Стабилизатор по току для светодиодных ламп в авто

Светодиодные лампы в автомобиле: Для чего нужен стабилизатор тока светодиодов и в каких случаях можно без него обойтись. Определение типа стабилизатора в лампе и его наличие.

Очень часто спрашивают и спрашивают об одном и том же. Поэтому попытаемся разобраться с некоторыми вопросами, вызывающими сомнения при выборе светодиодных ламп.
Первый момент: зачем нужен стабилизатор и когда он не нужен.

Очень часто присутствует непонимание, как правильно подключать светодиод. Светодиод- простой, как правило, двухвыводной прибор. И тем не менее многие путаются в терминах и схемах подключения.
Важно запомнить, светодиод питается током, а напряжение на нем падает. Обязательно нужно использовать источник тока: стабилизатор тока или ограничительное сопротивление. При прохождении тока через светодиод на нем падает напряжение, зависящее от типа кристалла светодиода. Например, для белых светодиодов оно равно примерно 3 В, а для красных примерно 2 В.
Часто светодиоды соединяют в последовательные цепочки. Тогда ток через светодиоды протекает один и тот же, а напряжения падения складываются. Так, очень удобно для бортового напряжения 12-14 В использовать по 3 белых светодиода в цепочке и по 4 красных. Напряжение на них тогда упадет до 9 и 8-9 В соответственно. Остаток напряжения должен погасить стабилизатор или сопротивление. В интернете множество онлайн-калькуляторов на данную тему, поэтому в подробности расчета вдаваться не будем.

Поскольку светодиоду нужен ток, то стабилизатор напряжения для питания светодиодов категорически не подходит – подключив напряжение даже 3 В к белому светодиоду добиваются лишь того, что ток стабилизируется на каком-то уровне, соответствующему определенной точке вольтамперной характеристике кристалла. Ток при этом будет также зависеть и от температуры, а его значение может выйти за допустимые пределы.
Часто под названием «светодиод» народ понимает светодиодную лампу целиком. Обычно лампы уже имеют ограничительное сопротивление. В этом случае стабилизатор напряжения не помешает. Особенно для китайских автомобильных ламп, чьи характеристики по каким-то необъяснимым причинам рассчитаны на напряжение 12 В. Однако, лампы со встроенным стабилизатором импульсного типа не нужно дополнительно стабилизировать. Это даже может навредить встроенному стабилизатору. К тому же его нижний порог напряжения может быть около 12 В и приблизившись к нему лампа может мерцать и работать нестабильно.
Особенно требуют стабилизации напряжения светодиодные ленты, рассчитанные, как правило, на 12 В. Ради интереса посчитаем, во сколько раз вырастет ток через светодиоды при превышении бортового напряжения на 2 В (14 В – примерно такое напряжение должно быть при работе исправного генератора). Допустим, ток через светодиоды 100 мА. Тогда сопротивление при 12 В должно быть: (12-3*3)/0,1 = 30 Ом. При 14 В ток будет: (14-3*3)/30 = 167 мА. То есть ток вырос более, чем в полтора раза. При наличии моста или защитного диода ситуация еще больше усугубляется: разница будет примерно в 2 раза.
Конкретно в автомобиле в габаритах и подсветке номерного знака желательно использовать лампы со встроенным стабилизатором тока. Эти лампы чаще всего перегорают, поскольку дольше всех находятся во включенном состоянии. Стабилизатор тока устраняет скачки тока, что способствует долгой жизни кристалла светодиода.
Салонные лампы можно применить менее дорогие – без стабилизатора, с ограничительным резистором. Салон освещается не так часто. Однако лампы без стабилизаторов, как было указано выше в примере расчета, будут сильно отличаться по яркости при остановленном двигателе и при заведенном. Срок службы светодиодов в таких лампах будет меньше, чем в стабилизированных, но для редко включаемых салонных ламп это не критично. В любом случае, оба типа ламп прекрасно работают с блоком комфорта, который обеспечивает плавное их зажигание и гашение.
Еще коснемся вопроса мерцания или свечения ламп в «выключенном» состоянии. Это можно наблюдать у салонных ламп при закрытых дверях в темное время суток. Причина проста: нет физического разрыва питания ламп, которые управляются полупроводниковыми ключами блока комфорта. Через эти ключи в их закрытом состоянии текут микроамперные токи. Лампу накаливания эти токи не могут зажечь, в отличии от светодиода. Чтобы избавиться от этих паразитных явлений (с эстетических соображений, так как микротоки никак не могут разрядить аккумулятор), нужно параллельно лампе подключить небольшое сопротивление 1-10 кОм. Тогда при прохождении тока на сопротивлении, а значит и на лампе будет падать небольшое напряжение, не достаточное для зажигания светодиода.
И последнее. Немного про типы стабилизаторов и о том, как можно определить их тип и наличие. Как было сказано выше, есть стабилизаторы тока и напряжения. Уже из названия ясно, какой параметр они стабилизируют. Также стабилизаторы можно разделить на линейные и импульсные. Линейные не дают помех, но имеют существенный недостаток – весь излишек напряжения будет падать на стабилизаторе и тогда при больших токах на нем будет рассеиваться большая мощность и соответственно будет сильный нагрев. Чтобы уменьшить падение напряжения на стабилизаторе, для автомобильных ламп нужно составлять цепочки из максимального числа светодиодов. Такой тип стабилизатора подходит для маломощных ламп, например, W5W.
Импульсные преобразователи имеют высокий КПД, в среднем свыше 90%. Они преобразуют входное напряжение 12-14 В в нужное нам 3-9 В, стабилизируя при этом ток. При этом, если посчитать мощности на входе и выходе (произведение тока на напряжение), то они будут примерно одинаковы, с учетом потерь в преобразователе. Поскольку вся эта кухня регулируется импульсами (по сравнению с линейными стабилизаторами, в которых ток постоянен), то преобразователь щедро ими делится с питающей сетью и частично в электромагнитном диапазоне. Именно поэтому у дешевых китайских стабилизаторов на основе PT4115 и подобных микросхем часто можно наблюдать шум в радиоэфире и помехи от камеры заднего вида. Наконец, импульсные преобразователи делятся на понижающие (STEP DOWN) и повышающие (STEP UP). Первые самые распространенные, на выходе могут иметь напряжение меньшее входного. Вторые, соответственно – большее. Есть еще и повышающе-понижающие, но они довольно редки.

Чтобы определить наличие стабилизатора в лампе и его тип, нужен амперметр (или мультиметр в режиме измерения тока) и регулируемый блок питания. Очень удобно использовать блок питания со встроенными амперметром и вольтметром. Если блока питания нет, то можно подключать лампу к АКБ и запускать двигатель для изменения напряжения до 14 В. Итак, при увеличении напряжения на 2 В ток и яркость лампы будет меняться по-разному в случаях:
1. Нет стабилизатора – ток вырастает в 1,5-2 раза, яркость меняется значительно.
2. Линейный стабилизатор – ток и яркость не изменяются или увеличиваются незначительно (зависит от схемы включения и типа стабилизатора).
3. Импульсный стабилизатор – ток уменьшается, яркость не изменяется.

Источник

Стабилизатор напряжения 12 вольт для светодиодов в авто своими руками схема

Светодиодная подсветка все глубже внедряется в нашу жизнь. Капризные лампочки выходят из строя и красота сразу меркнет. И все потому, что светодиоды не могут работать просто от включения в электросеть. Они обязательно подключаются через стабилизаторы (драйверы). Последние препятствуют перепадам напряжения, выходу из строя компонентов, перегреву и т. п. Об этом и о том, как собрать простую схему своими руками, и пойдёт речь в статье.

Выбор стабилизатора

В бортовой сети автомашины рабочее питание составляет примерно от 13 В, большинству же светодиодов подходит 12 В. Поэтому обычно ставят стабилизатор напряжения, на выходе которого 12 В. Таким образом, обеспечиваются нормальные условия для работы светотехники без ЧП и преждевременного выхода из строя.

На этом этапе любители сталкиваются с проблемой выбора: конструкций опубликовано множество, но не все хорошо работают. Выбрать нужно тот, что достоин любимого транспортного средства и, кроме того:

Самый простой стабилизатор напряжения, сделанный своими руками

Если у вас нет желания покупать готовое устройство, тогда стоит узнать, как сделать простенький стабильник самому. Импульсный стабилизатор в авто сложно изготовить своими руками. Именно поэтому стоит присмотреться к подборке любительских схем и конструкций линейных стабилизаторов напряжения. Самый простой и распространенный вариант стабильника состоит из готовой микросхемы и резистора (сопротивления).

Сделать стабилизатор тока для светодиодов своими руками проще всего на микросхеме LM317. Сборка деталей (см. рисунок ниже) осуществляется на перфорированной панели или универсальном печатном плато.

Устройство позволяет сохранить равномерное свечение и полностью избавить лампочки от моргания.

Схема 5 амперного блока питания с регулятором напряжения от 1,5 до 12 В.

Для самостоятельной сборки такого устройства понадобятся детали:

При этом светодиоды (в количестве 3 шт.) соединяются последовательно с токоограничивающим резистором, выравнивающим ток. Такой набор, в свою очередь, параллельно соединяется со следующим таким же набором светодиодов.

Стабилизатор для светодиодов на микросхеме L7812 в авто

Стабилизатор тока для светодиодов может быть собран на базе 3-контактного регулятора напряжения постоянного тока (серии L7812). Устройство навесного исполнения отлично подходит для питания, как светодиодных лент, так и отдельных лампочек в автомобиле.

Необходимые компоненты для сборки такой схемы:

Вариантов на самом деле может быть много.

Схема подключения на базе LM2940CT-12.0

Корпус стабилизатора можно выполнить практически из любого материала, кроме дерева. При использовании более десяти светодиодов, рекомендуется к стабильнику приделать алюминиевый радиатор.

Может кто-то пробовал и скажет, что можно запросто обойтись без лишних заморочек, напрямую подключив светодиоды. Но в этом случае последние большую часть времени будут находиться в неблагоприятных условиях, посему прослужат недолго или вовсе сгорят. А ведь тюнинг дорогих авто выливается в довольно крупную сумму.

А по поводу описанных схем, их главное достоинство – простота. Для изготовления не требуется особых навыков и умений. Впрочем, если схема слишком сложная, то собирать её своими руками становится не рационально.

Заключение

Идеальный вариант подключения светодиодов – через стабилизатор тока. Устройство уравновешивает колебания сети, с его использованием уже не будут страшны броски тока. При этом необходимо соблюдать требования к электропитанию. Это позволит подстроить свой стабилизатор под сеть.

Аппарат должен обеспечивать максимальную надежность, устойчивость и стабильность, желательно на долгие годы. Стоимость собранных устройств зависит от того, где все необходимые детали будут покупаться.

Источник

Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т.н. эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Далее, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: I_э = U_э/R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды.

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы транзистора.

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. усиления транзистора h_fe и ВАХ диодов. Для S9014 и диодов 1N4148 достаточно будет 10 кОм.

Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:

Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения. Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы.

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0.5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1.2 мкФ, то на транзисторе будет падать

23 Вольт, а мощность составит около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544, можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора больше 100 мА и допустимым напряжением U_кэ не менее 300 В (подойдут, например, старые советские КТ940, КТ969).

Желаемый ток, как обычно, задается резистором R*. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5.1 В и мощность 0.5 Вт. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты).

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.6/I_нагр. При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока.

Также, вместо биполярного транзистора, можно применить p-канальный MOSFET. Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух 10-ваттных светодиодах и 40-ваттном IRF9510 в корпусе ТО-220 (см. характеристики):

Транзистор VT2 и светодиоды необходимо разместить на общем радиаторе, площадью не менее 900 см 2 (это если без принудительного охлаждения). Использование термопасты обязательно. Ребра радиатора должен быть толстым и массивным, чтобы максимально быстро отводить тепло. Оцинкованные профили для гипсокартона, консервные банки из-под селедки и крышки от кастрюль категорически не подходят.

Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного. Но при этом придется понизить напряжение питания на 3-3.5 вольта. Иначе потребляемая мощность останется прежней, транзистор будет греться в два раза сильнее, а светить будет в два раза хуже.

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Если совсем ничего нет, самое время закупиться по дешевке:

Ну а самая простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:

Вместо КП303Е подойдет, например, BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли». Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (берется из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток U_си. Это хорошо видно из графика выходной характеристики:

На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока (а значит и ток нагрузки).

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS229. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I_Rн = I_R2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора h_fe, тем больше эти токи будут совпадать.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает около 20-30 В, рассеиваемая мощность составляет менее 1.5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544 можно применить более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе TO-220 не требуют установки на радиатор до мощностей 1.5-2 Вт включительно.

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

Хотя я бы рекомендовал найти светодиоды в точно таком же форм-факторе (2.8х3.5мм), но мощностью 0.5 Вт. Они и греться будут меньше и прослужат дольше.

Найти такие светодиоды, а также все необходимое для сборки схемы можно по этим ссылкам:

Разумеется, приведенную схему стабилизатора тока для светодиодов на 220 В можно пересчитать под любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся в распоряжении светодиодов.

С учетом допустимого разброса напряжения 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014), выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от 293 до 358 В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений, рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0.5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать N_LED = 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007.

Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):

Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (. ) не мерцающих (. ) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.

Вместо заключения

К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.

Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением импульсных стабилизаторов тока.

Источник