Opettavainen artikkeli LED-virran stabilaattoreista ja muusta. Lineaari- ja pulssivirran stabilointipiirit tarkastellaan.

LEDin virtavakain on asennettu moniin valaisinmalleihin. LEDeillä, kuten kaikilla diodeilla, on epälineaarinen virta-jännite-ominaisuus. Tämä tarkoittaa, että kun jännite LEDin yli muuttuu, virta muuttuu suhteettoman paljon. Kun jännite kasvaa, virta nousee aluksi hyvin hitaasti, kun taas LED ei syty. Sitten kun kynnysjännite saavutetaan, LED alkaa hehkua ja virta kasvaa hyvin nopeasti. Kun jännite kasvaa edelleen, virta kasvaa katastrofaalisesti ja LED palaa.

Kynnysjännite on ilmoitettu LEDien ominaisuuksissa, kuten eteenpäin jännite nimellisvirralla. Useimpien pienitehoisten LEDien virtaluokitus on 20 mA. Tehokas LED-valaistus, nimellisvirta voi olla enemmän - 350 mA tai enemmän. Muuten, suuritehoiset LEDit tuottavat lämpöä, ja ne tulisi asentaa jäähdytyselementtiin.

Jotta LED toimisi oikein, se on saatava virtansa virranvakaimen kautta. Mitä varten? Tosiasia on, että LEDin kynnysjännitteellä on hajonta. eri tyyppejä LEDeillä on erilainen syöttöjännite, jopa samantyyppisillä LEDeillä on erilainen jännite - tämä näkyy LED-ominaisuuksissa minimi- ja maksimiarvoina. Siksi kaksi LED-valoa, jotka on kytketty samaan jännitelähteeseen rinnakkain, kulkevat eri virrat läpi. Tämä virta voi olla niin erilainen, että LED saattaa epäonnistua aikaisemmin tai palaa välittömästi. Lisäksi jännitesäätimessä on myös parametrien ryömintä (riippuen ensiötehotasosta, kuormituksesta, lämpötilasta, juuri oikeaan aikaan). Siksi LEDien kytkeminen päälle ilman virrantasauslaitteita ei ole toivottavaa. Erilaisia ​​tapoja nykyinen tasoitus otetaan huomioon. Tässä artikkelissa käsitellään laitteita, jotka asettavat tarkasti määritellyt, tietyt virran-virtastabilisaattorit.

Virranvakaimen tyypit

Virranvakain asettaa määritetyn virran LEDin läpi riippumatta piiriin syötetystä jännitteestä. Kun piirin jännite nousee kynnysarvon yläpuolelle, virta saavuttaa asetetun arvon eikä muutu. Kun kokonaisjännite kasvaa edelleen, LEDin jännite lakkaa muuttumasta ja virransäätimen jännite kasvaa.

Koska LEDin jännite määräytyy sen parametrien ja in yleinen tapaus ennallaan, nykyistä stabilaattoria voidaan kutsua myös LED-tehonvakaimeksi. Yksinkertaisimmassa tapauksessa laitteen vapauttama aktiivinen teho (lämpö) jakautuu LEDin ja stabilisaattorin välillä suhteessa niillä olevaan jännitteeseen. Tällaista stabilointiainetta kutsutaan lineaariseksi. On myös edullisempia laitteita - pohjautuvia virran stabilisaattoreita pulssin muuntaja(avaimen muunnin tai muuntaja). Niitä kutsutaan pulsseiksi, koska ne pumppaavat tehoa sisäänsä osissa - pulsseja tarpeen mukaan. Oikea pulssimuunnin kuluttaa tehoa jatkuvasti, siirtää sen sisäisesti pulsseilla tulopiiristä lähtöpiiriin ja tuottaa jälleen tehoa kuormaan jatkuvasti.

Lineaarinen virran stabilisaattori

Lineaarinen virransäädin lämpenee, mitä enemmän siihen syötetään jännitettä. Tämä on sen tärkein haittapuoli. Sillä on kuitenkin useita etuja, mm.

• Lineaarinen stabilisaattori ei aiheuta sähkömagneettisia häiriöitä
• Yksinkertainen suunnittelussa
• Alhaiset kustannukset useimmissa sovelluksissa

Koska kytkentämuunnin ei ole koskaan täysin tehokas, on sovelluksia, joissa lineaarisella säätimellä on vastaava tai jopa suurempi tehokkuus- kun tulojännite on vain hieman korkeampi kuin LEDin jännite. Muuten, kun se saa virtaa verkosta, käytetään usein muuntajaa, jonka ulostuloon on asennettu lineaarinen virran stabilointi. Eli ensin jännite alennetaan tasolle, joka on verrattavissa LEDin jännitteeseen, ja sitten asetetaan tarvittava virta lineaarista stabilisaattoria käyttämällä.

Toisessa tapauksessa voit tuoda LED-jännitteen lähemmäksi syöttöjännitettä - kytke LEDit sarjaketjuun. Merkkijonon yli oleva jännite on yhtä suuri kuin kunkin LEDin jännitteiden summa.

Lineaaristen virran stabilaattoreiden kaaviot

Eniten yksinkertainen piiri virran stabilisaattori - yhdellä transistorilla (kaavio "a"). Koska transistori on virranvahvistin, sen lähtövirta (kollektorivirta) on h 21 kertaa (vahvistus) suurempi kuin ohjausvirta (kantavirta). Kantavirta voidaan asettaa akulla ja vastuksella tai zener-diodilla ja vastuksella (kaavio "b"). Tällaista piiriä on kuitenkin vaikea virittää, tuloksena oleva stabilisaattori riippuu lämpötilasta, lisäksi transistoreilla on suuri parametrien leviäminen ja transistorin vaihdon yhteydessä virta on valittava uudelleen. Piiri, jossa on palaute "c" ja "d", toimii paljon paremmin. Piirin vastus R toimii takaisinkytkentänä - virran kasvaessa vastuksen yli oleva jännite kasvaa, mikä lukitsee transistorin ja virta pienenee. Kaaviolla "g", kun käytetään samantyyppisiä transistoreita, on suurempi lämpötilan stabiilisuus ja kyky minimoida vastuksen arvo, mikä vähentää stabilisaattorin vähimmäisjännitettä ja tehohäviötä vastuksessa R.

Virran stabilisaattori voidaan tehdä kenttätransistorin perusteella p-n risteys(kaavio "d"). Hilalähteen jännite asettaa tyhjennysvirran. Hilalähteen nollajännitteellä transistorin läpi kulkeva virta on yhtä suuri kuin dokumentaatiossa määritetty alkuperäinen tyhjennysvirta. Tällaisen virran stabilisaattorin vähimmäiskäyttöjännite riippuu transistorista ja saavuttaa 3 volttia. Jotkut elektroniikkakomponenttien valmistajat tuottavat erikoislaitteita - valmiita kiinteitä virran stabilaattoreita, jotka on koottu tämän järjestelmän mukaisesti - CRD (Current Regulating Devices) tai CCR (Constant Current Regulator). Jotkut kutsuvat sitä diodistabilisaattoriksi, koska se toimii kuin diodi käänteisesti.

On Semiconductor tuottaa esimerkiksi NSIxxx-sarjan lineaarisen säätimen, jolla on kaksi lähtöä ja luotettavuuden lisäämiseksi negatiivinen lämpötilakerroin - lämpötilan noustessa LEDien läpi kulkeva virta pienenee.

Pulssimuuntimeen perustuva virranstabilisaattori on rakenteeltaan hyvin samanlainen kuin pulssimuuntimeen perustuva jännitesäädin, mutta se ei ohjaa kuorman jännitettä, vaan kuorman läpi kulkevaa virtaa. Kuorman virran pienentyessä se pumppaa tehoa, kasvaessa se vähentää. Yleisimmät pulssimuuntimien piirit sisältävät reaktiivisen elementin - kuristimen, joka pumpataan kytkimen (avaimen) avulla energian osissa syöttöpiiristä (tulokapasitanssista) ja vuorostaan ​​siirtää. se kuormaan. Energiansäästön ilmeisen edun lisäksi pulssimuuntimissa on useita haittoja, jotka on ratkaistava erilaisilla piiri- ja suunnitteluratkaisuilla:

• Pulssimuunnin tuottaa sähköisiä ja sähkömagneettisia häiriöitä
• Sillä on yleensä monimutkainen rakenne
• Sillä ei ole absoluuttista hyötysuhdetta, eli se kuluttaa energiaa omaan työhönsä ja lämpenee
• Se on yleensä kalliimpi kuin esimerkiksi muuntaja plus lineaarilaitteet

Koska energiansäästö on kriittistä monissa sovelluksissa, komponenttien suunnittelijat ja piirisuunnittelijat yrittävät vähentää näiden puutteiden vaikutusta, ja usein onnistuvatkin.

Pulssimuuntimien kaaviot

Koska virran stabilisaattori perustuu pulssimuuntimeen, tarkastellaan pulssimuuntimien pääpiirejä. Jokaisessa pulssimuuntimessa on avain, elementti, joka voi olla vain kahdessa tilassa - päällä ja pois päältä. Pois päältä -tilassa avain ei johda virtaa, ja vastaavasti siihen ei synny virtaa. Päällä-tilassa näppäin johtaa virtaa, mutta sen resistanssi on erittäin alhainen (ihannetapauksessa nolla), vastaavasti se vapauttaa tehon lähellä nollaa. Siten näppäin voi siirtää osia energiasta tulopiiristä lähtöpiiriin käytännössä ilman tehohäviötä. Kuitenkin vakaan virran sijasta, joka voidaan saada lineaarisesta virtalähteestä, tällaisen kytkimen lähtö on impulssijännite ja nykyinen. Voit asettaa suodattimen saadaksesi vakaan jännitteen ja virran uudelleen.

Perinteisellä RC-suodattimella voit saada tuloksen, mutta tällaisen muuntimen hyötysuhde ei ole parempi kuin lineaarisen, koska kaikki ylimääräinen teho vapautetaan vastuksen aktiivisesta resistanssista. Mutta jos käytät suodatinta RC - LC:n (piiri "b") sijasta, induktanssin "erityisten" ominaisuuksien vuoksi tehohäviöt voidaan välttää. Induktanssilla on hyödyllinen reaktiivinen ominaisuus - sen läpi kulkeva virta kasvaa vähitellen, syötetään siihen Sähköenergia muuttuu magneettiseksi ja kerääntyy ytimeen. Kun kytkin on kytketty pois päältä, induktorin virta ei katoa, induktorin jännite muuttaa napaisuutta ja jatkaa lähtökondensaattorin lataamista, induktanssista tulee virtalähde ohitusdiodin D kautta. Tällainen induktanssi on suunniteltu siirtämään tehoa, kutsutaan kuristimeksi. Virta oikein toimivan laitteen kelassa on jatkuvasti läsnä - niin kutsuttu jatkuva tila tai jatkuva virtatila (länsimaisessa kirjallisuudessa tätä tilaa kutsutaan vakiovirtatilaksi - CCM). Kun kuormitusvirta pienenee, tällaisen muuntimen jännite kasvaa, kelaan kertynyt energia pienenee ja laite voi siirtyä epäjatkuvaan toimintaan, kun induktorissa oleva virta muuttuu katkonaiseksi. Tällä toimintatavalla laitteen luomien häiriöiden taso kasvaa jyrkästi. Jotkut muuntimet toimivat rajatilassa, kun induktorin läpi kulkeva virta lähestyy nollaa (länsimaisessa kirjallisuudessa tätä tilaa kutsutaan rajavirtamoodiksi - BCM). Joka tapauksessa merkittävää DC., joka johtaa ytimen magnetoitumiseen, ja siksi kela on valmistettu erityisestä suunnittelusta - rakolla tai käyttämällä erityisiä magneettisia materiaaleja.

Pulssimuuntimeen perustuvassa stabilisaattorissa on laite, joka säätelee avaimen toimintaa kuormituksesta riippuen. Jännitteenvakain rekisteröi jännitteen kuormituksella ja muuttaa avaimen toimintaa (kaavio "a"). Virranvakain mittaa kuorman läpi kulkevaa virtaa esimerkiksi käyttämällä pientä mittausvastusta Ri (piiri "b"), joka on kytketty sarjaan kuorman kanssa.

Muuntimen avain käynnistyy säätimen signaalista riippuen eri käyttöjaksoilla. Näppäimen ohjaamiseen on kaksi yleistä tapaa - pulssinleveysmodulaatio (PWM) ja virtatila. PWM-tilassa virhesignaali ohjaa pulssin leveyttä säilyttäen samalla toistotaajuuden. Virtatilassa induktorin huippuvirta mitataan ja pulssien väliä muutetaan.

Nykyaikaisissa avainmuuntimissa MOSFET-transistoria käytetään yleensä avaimena.

Buck-muunnin

Yllä tarkasteltua muuntimen versiota kutsutaan porrasmuuntimeksi, koska kuorman jännite on aina pienempi kuin virtalähteen jännite.

Koska induktori virtaa jatkuvasti yksisuuntaista virtaa, lähtökondensaattorin tarvetta voidaan vähentää, lähtökondensaattorilla varustettu kela toimii tehokkaana LC-suodattimena. Joissakin virranvakaimen piireissä, esimerkiksi LEDeissä, lähtökondensaattori voi puuttua kokonaan. Länsimaisessa kirjallisuudessa buck-muunninta kutsutaan buck-muuntimeksi.

Boost Converter

Alla oleva kytkentäsäädinpiiri toimii myös kuristimella, mutta kuristin on aina kytketty virtalähteen lähtöön. Kun avain on auki, virta syötetään induktorin ja diodin kautta kuormaan. Kun avain on kiinni, induktori kerää energiaa; kun avain avataan, sen navoissa esiintyvä EMF lisätään virtalähteen EMF:ään ja kuormituksen jännite kasvaa.

Toisin kuin edellinen piiri, lähtökondensaattoria ladataan jaksoittaisella virralla, joten lähtökondensaattorin on oltava suuri ja lisäsuodatin saattaa olla tarpeen. Länsimaisessa kirjallisuudessa boost-buck-muunninta kutsutaan Boost-muuntimeksi.

invertteri muunnin

Toinen pulssimuuntimen piiri toimii samalla tavalla - kun avain sulkeutuu, induktori kerää energiaa, kun avain avautuu, sen navoissa esiintyvällä EMF:llä on päinvastainen merkki ja kuormaan ilmestyy negatiivinen jännite.

Kuten edellisessä piirissä, lähtökondensaattoria ladataan jaksoittaisella virralla, joten lähtökondensaattorin on oltava suuri ja lisäsuodatin saattaa olla tarpeen. Länsimaisessa kirjallisuudessa invertoivaa muuntajaa kutsutaan Buck-Boost-muuntimeksi.

Forward- ja flyback-muuntimet

Useimmiten virtalähteet valmistetaan järjestelmän mukaan, joka käyttää koostumuksessaan muuntajaa. Muuntaja tarjoaa toisiopiirin galvaanisen eristyksen virtalähteestä, lisäksi tällaisiin piireihin perustuvan virtalähteen hyötysuhde voi olla 98% tai enemmän. Eteenpäin suuntautuva muuntaja (piiri "a") siirtää energiaa lähteestä kuormaan avaimen ollessa päällä. Itse asiassa tämä on muokattu buck-muunnin. Flyback-muunnin (piiri "b") siirtää energiaa lähteestä kuormaan off-tilan aikana.

Myötäsuuntaisessa muuntimessa muuntaja toimii sisään normaalitila ja energia varastoituu kelaan. Itse asiassa tämä on pulssigeneraattori, jonka lähdössä on LC-suodatin. Flyback-muunnin varastoi energiaa muuntajaan. Toisin sanoen muuntaja yhdistää muuntajan ja kuristimen ominaisuudet, mikä aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia sen suunnittelun valinnassa.

Länsimaisessa kirjallisuudessa eteenpäin suunnattua muuntajaa kutsutaan eteenpäinmuuntimeksi. Flyback - Flyback-muunnin.

Pulssimuuntimen käyttö virran stabilisaattorina

Useimmat hakkuriteholähteet ovat saatavilla lähtöjännitteen stabiloinnilla. Tällaisten teholähteiden tyypillisissä piireissä, erityisesti tehokkaissa, on lähtöjännitteen takaisinkytkennän lisäksi avainelementtivirran ohjauspiiri, esimerkiksi pieni vastus. Tällaisen ohjauksen avulla voit varmistaa kaasuvivun toimintatavan. Yksinkertaisimmat virran stabilisaattorit käyttävät tätä ohjauselementtiä lähtövirran stabilointiin. Näin ollen virran stabilisaattori on vielä yksinkertaisempi kuin jännitteen stabilisaattori.

Harkitse kytkentävirran stabilointipiiriä LEDille, joka perustuu tunnetun elektronisten komponenttien valmistajan On Semiconductor mikropiiriin:

Buck-muunninpiiri toimii jatkuvassa virtatilassa ulkoisella kytkimellä. Piiri valittiin monien muiden joukosta, koska se osoittaa, kuinka yksinkertainen ja tehokas ulkoisella kytkimellä varustettu kytkentävirransäädinpiiri voi olla. Yllä olevassa kaaviossa ohjaussiru IC1 ohjaa MOSFET-kytkimen Q1 toimintaa. Koska muuntaja toimii jatkuvassa virtatilassa, lähtökondensaattoria ei tarvitse asentaa. Monissa piireissä virta-anturi on asennettu kytkimen lähdepiiriin, mutta tämä vähentää transistorin käynnistysnopeutta. Yllä olevassa kaaviossa R4-virta-anturi on asennettu ensiövirtapiiriin, minkä seurauksena piiri osoittautui yksinkertaiseksi ja tehokkaaksi. Avain toimii 700 kHz:n taajuudella, minkä ansiosta voit asentaa kompaktin kuristimen. 7 watin lähtötehon ja 12 voltin tulojännitteen ollessa 700 mA (3 LEDiä) laitteen hyötysuhde on yli 95%. Piiri toimii vakaasti 15 watin lähtötehoon asti ilman lisälämmönpoistotoimenpiteitä.

Vielä yksinkertaisempi piiri saadaan käyttämällä avaimen stabilointimikropiirejä, joissa on sisäänrakennettu avain. Esimerkiksi kaavio /CAT4201-siruun perustuvasta LED-avainvirran stabilisaattorista:

Jopa 7 watin tehon laitteen käyttämiseen tarvitaan vain 8 komponenttia, mukaan lukien itse mikropiiri. Kytkentäsäädin toimii virranrajoitustilassa ja vaatii pienen tehon keraaminen kondensaattori. Vastusta R3 tarvitaan, kun se saa virran vähintään 24 voltista, jotta tulojännitteen muutosnopeus pienenee, vaikka tämä vähentää jonkin verran laitteen tehokkuutta. Toimintataajuus ylittää 200 kHz ja vaihtelee kuormituksen ja syöttöjännitteen mukaan. Tämä johtuu säätömenetelmästä - induktorin huippuvirran ohjauksesta. Kun virta saavuttaa maksimiarvon, avain avautuu, kun virta putoaa nollaan, se kytkeytyy päälle. Laitteen hyötysuhde on 94%.

Joten, ydin ja pääkomponentti led hehkulamppu on LED. Piirien näkökulmasta valodiodit eivät eroa muista, paitsi että niillä on kauheita parametreja käytettäessä niitä diodeina - hyvin pieni sallittu käänteinen jännite suhteessa suuri kapasiteetti liitos, valtava käyttöjännitteen pudotus (noin 3,5 V valkoisille LEDeille - esimerkiksi tasasuuntaajan diodille tämä olisi painajainen) jne.

Ymmärrämme kuitenkin, että LEDien tärkein arvo ihmiskunnalle on, että ne hehkuvat, ja joskus melko kirkkaasti. Jotta LED voisi hehkua onnellisena loppuun asti, se tarvitsee kaksi ehtoa: vakaan virran sen läpi ja hyvän lämmönpoiston siitä. Jäähdytyslevyn laatu varmistetaan erilaisilla suunnittelumenetelmillä, joten nyt emme käsittele tätä asiaa. Puhutaanpa siitä, miksi ja kuinka moderni ihmiskunta saavuttaa ensimmäisen tavoitteen - vakaan virran.

Valkoisista LEDeistä puheen ollen

On selvää, että valkoiset LEDit ovat mielenkiintoisimpia valaistukseen. Ne on valmistettu sinistä valoa säteilevän kiteen pohjalta, joka on täytetty fosforilla, joka säteilee uudelleen osan energiasta kelta-vihreällä alueella. Otsikkokuva osoittaa selvästi, että virtaa johtavat johdot menevät johonkin keltaiseen - tämä on fosfori; kristalli sijaitsee alla. Valkoisen LEDin tyypillisessä spektrissä sininen huippu on selvästi näkyvissä:

LEDien spektrit erilaisilla värilämpötilat: 5000K (sininen), 3700K (vihreä), 2600K (punainen). Lue lisää.

Olemme jo havainneet, että piirin kannalta LED eroaa muista diodeista vain parametriarvoissa. Tässä on sanottava, että laite on pohjimmiltaan epälineaarinen; eli hän ei noudata koulusta tuttua Ohmin lakia ollenkaan. Virran riippuvuutta tällaisten laitteiden syötetystä jännitteestä kuvaa ns. virta-jänniteominaisuus (CVC), ja diodilla se on eksponentiaalinen. Tästä seuraa, että pienin muutos käytetyssä jännitteessä johtaa valtavaan muutokseen virrassa, mutta se ei ole vielä kaikki - lämpötilan muutoksessa (sekä ikääntyessä) I–V-ominaisuus siirtyy. Lisäksi IV-ominaisuuksien sijainti on hieman erilainen eri diodeille. Määritän erikseen - ei vain jokaiselle tyypille, vaan jokaiselle esiintymälle, jopa samasta erästä. Tästä syystä virran jakautuminen rinnakkain kytkettyjen diodien kautta on välttämättä epätasaista, mikä ei voi vaikuttaa rakenteen kestävyyteen hyvin. Matriisien valmistuksessa yritetään joko käyttää sarjakytkentää, joka ratkaisee ongelman juurissa, tai valita diodeja, joilla on suunnilleen sama jännitehäviö. Tehtävän helpottamiseksi valmistajat ilmoittavat yleensä niin kutsutun "bin" - koodin parametrien (mukaan lukien jännite) valinnalle, johon tietty esiintymä kuuluu.

Valkoisen LEDin VAC.

Näin ollen, jotta kaikki toimisi hyvin, LED on kytkettävä laitteeseen, joka riippumatta ulkoiset tekijät valitsee automaattisesti suurella tarkkuudella jännitteen, jolla tietty virta virtaa piirissä (esimerkiksi 350 mA yhden watin LEDeille) ja seuraa prosessia jatkuvasti. Yleensä tällaista laitetta kutsutaan virtalähteeksi, mutta LEDien tapauksessa on nykyään muotia käyttää ulkomaista sanaa "ohjain". Yleensä ajuriin viitataan usein ratkaisuina, jotka on ensisijaisesti suunniteltu toimimaan tietyssä sovelluksessa - esimerkiksi "MOSFET-ohjain" - mikropiiri, joka on suunniteltu ohjaamaan erityisen tehokkaita kenttätransistoreja, "seitsemän segmentin ilmaisinohjain" - ratkaisu erityisesti seitsemän segmentin laitteiden ohjaamiseen jne. . Toisin sanoen kutsumalla virtalähdettä LED-ohjaimeksi ihmiset vihjaavat, että tämä virtalähde on suunniteltu erityisesti toimimaan LEDien kanssa. Sillä voi esimerkiksi olla tiettyjä toimintoja – jotain DMX-512-valorajapinnan hengessä, joka havaitsee avoimen ja oikosulun lähdössä (ja tavallisen virtalähteen pitäisi yleensä toimia ilman ongelmia oikosulku), jne. Käsitteet menevät kuitenkin usein sekaisin ja esimerkiksi LED-nauhoille yleisintä adapteria (jännitelähdettä!) kutsutaan ajuriksi.

Lisäksi laitteita, jotka on suunniteltu asettamaan valaisintilan, kutsutaan usein painolastiksi.

Nykyiset lähteet siis. Yksinkertaisin virtalähde voi olla LEDin kanssa sarjassa oleva vastus. Tämä tehdään pienillä tehoilla (jossain jopa puoli wattia), esimerkiksi samassa LED-nauhat. Tehon kasvaessa vastuksen häviöt tulevat liian korkeiksi ja virran stabiilisuuden vaatimukset kasvavat, ja siksi tarvitaan kehittyneempiä laitteita, joiden runollisen kuvan piirsin yllä. Kaikki ne on rakennettu saman ideologian mukaan - niissä on nykyisen palautteen ohjaama sääntelyelementti.

Virran stabilisaattorit on jaettu kahteen tyyppiin - lineaarinen ja pulssi. Viivakaaviot- vastuksen sukulaiset (itse vastus ja sen analogit kuuluvat myös tähän luokkaan). Ne eivät yleensä anna erityistä hyötysuhdetta, mutta ne lisäävät virran stabiloinnin laatua. Impulssipiirit ovat paras ratkaisu, mutta ne ovat monimutkaisempia ja kalliimpia.

Katsotaanpa nyt nopeasti, mitä voit nähdä sisällä näinä päivinä. LED-lamput tai niiden viereen.

1. Kondensaattorin liitäntälaite

Kondensaattorin liitäntälaite on jatkoa ajatukselle laittaa vastus sarjaan LEDin kanssa. Periaatteessa LED voidaan kytkeä suoraan pistorasiaan seuraavasti:

Back-to-back-diodi on välttämätön LED-valon hajoamisen estämiseksi sillä hetkellä, kun verkkojännite muuttaa napaisuutta - olen jo maininnut, että ei ole olemassa LEDejä, joiden sallittu käänteinen jännite on satoja voltteja. Periaatteessa käänteisen diodin sijasta voit laittaa toisen LEDin.

Yllä olevan piirin vastuksen arvo on laskettu noin 10 - 15 mA:n LED-virralle. Koska verkkojännite on paljon suurempi kuin pudotus diodien yli, jälkimmäinen voidaan jättää huomiotta ja laskea suoraan Ohmin lain mukaan: 220/20000 ~ 11 mA. Voit korvata huippuarvon (311 V) ja varmistaa, että edes rajatapauksessa diodin virta ei ylitä 20 mA. Kaikki osoittautuu hienoksi, paitsi että vastus haihduttaa noin 2,5 wattia tehoa ja noin 40 mW LEDillä. Siten järjestelmän tehokkuus on noin 1,5% (yhden LEDin tapauksessa se on vielä pienempi).

Käsiteltävän menetelmän ideana on korvata vastus kondensaattorilla, koska tiedetään, että piireissä vaihtovirta reaktiivisilla elementeillä on kyky rajoittaa virtaa. Muuten, voit käyttää myös kaasua, lisäksi he tekevät sen klassisena sähkömagneettiset liitäntälaitteet loistelamppuja varten.

Oppikirjan kaavan mukaan laskemalla on helppo saada selville, että meidän tapauksessamme tarvitaan 0,2 μF kondensaattori tai noin 60 H:n induktanssikela. Täällä käy selväksi, miksi sellaisista LED-lamppujen liitäntälaitteista ei koskaan löydy kuristimia - tällaisen induktanssin kela on vakava ja kallis rakenne, mutta 0,2 uF:n kondensaattori on paljon helpompi saada. Tietenkin sen on oltava suunniteltu verkkojännitteen huippuja varten ja paremmin marginaalilla. Käytännössä käytetään kondensaattoreita, joiden käyttöjännite on vähintään 400 V. Piiriä hieman täydennettynä saamme sen, mitä olemme jo nähneet edellisessä artikkelissa.

Lyyrinen poikkeama

"Microfarad" on lyhennetty täsmälleen "uF". Pysyn tässä, koska näen usein ihmisten kirjoittavan "mF" tässä yhteydessä, kun taas jälkimmäinen on lyhenne sanoista "millifarad", eli 1000 mikrofaradia. Englanniksi "microfarad" ei kirjoiteta "mkF", vaan päinvastoin "uF". Tämä johtuu siitä, että kirjain "u" muistuttaa kirjainta "μ", jonka häntä on revitty irti.

Niin, 1 F/F = 1000 mF/mF = 1000000 uF/uF/μF, eikä mitään muuta!

Lisäksi "Farad" on maskuliininen, koska se on nimetty suuren miesfyysikon mukaan. Joten "neljä mikrofaradia", mutta ei "neljä mikrofaradia"!

Kuten olen jo sanonut, tällaisella painolastilla on vain yksi etu - yksinkertaisuus ja halpa. Kuten liitäntälaite, jossa on vastus, virran stabilointi ei ole täällä kovin hyvä, ja mikä vielä pahempaa, siellä on merkittävä reaktiivinen komponentti, joka ei ole kovin hyvä verkolle (etenkin havaittavilla tehoilla). Lisäksi halutun virran kasvaessa kondensaattorin tarvittava kapasitanssi kasvaa. Jos esimerkiksi haluamme kytkeä päälle yhden watin LEDin, joka toimii 350 mA:lla, tarvitsemme noin 5 mikrofaradin kapasiteetin, joka on suunniteltu 400 V:n jännitteelle. Tämä on jo kalliimpaa, isompaa ja monimutkaisempaa. suunnittelun ehdot. Aaltoilun tukahduttamisen myötä kaikki ei myöskään ole helppoa täällä. Yleisesti voidaan sanoa, että kondensaattorin liitäntälaite on anteeksi annettava vain pienille majakkalampuille, ei sen enempää.

2. Muuntajaton buck-topologia

Tämä piiriratkaisu kuuluu muuntajattomien muuntimien perheeseen, joka sisältää alas-, nosto- ja invertointitopologiat. Lisäksi muuntajattomiin muuntimiin kuuluvat myös SEPIC, Chuck-muuntimet ja muut eksoottiset, kuten kytketyt kondensaattorit. Periaatteessa LED-ohjain voidaan rakentaa minkä tahansa pohjalta, mutta käytännössä ne ovat tässä ominaisuudessa paljon harvinaisempia (vaikka boost-topologiaa käytetään esimerkiksi monissa taskulampuissa).

Yksi esimerkki muuntajattomaan buck-topologiaan perustuvasta ohjaimesta on esitetty alla olevassa kuvassa.

Villieläimissä tällainen sisällyttäminen voidaan havaita ZXLD1474- tai ZXSC310-inkluusiovaihtoehdon esimerkissä (joka muuten on vain tehostusmuunnin alkuperäisessä kytkentäpiirissä).

Tässä LED on kytketty sarjaan kelan kanssa. Ohjauspiiri valvoo virtaa mittausvastuksen R1 kautta ja ohjaa kytkintä T1. Jos LEDin läpi kulkeva virta putoaa ennalta määritellyn minimiarvon alapuolelle, transistori kytkeytyy päälle ja kela, jonka LED on kytketty sarjaan, kytketään virtalähteeseen. Kelan virta alkaa kasvaa lineaarisesti (punainen alue kaaviossa), diodi D1 on tällä hetkellä lukittu. Heti kun ohjauspiiri rekisteröi, että virta on saavuttanut ennalta määrätyn maksimin, avain sulkeutuu. Ensimmäisen kytkentälain mukaan käämi pyrkii ylläpitämään virtaa piirissä magneettikenttään varastoidun energian ansiosta. Tässä vaiheessa virta kulkee diodin D1 läpi. Kelakentän energiaa kuluu, virta pienenee lineaarisesti (vihreä alue kaaviossa). Kun virta laskee alle ennalta määrätyn minimin, ohjauspiiri rekisteröi tämän ja avaa transistorin uudelleen pumpaten tehoa järjestelmään - prosessi toistuu. Näin ollen virta pysyy määritetyissä rajoissa.

Buck-topologian erottuva piirre on kyky tehdä aaltoilua valovirta mielivaltaisesti pieni, koska tällaisessa yhteydessä LEDin läpi kulkeva virta ei koskaan katkea. Tapa lähestyä ihannetta on nostamalla induktanssia ja nostamalla kytkentätaajuutta (nykyään on muuntajia, joiden toimintataajuudet ovat jopa useita megahertsejä).

Tällaisen topologian pohjalta tehtiin edellisessä artikkelissa käsitelty Gauss-lampun ohjain.

Menetelmän haittana on galvaanisen eristyksen puute - kun transistori on auki, piiri on kytketty suoraan jännitelähteeseen, verkon LED-lamppujen tapauksessa - verkkoon, mikä voi olla vaarallista.

3. Flyback-muunnin

Vaikka flyback-muunnin sisältää jotain, joka näyttää muuntajalta, tässä tapauksessa on oikeampaa kutsua tätä osaa kaksikäämiiseksi kuristimeksi, koska virta ei koskaan kulje molempien käämien läpi samanaikaisesti. Itse asiassa flyback-muuntimet ovat periaatteeltaan samanlaisia ​​kuin muuntajattomat topologiat. Kun T1 on auki, primäärivirta nousee, energiaa varastoituu magneettikenttään; tässä tapauksessa toisiokäämin päällekytkemisen napaisuus valitaan tarkoituksella siten, että diodi D3 on tässä vaiheessa kiinni eikä toisiopuolella kulje virtaa. Kuormavirta tällä hetkellä tukee kondensaattoria C1. Kun T1 sulkeutuu, toisiopiirin jännitteen napaisuus vaihtuu (koska ensiöpuolen virran derivaatta kääntyy), D3 avautuu ja varastoitu energia siirretään toisioon. Virran stabiloinnin suhteen kaikki on sama - ohjauspiiri analysoi jännitehäviön vastuksen R1 yli ja säätää aikaa s e parametrit niin, että LEDien läpi kulkeva virta pysyy vakiona. Useimmiten flyback-muunninta käytetään teholla, joka ei ylitä 50 W; lisäksi se lakkaa olemasta sopiva kasvavien häviöiden ja kelamuuntajan tarvittavien mittojen vuoksi.

Minun on sanottava, että on olemassa vaihtoehtoja flyback-ajureille ilman opto-isolaattoria (esimerkiksi). He luottavat siihen, että ensiö- ja toisiokäämien virrat on kytketty toisiinsa, ja tietyin varauksin voidaan rajoittua virran analysointiin. primäärikäämitys(tai useammin erillinen apukäämi) - tämän avulla voit säästää osissa ja vastaavasti vähentää ratkaisun kustannuksia.

Flyback-muunnin on hyvä siinä mielessä, että ensinnäkin se eristää toissijaisen osan verkosta (parempi turvallisuus), ja toiseksi sen avulla on suhteellisen helppoa ja halpaa valmistaa hehkulamppujen tavallisten himmentimien kanssa yhteensopivia lamppuja sekä kertoimen korjaustehon järjestämiseksi.

Lyyrinen poikkeama

Flyback-muunnin on niin kutsuttu, koska samanlaista menetelmää käytettiin alun perin hankinnassa korkea jännite katodisädeputkiin perustuvissa televisioissa. Korkeajännitelähde on integroitu piiriin piirin kanssa vaakasuora skannaus, ja aikana saatiin korkeajännitepulssi käänteinen elektronisuihku.

Vähän pulssiosta

Kuten jo mainittiin, impulssilähteitä työtä tarpeeksi korkeat taajuudet(käytännössä - 30 kHz, useammin noin 100 kHz). Siksi on selvää, että huollettava ajuri itsessään ei voi olla suuren aaltoilutekijän lähde - ensisijaisesti siksi, että tätä parametria ei yksinkertaisesti ole normalisoitu yli 300 Hz:n taajuuksilla, ja lisäksi korkeataajuiset aaltoilut on joka tapauksessa melko helppo suodattaa pois. . Ongelmana on verkkojännite.

Tosiasia on, että tietysti kaikki yllä mainitut piirit (paitsi piiri, jossa on sammutuskondensaattori) toimivat vakiojännite. Siksi minkä tahansa elektronisen liitäntälaitteen sisääntulossa on ensinnäkin tasasuuntaaja ja tallennuskondensaattori. Jälkimmäisen tarkoituksena on syöttää liitäntälaitetta silloin, kun verkkojännite laskee piirin kynnyksen alapuolelle. Ja tässä valitettavasti tarvitaan kompromissi - korkeajännitteiset suuren kapasiteetin elektrolyyttikondensaattorit maksavat ensinnäkin rahaa, ja toiseksi ne vievät arvokasta tilaa lampun kotelossa. Tämä on myös perimmäinen syy tehokerroinongelmiin. Kuvatussa tasasuuntaajalla varustetussa piirissä on epätasainen virrankulutus. Tämä johtaa sen korkeampien harmonisten esiintymiseen, mikä on syy meitä kiinnostavan parametrin huononemiseen. Lisäksi mitä paremmin yritämme suodattaa jännitettä liitäntälaitteen sisääntulossa, sitä pienemmän tehokertoimen saamme, jos emme tee erillisiä ponnisteluja. Tämä selittää sen tosiasian, että lähes kaikki näkemämme matalan aaltoilulamput osoittavat erittäin keskinkertaista tehokerrointa ja päinvastoin (tietysti aktiivisen tehokertoimen korjauksen käyttöönotto vaikuttaa hintaan, joten he haluavat säästää siitä nyt). Lisää tageja

Kuluneiden 10-20 vuoden aikana kulutuselektroniikan määrä on moninkertaistunut. Valtava valikoima elektronisia komponentteja ja valmiita moduuleja ilmestyi. Tehovaatimukset ovat myös lisääntyneet, monet vaativat stabiloitua jännitettä tai vakaata virtaa.

Ohjainta käytetään useimmiten LED-valojen ja latauksen virransäätimenä. auton akut. Tällainen lähde on nyt jokaisessa LED-kohdevalaisimessa, -lampussa tai -valaisimessa. Harkitse kaikkia stabilointivaihtoehtoja, aina vanhoista ja yksinkertaisista tehokkaimpiin ja nykyaikaisimpiin. Niitä kutsutaan myös led-ohjaimeksi.

• 1. Stabilisaattorityypit
• 2. Suosittuja malleja
• 3. Stabilisaattori LEDeille
• 4. Ohjain 220V
• 5. Virran stabilisaattori, piiri
• 6. LM317
• 7. Säädettävä virranvakain
• 8. Hinnat Kiinassa

Stabilisaattoreiden tyypit

Pulssisäädettävä DC

15 vuotta sitten, ensimmäisenä vuonna, suoritin kokeita elektroniikkalaitteiden Virtalähteet-aineesta. Siitä lähtien tähän päivään LM317-siru ja sen analogit, jotka kuuluvat lineaaristen stabilointiaineiden luokkaan, ovat edelleen suosituimpia ja suosituimpia.

Tällä hetkellä on olemassa useita jännitteen ja virran stabilaattoreita:

1. lineaarinen 10A asti ja tulojännite 40V asti;
2. pulssi korkealla tulojännitteellä, lasku;
3. pulssi matalalla tulojännitteellä, kasvaa.

Pulssi-PWM-säätimessä yleensä 3-7 ampeeria ominaisuuksien mukaan. Todellisuudessa se riippuu jäähdytysjärjestelmästä ja tehokkuudesta tietyssä tilassa. Tehostaminen matalasta tulojännitteestä tekee suuremman lähtöjännitteen. Tätä vaihtoehtoa käytetään teholähteissä, joissa on pieni määrä voltteja. Esimerkiksi autossa, kun 12V:sta täytyy tehdä 19V tai 45V. Buckilla se on helpompaa, korkea alennetaan halutulle tasolle.

Lue kaikista LEDien virransyöttötavoista artikkelista "12 ja 220 V:iin". Kytkentäkaaviot kuvataan erikseen yksinkertaisimmista 20 ruplaa koskevista täysimittaisiin lohkoihin, joissa on hyvä toiminta.

Toiminnallisuuden mukaan ne on jaettu erikoistuneisiin ja yleisiin. Universaalimoduuleissa on yleensä 2 säädettävää vastusta volttien ja ampeerien lähdön säätämiseksi. Erikoistuneilla ei useimmiten ole rakennuselementtejä ja lähtöarvot ovat kiinteitä. Erikoistuneiden joukossa LED-virran stabilisaattorit ovat yleisiä, Internetissä on suuri määrä piirejä.

Suosittuja malleja

2596 Lm

Impulssilaitteiden joukossa LM2596 on tullut suosituksi, mutta nykyaikaisten standardien mukaan sillä on alhainen hyötysuhde. Jos enemmän kuin 1 ampeeri, tarvitaan jäähdytyselementti. Pieni lista vastaavista:

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

Täydentän modernilla kiinalaisella valikoimalla, joka on ominaisuuksiltaan hyvä, mutta paljon harvinaisempi. Aliexpressissä merkinnän haku auttaa. Lista on koonnut verkkokaupat:

• MP2307DN
• XL4015
• MP1584FI
• XL6009
• XL6019
• XL4016
• XL4005
• L7986A

Sopii myös kiinalaisiin DRL-päiväajovaloihin. Edullisten kustannusten vuoksi LED-valot kytketään vastuksen kautta auton akkuun tai auton verkkoon. Mutta jännite hyppää jopa 30 volttiin pulsseina. Huonolaatuiset LEDit eivät kestä tällaisia ​​jännitteitä ja alkavat kuolla. Olet todennäköisesti nähnyt vilkkuvia DRL-valoja tai ajovaloja, joissa jotkin LED-valot eivät toimi.

Tee-se-itse-piirin kokoaminen näille elementeille on yksinkertaista. Useimmiten nämä ovat jännitteen stabilaattoreita, jotka kytketään päälle virran stabilointitilassa.

Älä sekoita koko yksikön maksimijännitettä ja PWM-ohjaimen maksimijännitettä. Lohkoon voidaan asentaa pienjännitteisiä 20 V kondensaattoreita, kun pulssisirun tulojännite on enintään 35 V.

LED Stabilisaattori

On helpointa tehdä virran stabilointi LEDeille omin käsin LM317:ään, sinun tarvitsee vain laskea LEDin vastus online-laskin. Ruokaa voi käyttää käsillä esim.

1. 19 V kannettavan tietokoneen virtalähde;
2. tulostimesta 24V ja 32V;
3. kulutuselektroniikasta 12 voltilla, 9 V.

Tällaisen muuntimen etuja ovat alhainen hinta, helppo ostaa, vähimmäisosat, korkea luotettavuus. Jos nykyinen stabilointipiiri on monimutkaisempi, ei ole järkevää koota sitä omin käsin. Jos et ole radioamatööri, kytkentävirran stabilointilaite on helpompi ja nopeampi ostaa. Jatkossa sitä voidaan muokata vaadituiksi parametreiksi. Voit lukea lisää osiosta "Valmiit moduulit".

Kuljettaja 220 V

Jos olet kiinnostunut 220 V LEDin ajurista, on parempi tilata tai ostaa se. Heillä on keskivaikeusaste valmistusta, mutta asennus vie enemmän aikaa ja vaaditaan asennuskokemusta.

220 LED-ohjain voidaan poistaa viallisista LED-lampuista, valaisimista ja kohdevaloista, joissa on viallinen LED-piiri. Lisäksi lähes mitä tahansa olemassa olevaa ohjainta voidaan muokata. Voit tehdä tämän selvittämällä PWM-ohjaimen mallin, johon muunnin on koottu. Yleensä lähtöparametrit asetetaan vastuksella tai useilla. Katso teknisistä tiedoista, mikä resistanssi pitäisi olla, jotta saadaan tarvittavat vahvistimet.

Jos asetat lasketun arvon säädettävän vastuksen, ampeerien määrä lähdössä on konfiguroitavissa. Älä vain ylitä ilmoitettua nimellistehoa.

Virran stabilisaattori, piiri

Minun on usein selattava Aliexpressin valikoimaa etsiessäni edullisia, mutta laadukkaita moduuleja. Kustannusero voi olla 2-3 kertaa, vähimmäishinnan löytäminen vie aikaa. Mutta tämän ansiosta teen tilauksen 2-3 kappaletta testeihin. Ostan sellaisten valmistajien arvioita ja konsultaatioita varten, jotka ostavat komponentteja Kiinasta.

Kesäkuussa 2016 XL4015:n yleismoduulista tuli paras valinta, jonka hinta on 110 ruplaa ilmaisella toimituksella. Sen ominaisuudet soveltuvat tehokkaiden, jopa 100 watin LEDien liittämiseen.

Kaavio kuljettajatilassa.

Vakioversiossa XL4015-kotelo juotetaan levyyn, joka toimii jäähdytyselementtinä. XL4015-kotelon jäähdytyksen parantamiseksi sinun on asennettava jäähdytin. Useimmat laittavat sen päälle, mutta tällaisen asennuksen tehokkuus on alhainen. Parempi järjestelmä jäähdytys tulee sijoittaa levyn alaosaan, vastapäätä paikkaa, jossa mikropiiri on juotettu. Ihannetapauksessa on parempi irrottaa se ja laittaa se täysimittaiseen patteriin lämpötahnan läpi. Jalkoja on todennäköisesti pidennettävä langoilla. Jos säätimelle tarvitaan niin vakavaa jäähdytystä, tarvitsee sitä myös Schottky-diodi. Se on myös asetettava jäähdyttimeen. Tällainen hienosäätö lisää merkittävästi koko piirin luotettavuutta.

Yleensä moduuleissa ei ole suojaa väärää virransyöttöä vastaan. Tämä poistaa ne välittömästi käytöstä, ole varovainen.

LM317

Sovellus (rulla) ei vaadi edes elektroniikan taitoja ja tietoja. Ulkoisten elementtien määrä piireissä on minimaalinen, joten tämä on edullinen vaihtoehto kenelle tahansa. Sen hinta on erittäin alhainen, sen mahdollisuudet ja käyttö on toistuvasti testattu ja todennettu. Vain se vaatii hyvää jäähdytystä, tämä on sen suurin haittapuoli. Ainoa asia, jota kannattaa varoa, ovat huonolaatuiset kiinalaiset LM317-mikropiirit, joilla on huonommat parametrit.

Koska lähdössä ei ollut tarpeetonta kohinaa, laadukkaiden Hi-Fi- ja Hi-End DAC -muuntimien virtalähteenä käytettiin lineaarista stabilointimikropiirejä. DAC:issa virran puhtaudella on valtava rooli, joten jotkut käyttävät paristoja tähän.

LM317:n suurin teho on 1,5 ampeeria. Voit lisätä ampeerien määrää lisäämällä piiriin kenttätransistorin tai tavallisen transistorin. Lähdössä on mahdollista saada jopa 10A, se asetetaan alhaisella resistanssilla. Tässä järjestelmässä KT825-transistori ottaa pääkuorman.

Toinen tapa on laittaa analogi korkeammalla tekniset tiedot päällä iso järjestelmä jäähdytys.

Säädettävä virranvakain

Radioamatöörina, jolla on 20 vuoden kokemus, olen tyytyväinen myytävänä olevien valmiiden lohkojen ja moduulien valikoimaan. Nyt voit koota minkä tahansa laitteen valmiista lohkoista minimiajassa.

Aloin menettää luottamusta kiinalaisiin tuotteisiin, kun näin "Tank Biathlonissa" kuinka parhaalla kiinalaisella tankilla pyörä putosi.

Kiinalaisista verkkokaupoista on tullut johtava virtalähteiden, DC-DC-virtamuuntimien ja ohjainten valikoima. Niiden ilmaisesta myynnistä löydät melkein kaikki moduulit, jos näytät paremmalta, niin erittäin erikoistuneita. Esimerkiksi 10 000 tuhannella ruplalla voit koota spektrometrin, jonka arvo on 100 000 ruplaa. Kun 90 % hinnasta on lisähintaa tuotemerkille ja hieman muokatulle kiinalaiselle ohjelmistolle.

Hinta alkaa 35 ruplasta. per DC-DC muunnin jännite, ohjain on kalliimpi ja siinä on kaksi tai kolme trimmausvastukset, yhden sijasta.

Monipuolisempaa käyttöä varten säädettävä ohjain on parempi. Suurin ero on asennus muuttuva vastus piirissä, joka asettaa ampeerit lähdössä. Nämä ominaisuudet voidaan määrittää tyypillisiä kaavoja sisällytykset mikropiirin teknisiin tietoihin, datalehteen, datalehteen.

Tällaisten ohjainten heikkoja kohtia ovat kelan ja Schottky-diodin lämmitys. PWM-ohjaimen mallista riippuen ne kestävät 1A - 3A ilman mikropiirin lisäjäähdytystä. Jos yli 3A, tarvitaan PWM:n ja tehokkaan Schottky-diodin jäähdytystä. Induktori kelataan uudelleen paksummalla langalla tai korvataan sopivalla.

Tehokkuus riippuu käyttötavasta, tulon ja lähdön välisestä jännite-erosta. Mitä korkeampi hyötysuhde, sitä alhaisempi stabilisaattorin lämmitys.

Hinnat Kiinassa

Hinta on erittäin alhainen ottaen huomioon, että toimitus sisältyy hintaan. Ajattelin ennen, että 30-50 ruplan tavaroiden takia kiinalaiset eivät edes likaannu, paljon työtä pienituloisilla. Mutta kuten käytäntö on osoittanut, olin väärässä. Kaikki penniäkään hölynpölyä he pakkaavat ja lähettävät. Se tulee 98 prosentissa tapauksista, ja olen ostanut Aliexpressistä yli 7 vuotta ja suuria määriä, luultavasti jo noin miljoona ruplaa.

Siksi teen tilauksen etukäteen, yleensä 2-3 samannimistä kappaletta. Turha myynti paikallisella foorumilla tai Avitossa, kaikki myy kuin kuumat kakut.