Artículo educativo sobre estabilizadores de corriente LED y más. Se consideran los circuitos de estabilizadores de corriente lineales y de pulso.

El estabilizador de corriente para el LED se instala en muchos diseños de luminarias. Los LED, como todos los diodos, tienen una característica de corriente-voltaje no lineal. Esto significa que a medida que cambia el voltaje a través del LED, la corriente cambia de manera desproporcionada. A medida que aumenta el voltaje, al principio la corriente sube muy lentamente, mientras que el LED no se enciende. Luego, cuando se alcanza el voltaje de umbral, el LED comienza a brillar y la corriente aumenta muy rápidamente. Con un aumento adicional en el voltaje, la corriente aumenta catastróficamente y el LED se quema.

La tensión umbral se indica en las características de los LED, como tensión directa a la corriente nominal. La clasificación actual para la mayoría de los LED de baja potencia es de 20 mA. Para iluminación LED de alta potencia, Corriente nominal puede ser más - 350 mA o más. Por cierto, los LED de alta potencia generan calor y deben montarse en un disipador de calor.

Para un correcto funcionamiento del LED, debe ser alimentado a través de un estabilizador de corriente. ¿Para qué? El hecho es que el voltaje de umbral del LED tiene una extensión. diferentes tipos Los LED tienen un voltaje directo diferente, incluso el mismo tipo de LED tienen un voltaje directo diferente; esto se indica en las características del LED como valores mínimo y máximo. Por lo tanto, dos LED conectados a la misma fuente de voltaje en paralelo pasarán diferentes corrientes. Esta corriente puede ser tan diferente que el LED puede fallar antes o quemarse inmediatamente. Además, el regulador de voltaje también tiene deriva de parámetros (dependiendo del nivel de potencia primaria, de la carga, de la temperatura, justo a tiempo). Por lo tanto, no es deseable encender los LED sin dispositivos de ecualización de corriente. Varias maneras se consideran nivelaciones actuales. Este artículo analiza los dispositivos que establecen una corriente bien definida y dada: estabilizadores de corriente.

Tipos de estabilizadores de corriente.

El estabilizador de corriente establece la corriente especificada a través del LED, independientemente del voltaje aplicado al circuito. Cuando el voltaje en el circuito aumenta por encima del nivel de umbral, la corriente alcanza el valor establecido y luego no cambia. Con un aumento adicional en el voltaje total, el voltaje en el LED deja de cambiar y aumenta el voltaje en el regulador de corriente.

Dado que el voltaje en el LED está determinado por sus parámetros y en caso general sin cambios, entonces el estabilizador de corriente también se puede llamar estabilizador de potencia LED. En el caso más simple, la potencia activa (calor) liberada por el dispositivo se distribuye entre el LED y el estabilizador en proporción al voltaje en ellos. Tal estabilizador se llama lineal. También hay dispositivos más económicos: estabilizadores de corriente basados ​​​​en convertidor de pulso(convertidor o conversor de llaves). Se llaman pulsados, porque bombean energía dentro de sí mismos en porciones, pulsos según sea necesario para el consumidor. El convertidor de pulso correcto consume energía continuamente, la transfiere internamente con pulsos desde el circuito de entrada al circuito de salida y envía energía a la carga de nuevo continuamente.

Estabilizador de corriente lineal

El regulador de corriente lineal se calienta más, más voltaje se le aplica. Este es su principal inconveniente. Sin embargo, tiene una serie de ventajas, por ejemplo:

• El estabilizador lineal no crea interferencias electromagnéticas.
• Diseño simple
• Bajo costo en la mayoría de las aplicaciones

Dado que un convertidor de conmutación nunca es completamente eficiente, existen aplicaciones en las que un regulador lineal tiene un rendimiento comparable o incluso mayor eficiencia- cuando el voltaje de entrada es solo un poco más alto que el voltaje en el LED. Por cierto, cuando se alimenta de la red eléctrica, a menudo se usa un transformador, en cuya salida se instala un estabilizador de corriente lineal. Es decir, primero el voltaje se reduce a un nivel comparable al voltaje en el LED y luego, usando un estabilizador lineal, se establece la corriente requerida.

En otro caso, puede acercar el voltaje del LED al voltaje de suministro: conecte los LED en una cadena en serie. El voltaje a través de la cadena será igual a la suma de los voltajes a través de cada LED.

Esquemas de estabilizadores de corriente lineal.

lo mas circuito sencillo estabilizador de corriente - en un transistor (esquema "a"). Dado que el transistor es un amplificador de corriente, su corriente de salida (corriente de colector) es mayor que la corriente de control (corriente de base) por h 21 veces (ganancia). La corriente base se puede configurar usando una batería y una resistencia, o usando un diodo zener y una resistencia (diagrama "b"). Sin embargo, dicho circuito es difícil de sintonizar, el estabilizador resultante dependerá de la temperatura, además, los transistores tienen una gran variedad de parámetros y al reemplazar un transistor, la corriente deberá seleccionarse nuevamente. El circuito con realimentación "c" y "d" funciona mucho mejor. La resistencia R en el circuito actúa como retroalimentación: a medida que aumenta la corriente, aumenta el voltaje a través de la resistencia, lo que bloquea el transistor y la corriente disminuye. El esquema "g", cuando se usa el mismo tipo de transistores, tiene una mayor estabilidad de temperatura y la capacidad de minimizar el valor de la resistencia, lo que reduce el voltaje mínimo del estabilizador y la disipación de potencia en la resistencia R.

El estabilizador de corriente se puede hacer sobre la base de un transistor de efecto de campo con Unión PN(esquema "d"). El voltaje de la fuente de la puerta establece la corriente de drenaje. Con un voltaje de fuente de compuerta cero, la corriente a través del transistor es igual a la corriente de drenaje inicial especificada en la documentación. El voltaje de funcionamiento mínimo de dicho estabilizador de corriente depende del transistor y alcanza los 3 voltios. Algunos fabricantes de componentes electrónicos producen dispositivos especiales, estabilizadores de corriente fijos listos para usar ensamblados de acuerdo con este esquema, CRD (dispositivos de regulación de corriente) o CCR (regulador de corriente constante). Algunos lo llaman estabilizador de diodo, porque funciona como un diodo al revés.

On Semiconductor produce un regulador lineal de la serie NSIxxx, por ejemplo, que tiene dos salidas y, para aumentar la confiabilidad, tiene un coeficiente de temperatura negativo: a medida que aumenta la temperatura, disminuye la corriente a través de los LED.

Un estabilizador de corriente basado en un convertidor de pulsos tiene un diseño muy similar a un regulador de voltaje basado en un convertidor de pulsos, pero no controla el voltaje en la carga, sino la corriente a través de la carga. Con una disminución de la corriente en la carga, aumenta la potencia, con un aumento, se reduce. Los circuitos más comunes de los convertidores de pulso incluyen un elemento reactivo: un estrangulador que, con la ayuda de un interruptor (llave), se bombea en porciones de energía del circuito de entrada (de la capacitancia de entrada) y, a su vez, transfiere a la carga. Además de la ventaja obvia de ahorrar energía, los convertidores de pulso tienen una serie de desventajas que deben abordarse mediante diversas soluciones de diseño y circuitos:

• El convertidor de pulso produce interferencias eléctricas y electromagnéticas
• Suele tener una estructura compleja.
• No tiene eficiencia absoluta, es decir, gasta energía para su propio trabajo y se calienta.
• Suele tener un coste mayor que, por ejemplo, transformador más dispositivos lineales

Dado que el ahorro de energía es crítico en muchas aplicaciones, los diseñadores de componentes y circuitos intentan reducir el impacto de estas deficiencias y, a menudo, lo logran.

Esquemas de convertidores de pulso.

Dado que el estabilizador de corriente se basa en un convertidor de pulso, consideremos los circuitos principales de los convertidores de pulso. Cada convertidor de pulso tiene una tecla, un elemento que solo puede estar en dos estados: encendido y apagado. En el estado apagado, la llave no conduce corriente y, en consecuencia, no se genera energía en ella. En el estado encendido, la tecla conduce corriente, pero tiene una resistencia muy baja (idealmente, cero), respectivamente, libera energía cercana a cero. Por lo tanto, la llave puede transferir porciones de energía del circuito de entrada al circuito de salida prácticamente sin pérdida de energía. Sin embargo, en lugar de una corriente estable, que se puede obtener de una fuente de alimentación lineal, la salida de dicho interruptor será un voltaje y una corriente pulsados. Para volver a obtener un voltaje y una corriente estables, puede colocar un filtro.

Usando un filtro RC convencional, puede obtener el resultado, sin embargo, la eficiencia de dicho convertidor no será mejor que la lineal, ya que todo el exceso de energía se liberará en la resistencia activa de la resistencia. Pero si usa un filtro en lugar de RC - LC (circuito "b"), entonces, debido a las propiedades "específicas" de la inductancia, se pueden evitar las pérdidas de energía. La inductancia tiene una propiedad reactiva útil: la corriente que la atraviesa aumenta gradualmente y se le suministra Energía eléctrica se convierte en magnético y se acumula en el núcleo. Después de apagar la llave, la corriente en el inductor no desaparece, el voltaje en el inductor cambia de polaridad y continúa cargando el capacitor de salida, la inductancia se convierte en una fuente de corriente a través del diodo de derivación D. Tal inductancia, diseñada para transferir energía , se llama estrangulamiento. La corriente en el inductor de un dispositivo que funciona correctamente está constantemente presente: el llamado modo continuo o modo de corriente continua (en la literatura occidental, este modo se denomina Modo de corriente constante - CCM). Cuando la corriente de carga disminuye, el voltaje en dicho convertidor aumenta, la energía acumulada en el inductor disminuye y el dispositivo puede cambiar a operación discontinua cuando la corriente en el inductor se vuelve intermitente. Con este modo de operación, el nivel de interferencia creado por el dispositivo aumenta considerablemente. Algunos convertidores funcionan en modo límite, cuando la corriente a través del inductor se acerca a cero (en la literatura occidental, este modo se denomina modo de corriente límite - BCM). En cualquier caso, significativo CORRIENTE CONTINUA., lo que conduce a la magnetización del núcleo y, por lo tanto, el inductor está hecho de un diseño especial, con un espacio o utilizando materiales magnéticos especiales.

El estabilizador basado en un convertidor de pulsos tiene un dispositivo que regula el funcionamiento de la llave, dependiendo de la carga. El estabilizador de voltaje registra el voltaje en la carga y cambia la operación de la llave (diagrama "a"). El estabilizador de corriente mide la corriente a través de la carga, por ejemplo, utilizando una pequeña resistencia de medición Ri (circuito "b"), conectada en serie con la carga.

La llave del convertidor, dependiendo de la señal del regulador, se enciende con diferentes ciclos de trabajo. Hay dos formas comunes de controlar la tecla: modulación de ancho de pulso (PWM) y modo actual. En el modo PWM, la señal de error controla el ancho del pulso mientras mantiene la tasa de repetición. En el modo actual, se mide la corriente máxima en el inductor y se cambia el intervalo entre pulsos.

En los convertidores de clave modernos, generalmente se usa un transistor MOSFET como clave.

Convertidor de moneda

La versión del convertidor considerada anteriormente se denomina convertidor reductor, ya que el voltaje en la carga siempre es menor que el voltaje de la fuente de alimentación.

Dado que el inductor fluye constantemente corriente unidireccional, el requisito para el condensador de salida puede reducirse, el inductor con el condensador de salida desempeña el papel de un filtro LC efectivo. En algunos circuitos de estabilizadores de corriente, por ejemplo para LED, el condensador de salida puede estar ausente por completo. En la literatura occidental, un convertidor reductor se denomina convertidor reductor.

Convertidor de carga

El circuito regulador de conmutación a continuación también funciona con un estrangulador, pero el estrangulador siempre está conectado a la salida de la fuente de alimentación. Cuando la llave está abierta, se suministra energía a través del inductor y el diodo a la carga. Cuando se cierra la llave, el inductor acumula energía; cuando se abre la llave, la FEM que se produce en sus terminales se suma a la FEM de la fuente de alimentación y aumenta el voltaje en la carga.

A diferencia del circuito anterior, el condensador de salida se carga con una corriente intermitente, por lo que el condensador de salida debe ser grande y puede ser necesario un filtro adicional. En la literatura occidental, un convertidor boost-buck se llama convertidor Boost.

convertidor inversor

Otro circuito del convertidor de pulso funciona de manera similar: cuando la llave se cierra, el inductor acumula energía, cuando la llave se abre, el EMF que se produce en sus terminales tendrá el signo opuesto y aparecerá un voltaje negativo en la carga.

Al igual que en el circuito anterior, el condensador de salida se carga con una corriente intermitente, por lo que el condensador de salida debe ser grande y es posible que se necesite un filtro adicional. En la literatura occidental, el convertidor inversor se denomina convertidor Buck-Boost.

Convertidores directos y flyback

En la mayoría de los casos, las fuentes de alimentación se fabrican de acuerdo con un esquema que utiliza un transformador en su composición. El transformador proporciona aislamiento galvánico del circuito secundario de la fuente de alimentación, además, la eficiencia de la fuente de alimentación basada en dichos circuitos puede alcanzar el 98% o más. El convertidor directo (circuito "a") transfiere energía de la fuente a la carga en el momento en que se enciende la llave. De hecho, este es un convertidor reductor modificado. El convertidor flyback (circuito "b") transfiere energía de la fuente a la carga durante el estado apagado.

En un convertidor directo, el transformador opera en modo normal y la energía se almacena en el inductor. De hecho, este es un generador de pulsos con un filtro LC en la salida. El convertidor flyback almacena energía en el transformador. Es decir, el transformador combina las propiedades de un transformador y un estrangulador, lo que genera ciertas dificultades a la hora de elegir su diseño.

En la literatura occidental, un convertidor directo se llama convertidor directo. Flyback - Convertidor Flyback.

Aplicación de un convertidor de pulsos como estabilizador de corriente

La mayoría de las fuentes de alimentación conmutadas están disponibles con estabilización de voltaje de salida. Los circuitos típicos de dichas fuentes de alimentación, especialmente las potentes, además de la retroalimentación del voltaje de salida, tienen un circuito de control de corriente de elemento clave, por ejemplo, una resistencia de baja resistencia. Dicho control le permite garantizar el modo de funcionamiento del acelerador. Los estabilizadores de corriente más simples utilizan este elemento de control para estabilizar la corriente de salida. Por lo tanto, el estabilizador de corriente es incluso más simple que el estabilizador de voltaje.

Considere un circuito estabilizador de corriente de conmutación para un LED basado en un microcircuito de un conocido fabricante de componentes electrónicos en Semiconductor:

El circuito del convertidor reductor opera en modo de corriente continua con un interruptor externo. El circuito fue elegido entre muchos otros porque muestra cuán simple y efectivo puede ser un circuito regulador de corriente de conmutación con un interruptor externo. En el diagrama anterior, el chip de control IC1 controla el funcionamiento del interruptor MOSFET Q1. Dado que el convertidor funciona en modo de corriente continua, no es necesario instalar un condensador de salida. En muchos circuitos, se instala un sensor de corriente en el circuito fuente del interruptor; sin embargo, esto reduce la velocidad de encendido del transistor. En el diagrama anterior, el sensor de corriente R4 está instalado en el circuito de alimentación principal, como resultado, el circuito resultó ser simple y efectivo. La llave opera a una frecuencia de 700 kHz, lo que le permite instalar un estrangulador compacto. Con una potencia de salida de 7 vatios, un voltaje de entrada de 12 voltios cuando opera a 700 mA (3 LED), la eficiencia del dispositivo es superior al 95%. El circuito funciona de manera estable hasta 15 vatios de potencia de salida sin el uso de medidas adicionales de disipación de calor.

Se obtiene un circuito aún más simple utilizando microcircuitos estabilizadores de llave con una llave incorporada. Por ejemplo, un diagrama de un estabilizador de corriente LED clave basado en el chip /CAT4201:

Para operar un dispositivo con una potencia de hasta 7 vatios, solo se necesitan 8 componentes, incluido el propio microcircuito. El regulador de conmutación funciona en el modo de límite de corriente y requiere una salida pequeña condensador cerámico. La resistencia R3 se necesita cuando se alimenta con 24 voltios o más para reducir la velocidad de respuesta del voltaje de entrada, aunque esto reduce un poco la eficiencia del dispositivo. La frecuencia de operación supera los 200 kHz y varía según la carga y el voltaje de entrada. Esto se debe al método de regulación: control de la corriente máxima del inductor. Cuando la corriente alcanza el valor máximo, la tecla se abre, cuando la corriente cae a cero, se enciende. La eficiencia del dispositivo alcanza el 94%.

Entonces, el núcleo y el componente principal. bombilla de luz led es un LED. Desde el punto de vista de los circuitos, los diodos emisores de luz no son diferentes de los demás, excepto que en el sentido de usarlos como diodos, tienen parámetros terribles: un voltaje inverso permisible muy pequeño, en relación con gran capacidad empalme, una gran caída de voltaje operativo (alrededor de 3,5 V para LED blancos, por ejemplo, para un diodo rectificador, esto sería una pesadilla), etc.

Sin embargo, entendemos que el principal valor de los LED para la humanidad es que brillan y, a veces, con bastante intensidad. Para que un LED brille felizmente para siempre, necesita dos condiciones: una corriente estable a través de él y una buena disipación de calor. La calidad del disipador de calor está garantizada por varios métodos de diseño, por lo que ahora no nos detendremos en este tema. Hablemos de por qué y cómo la humanidad moderna logra el primer objetivo: una corriente estable.

Hablando de LED blancos

Está claro que los LED blancos son los más interesantes para la iluminación. Están hechos sobre la base de un cristal que emite luz azul, lleno de un fósforo que re-irradia parte de la energía en la región amarillo-verde. La imagen del título muestra claramente que los cables que transportan corriente entran en algo amarillo: este es el fósforo; el cristal se encuentra debajo. En un espectro típico de un LED blanco, un pico azul es claramente visible:

Espectros de LEDs con diferentes temperaturas de color: 5000K (azul), 3700K (verde), 2600K (rojo). Lee mas.

Ya hemos descubierto que, en el sentido de los circuitos, el LED difiere de cualquier otro diodo solo en los valores de los parámetros. Aquí hay que decir que el dispositivo es fundamentalmente no lineal; es decir, no obedece en absoluto la ley de Ohm familiar de la escuela. La dependencia de la corriente del voltaje aplicado en dichos dispositivos se describe en los llamados. característica corriente-voltaje (CVC), y para el diodo es exponencial. De esto se deduce que el cambio más pequeño en el voltaje aplicado conduce a un gran cambio en la corriente, pero eso no es todo: con un cambio en la temperatura (así como con el envejecimiento), la característica I–V cambia. Además, la posición de las características IV es ligeramente diferente para diferentes diodos. Lo especificaré por separado, no solo para cada tipo, sino para cada instancia, incluso del mismo lote. Por esta razón, la distribución de corriente a través de diodos conectados en paralelo será necesariamente desigual, lo que no puede tener un efecto positivo sobre la durabilidad de la estructura. En la fabricación de matrices, intentan utilizar una conexión en serie, que resuelve el problema de raíz, o elegir diodos con aproximadamente la misma caída de tensión directa. Para facilitar la tarea, los fabricantes suelen indicar el llamado "bin": el código para la selección por parámetros (incluido el voltaje), en el que cae una instancia particular.

VAC de un LED blanco.

En consecuencia, para que todo funcione bien, el LED debe estar conectado a un dispositivo que, independientemente de factores externos seleccionará automáticamente con alta precisión el voltaje al que fluye una corriente dada en el circuito (por ejemplo, 350 mA para LED de un vatio) y monitoreará continuamente el proceso. En general, dicho dispositivo se denomina fuente de corriente, pero en el caso de los LED, hoy en día está de moda usar la palabra extranjera "controlador". En general, un controlador suele denominarse soluciones que están diseñadas principalmente para funcionar en una aplicación específica, por ejemplo, "controlador MOSFET", un microcircuito diseñado para controlar transistores de efecto de campo específicamente potentes, "controlador de indicador de siete segmentos" - una solución para accionar específicamente dispositivos de siete segmentos, etc. Es decir, al llamar a una fuente de corriente controlador de LED, las personas insinúan que esta fuente de corriente está diseñada específicamente para funcionar con LED. Por ejemplo, puede tener funciones específicas, algo en el espíritu de tener una interfaz de luz DMX-512, detectar un circuito abierto y un cortocircuito en la salida (y una fuente de corriente convencional, en general, debería funcionar sin problemas en cortocircuito), etc. Sin embargo, los conceptos a menudo se confunden y, por ejemplo, llaman al adaptador más común (¡fuente de voltaje!) Para tiras de LED, un controlador.

Además, los dispositivos diseñados para configurar el modo de iluminación a menudo se denominan balastro.

Entonces, fuentes actuales. La fuente de corriente más simple puede ser una resistencia en serie con el LED. Esto se hace a bajas potencias (hasta medio vatio), por ejemplo, en el mismo tiras de leds. A medida que aumenta la potencia, las pérdidas en la resistencia se vuelven demasiado altas y los requisitos para la estabilidad actual aumentan y, por lo tanto, existe la necesidad de dispositivos más avanzados, cuya imagen poética dibujé arriba. Todos ellos están construidos de acuerdo con la misma ideología: tienen un elemento regulador controlado por la retroalimentación actual.

Los estabilizadores de corriente se dividen en dos tipos: lineales y de pulso. diagramas de linea- parientes de la resistencia (la propia resistencia y sus análogos también pertenecen a esta clase). Por lo general, no dan una ganancia especial en eficiencia, pero aumentan la calidad de la estabilización actual. Circuitos de impulso son la mejor solución, pero son más complejas y costosas.

Ahora echemos un vistazo rápido a lo que puedes ver en el interior estos días. Lámparas LED o junto a ellos.

1. Balasto de condensador

El balasto capacitor es una extensión de la idea de poner una resistencia en serie con un LED. En principio, el LED se puede conectar directamente a la toma de corriente de la siguiente manera:

El diodo back-to-back es necesario para evitar la ruptura del LED en el momento en que el voltaje de la red cambia de polaridad. Ya mencioné que no hay LED con un voltaje inverso permitido de cientos de voltios. En principio, en lugar de un diodo inverso, puedes poner otro LED.

El valor de la resistencia en el circuito anterior se calcula para la corriente del LED de aproximadamente 10 a 15 mA. Dado que la tensión de la red es mucho mayor que la caída en los diodos, esta última puede ignorarse y calcularse directamente según la ley de Ohm: 220/20000 ~ 11 mA. Puede sustituir el valor máximo (311 V) y asegurarse de que, incluso en el caso límite, la corriente del diodo no supere los 20 mA. Todo sale bien, excepto que la resistencia disipará unos 2,5 vatios de potencia y unos 40 mW en el LED. Así, la eficiencia del sistema ronda el 1,5% (en el caso de un solo LED, será aún menor).

La idea del método en consideración es reemplazar la resistencia con un capacitor, porque se sabe que en los circuitos corriente alterna Los elementos reactivos tienen la capacidad de limitar la corriente. Por cierto, también puedes usar el acelerador, además, lo hacen en clásico balastos electromagnéticos para lámparas fluorescentes.

Contando de acuerdo con la fórmula del libro de texto, es fácil obtener que en nuestro caso se requiere un capacitor de 0.2 μF, o una bobina de inductancia de aproximadamente 60 H. Aquí queda claro por qué nunca se encuentran choques en tales balastos de lámparas LED: una bobina de tal inductancia es una estructura seria y costosa, pero un capacitor de 0.2 uF es mucho más fácil de obtener. Eso sí, debe estar diseñado para el pico de tensión de la red, y mejor con un margen. En la práctica, se utilizan condensadores con un voltaje de funcionamiento de al menos 400 V. Habiendo complementado ligeramente el circuito, obtenemos lo que ya hemos visto en el artículo anterior.

Digresión lírica

"Microfaradio" se abrevia exactamente como "uF". Me detengo en esto porque a menudo veo personas que escriben "mF" en este contexto, mientras que este último es la abreviatura de "milifaradio", es decir, 1000 microfaradios. En inglés, "microfaradio", nuevamente, no se escribe como "mkF", sino, por el contrario, "uF". Esto se debe a que la letra "u" se parece a la letra "μ" con la cola arrancada.

Asi que, 1 F/F = 1000 mF/mF = 1000000 uF/uF/μF, ¡y nada más!

Además, "Farad" es masculino, ya que lleva el nombre del gran físico masculino. ¡Entonces, "cuatro microfaradios", pero no "cuatro microfaradios"!

Como ya dije, tal lastre tiene solo una ventaja: simplicidad y bajo costo. Al igual que un balasto con una resistencia, la estabilización de corriente aquí no es muy buena y, lo que es peor, hay un componente reactivo importante, que no es muy bueno para la red (especialmente en potencias notables). Además, a medida que aumenta la corriente deseada, aumentará la capacitancia requerida del capacitor. Por ejemplo, si queremos encender un LED de un vatio que funcione a 350 mA, necesitamos un condensador con una capacidad de unos 5 microfaradios, diseñado para un voltaje de 400 V. Esto ya es más caro, más grande y más complejo en términos de diseño. Con la supresión de las ondas, aquí tampoco todo es fácil. En general, podemos decir que el balasto del condensador solo es perdonable para pequeñas lámparas de baliza, nada más.

2. Topología buck sin transformador

Esta solución de circuito pertenece a la familia de convertidores sin transformador, que incluye topologías reductoras, elevadoras e inversoras. Además, los convertidores sin transformador también incluyen SEPIC, convertidor Chuck y otros exóticos, como condensadores conmutados. En principio, un controlador LED se puede construir sobre la base de cualquiera de ellos, pero en la práctica son mucho menos comunes en esta capacidad (aunque la topología boost se usa, por ejemplo, en muchas linternas).

En la siguiente figura se muestra un ejemplo de un controlador basado en una topología reductora sin transformador.

En la vida silvestre, dicha inclusión se puede observar en el ejemplo de la opción de inclusión ZXLD1474 o ZXSC310 (que, por cierto, es solo un convertidor elevador en el circuito de conmutación original).

Aquí el LED está conectado en serie con la bobina. El circuito de control monitorea la corriente a través de la resistencia de medición R1 y controla el interruptor T1. Si la corriente a través del LED cae por debajo de un mínimo predeterminado, el transistor se enciende y la bobina con el LED conectado en serie se conecta a la fuente de alimentación. La corriente en la bobina comienza a aumentar linealmente (área roja en el gráfico), el diodo D1 está bloqueado en este momento. Tan pronto como el circuito de control registra que la corriente ha alcanzado un máximo predeterminado, la llave se cierra. De acuerdo con la primera ley de conmutación, la bobina tiende a mantener la corriente en el circuito debido a la energía almacenada en el campo magnético. En este punto, la corriente fluye a través del diodo D1. La energía del campo de la bobina se consume, la corriente disminuye linealmente (área verde en el gráfico). Cuando la corriente cae por debajo de un mínimo predeterminado, el circuito de control lo registra y abre el transistor nuevamente, bombeando energía al sistema; el proceso se repite. Por lo tanto, la corriente se mantiene dentro de los límites especificados.

Una característica distintiva de la topología buck es la capacidad de hacer ondas flujo luminoso arbitrariamente pequeño, ya que en tal conexión la corriente a través del LED nunca se interrumpe. La forma de acercarse al ideal pasa por un aumento de la inductancia y un aumento de la frecuencia de conmutación (hoy existen convertidores con frecuencias operativas de hasta varios megahercios).

Sobre la base de dicha topología, se hizo el controlador de la lámpara de Gauss discutido en el artículo anterior.

La desventaja del método es la falta de aislamiento galvánico: cuando el transistor está abierto, el circuito está conectado directamente a la fuente de voltaje, en el caso de las lámparas LED de red, a la red, lo que puede ser inseguro.

3. Convertidor de retorno

Aunque el convertidor flyback contiene algo que parece un transformador, en este caso es más correcto llamar a esta parte un estrangulador de dos devanados, ya que la corriente nunca fluye a través de ambos devanados al mismo tiempo. De hecho, los convertidores flyback son similares en principio a las topologías sin transformador. Cuando T1 está abierto, la corriente en el primario aumenta, la energía se almacena en el campo magnético; al mismo tiempo, la polaridad de encendido del devanado secundario se elige deliberadamente de modo que el diodo D3 esté cerrado en esta etapa y no fluya corriente en el lado secundario. La corriente de carga en este momento soporta el condensador C1. Cuando T1 se cierra, la polaridad del voltaje en el secundario se invierte (porque la derivada de la corriente en el primario invierte el signo), D3 se abre y la energía almacenada se transfiere al secundario. En términos de estabilización de corriente, todo es igual: el circuito de control analiza la caída de voltaje en la resistencia R1 y ajusta el tiempo s e parámetros para que la corriente a través de los LED se mantenga constante. En la mayoría de los casos, el convertidor flyback se usa con potencias que no superan los 50 W; además, deja de ser apropiado debido al aumento de las pérdidas y las dimensiones necesarias del transformador inductor.

Debo decir que hay opciones para controladores flyback sin optoaislador (por ejemplo). Se basan en el hecho de que el primario y el devanados secundarios están conectados, y bajo ciertas reservas uno puede limitarse al análisis de la corriente devanado primario(o, más a menudo, un devanado auxiliar separado): esto le permite ahorrar en piezas y, en consecuencia, reducir el costo de la solución.

El convertidor flyback es bueno porque, en primer lugar, proporciona aislamiento de la parte secundaria de la red eléctrica (mayor seguridad) y, en segundo lugar, hace que sea relativamente fácil y económico fabricar lámparas compatibles con reguladores estándar para lámparas incandescentes, así como para organizar el poder de corrección del coeficiente.

Digresión lírica

El convertidor flyback se llama así porque originalmente se utilizó un método similar para obtener Alto voltaje en televisores basados ​​en tubos de rayos catódicos. La fuente de alto voltaje se ha integrado en el circuito con el circuito exploración horizontal, y se obtuvo un pulso de alto voltaje durante reverso rayo de electrones.

Un poco sobre pulsaciones

Como ya fue mencionado, fuentes de impulso trabajar por lo suficiente frecuencias altas(en la práctica, desde 30 kHz, más a menudo alrededor de 100 kHz). Por lo tanto, está claro que un controlador reparable por sí mismo no puede ser una fuente de un gran factor de ondulación, principalmente porque este parámetro simplemente no está normalizado en frecuencias superiores a 300 Hz y, además, las ondas de alta frecuencia son bastante fáciles de filtrar de todos modos. . El problema es la tensión de red.

El hecho es que, por supuesto, todos los circuitos anteriores (excepto el circuito con un condensador de extinción) funcionan desde Voltaje constante. Por lo tanto, en la entrada de cualquier balasto electrónico, en primer lugar, hay un rectificador y un condensador de almacenamiento. El objetivo de este último es alimentar el balasto en aquellos momentos en que la tensión de red desciende por debajo del umbral del circuito. Y aquí, por desgracia, se necesita un compromiso: los condensadores electrolíticos de alta capacidad y alto voltaje, en primer lugar, cuestan dinero y, en segundo lugar, ocupan un espacio precioso en la carcasa de la lámpara. Esta es también la causa raíz de los problemas del factor de potencia. El circuito descrito con un rectificador tiene un consumo de corriente desigual. Esto conduce a la aparición de armónicos más altos, razón por la cual el parámetro que nos interesa se deteriora. Además, cuanto mejor intentemos filtrar el voltaje en la entrada del balasto, menor será el factor de potencia que obtendremos si no hacemos esfuerzos por separado. Esto explica que casi todas las lámparas de bajo rizado que hemos visto muestren un factor de potencia muy mediocre, y viceversa (por supuesto, la introducción de un corrector de factor de potencia activo afectará al precio, por lo que prefieren ahorrar en él por ahora ). Agregar etiquetas

En los últimos 10 a 20 años, la cantidad de productos electrónicos de consumo se ha multiplicado varias veces. Apareció una gran variedad de componentes electrónicos y módulos prefabricados. Los requisitos de energía también han aumentado, muchos requieren un voltaje estabilizado o una corriente estable.

El controlador se usa con mayor frecuencia como regulador de corriente para LED y carga. baterías de coche. Esta fuente se encuentra ahora en todos los focos, lámparas o luminarias LED. Considere todas las opciones para la estabilización, desde las antiguas y simples hasta las más efectivas y modernas. También se les llama controlador de led.

• 1. Tipos de estabilizadores
• 2. Modelos populares
• 3. Estabilizador para LED
• 4. Controlador para 220V
• 5. Estabilizador de corriente, circuito
• 6. LM317
• 7. Estabilizador de corriente ajustable
• 8. Precios en China

Tipos de estabilizadores

Pulso ajustable DC

Hace 15 años, en mi primer año, realicé pruebas en la materia "Fuentes de energía" para equipos electrónicos. Desde entonces hasta hoy, el chip LM317 y sus análogos, que pertenecen a la clase de estabilizadores lineales, siguen siendo los más populares y populares.

Por el momento, existen varios tipos de estabilizadores de tensión y corriente:

1. lineal hasta 10A y tensión de entrada hasta 40V;
2. pulso con un alto voltaje de entrada, bajando;
3. pulso con bajo voltaje de entrada, aumentando.

En un controlador PWM de pulsos, normalmente de 3 a 7 amperios según las características. En realidad, depende del sistema de enfriamiento y la eficiencia en un modo particular. El aumento de un voltaje de entrada bajo genera un voltaje de salida más alto. Esta opción se utiliza para fuentes de alimentación con una pequeña cantidad de voltios. Por ejemplo, en un automóvil, cuando necesita hacer 19V o 45V de 12V. Con un dólar, es más fácil, el subidón se reduce al nivel deseado.

Lea sobre todas las formas de alimentar los LED en el artículo "a 12 y 220V". Los esquemas de conexión se describen por separado, desde los más simples por 20 rublos hasta bloques completos con buena funcionalidad.

Por funcionalidad, se dividen en especializados y universales. Los módulos universales suelen tener 2 resistencias variables para ajustar la salida de voltios y amperios. Los especializados a menudo no tienen elementos de construcción y los valores de salida son fijos. Entre los especializados, son comunes los estabilizadores de corriente para LED, hay una gran cantidad de circuitos en Internet.

Modelos Populares

Lm2596

Entre los de impulso, el LM2596 se ha vuelto popular, pero según los estándares modernos tiene una baja eficiencia. Si es más de 1 amperio, se requiere un disipador de calor. Una pequeña lista de similares:

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

Complementaré con un surtido chino moderno, que es bueno en términos de características, pero es mucho menos común. En Aliexpress, la búsqueda de la marca ayuda. La lista está compilada por tiendas en línea:

• MP2307DN
• XL4015
• MP1584ES
• XL6009
• XL6019
• XL4016
• XL4005
• L7986A

También es adecuado para luces de circulación diurna DRL chinas. Debido al bajo costo, los LED se conectan a través de una resistencia a la batería de un automóvil o a la red del automóvil. Pero el voltaje salta hasta 30 voltios en pulsos. Los LED de baja calidad no pueden soportar tales sobretensiones y comienzan a morir. Lo más probable es que haya visto DRL intermitentes o luces encendidas donde algunos de los LED no funcionan.

El ensamblaje del circuito de bricolaje en estos elementos será simple. En su mayoría, estos son estabilizadores de voltaje, que se encienden en el modo de estabilización actual.

No confunda el voltaje máximo de toda la unidad y el voltaje máximo del controlador PWM. Los condensadores de 20 V de bajo voltaje se pueden instalar en el bloque cuando el chip de pulso tiene una entrada de hasta 35 V.

Estabilizador LED

Es más fácil hacer un estabilizador de corriente para LED con sus propias manos en el LM317, solo necesita calcular la resistencia para el LED en calculadora online. La comida se puede usar a la mano, por ejemplo:

1. Fuente de alimentación para computadora portátil de 19V;
2. de la impresora para 24V y 32V;
3. de electrónica de consumo a 12 voltios, 9V.

Las ventajas de un convertidor de este tipo son el bajo precio, fácil de comprar, piezas mínimas, alta confiabilidad. Si el circuito estabilizador actual es más complicado, entonces no es racional ensamblarlo con sus propias manos. Si no eres un radioaficionado, comprar un estabilizador de corriente de conmutación es más fácil y rápido. En el futuro, se puede modificar a los parámetros requeridos. Puede obtener más información en la sección "Módulos listos para usar".

Controlador para 220 V

Si está interesado en un controlador para un LED de 220v, es mejor pedirlo o comprarlo. Ellos tienen dificultad media fabricación, pero la configuración llevará más tiempo y se requiere experiencia en configuración.

El controlador 220 LED se puede quitar de las lámparas, accesorios y focos LED defectuosos que tienen un circuito LED defectuoso. Además, se puede modificar casi cualquier controlador existente. Para hacer esto, averigüe el modelo del controlador PWM en el que está ensamblado el convertidor. Normalmente, los parámetros de salida se establecen mediante una resistencia o varias. Mire la hoja de datos para ver cuál debe ser la resistencia para obtener los amperios requeridos.

Si coloca una resistencia ajustable del valor calculado, la cantidad de amperios en la salida será configurable. Simplemente no exceda la potencia nominal que se indicó.

Estabilizador de corriente, circuito

A menudo tengo que mirar a través del surtido en Aliexpress en busca de módulos económicos pero de alta calidad. La diferencia en el costo puede ser de 2 a 3 veces, se necesita tiempo para encontrar el precio mínimo. Pero gracias a esto hago un pedido de 2-3 piezas para pruebas. Compro por revisiones y consultas de fabricantes que compran componentes en China.

En junio de 2016, el módulo universal XL4015 se convirtió en la mejor opción, cuyo precio es de 110 rublos con envío gratuito. Sus características son adecuadas para conectar potentes LED de hasta 100 vatios.

Esquema en modo conductor.

En la versión estándar, la carcasa XL4015 está soldada a la placa, que sirve como disipador. Para mejorar el enfriamiento en la carcasa XL4015, debe colocar un radiador. La mayoría lo pone encima, pero la efectividad de tal instalación es baja. Mejor sistema el enfriamiento debe colocarse en la parte inferior de la placa, frente al lugar donde se suelda el microcircuito. Idealmente, es mejor desoldarlo y colocarlo en un radiador de pleno derecho a través de pasta térmica. Lo más probable es que sea necesario alargar las piernas con alambres. Si se requiere un enfriamiento tan serio para el controlador, entonces el diodo Schottky también lo necesitará. También habrá que ponerlo en un radiador. Tal refinamiento aumentará significativamente la confiabilidad de todo el circuito.

En general, los módulos no cuentan con protección contra alimentación incorrecta. Esto los desactiva instantáneamente, tenga cuidado.

LM317

La aplicación (rollo) ni siquiera requiere habilidades y conocimientos de electrónica. La cantidad de elementos externos en los circuitos es mínima, por lo que esta es una opción asequible para cualquier persona. Su precio es muy bajo, sus posibilidades y aplicación han sido probadas y comprobadas en repetidas ocasiones. Solo que requiere una buena refrigeración, este es su principal inconveniente. Lo único que hay que tener en cuenta son los microcircuitos chinos LM317 de baja calidad, que tienen peores parámetros.

Debido a la ausencia de ruido innecesario en la salida, se utilizaron microcircuitos de estabilización lineal para alimentar los DAC Hi-Fi y Hi-End de alta calidad. Para los DAC, la limpieza de energía juega un papel muy importante, por lo que algunos usan baterías para esto.

La potencia máxima para el LM317 es de 1,5 amperios. Para aumentar la cantidad de amperios, puede agregar un transistor de efecto de campo o uno normal al circuito. Será posible obtener hasta 10A en la salida, se establece por baja resistencia. En este esquema, el transistor KT825 asume la carga principal.

Otra forma es poner un análogo con mayor especificaciones técnicas sobre el gran sistema enfriamiento.

Estabilizador de corriente ajustable

Como radioaficionado con 20 años de experiencia, estoy satisfecho con la gama de bloques y módulos confeccionados a la venta. Ahora puede ensamblar cualquier dispositivo a partir de bloques prefabricados en un tiempo mínimo.

Empecé a perder la confianza en los productos chinos después de ver en el "Tank Biathlon" cómo al mejor tanque chino se le caía una rueda.

Las tiendas en línea chinas se han convertido en el líder en la gama de fuentes de alimentación, convertidores de corriente DC-DC, controladores. En su venta gratuita, puede encontrar casi cualquier módulo, si se ve mejor, entonces los muy especializados. Por ejemplo, por 10 000 mil rublos, puede ensamblar un espectrómetro por valor de 100 000 rublos. Donde el 90% del precio es un margen de beneficio para una marca y un software chino ligeramente modificado.

El precio comienza desde 35 rublos. por Convertidor CC-CC voltaje, el controlador es más caro y tiene dos o tres resistencias de corte, en lugar de uno.

Para un uso más versátil, es mejor un controlador ajustable. La principal diferencia es la instalación. resistencia variable en el circuito que establece los amperios en la salida. Estas características se pueden especificar en esquemas típicos inclusiones en las especificaciones para el microcircuito, hoja de datos, hoja de datos.

Los puntos débiles de dichos controladores son el calentamiento del inductor y el diodo Schottky. Dependiendo del modelo de controlador PWM, pueden soportar de 1A a 3A sin enfriamiento adicional del microcircuito. Si está por encima de 3A, se requiere el enfriamiento del PWM y un potente diodo Schottky. El inductor se rebobina con un cable más grueso o se reemplaza por uno adecuado.

La eficiencia depende del modo de funcionamiento, la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida. Cuanto mayor sea la eficiencia, menor será el calentamiento del estabilizador.

Precios en China

El costo es muy bajo teniendo en cuenta que el envío está incluido en el precio. Solía ​​​​pensar que debido a los productos por 30-50 rublos, los chinos ni siquiera se ensuciarán, mucho trabajo con bajos ingresos. Pero como ha demostrado la práctica, estaba equivocado. Cualquier tontería de un centavo que empaquetan y envían. Viene en el 98% de los casos, y llevo más de 7 años comprando en Aliexpress y por grandes cantidades, probablemente ya alrededor de 1 millón de rublos.

Por lo tanto, hago un pedido por adelantado, generalmente 2-3 piezas del mismo nombre. Venta innecesaria en un foro local o Avito, todo se vende como pan caliente.