Pedagogisk artikkel om LED-strømstabilisatorer og mer. Kretsene til lineære og pulsstrømstabilisatorer vurderes.

Strømstabilisatoren for LED er installert i mange armaturdesign. LED, som alle dioder, har en ikke-lineær strøm-spenningskarakteristikk. Dette betyr at når spenningen over LED-en endres, endres strømmen uforholdsmessig. Når spenningen øker, stiger strømmen først veldig sakte, mens LED-en ikke lyser. Deretter, når terskelspenningen er nådd, begynner LED-en å lyse og strømmen øker veldig raskt. Med en ytterligere økning i spenningen øker strømmen katastrofalt og LED-en brenner ut.

Terskelspenningen er indikert i egenskapene til LED-ene, som fremoverspenning ved merkestrøm. Strømverdien for de fleste lysdioder med lav effekt er 20 mA. For høyeffekts LED-belysning, merkestrøm kan være mer - 350 mA eller mer. Forresten, høyeffekts LED genererer varme og bør monteres på en kjøleribbe.

For riktig drift av lysdioden må den drives gjennom en strømstabilisator. Til hva? Faktum er at terskelspenningen til LED har en spredning. forskjellige typer Lysdioder har en annen fremspenning, selv samme type lysdioder har en annen fremspenning - dette er indikert i LED-karakteristikkene som minimums- og maksimumsverdier. Derfor vil to lysdioder koblet til samme spenningskilde parallelt passere forskjellige strømmer. Denne strømmen kan være så forskjellig at lysdioden kan svikte tidligere eller brenne ut umiddelbart. I tillegg har spenningsregulatoren også parameterdrift (avhengig av primæreffektnivå, på belastning, på temperatur, akkurat i tide). Derfor er det uønsket å slå på lysdioder uten strømutjevningsenheter. Ulike måter dagens utjevning vurderes. Denne artikkelen diskuterer enheter som setter en veldefinert, gitt strøm - strømstabilisatorer.

Typer strømstabilisatorer

Strømstabilisatoren setter den angitte strømmen gjennom LED-en, uavhengig av spenningen som påføres kretsen. Når spenningen på kretsen øker over terskelnivået, når strømmen den innstilte verdien og endres deretter ikke. Med en ytterligere økning i totalspenningen slutter spenningen på LED å endre seg, og spenningen på strømregulatoren øker.

Siden spenningen på LED-en bestemmes av dens parametere og inn generell sak uendret, så kan strømstabilisatoren også kalles LED-strømstabilisator. I det enkleste tilfellet fordeles den aktive kraften (varmen) som frigjøres av enheten mellom LED-en og stabilisatoren i forhold til spenningen på dem. En slik stabilisator kalles lineær. Det er også mer økonomiske enheter - gjeldende stabilisatorer basert på pulsomformer(nøkkelomformer eller omformer). De kalles pulserende, fordi de pumper kraft i seg selv i porsjoner - pulser etter behov for forbrukeren. Riktig pulsomformer bruker strøm kontinuerlig, overfører den internt med pulser fra inngangskretsen til utgangskretsen og gir strøm til lasten igjen kontinuerlig.

Lineær strømstabilisator

Den lineære strømregulatoren varmes opp jo mer, jo mer spenning påføres den. Dette er dens største ulempe. Det har imidlertid en rekke fordeler, for eksempel:

• Lineær stabilisator skaper ikke elektromagnetisk interferens
• Enkel i design
• Lave kostnader i de fleste bruksområder

Siden en bytteomformer aldri er helt effektiv, er det applikasjoner der en lineær regulator har en sammenlignbar eller jevn større effektivitet- når inngangsspenningen bare er litt høyere enn spenningen på LED-en. Forresten, når den drives fra strømnettet, brukes ofte en transformator, ved utgangen som en lineær strømstabilisator er installert. Det vil si at først blir spenningen redusert til et nivå som kan sammenlignes med spenningen på LED-en, og deretter, ved hjelp av en lineær stabilisator, settes den nødvendige strømmen.

I et annet tilfelle kan du bringe LED-spenningen nærmere forsyningsspenningen - koble LED-ene i en seriekjede. Spenningen over strengen vil være lik summen av spenningene over hver LED.

Ordninger av lineære strømstabilisatorer

Det meste enkel krets strømstabilisator - på en transistor (skjema "a"). Siden transistoren er en strømforsterker, er dens utgangsstrøm (kollektorstrøm) h 21 ganger større enn styrestrømmen (basisstrøm) (forsterkning). Basisstrømmen kan stilles inn ved hjelp av et batteri og en motstand, eller ved hjelp av en zenerdiode og en motstand (diagram "b"). Imidlertid er en slik krets vanskelig å stille inn, den resulterende stabilisatoren vil avhenge av temperatur, i tillegg har transistorer en stor spredning av parametere, og når du erstatter en transistor, må strømmen velges på nytt. Kretsen med tilbakemelding "c" og "d" fungerer mye bedre. Motstanden R i kretsen fungerer som en tilbakemelding - når strømmen øker, øker spenningen over motstanden, og låser derved transistoren og strømmen avtar. Skjema "g", når du bruker samme type transistorer, har større temperaturstabilitet og evnen til å minimere verdien av motstanden, noe som reduserer minimumsspenningen til stabilisatoren og effekttap på motstanden R.

Strømstabilisatoren kan lages på grunnlag av en felteffekttransistor med p-n-kryss(skjema "d"). Gate-kildespenningen setter dreneringsstrømmen. Ved null gate-source spenning er strømmen gjennom transistoren lik startstrømmen spesifisert i dokumentasjonen. Minimumsdriftsspenningen til en slik strømstabilisator avhenger av transistoren og når 3 volt. Noen produsenter av elektroniske komponenter produserer spesielle enheter - ferdige faste strømstabilisatorer satt sammen i henhold til denne ordningen - CRD (Current Regulating Devices) eller CCR (Constant Current Regulator). Noen kaller det en diodestabilisator, fordi den fungerer som en diode i revers.

On Semiconductor produserer en lineær regulator av NSIxxx-serien, for eksempel, som har to utganger og, for å øke påliteligheten, har en negativ temperaturkoeffisient - når temperaturen stiger, synker strømmen gjennom LED-ene.

En strømstabilisator basert på en pulsomformer er veldig lik i design som en spenningsregulator basert på en pulsomformer, men den styrer ikke spenningen ved lasten, men strømmen gjennom lasten. Med en reduksjon i strømmen i lasten, pumper den opp kraft, med en økning reduserer den. De vanligste kretsene til pulsomformere inkluderer et reaktivt element - en choke, som ved hjelp av en bryter (nøkkel) pumpes opp i deler av energi fra inngangskretsen (fra inngangskapasitansen) og på sin side overfører det til lasten. I tillegg til den åpenbare fordelen med å spare energi, har pulsomformere en rekke ulemper som må håndteres av ulike krets- og designløsninger:

• Pulsomformer produserer elektrisk og elektromagnetisk interferens
• Den har vanligvis en kompleks struktur
• Den har ikke absolutt effektivitet, det vil si at den bruker energi på sitt eget arbeid og varmes opp
• Det har vanligvis en høyere kostnad enn for eksempel transformator pluss lineære enheter

Siden energisparing er kritisk i mange applikasjoner, prøver komponentdesignere og kretsdesignere å redusere virkningen av disse manglene, og lykkes ofte.

Opplegg for pulsomformere

Siden strømstabilisatoren er basert på en pulsomformer, la oss vurdere hovedkretsene til pulsomformere. Hver pulsomformer har en nøkkel, et element som bare kan være i to tilstander - på og av. I av-tilstand leder ikke nøkkelen strøm, og følgelig genereres det ingen strøm på den. I på-tilstand leder nøkkelen strøm, men har en svært lav motstand (ideelt sett null), henholdsvis, den frigjør strøm nær null. Dermed kan nøkkelen overføre deler av energi fra inngangskretsen til utgangskretsen med praktisk talt ingen effekttap. Men i stedet for en stabil strøm, som kan oppnås fra en lineær strømforsyning, vil utgangen til en slik bryter være en pulsert spenning og strøm. For å få stabil spenning og strøm igjen kan du sette et filter.

Ved å bruke et konvensjonelt RC-filter kan du få resultatet, men effektiviteten til en slik omformer vil ikke være bedre enn en lineær, siden all overflødig kraft frigjøres på motstandens aktive motstand. Men hvis du bruker et filter i stedet for RC - LC (krets "b"), kan strømtap unngås på grunn av de "spesifikke" egenskapene til induktansen. Induktans har en nyttig reaktiv egenskap - strømmen gjennom den øker gradvis, tilført den Elektrisk energi omdannes til magnetisk og akkumuleres i kjernen. Etter å ha slått av nøkkelen forsvinner ikke strømmen i induktoren, spenningen på induktoren endrer polaritet og fortsetter å lade utgangskondensatoren, induktansen blir en strømkilde gjennom bypass-dioden D. En slik induktans, designet for å overføre strøm , kalles en choke. Strømmen i induktoren til en riktig fungerende enhet er konstant til stede - den såkalte kontinuerlige modusen eller kontinuerlig strømmodus (i vestlig litteratur kalles denne modusen Constant Current Mode - CCM). Når belastningsstrømmen avtar, øker spenningen på en slik omformer, energien som er akkumulert i induktoren avtar og enheten kan gå over til diskontinuerlig drift når strømmen i induktoren blir intermitterende. Med denne driftsmodusen øker interferensnivået som skapes av enheten kraftig. Noen omformere opererer i grensemodus, når strømmen gjennom induktoren nærmer seg null (i vestlig litteratur kalles denne modusen Border Current Mode - BCM). I alle fall betydelig D.C., som fører til magnetisering av kjernen, og derfor er induktoren laget av en spesiell design - med et gap eller ved hjelp av spesielle magnetiske materialer.

Stabilisatoren basert på en pulsomformer har en enhet som regulerer betjeningen av nøkkelen, avhengig av belastningen. Spenningsstabilisatoren registrerer spenningen ved belastningen og endrer funksjonen til nøkkelen (diagram "a"). Strømstabilisatoren måler strømmen gjennom lasten, for eksempel ved hjelp av en liten målemotstand Ri (krets "b"), koblet i serie med lasten.

Omformernøkkelen, avhengig av regulatorsignalet, slås på med forskjellige driftssykluser. Det er to vanlige måter å kontrollere nøkkelen på - pulsbreddemodulasjon (PWM) og strømmodus. I PWM-modus kontrollerer feilsignalet pulsbredden mens repetisjonsfrekvensen opprettholdes. I strømmodus måles toppstrømmen i induktoren og intervallet mellom pulsene endres.

I moderne nøkkelomformere brukes vanligvis en MOSFET-transistor som nøkkel.

Buck Converter

Versjonen av omformeren vurdert ovenfor kalles en nedtrappingsomformer, siden spenningen ved belastningen alltid er lavere enn spenningen til strømkilden.

Siden induktoren konstant flyter ensrettet strøm, kan kravet til utgangskondensatoren reduseres, induktoren med utgangskondensatoren spiller rollen som et effektivt LC-filter. I noen kretser med strømstabilisatorer, for eksempel for lysdioder, kan utgangskondensatoren være helt fraværende. I vestlig litteratur kalles en buck-omformer en Buck-omformer.

Boost Converter

Koblingsregulatorkretsen nedenfor fungerer også med en choke, men choken er alltid koblet til utgangen på strømforsyningen. Når nøkkelen er åpen, tilføres strøm gjennom induktoren og dioden til lasten. Når nøkkelen er lukket, akkumulerer induktoren energi; når nøkkelen åpnes, legges EMF som oppstår ved dens terminaler til EMF til strømkilden og spenningen ved belastningen øker.

I motsetning til den forrige kretsen, lades utgangskondensatoren av en intermitterende strøm, så utgangskondensatoren må være stor og et ekstra filter kan være nødvendig. I vestlig litteratur kalles en boost-buck-omformer en Boost-omformer.

inverter omformer

En annen krets av pulsomformeren fungerer på lignende måte - når nøkkelen lukkes, akkumulerer induktoren energi, når nøkkelen åpnes, vil EMF som oppstår ved terminalene ha motsatt fortegn og en negativ spenning vil vises på lasten.

Som i forrige krets, lades utgangskondensatoren av en intermitterende strøm, så utgangskondensatoren må være stor, og et ekstra filter kan være nødvendig. I vestlig litteratur kalles den inverterende omformeren Buck-Boost-omformeren.

Forward og flyback omformere

Oftest er strømforsyninger laget i henhold til en ordning som bruker en transformator i sammensetningen. Transformatoren gir galvanisk isolasjon av sekundærkretsen fra strømkilden, i tillegg kan effektiviteten til strømforsyningen basert på slike kretser nå 98% eller mer. Foroveromformeren (krets "a") overfører energi fra kilden til lasten i det øyeblikk nøkkelen er på. Faktisk er dette en modifisert buck-omformer. Flyback-omformeren (krets "b") overfører energi fra kilden til lasten under av-tilstand.

I en foroveromformer opererer transformatoren inn normal modus og energi lagres i induktoren. Faktisk er dette en pulsgenerator med et LC-filter på utgangen. Flyback-omformeren lagrer energi i transformatoren. Det vil si at transformatoren kombinerer egenskapene til en transformator og en choke, noe som skaper visse vanskeligheter når du velger design.

I vestlig litteratur kalles en foroverkonverterer en foroveromformer. Flyback - Flyback-omformer.

Anvendelse av en pulsomformer som strømstabilisator

De fleste byttestrømforsyninger er tilgjengelige med utgangsspenningsstabilisering. Typiske kretser for slike strømforsyninger, spesielt kraftige, har i tillegg til tilbakemelding av utgangsspenning en nøkkelelementstrømkontrollkrets, for eksempel en lav motstandsmotstand. Slik kontroll lar deg sikre driftsmodusen til gassen. De enkleste strømstabilisatorene bruker dette kontrollelementet for å stabilisere utgangsstrømmen. Dermed er strømstabilisatoren enda enklere enn spenningsstabilisatoren.

Vurder en svitsjstrømstabilisatorkrets for en LED basert på en mikrokrets fra en kjent produsent av elektroniske komponenter på halvleder:

Bukk-omformerkretsen fungerer i kontinuerlig strømmodus med en ekstern bryter. Kretsen ble valgt blant mange andre fordi den viser hvor enkel og effektiv en koblingsstrømregulatorkrets med ekstern bryter kan være. I diagrammet ovenfor styrer kontrollbrikken IC1 driften av MOSFET-bryteren Q1. Siden omformeren fungerer i kontinuerlig strømmodus, er det ikke nødvendig å installere en utgangskondensator. I mange kretser er en strømsensor installert i kildekretsen til bryteren, men dette reduserer transistorens innkoblingshastighet. I diagrammet ovenfor er R4-strømsensoren installert i den primære strømkretsen, som et resultat viste kretsen seg å være enkel og effektiv. Nøkkelen opererer med en frekvens på 700 kHz, som lar deg installere en kompakt choke. Med en utgangseffekt på 7 watt, en inngangsspenning på 12 volt ved drift på 700 mA (3 lysdioder), er effektiviteten til enheten mer enn 95%. Kretsen fungerer stabilt opp til 15 watt utgangseffekt uten bruk av ekstra varmespredningstiltak.

En enda enklere krets oppnås ved bruk av nøkkelstabilisatormikrokretser med innebygd nøkkel. For eksempel, et diagram av en nøkkel LED-strømstabilisator basert på /CAT4201-brikken:

For å betjene en enhet med en effekt på opptil 7 watt, trengs bare 8 komponenter, inkludert selve mikrokretsen. Koblingsregulatoren fungerer i strømgrensemodus og krever en liten utgang keramisk kondensator. Motstand R3 er nødvendig når den drives fra 24 volt og over for å redusere svinghastigheten til inngangsspenningen, selv om dette reduserer enhetens effektivitet noe. Driftsfrekvensen overstiger 200 kHz og varierer avhengig av belastning og inngangsspenning. Dette skyldes reguleringsmetoden - kontroll av toppstrømmen til induktoren. Når strømmen når maksimumsverdien åpnes nøkkelen, når strømmen faller til null slås den på. Effektiviteten til enheten når 94%.

Så kjernen og hovedkomponenten led lyspære er en LED. Fra et kretsløpssynspunkt er lysemitterende dioder ikke forskjellige fra alle andre, bortsett fra at i betydningen av å bruke dem som dioder selv, har de forferdelige parametere - en veldig liten tillatt reversspenning, i forhold til stor kapasitet kryss, et stort driftsspenningsfall (ca. 3,5 V for hvite lysdioder - for eksempel for en likeretterdiode ville dette være et mareritt), etc.

Imidlertid forstår vi at hovedverdien av lysdioder for menneskeheten er at de lyser, og noen ganger ganske sterkt. For at en LED skal lyse lykkelig alle sine dager, trenger den to betingelser: en stabil strøm gjennom den og god varmeavledning fra den. Kvaliteten på kjøleribben er sikret av ulike designmetoder, så nå vil vi ikke dvele ved dette problemet. La oss snakke om hvorfor og hvordan den moderne menneskeheten oppnår det første målet - en stabil strøm.

Apropos hvite lysdioder

Det er tydelig at hvite lysdioder er mest interessante for belysning. De er laget på grunnlag av en krystall som sender ut blått lys, fylt med en fosfor som re-utstråler en del av energien i det gulgrønne området. Tittelbildet viser tydelig at de strømførende ledningene går over i noe gult – dette er fosforet; krystallen er plassert under. På et typisk spekter av en hvit LED er en blå topp tydelig synlig:

Spektra av lysdioder med forskjellige fargetemperaturer: 5000K (blå), 3700K (grønn), 2600K (rød). Les mer.

Vi har allerede funnet ut at i kretsmessig forstand skiller LED-en seg fra enhver annen diode bare i parameterverdiene. Her skal det sies at enheten er grunnleggende ikke-lineær; det vil si at han ikke adlyder Ohms lov som er kjent fra skolen i det hele tatt. Avhengigheten av strømmen på den påførte spenningen på slike enheter er beskrevet av den såkalte. strøm-spenningskarakteristikk (CVC), og for dioden er den eksponentiell. Det følger av dette at den minste endringen i den påførte spenningen fører til en enorm endring i strømmen, men det er ikke alt - med en endring i temperatur (så vel som aldring), skifter I–V-karakteristikken. I tillegg er plasseringen av IV-karakteristikkene litt forskjellig for forskjellige dioder. Jeg vil spesifisere separat - ikke bare for hver type, men for hver forekomst, selv fra samme batch. Av denne grunn vil fordelingen av strøm gjennom dioder koblet parallelt nødvendigvis være ujevn, noe som ikke kan ha god effekt på konstruksjonens holdbarhet. Ved produksjon av matriser prøver de enten å bruke en seriekobling, som løser problemet ved roten, eller velge dioder med omtrent samme spenningsfall fremover. For å lette oppgaven, angir produsenter vanligvis den såkalte "bin" - koden for valget etter parametere (inkludert spenning), som en bestemt instans faller inn i.

VAC av en hvit LED.

Følgelig, for at alt skal fungere bra, må LED-en kobles til en enhet som uansett eksterne faktorer vil automatisk velge med høy nøyaktighet en slik spenning som en gitt strøm flyter med i kretsen (for eksempel 350 mA for en-watts lysdioder), og kontinuerlig overvåke prosessen. Generelt kalles en slik enhet en strømkilde, men når det gjelder lysdioder, er det mote i disse dager å bruke det utenlandske ordet "driver". Generelt blir en driver ofte referert til som løsninger som primært er designet for å fungere i en spesifikk applikasjon - for eksempel "MOSFET-driver" - en mikrokrets designet for å drive spesifikt kraftige felteffekttransistorer, "syv-segmentindikatordriver" - en løsning for å drive spesifikt syv-segment enheter, etc. . Det vil si at ved å kalle en strømkilde for en LED-driver, antyder folk at denne strømkilden er designet spesielt for å fungere med lysdioder. For eksempel kan den ha spesifikke funksjoner - noe i ånden av å ha et DMX-512 lysgrensesnitt, oppdage en åpen og kortslutning ved utgangen (og en konvensjonell strømkilde, generelt, bør fungere uten problemer på kortslutning), etc. Begreper blir imidlertid ofte forvirret, og for eksempel kaller de den vanligste adapteren (spenningskilde!) For LED-striper en driver.

I tillegg kalles enheter designet for å stille inn lysarmaturmodus ofte for ballast.

Så nåværende kilder. Den enkleste strømkilden kan være en motstand i serie med LED. Dette gjøres ved lav effekt (et sted opptil en halv watt), for eksempel i det samme LED striper. Når effekten øker, blir tapene på motstanden for høye, og kravene til strømstabilitet øker, og derfor er det behov for mer avanserte enheter, det poetiske bildet jeg tegnet ovenfor. Alle er bygget etter samme ideologi – de har et regulatorisk element styrt av gjeldende tilbakemeldinger.

Strømstabilisatorer er delt inn i to typer - lineær og puls. Linjediagrammer- slektninger til motstanden (motstanden selv og dens analoger tilhører også denne klassen). De gir vanligvis ikke en spesiell gevinst i effektivitet, men de øker kvaliteten på strømstabilisering. Impulskretser er den beste løsningen, men de er mer komplekse og dyrere.

La oss nå ta en rask titt på hva du kan se inne i disse dager. LED-lamper eller ved siden av dem.

1. Kondensatorballast

Kondensatorballasten er en utvidelse av ideen om å sette en motstand i serie med en LED. I prinsippet kan LED-en kobles direkte til stikkontakten slik:

Bak-til-rygg-dioden er nødvendig for å forhindre sammenbrudd av LED-en i det øyeblikket nettspenningen endrer polaritet - jeg har allerede nevnt at det ikke er noen LED-er med en tillatt reversspenning på hundrevis av volt. I prinsippet, i stedet for en omvendt diode, kan du sette en annen LED.

Motstandsverdien i kretsen ovenfor er beregnet for LED-strømmen på ca. 10 - 15 mA. Siden nettspenningen er mye større enn fallet over diodene, kan sistnevnte ignoreres og beregnes direkte i henhold til Ohms lov: 220/20000 ~ 11 mA. Du kan erstatte toppverdien (311 V) og sørge for at selv i grensetilfellet vil diodestrømmen ikke overstige 20 mA. Alt blir bra, bortsett fra at motstanden vil spre rundt 2,5 watt strøm, og rundt 40 mW på LED-en. Dermed er effektiviteten til systemet omtrent 1,5% (i tilfelle av en enkelt LED, vil det være enda mindre).

Ideen med metoden som vurderes er å erstatte motstanden med en kondensator, fordi det er kjent at i kretser vekselstrøm reaktive elementer har evnen til å begrense strøm. Du kan forresten også bruke gassen, dessuten gjør de det i klassisk elektromagnetiske ballaster for lysrør.

Teller etter formelen fra læreboken, er det lett å skjønne at det i vårt tilfelle kreves en 0,2 μF kondensator, eller en induktansspole på omtrent 60 H. Her blir det klart hvorfor choker aldri finnes i slike forkoblinger av LED-lamper - en spole med en slik induktans er en seriøs og kostbar struktur, men en 0,2 uF kondensator er mye lettere å få tak i. Den må selvfølgelig være designet for toppnettspenningen, og bedre med margin. I praksis brukes kondensatorer med en driftsspenning på minst 400 V. Etter å ha supplert kretsen litt, får vi det vi allerede har sett i forrige artikkel.

Lyrisk digresjon

"Microfarad" er forkortet nøyaktig som "uF". Jeg dveler ved dette fordi jeg ofte ser folk skrive «mF» i denne sammenhengen, mens sistnevnte er forkortelse for «millifarad», det vil si 1000 mikrofarader. På engelsk er "microfarad", igjen, ikke skrevet som "mkF", men tvert imot "uF". Dette er fordi bokstaven "u" ligner bokstaven "μ" med halen revet av.

Så, 1 F/F = 1000 mF/mF = 1000000 uF/uF/μF, og ingenting annet!

I tillegg er «Farad» maskulin, ettersom den er oppkalt etter den store mannlige fysikeren. Altså, "fire mikrofarader", men ikke "fire mikrofarader"!

Som jeg allerede har sagt, har en slik ballast bare en fordel - enkelhet og billighet. Som en ballast med en motstand, er strømstabilisering ikke veldig bra her, og enda verre er det en betydelig reaktiv komponent, som ikke er veldig bra for nettverket (spesielt ved merkbare krefter). I tillegg, når den ønskede strømmen øker, vil den nødvendige kapasitansen til kondensatoren øke. For eksempel, hvis vi ønsker å slå på en en-watts LED som opererer på 350 mA, trenger vi en kondensator med en kapasitet på omtrent 5 mikrofarad, designet for en spenning på 400 V. Dette er allerede dyrere, større og mer komplekst i vilkår for design. Med undertrykkelsen av krusninger er alt heller ikke lett her. Generelt kan vi si at kondensatorballasten kun er tilgivelig for små beacon-lamper, ikke noe mer.

2. Transformatorløs bukketopologi

Denne kretsløsningen tilhører familien av transformatorløse omformere, som inkluderer step-down, step-up og inverterende topologier. I tillegg inkluderer transformatorløse omformere også SEPIC, Chuck-omformer og andre eksotiske elementer, for eksempel svitsjede kondensatorer. I prinsippet kan en LED-driver bygges på grunnlag av hvilken som helst av dem, men i praksis er de mye mindre vanlige i denne kapasiteten (selv om boost-topologi brukes for eksempel i mange lommelykter).

Et eksempel på en driver basert på en transformatorløs buck-topologi er vist i figuren nedenfor.

I dyreliv kan slik inkludering observeres på eksemplet med ZXLD1474 eller ZXSC310 inkluderingsalternativet (som forresten bare er en boost-omformer i den originale svitsjekretsen).

Her er LED koblet i serie med spolen. Styrekretsen overvåker strømmen gjennom målemotstanden R1 og styrer bryteren T1. Hvis strømmen gjennom lysdioden faller under et forhåndsbestemt minimum, slås transistoren på og spolen med lysdioden koblet i serie med den kobles til strømkilden. Strømmen i spolen begynner å øke lineært (rødt område på grafen), diode D1 er låst på dette tidspunktet. Så snart styrekretsen registrerer at strømmen har nådd et forhåndsbestemt maksimum, lukkes nøkkelen. I samsvar med den første svitsjeloven har spolen en tendens til å opprettholde strømmen i kretsen på grunn av energien som er lagret i magnetfeltet. På dette tidspunktet flyter strømmen gjennom dioden D1. Energien til spolefeltet forbrukes, strømmen avtar lineært (grønt område på grafen). Når strømmen faller under et forhåndsbestemt minimum, registrerer kontrollkretsen dette og åpner transistoren igjen, og pumper kraft inn i systemet - prosessen gjentas. Dermed holdes strømmen innenfor de angitte grensene.

Et særtrekk ved bukketopologi er evnen til å lage krusninger lysstrøm vilkårlig liten, siden i en slik forbindelse blir strømmen gjennom LED-en aldri avbrutt. Måten å nærme seg idealet ligger gjennom en økning i induktansen og en økning i svitsjefrekvensen (i dag finnes det omformere med driftsfrekvenser opp til flere megahertz).

Basert på en slik topologi ble Gauss-lampedriveren omtalt i forrige artikkel laget.

Ulempen med metoden er mangelen på galvanisk isolasjon - når transistoren er åpen, er kretsen direkte koblet til spenningskilden, i tilfelle av nettverks-LED-lamper - til nettverket, noe som kan være usikkert.

3. Flyback-omformer

Selv om flyback-omformeren inneholder noe som ser ut som en transformator, er det i dette tilfellet mer riktig å kalle denne delen en to-viklings choke, siden det aldri går strøm gjennom begge viklingene samtidig. Faktisk ligner flyback-omformere i prinsippet transformatorløse topologier. Når T1 er åpen stiger strømmen i primæren, energi lagres i magnetfeltet; samtidig er polariteten til å slå på sekundærviklingen bevisst valgt slik at dioden D3 er lukket på dette stadiet og ingen strøm flyter på sekundærsiden. Laststrømmen i dette øyeblikket støtter kondensatoren C1. Når T1 lukkes, reverseres polariteten til spenningen på sekundæren (fordi den deriverte av strømmen i primæren reverserer tegnet), D3 åpnes og den lagrede energien overføres til sekundæren. Når det gjelder strømstabilisering, er alt det samme - kontrollkretsen analyserer spenningsfallet over motstanden R1 og justerer tiden s e parametere slik at strømmen gjennom lysdiodene forblir konstant. Oftest brukes flyback-omformeren ved effekter som ikke overstiger 50 W; videre slutter det å være hensiktsmessig på grunn av økende tap og de nødvendige dimensjonene til induktortransformatoren.

Jeg må si at det finnes alternativer for flyback-drivere uten opto-isolator (for eksempel). De er avhengige av at de primære og sekundære viklinger henger sammen, og man kan under visse forbehold begrense seg til analysen av strømmen primærvikling(eller, oftere, en separat hjelpevikling) - dette lar deg spare på deler og følgelig redusere kostnadene for løsningen.

Flyback-omformeren er god fordi den for det første gir isolasjon av sekundærdelen fra strømnettet (høyere sikkerhet), og for det andre gjør den det relativt enkelt og billig å produsere lamper som er kompatible med standard dimmere for glødelamper, samt ordne koeffisientkorreksjonskraft.

Lyrisk digresjon

Flyback-omformeren kalles så fordi en lignende metode opprinnelig ble brukt for å oppnå høyspenning i fjernsyn basert på katodestrålerør. Høyspentkilden er integrert i kretsløp med kretsen horisontal skanning, og en høyspenningspuls ble oppnådd under omvendt elektronstråle.

Litt om pulseringer

Som allerede nevnt, impulskilder jobbe for nok høye frekvenser(i praksis - fra 30 kHz, oftere ca 100 kHz). Derfor er det klart at en brukbar driver i seg selv ikke kan være en kilde til en stor krusningsfaktor - først og fremst fordi denne parameteren rett og slett ikke er normalisert ved frekvenser over 300 Hz, og dessuten er høyfrekvente krusninger ganske enkle å filtrere ut uansett. . Problemet er nettspenningen.

Faktum er at selvfølgelig alle de ovennevnte kretsene (bortsett fra kretsen med en slukkekondensator) fungerer fra konstant spenning. Derfor, ved inngangen til enhver elektronisk ballast, er det først og fremst en likeretter og en lagringskondensator. Formålet med sistnevnte er å mate ballasten i de øyeblikkene når nettspenningen går under terskelen til kretsen. Og her, dessverre, er det nødvendig med et kompromiss - høyspennings høykapasitets elektrolytiske kondensatorer koster for det første penger, og for det andre tar de opp dyrebar plass i lampehuset. Dette er også hovedårsaken til problemer med maktfaktoren. Den beskrevne kretsen med en likeretter har et ujevnt strømforbruk. Dette fører til utseendet til høyere harmoniske av det, som er årsaken til forverringen av parameteren som er av interesse for oss. Dessuten, jo bedre vi prøver å filtrere spenningen ved ballastinngangen, jo lavere effektfaktor vil vi få hvis vi ikke gjør en separat innsats. Dette forklarer det faktum at nesten alle lamper med lav krusning som vi har sett viser en veldig middelmådig effektfaktor, og omvendt (selvfølgelig vil introduksjonen av en aktiv effektfaktorkorrektor påvirke prisen, så de foretrekker å spare på den for nå ). Legg til merkelapper

I løpet av de siste 10-20 årene har antallet forbrukerelektronikk økt mange ganger. Et stort utvalg av elektroniske komponenter og ferdige moduler dukket opp. Strømbehovet har også økt, mange krever en stabilisert spenning eller en stabil strøm.

Driveren brukes oftest som strømregulator for lysdioder og lading. bilbatterier. En slik kilde er nå i hver LED-spotlight, lampe eller armatur. Vurder alle alternativer for stabilisering, alt fra gammelt og enkelt til det mest effektive og moderne. De kalles også led driver.

• 1. Typer stabilisatorer
• 2. Populære modeller
• 3. Stabilisator for lysdioder
• 4. Driver for 220V
• 5. Strømstabilisator, krets
• 6. LM317
• 7. Justerbar strømstabilisator
• 8. Priser i Kina

Typer stabilisatorer

Pulsjusterbar DC

For 15 år siden, på mitt første år, tok jeg prøver i faget "Strømkilder" for elektronisk utstyr. Fra da til i dag er LM317-brikken og dens analoger, som tilhører klassen av lineære stabilisatorer, fortsatt de mest populære og populære.

For øyeblikket er det flere typer spennings- og strømstabilisatorer:

1. lineær opp til 10A og inngangsspenning opp til 40V;
2. puls med høy inngangsspenning, senking;
3. puls med lav inngangsspenning, økende.

På en puls PWM-kontroller, vanligvis fra 3 til 7 ampere i henhold til egenskapene. I virkeligheten avhenger det av kjølesystemet og effektiviteten i en bestemt modus. Forsterkning fra en lav inngangsspenning gir en høyere utgangsspenning. Dette alternativet brukes for strømforsyninger med et lite antall volt. For eksempel i en bil, når du skal lage 19V eller 45V av 12V. Med en bukk er det lettere, den høye reduseres til ønsket nivå.

Les om alle måtene å drive lysdioder på i artikkelen "til 12 og 220V". Tilkoblingsordninger er beskrevet separat fra de enkleste for 20 rubler til fullverdige blokker med god funksjonalitet.

Etter funksjonalitet er de delt inn i spesialiserte og universelle. Universalmoduler har vanligvis 2 variable motstander for å justere volt og ampere. Spesialiserte har oftest ikke bygningselementer, og utgangsverdiene er faste. Blant de spesialiserte er strømstabilisatorer for lysdioder vanlige, det er et stort antall kretser på Internett.

Populære modeller

Lm2596

Blant de impulsive har LM2596 blitt populær, men etter moderne standarder har den lav effektivitet. Hvis mer enn 1 ampere, kreves en kjøleribbe. En liten liste over lignende:

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

Jeg vil supplere med et moderne kinesisk sortiment, som er bra med tanke på egenskaper, men er mye mindre vanlig. På Aliexpress hjelper søket etter merkingen. Listen er satt sammen av nettbutikker:

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

Også egnet for kinesiske DRL kjørelys. På grunn av den lave kostnaden er lysdioder koblet gjennom en motstand til et bilbatteri eller bilnettverk. Men spenningen hopper opp til 30 volt i pulser. Lysdioder av lav kvalitet tåler ikke slike bølger og begynner å dø. Sjansen er stor for at du har sett blinkende DRL-er eller kjørelys der noen av LED-ene ikke fungerer.

Gjør-det-selv-kretsmontering på disse elementene vil være enkel. For det meste er dette spenningsstabilisatorer, som er slått på i gjeldende stabiliseringsmodus.

Ikke bland den maksimale spenningen til hele enheten og den maksimale spenningen til PWM-kontrolleren. Lavspent 20V kondensatorer kan installeres på blokken når pulsbrikken har en inngang opp til 35V.

LED-stabilisator

Det er enklest å lage en strømstabilisator for lysdioder med egne hender på LM317, du trenger bare å beregne motstanden for lysdioden på online kalkulator. Mat kan brukes for hånden, for eksempel:

1. 19V bærbar strømforsyning;
2. fra skriveren for 24V og 32V;
3. fra forbrukerelektronikk ved 12 volt, 9V.

Fordelene med en slik omformer er lav pris, lett å kjøpe, minimum deler, høy pålitelighet. Hvis den nåværende stabilisatorkretsen er mer komplisert, blir det ikke rasjonelt å montere den med egne hender. Hvis du ikke er en radioamatør, er en byttestrømstabilisator enklere og raskere å kjøpe. I fremtiden kan den endres til de nødvendige parameterne. Du kan finne ut mer i avsnittet "Ferdige moduler".

Driver for 220V

Hvis du er interessert i en driver for en 220v LED, er det bedre å bestille eller kjøpe den. De har middels vanskelighetsgrad produksjon, men oppsett vil ta mer tid og oppsettserfaring er nødvendig.

220 LED-driveren kan fjernes fra defekte LED-lamper, armaturer og spotlights som har en defekt LED-krets. I tillegg kan nesten alle eksisterende drivere endres. For å gjøre dette, finn ut modellen til PWM-kontrolleren som omformeren er satt sammen på. Vanligvis settes utgangsparametrene av en motstand eller flere. Se på dataarket for å se hvilken motstand som bør være for å få de nødvendige forsterkerne.

Hvis du setter en justerbar motstand med den beregnede verdien, vil antallet ampere ved utgangen være konfigurerbart. Bare ikke overskrid merkeeffekten som ble angitt.

Strømstabilisator, krets

Jeg må ofte se gjennom sortimentet på Aliexpress på jakt etter rimelige, men høykvalitets moduler. Forskjellen i kostnad kan være 2-3 ganger, det tar tid å finne minimumsprisen. Men takket være dette lager jeg en bestilling på 2-3 stykker for tester. Jeg kjøper for vurderinger og konsultasjoner av produsenter som kjøper komponenter i Kina.

I juni 2016 ble den universelle modulen på XL4015 det beste valget, hvis pris er 110 rubler med gratis levering. Dens egenskaper er egnet for tilkobling av kraftige lysdioder på opptil 100 watt.

Skjematisk i drivermodus.

I standardversjonen er XL4015-kassen loddet til brettet, som fungerer som kjøleribbe. For å forbedre kjølingen på XL4015-dekselet, må du sette inn en radiator. De fleste legger det på toppen, men effektiviteten til en slik installasjon er lav. Bedre system kjøling skal plasseres i bunnen av brettet, motsatt stedet der mikrokretsen er loddet. Ideelt sett er det bedre å løsne den og sette den på en fullverdig radiator gjennom termisk pasta. Bena må mest sannsynlig forlenges med ledninger. Hvis en slik seriøs kjøling er nødvendig for kontrolleren, vil Schottky-dioden også trenge det. Den må også settes på en radiator. En slik foredling vil øke påliteligheten til hele kretsen betydelig.

Generelt har ikke modulene beskyttelse mot feil strømforsyning. Dette deaktiverer dem umiddelbart, vær forsiktig.

LM317

Søknad (rull) krever ikke engang noen ferdigheter og kunnskaper om elektronikk. Antall eksterne elementer i kretsene er minimalt, så dette er et rimelig alternativ for alle. Prisen er veldig lav, mulighetene og anvendelsen har blitt testet og verifisert gjentatte ganger. Bare det krever god kjøling, dette er dens største ulempe. Det eneste å være på vakt mot er kinesiske LM317-mikrokretser av lav kvalitet, som har dårligere parametere.

På grunn av fraværet av unødvendig støy ved utgangen, ble lineære stabiliseringsmikrokretser brukt til å drive høykvalitets Hi-Fi og Hi-End DAC-er. For DAC-er spiller strømrenslighet en stor rolle, så noen bruker batterier til dette.

Maksimal effekt for LM317 er 1,5 ampere. For å øke antall ampere kan du legge til en felteffekttransistor eller en vanlig en til kretsen. Det vil være mulig å få opp til 10A ved utgangen, den er satt av lav motstand. I denne ordningen tar KT825-transistoren hovedbelastningen.

En annen måte er å sette en analog med høyere tekniske spesifikasjoner på stort system kjøling.

Justerbar strømstabilisator

Som radioamatør med 20 års erfaring er jeg fornøyd med utvalget av ferdige blokker og moduler til salgs. Nå kan du sette sammen hvilken som helst enhet fra ferdige blokker på kort tid.

Jeg begynte å miste tilliten til kinesiske produkter etter at jeg så i "Tank Biathlon" hvordan den beste kinesiske tanken fikk et hjul falt av.

Kinesiske nettbutikker har blitt ledende innen utvalget av strømforsyninger, DC-DC strømomformere, drivere. I deres gratis salg kan du finne nesten alle moduler, hvis du ser bedre ut, så veldig høyt spesialiserte. For eksempel, for 10 000 tusen rubler, kan du sette sammen et spektrometer verdt 100 000 rubler. Hvor 90 % av prisen er en markering for en merkevare og litt modifisert kinesisk programvare.

Prisen starter fra 35 rubler. per DC-DC omformer spenning, driveren er dyrere og har to eller tre trimmemotstander, i stedet for én.

For mer allsidig bruk er en justerbar driver bedre. Hovedforskjellen er installasjonen variabel motstand i kretsen som setter amperene på utgangen. Disse egenskapene kan spesifiseres i typiske opplegg inkluderinger i spesifikasjonene for mikrokretsen, databladet, databladet.

De svake punktene til slike drivere er oppvarmingen av induktoren og Schottky-dioden. Avhengig av PWM-kontrollermodellen tåler de 1A til 3A uten ytterligere kjøling av mikrokretsen. Hvis over 3A, er det nødvendig med kjøling av PWM og en kraftig Schottky-diode. Induktoren spoles tilbake med en tykkere ledning eller erstattes med en passende.

Effektiviteten avhenger av driftsmodus, spenningsforskjellen mellom inngang og utgang. Jo høyere effektivitet, jo lavere oppvarming av stabilisatoren.

Prisene i Kina

Kostnaden er svært lav med tanke på at frakt er inkludert i prisen. Jeg pleide å tenke at på grunn av varene for 30-50 rubler, vil kineserne ikke engang bli skitne, mye arbeid med lav inntekt. Men som praksis har vist, tok jeg feil. Enhver krone-tull pakker de og sender. Det kommer i 98% av tilfellene, og jeg har kjøpt på Aliexpress i mer enn 7 år og for store mengder, sannsynligvis allerede rundt 1 million rubler.

Derfor legger jeg inn en bestilling på forhånd, vanligvis 2-3 stk med samme navn. Unødvendig salg på et lokalt forum eller Avito, alt selger som varmt hvetebrød.