Articolo educativo sugli stabilizzatori di corrente a LED e altro ancora. Vengono presi in considerazione i circuiti degli stabilizzatori di corrente lineari e impulsivi.

Lo stabilizzatore di corrente per il LED è installato in molti modelli di apparecchi di illuminazione. I LED, come tutti i diodi, hanno una caratteristica corrente-tensione non lineare. Ciò significa che quando la tensione attraverso il LED cambia, la corrente cambia in modo sproporzionato. All'aumentare della tensione, all'inizio la corrente sale molto lentamente, mentre il LED non si accende. Quindi, quando viene raggiunta la tensione di soglia, il LED inizia ad accendersi e la corrente aumenta molto rapidamente. Con un ulteriore aumento della tensione, la corrente aumenta in modo catastrofico e il LED si brucia.

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

Per il corretto funzionamento del LED, deve essere alimentato tramite uno stabilizzatore di corrente. Per che cosa? Il fatto è che la tensione di soglia del LED ha uno spread. tipi diversi I LED hanno una tensione diretta diversa, anche lo stesso tipo di LED ha una tensione diretta diversa - questo è indicato nelle caratteristiche dei LED come valori minimo e massimo. Pertanto, due LED collegati alla stessa sorgente di tensione in parallelo passeranno correnti diverse. Questa corrente può essere così diversa che il LED potrebbe guastarsi prima o bruciarsi immediatamente. Inoltre il regolatore di tensione ha anche la deriva dei parametri (a seconda del livello di potenza primaria, del carico, della temperatura, just in time). Pertanto, è indesiderabile accendere i LED senza dispositivi di equalizzazione della corrente. Vari modi viene considerato il livellamento della corrente. Questo articolo discute i dispositivi che impostano stabilizzatori corrente-corrente ben definiti.

Tipi di stabilizzatori di corrente

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

Poiché la tensione sul LED è determinata dai suoi parametri e in caso generale invariato, quindi lo stabilizzatore di corrente può anche essere chiamato stabilizzatore di potenza a LED. Nel caso più semplice, la potenza attiva (calore) rilasciata dal dispositivo viene distribuita tra il LED e lo stabilizzatore in proporzione alla tensione su di essi. Tale stabilizzatore è chiamato lineare. Esistono anche dispositivi più economici: stabilizzatori di corrente basati su convertitore di impulsi(convertitore di chiavi o convertitore). Sono chiamati pulsati, perché pompano energia dentro di sé in porzioni - impulsi secondo necessità per il consumatore. Il convertitore di impulsi corretto consuma energia in modo continuo, la trasferisce internamente con impulsi dal circuito di ingresso al circuito di uscita ed emette nuovamente energia al carico in modo continuo.

Stabilizzatore di corrente lineare

Il regolatore di corrente lineare si riscalda tanto più gli viene applicata tensione. Questo è il suo principale svantaggio. Tuttavia, ha una serie di vantaggi, ad esempio:

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

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

In un altro caso, è possibile avvicinare la tensione del LED alla tensione di alimentazione: collegare i LED in una catena in serie. La tensione ai capi della stringa sarà uguale alla somma delle tensioni ai capi di ciascun LED.

Schemi di stabilizzatori di corrente lineari

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

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

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

Uno stabilizzatore di corrente basato su un convertitore di impulsi è molto simile nel design a un regolatore di tensione basato su un convertitore di impulsi, ma non controlla la tensione al carico, ma la corrente attraverso il carico. Con una diminuzione della corrente nel carico, aumenta la potenza, con un aumento, si riduce. I circuiti più comuni dei convertitori di impulsi includono un elemento reattivo: un'induttanza, che, con l'aiuto di un interruttore (chiave), viene pompata in porzioni di energia dal circuito di ingresso (dalla capacità di ingresso) e, a sua volta, trasferisce al carico. Oltre all'ovvio vantaggio del risparmio energetico, i convertitori di impulsi presentano una serie di svantaggi che devono essere affrontati da vari circuiti e soluzioni di progettazione:

• Il convertitore di impulsi produce interferenze elettriche ed elettromagnetiche
• Di solito ha una struttura complessa
• Non ha un'efficienza assoluta, cioè spende energia per il proprio lavoro e si riscalda
• Di solito ha un costo maggiore rispetto, ad esempio, al trasformatore più dispositivi lineari

Poiché il risparmio energetico è fondamentale in molte applicazioni, i progettisti di componenti ei progettisti di circuiti cercano di ridurre l'impatto di queste carenze e spesso ci riescono.

Schemi di convertitori di impulsi

Poiché lo stabilizzatore di corrente si basa su un convertitore di impulsi, consideriamo i circuiti principali dei convertitori di impulsi. Ogni convertitore di impulsi ha una chiave, un elemento che può trovarsi solo in due stati: acceso e spento. Nello stato spento, la chiave non conduce corrente e, di conseguenza, non viene generata energia su di essa. Nello stato acceso, la chiave conduce corrente, ma ha una resistenza molto bassa (idealmente zero), rispettivamente, rilascia potenza prossima allo zero. Pertanto, la chiave può trasferire porzioni di energia dal circuito di ingresso al circuito di uscita praticamente senza alcuna perdita di potenza. Tuttavia, invece di una corrente stabile, che può essere ottenuta da un alimentatore lineare, l'uscita di tale interruttore sarà una tensione e una corrente pulsate. Per ottenere di nuovo una tensione e una corrente stabili, puoi inserire un filtro.

Utilizzando un filtro RC convenzionale, puoi ottenere il risultato, tuttavia, l'efficienza di un tale convertitore non sarà migliore di quella lineare, poiché tutta la potenza in eccesso verrà rilasciata sulla resistenza attiva del resistore. Ma se si utilizza un filtro invece di RC - LC (circuito "b"), a causa delle proprietà "specifiche" dell'induttanza, è possibile evitare perdite di potenza. L'induttanza ha un'utile proprietà reattiva: la corrente che la attraversa aumenta gradualmente, fornita ad essa Energia elettrica viene convertito in magnetico e si accumula nel nucleo. Dopo aver spento la chiave, la corrente nell'induttore non scompare, la tensione sull'induttore cambia polarità e continua a caricare il condensatore di uscita, l'induttanza diventa una fonte di corrente attraverso il diodo di bypass D. Tale induttanza, progettata per trasferire potenza , è chiamato strozzatura. La corrente nell'induttore di un dispositivo correttamente funzionante è costantemente presente: la cosiddetta modalità continua o modalità a corrente continua (nella letteratura occidentale, questa modalità è chiamata Constant Current Mode - CCM). Quando la corrente di carico diminuisce, la tensione su un tale convertitore aumenta, l'energia accumulata nell'induttore diminuisce e il dispositivo può passare al funzionamento discontinuo quando la corrente nell'induttore diventa intermittente. Con questa modalità di funzionamento, il livello di interferenza creato dal dispositivo aumenta notevolmente. Alcuni convertitori funzionano in modalità confine, quando la corrente attraverso l'induttore si avvicina a zero (nella letteratura occidentale, questa modalità è chiamata Border Current Mode - BCM). In ogni caso significativo DC, che porta alla magnetizzazione del nucleo e, pertanto, l'induttore è realizzato con un design speciale, con uno spazio vuoto o utilizzando materiali magnetici speciali.

Lo stabilizzatore basato su un convertitore di impulsi ha un dispositivo che regola il funzionamento della chiave, a seconda del carico. Lo stabilizzatore di tensione registra la tensione al carico e cambia il funzionamento del tasto (schema "a"). Lo stabilizzatore di corrente misura la corrente attraverso il carico, ad esempio, utilizzando una piccola resistenza di misura Ri (circuito "b"), collegata in serie al carico.

La chiave del convertitore, a seconda del segnale del regolatore, si accende con cicli di lavoro diversi. Esistono due modi comuni per controllare la chiave: modulazione di larghezza di impulso (PWM) e modalità corrente. In modalità PWM, il segnale di errore controlla l'ampiezza dell'impulso mantenendo la frequenza di ripetizione. Nella modalità corrente, viene misurata la corrente di picco nell'induttore e viene modificato l'intervallo tra gli impulsi.

Nei moderni convertitori di chiavi, un transistor MOSFET viene solitamente utilizzato come chiave.

Convertitore dollaro

La versione del convertitore considerata sopra è chiamata convertitore step-down, poiché la tensione sul carico è sempre inferiore alla tensione del generatore.

Poiché l'induttore scorre costantemente corrente unidirezionale, il requisito per il condensatore di uscita può essere ridotto, l'induttore con il condensatore di uscita svolge il ruolo di un efficace filtro LC. In alcuni circuiti di stabilizzatori di corrente, ad esempio per i LED, il condensatore di uscita potrebbe essere del tutto assente. Nella letteratura occidentale, un convertitore buck è chiamato convertitore buck.

Convertitore boost

Il circuito del regolatore di commutazione sottostante funziona anche con un'induttanza, ma l'induttanza è sempre collegata all'uscita dell'alimentatore. Quando la chiave è aperta, l'alimentazione viene fornita al carico attraverso l'induttore e il diodo. Quando la chiave è chiusa, l'induttore accumula energia; quando la chiave è aperta, l'EMF che si verifica ai suoi terminali si somma all'EMF del generatore e la tensione al carico aumenta.

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

convertitore inverter

Un altro circuito del convertitore di impulsi funziona in modo simile: quando la chiave si chiude, l'induttore accumula energia, quando la chiave si apre, l'EMF che si verifica ai suoi terminali avrà il segno opposto e sul carico apparirà una tensione negativa.

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

Convertitori forward e flyback

Molto spesso, gli alimentatori sono realizzati secondo uno schema che utilizza un trasformatore nella sua composizione. Il trasformatore fornisce l'isolamento galvanico del circuito secondario dalla fonte di alimentazione, inoltre l'efficienza dell'alimentazione basata su tali circuiti può raggiungere il 98% o più. Il convertitore diretto (circuito "a") trasferisce energia dalla sorgente al carico nel momento in cui la chiave è accesa. In effetti, questo è un convertitore buck modificato. Il convertitore flyback (circuito "b") trasferisce energia dalla sorgente al carico durante lo stato spento.

In un convertitore diretto, il trasformatore funziona modalità normale e l'energia viene immagazzinata nell'induttore. Si tratta infatti di un generatore di impulsi con un filtro LC in uscita. Il convertitore flyback immagazzina energia nel trasformatore. Cioè, il trasformatore combina le proprietà di un trasformatore e di un'induttanza, il che crea alcune difficoltà nella scelta del suo design.

Nella letteratura occidentale, un convertitore in avanti è chiamato convertitore in avanti. Flyback - Convertitore Flyback.

Applicazione di un convertitore di impulsi come stabilizzatore di corrente

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

Considera un circuito stabilizzatore di corrente di commutazione per un LED basato su un microcircuito di un noto produttore di componenti elettronici On Semiconductor:

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

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

Per far funzionare un dispositivo con una potenza fino a 7 watt, sono necessari solo 8 componenti, incluso il microcircuito stesso. Il regolatore di commutazione funziona nella modalità limite di corrente e richiede una piccola uscita condensatore ceramico. Il resistore R3 è necessario quando alimentato da 24 volt e oltre per ridurre la velocità di variazione della tensione di ingresso, sebbene ciò riduca in qualche modo l'efficienza del dispositivo. La frequenza di funzionamento supera i 200 kHz e varia a seconda del carico e della tensione di ingresso. Ciò è dovuto al metodo di regolazione: controllo della corrente di picco dell'induttore. Quando la corrente raggiunge il valore massimo la chiave si apre, quando la corrente scende a zero si accende. L'efficienza del dispositivo raggiunge il 94%.

Quindi, il nucleo e il componente principale lampadina a ledè un LED. Dal punto di vista dei circuiti, i diodi emettitori di luce non sono diversi dagli altri, tranne per il fatto che, nel senso di usarli come diodi stessi, hanno parametri terribili: una tensione inversa ammissibile molto piccola, relativa a grande capacità giunzione, un'enorme caduta di tensione di esercizio (circa 3,5 V per i LED bianchi - ad esempio, per un diodo raddrizzatore, questo sarebbe un incubo), ecc.

Tuttavia, comprendiamo che il valore principale dei LED per l'umanità è che si illuminano e talvolta in modo piuttosto luminoso. Affinché un LED si illumini per sempre felici e contenti, ha bisogno di due condizioni: una corrente stabile attraverso di esso e una buona dissipazione del calore da esso. La qualità del dissipatore di calore è garantita da vari metodi di progettazione, quindi ora non ci soffermeremo su questo problema. Parliamo del perché e di come l'umanità moderna raggiunge il primo obiettivo: una corrente stabile.

A proposito di LED bianchi

È chiaro che i LED bianchi sono i più interessanti per l'illuminazione. Sono realizzati sulla base di un cristallo che emette luce blu, riempito con un fosforo che ri-irradia parte dell'energia nella regione giallo-verde. L'immagine del titolo mostra chiaramente che i fili che trasportano la corrente entrano in qualcosa di giallo: questo è il fosforo; il cristallo si trova sotto. Su uno spettro tipico di un LED bianco, è chiaramente visibile un picco blu:

Spettri di LED con diversi temperature di colore: 5000K (blu), 3700K (verde), 2600K (rosso). Leggi di più.

Abbiamo già capito che, in senso circuitale, il LED differisce da qualsiasi altro diodo solo per i valori dei parametri. Qui va detto che il dispositivo è fondamentalmente non lineare; cioè, non obbedisce affatto alla legge di Ohm familiare a scuola. La dipendenza della corrente dalla tensione applicata su tali dispositivi è descritta dal cosiddetto. caratteristica corrente-tensione (CVC), e per il diodo è esponenziale. Ne consegue che la più piccola variazione della tensione applicata porta a un'enorme variazione di corrente, ma non è tutto: con una variazione di temperatura (così come l'invecchiamento), la caratteristica I–V cambia. Inoltre, la posizione delle caratteristiche IV è leggermente diversa per i diversi diodi. Specificherò separatamente, non solo per ogni tipo, ma per ogni istanza, anche dallo stesso batch. Per questo motivo la distribuzione della corrente attraverso diodi collegati in parallelo sarà necessariamente irregolare, il che non può avere un buon effetto sulla durabilità della struttura. Nella produzione di matrici, cercano di utilizzare una connessione in serie, che risolve il problema alla radice, o di scegliere diodi con approssimativamente la stessa caduta di tensione diretta. Per facilitare il compito, i produttori di solito indicano il cosiddetto "bin" - il codice per la selezione dei parametri (compresa la tensione), in cui cade un'istanza particolare.

VAC di un LED bianco.

Di conseguenza, affinché tutto funzioni bene, il LED deve essere collegato a un dispositivo che, a prescindere fattori esterni selezionerà automaticamente con elevata precisione una tale tensione alla quale una data corrente scorre nel circuito (ad esempio, 350 mA per LED da un watt) e monitorerà continuamente il processo. In generale, un tale dispositivo è chiamato sorgente di corrente, ma nel caso dei LED è di moda in questi giorni usare la parola d'oltremare "driver". In generale, un driver viene spesso definito come soluzioni progettate principalmente per funzionare in un'applicazione specifica, ad esempio "driver MOSFET" - un microcircuito progettato per pilotare transistor ad effetto di campo specificamente potenti, "driver indicatore a sette segmenti" - una soluzione per pilotare specificamente dispositivi a sette segmenti, ecc. Cioè, chiamando una sorgente di corrente un driver LED, le persone suggeriscono che questa sorgente di corrente è progettata specificamente per funzionare con i LED. Ad esempio, può avere funzioni specifiche - qualcosa nello spirito di avere un'interfaccia luminosa DMX-512, che rileva un circuito aperto e corto in uscita (e una sorgente di corrente convenzionale, in generale, dovrebbe funzionare senza problemi su corto circuito), eccetera. Tuttavia, i concetti sono spesso confusi e, ad esempio, chiamano l'adattatore più comune (sorgente di tensione!) Per le strisce LED un driver.

Inoltre, i dispositivi progettati per impostare la modalità dell'apparecchio di illuminazione sono spesso chiamati ballast.

Quindi, fonti attuali. La sorgente di corrente più semplice può essere un resistore in serie con il LED. Questo viene fatto a basse potenze (da qualche parte fino a mezzo watt), ad esempio, nello stesso modo Strisce LED. All'aumentare della potenza, le perdite sul resistore diventano troppo elevate e aumentano i requisiti per la stabilità della corrente, e quindi sono necessari dispositivi più avanzati, l'immagine poetica di cui ho disegnato sopra. Tutti sono costruiti secondo la stessa ideologia: hanno un elemento normativo controllato dal feedback attuale.

Gli stabilizzatori di corrente sono divisi in due tipi: lineari e impulsivi. Diagrammi a linee- parenti del resistore (anche il resistore stesso e i suoi analoghi appartengono a questa classe). Di solito non danno un guadagno speciale in termini di efficienza, ma aumentano la qualità della stabilizzazione della corrente. Circuiti a impulsi sono la soluzione migliore, ma sono più complesse e costose.

Diamo ora una rapida occhiata a ciò che puoi vedere all'interno in questi giorni. Lampade a LED o accanto a loro.

1. Ballast del condensatore

Il ballast del condensatore è un'estensione dell'idea di mettere un resistore in serie con un LED. In linea di principio, il LED può essere collegato direttamente alla presa in questo modo:

Il diodo back-to-back è necessario per evitare la rottura del LED nel momento in cui la tensione di rete cambia polarità - ho già detto che non ci sono LED con una tensione inversa consentita di centinaia di volt. In linea di principio, invece di un diodo inverso, puoi inserire un altro LED.

Il valore del resistore nel circuito sopra è calcolato per la corrente del LED di circa 10 - 15 mA. Poiché la tensione di rete è molto maggiore della caduta ai capi dei diodi, quest'ultima può essere ignorata e calcolata direttamente secondo la legge di Ohm: 220/20000 ~ 11 mA. È possibile sostituire il valore di picco (311 V) e assicurarsi che anche nel caso limite la corrente del diodo non superi i 20 mA. Tutto risulta fantastico, tranne per il fatto che il resistore dissiperà circa 2,5 watt di potenza e circa 40 mW sul LED. Pertanto, l'efficienza del sistema è di circa 1,5% (nel caso di un singolo LED, sarà anche inferiore).

L'idea del metodo in esame è quella di sostituire il resistore con un condensatore, perché è noto che nei circuiti corrente alternata gli elementi reattivi hanno la capacità di limitare la corrente. A proposito, puoi anche usare l'acceleratore, inoltre lo fanno in classico reattori elettromagnetici per lampade fluorescenti.

Contando secondo la formula del libro di testo, è facile ottenere che nel nostro caso sia richiesto un condensatore da 0,2 μF o una bobina di induttanza di circa 60 H. Qui diventa chiaro perché le induttanze non si trovano mai in tali reattori di lampade a LED: una bobina di tale induttanza è una struttura seria e costosa, ma un condensatore da 0,2 uF è molto più facile da ottenere. Naturalmente, deve essere progettato per la tensione di rete di picco, e meglio con un margine. In pratica vengono utilizzati condensatori con una tensione operativa di almeno 400 V. Dopo aver leggermente integrato il circuito, otteniamo ciò che abbiamo già visto nell'articolo precedente.

Digressione lirica

"Microfarad" è abbreviato esattamente come "uF". Mi soffermo su questo perché vedo spesso persone che scrivono "mF" in questo contesto, mentre quest'ultimo è l'abbreviazione di "millifarad", cioè 1000 microfarad. In inglese, "microfarad", ancora una volta, non è scritto come "mkF", ma, al contrario, "uF". Questo perché la lettera "u" assomiglia alla lettera "μ" con la coda strappata.

Così, 1 F/F = 1000 mF/mF = 1000000 uF/uF/μF, e nient'altro!

Inoltre, "Farad" è maschile, poiché prende il nome dal grande fisico maschio. Quindi, "quattro microfarad", ma non "quattro microfarad"!

Come ho già detto, una tale zavorra ha un solo vantaggio: semplicità ed economicità. Come un reattore con un resistore, qui la stabilizzazione della corrente non è molto buona e, peggio ancora, c'è una componente reattiva significativa, che non è molto buona per la rete (soprattutto a potenze notevoli). Inoltre, all'aumentare della corrente desiderata, aumenterà la capacità richiesta del condensatore. Ad esempio, se vogliamo accendere un LED da un watt funzionante a 350 mA, abbiamo bisogno di un condensatore con una capacità di circa 5 microfarad, progettato per una tensione di 400 V. Questo è già più costoso, più grande e più complesso in termini di progettazione. Con la soppressione delle increspature, anche qui non è tutto facile. In generale, possiamo dire che il ballast del condensatore è perdonabile solo per piccoli fari, niente di più.

2. Topologia buck senza trasformatore

Questa soluzione circuitale appartiene alla famiglia dei convertitori senza trasformatore, che comprende topologie step-down, step-up e invertenti. Inoltre, i convertitori senza trasformatore includono anche SEPIC, convertitore Chuck e altri esotici, come i condensatori commutati. In linea di principio, un driver LED può essere costruito sulla base di uno qualsiasi di essi, ma in pratica sono molto meno comuni in questa capacità (sebbene la topologia boost sia utilizzata, ad esempio, in molte torce elettriche).

Un esempio di driver basato su una topologia buck senza trasformatore è mostrato nella figura seguente.

Nella fauna selvatica, tale inclusione può essere osservata sull'esempio dell'opzione di inclusione ZXLD1474 o ZXSC310 (che, tra l'altro, è solo un convertitore boost nel circuito di commutazione originale).

Qui il LED è collegato in serie con la bobina. Il circuito di controllo controlla la corrente attraverso il resistore di misura R1 e controlla l'interruttore T1. Se la corrente attraverso il LED scende al di sotto di un minimo predeterminato, il transistor si accende e la bobina con il LED collegato in serie ad esso viene collegata alla fonte di alimentazione. La corrente nella bobina inizia ad aumentare linearmente (area rossa sul grafico), il diodo D1 è bloccato in questo momento. Non appena il circuito di controllo rileva che la corrente ha raggiunto un massimo prefissato, la chiave si chiude. In accordo con la prima legge di commutazione, la bobina tende a mantenere la corrente nel circuito a causa dell'energia immagazzinata nel campo magnetico. A questo punto, la corrente scorre attraverso il diodo D1. L'energia del campo della bobina viene consumata, la corrente diminuisce linearmente (area verde sul grafico). Quando la corrente scende al di sotto di un minimo predeterminato, il circuito di controllo lo registra e riapre il transistor, pompando potenza nel sistema: il processo si ripete. Pertanto, la corrente viene mantenuta entro i limiti specificati.

Una caratteristica distintiva della topologia buck è la capacità di creare increspature flusso luminoso arbitrariamente piccolo, poiché in tale connessione la corrente attraverso il LED non viene mai interrotta. Il modo per avvicinarsi all'ideale passa attraverso un aumento dell'induttanza e un aumento della frequenza di commutazione (oggi esistono convertitori con frequenze di funzionamento fino a diversi megahertz).

Sulla base di tale topologia, è stato realizzato il driver della lampada Gauss discusso nell'articolo precedente.

Lo svantaggio del metodo è la mancanza di isolamento galvanico - quando il transistor è aperto, il circuito è collegato direttamente alla sorgente di tensione, nel caso di lampade a LED di rete - alla rete, che può essere pericolosa.

3. Convertitore flyback

Sebbene il convertitore flyback contenga qualcosa che assomigli a un trasformatore, in questo caso è più corretto chiamare questa parte un'induttanza a due avvolgimenti, poiché la corrente non scorre mai attraverso entrambi gli avvolgimenti contemporaneamente. In effetti, i convertitori flyback sono in linea di principio simili alle topologie senza trasformatore. Quando T1 è aperto, la corrente nel primario sale, l'energia viene immagazzinata nel campo magnetico; allo stesso tempo, la polarità di accensione del secondario è volutamente scelta in modo che il diodo D3 sia chiuso in questa fase e non fluisca corrente sul lato secondario. La corrente di carico in questo momento supporta il condensatore C1. Quando T1 si chiude, la polarità della tensione sul secondario viene invertita (perché la derivata della corrente nel primario inverte il segno), D3 si apre e l'energia immagazzinata viene trasferita al secondario. In termini di stabilizzazione della corrente, tutto è lo stesso: il circuito di controllo analizza la caduta di tensione attraverso il resistore R1 e regola il tempo S e parametri in modo che la corrente attraverso i LED rimanga costante. Molto spesso, il convertitore flyback viene utilizzato a potenze non superiori a 50 W; inoltre, cessa di essere appropriato a causa delle crescenti perdite e delle necessarie dimensioni del trasformatore dell'induttore.

Devo dire che ci sono opzioni per i driver flyback senza un optoisolatore (ad esempio). Si basano sul fatto che il primario e avvolgimenti secondari sono connessi, e sotto certe riserve ci si può limitare all'analisi della corrente avvolgimento primario(o, più spesso, un avvolgimento ausiliario separato): ciò consente di risparmiare sulle parti e, di conseguenza, di ridurre il costo della soluzione.

Il convertitore flyback è buono perché, in primo luogo, fornisce l'isolamento della parte secondaria dalla rete (maggiore sicurezza) e, in secondo luogo, rende relativamente facile ed economica la produzione di lampade compatibili con dimmer standard per lampade ad incandescenza, nonché per predisporre il potere di correzione del coefficiente.

Digressione lirica

Il convertitore flyback è così chiamato perché un metodo simile è stato originariamente utilizzato per ottenere alta tensione nei televisori basati su tubi a raggi catodici. La sorgente di alta tensione è stata integrata nel circuito con il circuito scansione orizzontale, ed è stato ottenuto un impulso ad alta tensione durante inversione fascio di elettroni.

Un po' di pulsazioni

Come già detto, fonti di impulso lavorare abbastanza alte frequenze(in pratica - da 30 kHz, più spesso circa 100 kHz). Pertanto, è chiaro che un driver funzionante di per sé non può essere una fonte di un grande fattore di ripple, principalmente perché questo parametro semplicemente non è normalizzato a frequenze superiori a 300 Hz e, inoltre, le ondulazioni ad alta frequenza sono comunque abbastanza facili da filtrare . Il problema è la tensione di rete.

Il fatto è che, ovviamente, tutti i circuiti di cui sopra (tranne il circuito con un condensatore di spegnimento) funzionano da tensione costante. Pertanto, all'ingresso di qualsiasi reattore elettronico, prima di tutto, c'è un raddrizzatore e un condensatore di accumulo. Lo scopo di quest'ultimo è quello di alimentare il ballast in quei momenti in cui la tensione di rete scende al di sotto della soglia del circuito. E qui, purtroppo, è necessario un compromesso: i condensatori elettrolitici ad alta capacità ad alta tensione, in primo luogo, costano denaro e, in secondo luogo, occupano spazio prezioso nell'alloggiamento della lampada. Questa è anche la causa principale dei problemi di fattore di potenza. Il circuito descritto con un raddrizzatore ha un consumo di corrente irregolare. Ciò porta alla comparsa di armoniche più elevate, motivo per il deterioramento del parametro che ci interessa. Inoltre, meglio cerchiamo di filtrare la tensione all'ingresso del reattore, minore sarà il fattore di potenza che otterremo se non facciamo sforzi separati. Questo spiega il fatto che quasi tutte le lampade a bassa ondulazione che abbiamo visto mostrano un fattore di potenza molto mediocre e viceversa (ovviamente l'introduzione di un correttore di fattore di potenza attivo influenzerà il prezzo, quindi per ora preferiscono risparmiare ). Aggiungi i tag

Negli ultimi 10-20 anni, il numero di elettronica di consumo è aumentato molte volte. È apparsa un'enorme varietà di componenti elettronici e moduli già pronti. Anche i requisiti di alimentazione sono aumentati, molti richiedono una tensione stabilizzata o una corrente stabile.

Il driver viene spesso utilizzato come regolatore di corrente per LED e ricarica. batterie per auto. Tale fonte è ora in ogni faretto, lampada o apparecchio di illuminazione a LED. Considera tutte le opzioni per la stabilizzazione, dalle vecchie e semplici alle più efficaci e moderne. Sono anche chiamati driver led.

• 1. Tipi di stabilizzatori
• 2. Modelli popolari
• 3. Stabilizzatore per LED
• 4. Driver per 220V
• 5. Stabilizzatore di corrente, circuito
• 6. LM317
• 7. Stabilizzatore di corrente regolabile
• 8. Prezzi in Cina

Tipi di stabilizzatori

DC regolabile a impulsi

15 anni fa, nel mio primo anno, ho sostenuto dei test nella materia "Fonti di alimentazione" per apparecchiature elettroniche. Da allora fino ad oggi, il chip LM317 e i suoi analoghi, che appartengono alla classe degli stabilizzatori lineari, rimangono i più popolari e popolari.

Al momento, esistono diversi tipi di stabilizzatori di tensione e corrente:

1. lineare fino a 10A e tensione di ingresso fino a 40V;
2. impulso con un'elevata tensione di ingresso, in diminuzione;
3. impulso con bassa tensione di ingresso, in aumento.

Su un controller PWM a impulsi, solitamente da 3 a 7 ampere a seconda delle caratteristiche. In realtà, dipende dal sistema di raffreddamento e dall'efficienza in una modalità particolare. Aumentando da una bassa tensione di ingresso si ottiene una tensione di uscita più alta. Questa opzione viene utilizzata per alimentatori con un numero ridotto di volt. Ad esempio, in un'auto, quando è necessario produrre 19 V o 45 V da 12 V. Con un dollaro è più facile, lo sballo si riduce al livello desiderato.

Leggi tutti i modi per alimentare i LED nell'articolo "a 12 e 220V". Gli schemi di connessione sono descritti separatamente da quelli più semplici per 20 rubli a blocchi a tutti gli effetti con una buona funzionalità.

Per funzionalità, sono divisi in specializzati e universali. I moduli universali hanno solitamente 2 resistenze variabili per regolare l'uscita Volt e Amp. Quelli specializzati molto spesso non hanno elementi di costruzione e i valori di output sono fissi. Tra quelli specializzati, gli stabilizzatori di corrente per LED sono comuni, ci sono un gran numero di circuiti su Internet.

Modelli popolari

Lm2596

Tra gli impulsi, l'LM2596 è diventato popolare, ma per gli standard moderni ha una bassa efficienza. Se è superiore a 1 amp, è necessario un dissipatore di calore. Un piccolo elenco di simili:

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

Integrerò con un moderno assortimento cinese, che è buono in termini di caratteristiche, ma è molto meno comune. Su Aliexpress, la ricerca della marcatura aiuta. L'elenco è compilato dai negozi online:

• MP2307DN
• XL4015
• MP1584IT
• XL6009
• XL6019
• XL4016
• XL4005
• L7986A

Adatto anche per luci di marcia diurna DRL cinesi. A causa del basso costo, i LED sono collegati tramite una resistenza alla batteria dell'auto o alla rete dell'auto. Ma la tensione salta fino a 30 volt a impulsi. I LED di bassa qualità non possono resistere a tali picchi e iniziano a morire. È probabile che tu abbia visto DRL lampeggianti o luci di marcia in cui alcuni dei LED non funzionano.

L'assemblaggio del circuito fai-da-te su questi elementi sarà semplice. Per lo più si tratta di stabilizzatori di tensione, che vengono attivati ​​nella modalità di stabilizzazione della corrente.

Non confondere la tensione massima dell'intera unità e la tensione massima del controller PWM. Condensatori a bassa tensione da 20 V possono essere installati sul blocco quando il chip a impulsi ha un ingresso fino a 35 V.

Stabilizzatore LED

È più semplice realizzare uno stabilizzatore di corrente per LED con le tue mani sull'LM317, devi solo calcolare la resistenza per il LED acceso calcolatrice online. Il cibo può essere utilizzato a portata di mano, ad esempio:

1. alimentatore per laptop 19V;
2. dalla stampante per 24V e 32V;
3. da elettronica di consumo a 12 volt, 9V.

I vantaggi di un tale convertitore sono il prezzo basso, la facilità di acquisto, le parti minime, l'elevata affidabilità. Se il circuito dello stabilizzatore di corrente è più complicato, non diventa razionale assemblarlo con le tue mani. Se non sei un radioamatore, allora uno stabilizzatore di corrente a commutazione è più facile e veloce da acquistare. In futuro, può essere modificato con i parametri richiesti. Puoi saperne di più nella sezione "Moduli già pronti".

Driver per 220V

Se sei interessato a un driver per un LED 220v, allora è meglio ordinarlo o acquistarlo. Loro hanno difficoltà media produzione, ma l'installazione richiederà più tempo ed è richiesta esperienza di installazione.

Il driver da 220 LED può essere rimosso da lampade a LED, apparecchi e faretti difettosi che hanno un circuito LED difettoso. Inoltre, è possibile modificare quasi tutti i driver esistenti. Per fare ciò, scopri il modello del controller PWM su cui è assemblato il convertitore. Tipicamente, i parametri di uscita sono impostati da una o più resistenze. Guarda la scheda tecnica per vedere quale dovrebbe essere la resistenza per ottenere gli amplificatori richiesti.

Se si inserisce un resistore regolabile del valore calcolato, il numero di ampere in uscita sarà configurabile. Basta non superare la potenza nominale indicata.

Stabilizzatore di corrente, circuito

Spesso devo dare un'occhiata all'assortimento su Aliexpress alla ricerca di moduli economici ma di alta qualità. La differenza di costo può essere 2-3 volte, ci vuole tempo per trovare il prezzo minimo. Ma grazie a questo faccio un ordine per 2-3 pezzi per le prove. Compro per recensioni e consulenze di produttori che acquistano componenti in Cina.

Nel giugno 2016, il modulo universale sull'XL4015 è diventato la scelta migliore, il cui prezzo è di 110 rubli con consegna gratuita. Le sue caratteristiche sono adatte per collegare potenti LED fino a 100 watt.

Schema in modalità driver.

Nella versione standard, il case XL4015 è saldato alla scheda, che funge da dissipatore di calore. Per migliorare il raffreddamento della custodia XL4015, è necessario installare un radiatore. La maggior parte lo mette in cima, ma l'efficacia di tale installazione è bassa. Sistema migliore il raffreddamento deve essere posizionato nella parte inferiore della scheda, di fronte al punto in cui è saldato il microcircuito. Idealmente, è meglio dissaldare e metterlo su un radiatore a tutti gli effetti attraverso la pasta termica. Molto probabilmente le gambe dovranno essere allungate con fili. Se è richiesto un raffreddamento così serio per il controller, anche il diodo Schottky ne avrà bisogno. Dovrà anche essere messo su un radiatore. Tale perfezionamento aumenterà significativamente l'affidabilità dell'intero circuito.

In generale, i moduli non hanno protezione contro un'alimentazione errata. Questo li disabilita istantaneamente, fai attenzione.

LM317

L'applicazione (roll) non richiede nemmeno competenze e conoscenze di elettronica. Il numero di elementi esterni nei circuiti è minimo, quindi questa è un'opzione conveniente per chiunque. Il suo prezzo è molto basso, le sue possibilità e l'applicazione sono state ripetutamente testate e verificate. Solo richiede un buon raffreddamento, questo è il suo principale svantaggio. L'unica cosa di cui diffidare sono i microcircuiti cinesi LM317 di bassa qualità, che hanno parametri peggiori.

A causa dell'assenza di rumore non necessario all'uscita, sono stati utilizzati microcircuiti di stabilizzazione lineare per alimentare DAC Hi-Fi e Hi-End di alta qualità. Per i DAC, la pulizia dell'alimentazione gioca un ruolo enorme, quindi alcuni usano le batterie per questo.

La potenza massima per l'LM317 è di 1,5 Amp. Per aumentare il numero di ampere, puoi aggiungere al circuito un transistor ad effetto di campo o uno normale. Sarà possibile arrivare fino a 10A in uscita, è impostato da bassa resistenza. In questo schema, il transistor KT825 assume il carico principale.

Un altro modo è mettere un analogo con più alto specifiche tecniche sul grande sistema raffreddamento.

Stabilizzatore di corrente regolabile

In qualità di radioamatore con 20 anni di esperienza, sono soddisfatto della gamma di blocchi e moduli già pronti in vendita. Ora puoi assemblare qualsiasi dispositivo da blocchi già pronti in un tempo minimo.

Ho iniziato a perdere fiducia nei prodotti cinesi dopo aver visto nel "Tank Biathlon" come il miglior carro armato cinese avesse una ruota caduta.

I negozi online cinesi sono diventati leader nella gamma di alimentatori, convertitori di corrente DC-DC, driver. Nella loro vendita gratuita puoi trovare quasi tutti i moduli, se guardi meglio, quindi quelli molto altamente specializzati. Ad esempio, per 10.000 mila rubli, puoi assemblare uno spettrometro del valore di 100.000 rubli. Dove il 90% del prezzo è un ricarico per un marchio e un software cinese leggermente modificato.

Il prezzo parte da 35 rubli. per Convertitore CC-CC voltaggio, il driver è più costoso e ne ha due o tre resistori di taglio, invece di uno.

Per un uso più versatile, è meglio un driver regolabile. La differenza principale è l'installazione resistenza variabile nel circuito che imposta gli ampere in uscita. Queste caratteristiche possono essere specificate in schemi tipici inclusioni nelle specifiche per il microcircuito, scheda tecnica, scheda tecnica.

I punti deboli di tali driver sono il riscaldamento dell'induttore e il diodo Schottky. A seconda del modello di controller PWM, possono resistere da 1 A a 3 A senza ulteriore raffreddamento del microcircuito. Se è superiore a 3 A, è necessario il raffreddamento del PWM e un potente diodo Schottky. L'induttore viene riavvolto con un filo più spesso o sostituito con uno adatto.

L'efficienza dipende dalla modalità di funzionamento, dalla differenza di tensione tra ingresso e uscita. Maggiore è l'efficienza, minore è il riscaldamento dello stabilizzatore.

Prezzi in Cina

Il costo è molto contenuto considerando che la spedizione è inclusa nel prezzo. Pensavo che a causa della merce per 30-50 rubli, i cinesi non si sporcherebbero nemmeno, molto lavoro con un reddito basso. Ma come ha dimostrato la pratica, mi sbagliavo. Qualsiasi sciocchezza da un centesimo che imballano e inviano. Viene nel 98% dei casi e acquisto su Aliexpress da più di 7 anni e per grandi quantità, probabilmente già circa 1 milione di rubli.

Pertanto, effettuo un ordine in anticipo, di solito 2-3 pezzi con lo stesso nome. Vendi inutilmente su un forum locale o su Avito, tutto si vende come torte calde.