běžné stabilizátory proudu pro LED, na internetu je velké množství obvodů.

Populární modely

2596 Lm

Mezi impulsními se stal populární LM2596, ale podle moderních standardů má nízkou účinnost. Pokud je více než 1 ampér, je vyžadován chladič. Malý seznam podobných:

1. LM317
2. LM2576
3. LM2577
4. LM2596
5. MC34063

Doplním o moderní čínský sortiment, který je vlastnostmi dobrý, ale je mnohem méně obvyklý. Na Aliexpress pomáhá hledání označení. Seznam sestavují internetové obchody:

• MP2307DN
• XL4015
• MP1584EN
• XL6009
• XL6019
• XL4016
• XL4005
• L7986A

Vhodné i pro čínské denní svícení DRL. Z důvodu nízké ceny jsou LED diody připojeny přes odpor k autobaterii nebo automobilové síti. Napětí ale pulzně vyskočí až na 30 voltů. Nekvalitní LED diody takové nápory nevydrží a začnou umírat. Je pravděpodobné, že jste viděli blikající DRL nebo běžící světla, kde některé LED diody nefungují.

Sestavení obvodu svépomocí na těchto prvcích bude jednoduché. Většinou se jedná o stabilizátory napětí, které se zapínají v aktuálním režimu stabilizace.

Nezaměňujte maximální napětí celé jednotky a maximální napětí PWM regulátoru. Nízkonapěťové 20V kondenzátory lze instalovat na blok, když má pulzní čip vstup do 35V.

LED stabilizátor

Nejjednodušší je vytvořit stabilizátor proudu pro LED vlastními rukama na LM317, stačí vypočítat odpor pro LED na online kalkulačka. Potraviny lze použít po ruce, například:

1. napájení notebooku 19V;
2. z tiskárny pro 24V a 32V;
3. ze spotřební elektroniky na 12 voltů, 9V.

Výhody takového převodníku jsou nízká cena, snadný nákup, minimum dílů, vysoká spolehlivost. Pokud je obvod stávajícího stabilizátoru složitější, není racionální jej sestavit vlastníma rukama. Pokud nejste radioamatér, pak je snazší a rychlejší koupit stabilizátor spínacího proudu. V budoucnu jej lze upravit na požadované parametry. Více se dozvíte v sekci "Hotové moduly".

Ovladač na 220V

Pokud máte zájem o ovladač na LED 220v, pak je lepší si jej objednat nebo koupit. Oni mají střední obtížnost výroba, ale nastavení zabere více času a jsou vyžadovány zkušenosti s nastavením.

Ovladač 220 LED lze odstranit z vadných LED žárovek, svítidel a reflektorů, které mají vadný obvod LED. Navíc lze upravit téměř jakýkoli stávající ovladač. Chcete-li to provést, zjistěte model regulátoru PWM, na kterém je převodník namontován. Typicky jsou výstupní parametry nastaveny odporem nebo několika. Podívejte se na datový list, abyste viděli, jaký by měl být odpor, abyste získali požadované zesilovače.

Pokud vložíte nastavitelný odpor vypočítané hodnoty, bude počet ampérů na výstupu konfigurovatelný. Jen nepřekračujte jmenovitý výkon, který byl uveden.

Stabilizátor proudu, obvod

Často musím prohlížet sortiment na Aliexpress při hledání levných, ale vysoce kvalitních modulů. Rozdíl v nákladech může být 2-3násobný, nalezení minimální ceny zabere čas. Ale díky tomu dělám objednávku na 2-3 kusy na testy. Nakupuji na recenze a konzultace výrobců, kteří nakupují komponenty v Číně.

V červnu 2016 se nejlepší volbou stal univerzální modul na XL4015, jehož cena je 110 rublů s doručením zdarma. Jeho vlastnosti jsou vhodné pro připojení výkonných LED do 100 wattů.

Schéma v režimu řidiče.

Ve standardní verzi je pouzdro XL4015 připájeno k desce, která slouží jako chladič. Chcete-li zlepšit chlazení na skříni XL4015, musíte umístit chladič. Většina to klade navrch, ale účinnost takové instalace je nízká. Lepší systém chlazení by mělo být umístěno ve spodní části desky, naproti místu, kde je připájen mikroobvod. Ideálně je lépe odpájet a přes teplovodivou pastu nasadit na plnohodnotný radiátor. Nohy bude nejspíš potřeba prodloužit dráty. Pokud je požadováno tak vážné chlazení regulátoru, pak jej bude potřebovat i Schottkyho dioda. Bude se také muset dát na radiátor. Takové zdokonalení výrazně zvýší spolehlivost celého obvodu.

Obecně moduly nemají ochranu proti nesprávnému napájení. To je okamžitě deaktivuje, buďte opatrní.

LM317

Aplikace (role) dokonce nevyžaduje žádné dovednosti a znalosti elektroniky. Počet vnějších prvků v obvodech je minimální, takže se jedná o dostupnou variantu pro každého. Jeho cena je velmi nízká, jeho možnosti a použití byly opakovaně testovány a ověřeny. Jen to vyžaduje dobré chlazení, to je jeho hlavní nevýhoda. Jediné, na co je třeba se mít na pozoru, jsou nekvalitní čínské mikroobvody LM317, které mají horší parametry.

Kvůli absenci zbytečného šumu na výstupu byly pro napájení kvalitních Hi-Fi a Hi-End DAC převodníky použity lineární stabilizační mikroobvody. U DAC hraje čistota napájení obrovskou roli, takže někteří k tomu používají baterie.

Maximální výkon pro LM317 je 1,5 A. Chcete-li zvýšit počet ampérů, můžete do obvodu přidat tranzistor s efektem pole nebo běžný. Na výstupu bude možné získat až 10A, nastavuje se nízkým odporem. V tomto schématu přebírá hlavní zatížení tranzistor KT825.

Dalším způsobem je dát analog s vyšším Technické specifikace na velký systém chlazení.

Nastavitelný stabilizátor proudu

Jako radioamatér s 20letou praxí mě těší nabídka hotových bloků a modulů na prodej. Nyní můžete sestavit jakékoli zařízení z hotových bloků v minimálním čase.

Začal jsem ztrácet důvěru v čínské výrobky poté, co jsem v „tankovém biatlonu“ viděl, jak nejlepšímu čínskému tanku upadlo kolo.

Čínské internetové obchody se staly lídrem v sortimentu napájecích zdrojů, měničů proudu DC-DC, ovladačů. V jejich volném prodeji najdete téměř jakékoliv moduly, pokud lépe vypadáte, tak velmi vysoce specializované. Například za 10 000 000 rublů můžete sestavit spektrometr v hodnotě 100 000 rublů. Kde 90 % ceny tvoří přirážka za značku a mírně upravený čínský software.

Cena začíná od 35 rublů. za DC-DC konvertor napětí, ovladač je dražší a má dva nebo tři trimovací odpory, místo jednoho.

Pro všestrannější použití je lepší nastavitelný driver. Hlavním rozdílem je instalace proměnný odpor v obvodu, který nastavuje ampéry na výstupu. Tyto vlastnosti lze specifikovat v typická schémata zahrnutí do specifikací pro mikroobvod, datasheet, datasheet.

Slabými místy takových ovladačů je zahřívání induktoru a Schottkyho diody. V závislosti na modelu regulátoru PWM mohou odolat 1A až 3A bez dodatečného chlazení mikroobvodu. Pokud je nad 3A, pak je potřeba chlazení PWM a výkonná Schottkyho dioda. Induktor je převinut silnějším drátem nebo nahrazen vhodným.

Účinnost závisí na provozním režimu, rozdílu napětí mezi vstupem a výstupem. Čím vyšší je účinnost, tím nižší je ohřev stabilizátoru.

Ceny v Číně

Cena je velmi nízká vzhledem k tomu, že v ceně je zahrnuta doprava. Dřív jsem si myslel, že kvůli zboží za 30-50 rublů se Číňané ani neušpiní, spousta práce s nízkým příjmem. Ale jak ukázala praxe, mýlil jsem se. Jakýkoli haléřový nesmysl zabalí a pošlou. Přichází v 98% případů a nakupuji na Aliexpress více než 7 let a za velké částky, pravděpodobně již asi 1 milion rublů.

Objednávám proto předem, většinou 2-3 kusy stejného jména. Zbytečný prodej na místním fóru nebo Avito, vše se prodává jako teplé rožky.