Схема импульсного стабилизатора тока

Импульсный стабилизатор тока

Довольно часто возникают ситуации, когда характеристики электрического тока в сети не позволяют нормально эксплуатировать различные приборы и оборудование. Для решения этой проблемы используется импульсный стабилизатор тока, конструктивно напоминающий стабилизирующее устройство напряжения, работающего на основе импульсного преобразователя. Основной функцией импульсного стабилизатора является контроль над состоянием тока через нагрузку. В случае снижения тока в нагрузке подкачивается дополнительная мощность, а при повышении тока – мощность понижается.

Устройство импульсного стабилизатора

Схемы импульсных преобразователей, получившие наиболее широкое распространение, оборудуются реактивным элементом – дросселем, к которому энергия подкачивается определенными порциями с помощью специального ключа, еще называемого коммутатором. Подкачка осуществляется от входной цепи и далее поступает на нагрузку. В результате, такой режим работы дает существенную экономию электроэнергии, особенно, если стабилизатор работает на полевом транзисторе.

Однако, несмотря на явные преимущества, у импульсных преобразователей имеется ряд недостатков, для преодоления которых используются различные технические и конструктивные решения. В первую очередь это связано с электромагнитными и другими помехами, возникающими в процессе работы импульсного конвертера, а также сложной конструкцией устройства. Во время эксплуатации невозможно достичь максимального эффекта, поскольку происходит нагрев и энергия затрачивается впустую.

Немаловажное значение имеет высокая стоимость импульсных устройств. Тем не менее, для многих схем экономия электроэнергии выступает на передний план, поэтому негативное влияние недостатков в большинстве случаев удается максимально снизить.

Схемы импульсных преобразователей

Основой каждого стабилизатора тока данного типа является импульсный преобразователь. Кроме того, в схеме предусмотрен ключ, находящийся только в двух позициях – выключенной и включенной. В состоянии «выключено» ток не проводится, поэтому выделение мощности отсутствует. В положении «включено» ключ начинает проводить ток, обладая при этом, незначительным сопротивлением, стремящимся к нулю. Соответственно выделение мощности происходит со значением также близком к нулю.

Порционная передача энергии с помощью ключа от входа к выходу осуществляется без каких-либо потерь мощности. Однако по сравнению с линейным источником питания, ток и напряжение на выходе такого ключа будут импульсными, то есть нестабильными. Для стабилизации этих параметров используются фильтры, хорошо зарекомендовавшие себя для светодиодов.

Лучше всего зарекомендовали себя фильтры, обладающие свойствами индуктивности, что позволяет избежать потерь мощности. Основное полезное свойство индуктивности заключается в постепенном возрастании тока, проходящего через нее. Происходит преобразование электрической энергии в магнитную и ее накапливание в сердечнике. После того как ключ оказывается выключенным, ток в индуктивности остается прежним, а напряжение изменяет полярность.

В результате, зарядка выходного конденсатора продолжается, а сама индуктивность превращается в источник тока. Данная индуктивность, выполняющая передачу мощности, и является дросселем. В правильно работающем устройстве ток в дросселе присутствует постоянно, то есть его работа происходит в так называемом неразрывном режиме.

Если происходит снижение нагрузочного тока, наступает рост напряжения в преобразователе. Снижается энергия, накопленная в дросселе, и устройство начинает работать в разрывном режиме при прерывистом токе. В результате, наблюдается резкий рост магнитных помех, создаваемых устройством. Чтобы избежать помех и намагничивания сердечника, используется особая конструкция дросселя, в которой присутствуют магнитные материалы.

Одним из элементов импульсного стабилизатора тока является устройство для регулировки работы ключа в соответствии с подключенной нагрузкой. Регистрация напряжения на нагрузке производится стабилизатором, изменяющим работу ключа. С помощью стабилизатора тока выполняется измерение тока, проходящего через нагрузку. Обычно для этих целей используется небольшое измерительное сопротивление, включаемого последовательно с нагрузкой.

Включение ключа преобразователя производится с различной скважностью, в зависимости от сигнала регулятора. Наибольшее распространение получил способ широтно-импульсной модуляции, а также работа в токовом режиме. В первом случае применяется управление длительностью импульсов с сохранением частоты следования. Вторая схема импульсного стабилизатора предполагает измерение пикового тока в дросселе, с одновременным интервалом между импульсами.

На основе импульсного устройства создано несколько видов преобразователей:

  • Понижающий преобразователь. Получил свое название в связи с тем, что напряжение на нагрузке всегда меньше напряжения источника питания. Течение тока в дросселе постоянно происходит в одном направлении, поэтому требования к конденсатору, установленному на выходе, несколько снижены. В некоторых схемах дроссель и выходной конденсатор используются в качестве фильтра. Существуют схемы, где конденсатор вообще отсутствует, например, в стабилизаторах для светодиодов.
  • Повышающий преобразователь. Данная микросхема импульсного стабилизатора тока также содержит дроссель, постоянно подключенный к выходу источника питания. Когда ключ находится в разомкнутом положении, питание на нагрузку поступает через диод и дроссель. При замыкании ключа в дросселе происходит накопление энергии и при размыкании ключа его ЭДС, возникающая на выводах, добавляется к ЭДС источника питания. Это приводит к возрастанию напряжения на нагрузке. В данной схеме, в отличие от предыдущей, для зарядки выходного конденсатора используется прерывистый ток. Поэтому параметры выходного конденсатора должны быть большими, в некоторых случаях может потребоваться установка дополнительного фильтра.
  • Инвертирующий преобразователь. Работает по такой же схеме, что и повышающее устройство.
  • Прямоходовой и обратноходовой преобразователи. Нередко схемы блоков питания содержат такой элемент как трансформатор. С его помощью обеспечивается гальваническая развязка вторичной цепи от источника питания. Благодаря таким схемам эффективность работы устройств достигает 98% и выше. Передача энергии в прямоходовом преобразователе осуществляется от источника в нагрузку при включенном состоянии ключа. Фактически он является модифицированным понижающим преобразователем. Энергия в обратноходовом преобразователе происходит от источника к нагрузке в выключенном состоянии.

Импульсный конвертер как стабилизатор тока

Импульсный стабилизатор тока

Многие импульсные блоки питания оборудованы системой стабилизации выходного напряжения. Подобные схемы, особенно повышенной мощности, помимо обратной связи с выходным напряжением, включают в свой состав систему контроля тока ключевого элемента.

В этом качестве может использоваться резистор с незначительным сопротивлением. Наличие такого контроля обеспечивает работу дросселя в необходимом режиме. Подобные контрольные элементы используются в простейших стабилизаторах тока, сделанных своими руками, и эффективно стабилизируют выходной ток.

FAQ Че ставить-то? Стабилизатор напряжения или тока? Мотаем на ус!

Каждый раз, читая новые записи в блогах сообщества я сталкиваюсь с одной и той же ошибкой — ставят стабилизатор тока там, где нужен стабилизатор напряжения и наоборот. Постараюсь объяснить на пальцах, не углубляясь в дебри терминов и формул. Особенно будет полезно тем, кто ставит драйвер для мощных светодиодов и питает им множество маломощных. Для вас — отдельный абзац в конце статьи. =)

Сразу хочу извиниться перед всеми, чьи рисунки вдруг попадут в эту статью. Спасибо за труд, отмечайтесь в комментариях. Я добавлю авторство, если нужно.

Для начала разберемся с понятиями:

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Исходя из названия — стабилизирует напряжение.
Если написано, что стабилизатор 12В и 3А, то значит стабилизирует именно на напряжение 12В! А вот 3А — это максимальный ток, который может отдать стабилизатор. Максимальный! А не «всегда отдает 3 ампера». То есть от может отдавать и 3 миллиампера, и 1 ампер, и два… Сколько ваша схема кушает, столько и отдает. Но не больше трех.
Собственно это главное.

И теперь я перейду к описанию видов стабилизаторов напряжения:

Линейные стабилизаторы (те же КРЕН или LM7805/LM7809/LM7812 и тп)

Самый распространенный вид. Они не могут работать на напряжении ниже, чем указанное у него на брюхе. То есть если LM7812 стабилизирует напряжение на 12ти вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум примерно на полтора вольта больше. Если будет меньше, то значит и на выходе стабилизатора будет меньше 12ти вольт. Не может он взять недостающие вольты из ниоткуда. Потому и плохая это идея — стабилизировать напряжение в авто 12-вольтовыми КРЕНками. Как только на входе меньше 13.5 вольт, она начинает и на выходе давать меньше 12ти.
Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при хорошей такой нагрузке. То есть деревенским языком — все что выше тех же 12ти вольт, то превращается в тепло. И чем выше входное напряжение, тем больше тепла. Вплоть до температуры жарки яичницы. Чуть нагрузили ее больше, чем пара мелких светодиодов и все — получили отличный утюг.

Импульсные стабилизаторы — гораздо круче, но и дороже. Обычно для рядового покупателя это уже выглядит как некая платка с детальками.

Бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Самые крутые — всеядные. Им все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим увеличения или уменьшения напряжения и держит заданное на выходе. И если написано, что ему на вход можно от 1 до 30 вольт и на выходе будет стабильно 12, то так оно и будет.
Но дороже. Но круче. Но дороже…
Не хотите утюг из линейного стабилизатора и огромный радиатор охлаждения впридачу — ставьте импульсный.
Какой вывод по стабилизаторам напряжения?
ЗАДАЛИ ЖЕСТКО ВОЛЬТЫ — а ток может плавать как угодно (в определенных пределах конечно)

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
В применении к светодиодам именно их еще называют «светодиодный драйвер». Что тоже будет верно.

Задает ток. Стабильно! Если написано, что на выходе 350мА, то хоть ты тресни — будет именно так. А вот вольты у него на выходе могут меняться в зависимости от требуемого светодиодам напряжения. То есть вы их не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из количества светодиодов.
Если очень просто, то описать могу только так. =)
А вывод?
ЗАДАЛИ ЖЕСТКО ТОК — а напряжение может плавать.

Теперь — к светодиодам. Ведь весь сыр-бор из-за них.

Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо.

Вот берем самый распространненый вариант соединения светодиодов (такой почти во всех лентах используется) — последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Питаем от 12 вольт.
Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели (про расчет не пишу, в интернете навалом калькуляторов).
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
И если захотите поставить четвертый, то уже не хватит.
Вот если запитать не от 12В а от 15, то тогда хватит. Но надо учесть, что и резистор тоже надо будет пересчитать. Ну вот собственно и пришли плавно к…

Читайте также  Что лучше рапид или солярис отзывы

Простейший ограничитель тока — резистор. Их часто ставят на те же ленты и модули. Но есть минусы — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде. И наоборот. Поэтому если у вас в сети напряжение скачет, что кони через барьеры на соревнованиях по конкуру (а в автомобилях обычно так и есть), то сначала стабилизируем напряжение, а потом ограничиваем резистором ток до тех же 20мА. И все. Нам уже плевать на скачки напряжения (стабилизатор напряжения работает), а светодиод сыт и светит на радость всем.
То есть — если ставим резистор в автомобиле, то нужно стабилизировать напряжение.

Можно и не стабилизировать, если вы расчитаете резистор на максимально-возможное напряжение в сети автомобиля, у вас нормальная бортовая сеть (а не китайско-русский тазопром) и сделаете запас по току хотя бы в 10%.
Ну и к тому же резисторы можно ставить только до определенной величины тока. После некоторого порога резисторы начинают адски греться и приходится их сильно увеличивать в размерах (резисторы 5Вт, 10Вт, 20Вт и тд). Плавно превращаемся в большой утюг.

Есть еще вариант — поставить в качестве ограничителя что-нибудь типа LM317 в режиме токового стабилизатора.

Но и они тоже греются, ибо это тоже линейный регулятор (помните я писал про КРЕН в абзаце о стабилизаторах напряжения?). И тогда создали…

Импульсный стабилизатор тока (или драйвер).

Он в себе включает сразу все что надо. И почти не греется (только если дико перегрузить или неправильно собрана схема). Поэтому обычно и ставят их для светодиодов мощнее 0.5Вт. Самый греющийся элемент во всей схеме — это сам светодиод. Но ему на роду пока написано — греться. Главное не перегреваться выше определенной температуры. А то если перегреть, то дико начинает деградировать кристалл светодиода и он тускнеет, начинает менять цвет и тупо умирает (привет, китайские лампочки!).

Ну а в заключении — к тому, что постоянно пытаюсь доказать в дискуссиях. И доказываю. Вот только каждому отдельно объяснять одно и то же — язык отвалится. Поэтому попробую еще раз в этой статье.

Постоянно наблюдаю такую картину — задают ток драйвером для мощных светодиодов (скажем — 350мА) и ставят несколько веток светодиодов без ограничительных резисторов и прочего. И ведь люди, то вроде бы и не самые ламеры, а совершают одну и ту же ошибку раз за разом. Рассказываю, почему это плохо и к чему может привести:

Из закона Ома для полной цепи:
Сила тока в неразветвленной цепи равна сумме сил тока на ее параллельных участках.
Многие так и считают — «каждая ветка по 20мА, у меня 20 веток. Драйвер отдает 350мА, значит на каждую ветку придется даже меньше — по 17.5мА. Бинго!»
А вот и не Бинго!, а Жопа! Почему?

Сила тока в каждой ветке будет равна, если у вас идеальнейшие светодиоды с абсолютно одинаковыми параметрами. Тогда и ток будет во всех ветках одинаков, и никаких ограничителей тока не надо — взяли и поделили общий ток на количество одинаковых веток. Но такое — только в сказках.
Если параметры чуть-чуть отличаются — получили в одной ветке 19мА, в другой 17, в третьей 20…
Общее количество тока так и остается неизменным — 350мА, а вот в ветках творится безумная кака. На взгляд и не определишь, вроде светят одинаково… И вот у вас одна ветка, самая прожорливая, начинает греться сильнее остальных. И жрать больше. И греться еще сильнее. А потом раз — и потухла. И все эти ее миллиамперы разбежались по остальным веткам. И вот еще одна ветка, недавно вроде нормально горевшая берет и тухнет следом. И уже вдвое больший ток уходит на другие ветки, ведь общий ток жестко задан 350мА. Процесс лавинообразный и вот уже пришел кирдык всей этой схеме, потому что все 350мА усосались в оставшиеся светодиоды и никто-никто их не спас… А стояли бы, как полагается, по отдельному стабилизатору (хотя бы банальному резистору) на каждой ветка — работала бы и дальше.

Именно это мы и видим в китайских модулях и кукурузинах, которые горят как спички через неделю/месяц работы. Потому что светодиоды имеют адский разброс, а китайцы на драйверах экономят покруче, чем кто либо еще. Почему не горят фирменные модули и лампы Osram, Philips и тд? Потому что они делают довольно мощную отбраковку светодиодов и от всего дичайшего количества выпущенных светодиодов остается 10-15%, которые по параметрам практически идентичны и из них можно сделать такой простой вид, какой и пытаются сделать многие — один мощный драйвер и много одинаковых цепочек светодиодов без драйверов. Но только вот в условиях «купил светодиоды на рынке и запаял сам» как правило будет им нехорошо. Потому что даже у «некитая» будет разброс. Может повезти и работать долго, а может и нет.

Да и токовый драйвер по-сравнению со стабилизатором напряжения и копеечными резисторами как правило дороже. Ну нафига стрелять в мишень для мелкокалиберной винтовки из танка? Цель-то поразим, вопросов нет. Но вместе с ней еще и воронку оставим. =))

Да и просто — сделать правильно и сделать «смотрите как я сэкономил, а остальные — дураки» — это несколько разные вещи. Даже очень сильно разные. Учитесь делать не как пресловутые китайцы, учитесь делать красиво и правильно. Это сказано давно и не мной. Я лишь попробовал в стотыщпятьсотый раз объяснить прописные истины. Уж звиняйте, если криво объяснял =)

Ну и напоследок тем, кому даже такое изложение было слишком заумным.
Запомните следующее и старайтесь следовать этому (здесь «цепочка» — это один светодиод или несколько ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-соединенных светодиодов):
1. КАЖДОЙ цепочке — свой ограничитель тока (резистор или драйвер…)
2. Маломощная цепочка до 300мА? Ставим резистор и достаточно.
3. Напряжение нестабильно? Cтавим СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
4. Ток больше 300мА? Ставим на КАЖДУЮ цепочку ДРАЙВЕР (стабилизатор тока) без стабилизатора напряжения.

Вот так будет правильно и самое главное — будет работать долго и светить ярко!
Ну и надеюсь, что все вышенаписанное убережет многих от ошибок и поможет сэкономить средства и нервы.

Ну ладно, рябятке.
Нюансов еще очень много, а я и так уже немаленькую статью-то накатал. Пожалуй все остальное — в комментариях.
Засим откланиваюсь,
Всегда ваш — ЛедЗлыдень Борисыч.

PS: И да, для злопыхателей. Этот пост конечно же не о правильном подключении светодиодов, а тупо реклама моего личного блога. Вы как всегда правы, а я как всегда корыстен. Ага (шутка) =)))

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Яркость светодиодных источников зависит от протекающего тока, а он в свою очередь – от напряжения питания. В условиях колебания нагрузки возникает пульсация светильников. Для ее предотвращения используется специальный драйвер – стабилизатор тока. При поломках элемент можно сделать самостоятельно.

Конструкция и принцип работы

Стабилизатор обеспечивает постоянство показателей рабочего тока LED-диодов при его отклонении от нормы. Он предотвращает перегрев и выгорание светодиодов, поддерживает постоянство потока при перепадах напряжения или разрядке АКБ.

Простейшее устройство состоит из трансформатора, выпрямительного моста, соединенного с резисторами и конденсаторами. Действие стабилизатора основывается на следующих принципах:

  • подача тока на трансформатор и изменение его предельной частоты до частоты электросети – 50 Гц;
  • регулировка напряжения на повышение и понижение с последующим выравниванием частоты до 30 Гц.

В процессе преобразования также задействуются выпрямители высоковольтного типа. Они определяют полярность. Стабилизация электрического тока осуществляется при помощи конденсаторов. Для снижения помех применяются резисторы.

Разновидности токовых стабилизаторов

Светодиод загорается при достижении порогового значения тока. Для маломощных устройств этот показатель равняется 20 мА, для сверхъярких – от 350 мА. Разброс порогового напряжения объясняет наличие различных видов стабилизаторов.

Резисторные стабилизаторы

Для регулируемого стабилизатора параметров тока для маломощных светодиодов применяется схема КРЕН. Она предусматривает наличие элементов КР142ЕН12 либо LM317. Процесс выравнивания осуществляется при силе тока 1,5 А и напряжении на входе 40 В. В условиях нормального теплового режима резисторы рассеивают мощность до 10 т. Собственное энергопотребление составляет около 8 мА.

Узел LM317 удерживает на главном резисторе постоянную величину напряжения, регулируемую подстроечным элементом. Основной, или токораздающий элемент может стабилизировать ток, пропущенный через него. По этой причине стабилизаторы на КРЕН применяются для зарядки аккумуляторов.

Величина в 8 мА не изменяется даже при колебаниях тока и напряжения на входе.

Транзисторные устройства

Регулятор на транзисторах предусматривает использование одного или двух элементов. Несмотря на простоту схемы при колебаниях напряжения не всегда бывает стабильный ток нагрузки. При его увеличении на одном транзисторе повышается напряжение резистора до 0,5-0,6 В. после этого начинает работать второй транзистор. В момент его открытия первый элемент закрывается, а сила и величина тока, проходящие через него, понижается.

Второй транзистор должен быть биполярным.

Для реализации схемы с заменой стабилитронов на диоды применяются:

  • диоды VD1 и VD2;
  • резистор R1;
  • резистор R2.

Подача тока через светодиодный элемент задается резистором R2. Для выхода на линейный участок ВАХ-диодов с привязкой к току базового транзистора используется резистор R1. Чтобы транзистор сохранял устойчивость, напряжение питания не должно быть меньше суммарного напряжения диодов + 2-2,5 В.

Для получения тока 30 мА через 3 последовательно подключенных диода с напряжением 3,1 В по прямой производится запитка 12 В. Резисторное сопротивление должно равняться 20 Ом при мощности рассеивания 18 мВт.

Схема нормализует режим работы элементов, снижает токовые пульсации.

Схема с советскими транзисторами. Допустимое напряжение советских КТ940 или КТ969 – до 300 В, что подходит, если источник света – мощный SMD-элемент. Параметры тока задаются резистором. Напряжение стабилитрона составляет при этом 5,1 В, а мощность – 0,5 В.

Читайте также  Сабельная пила по металлу электрическая

Минус схемы – падение напряжения при повышении силы тока. Его можно устранить, заменив биполярный транзистор на MOSFET с низкими параметрами сопротивления. Мощный диод заменяется элементом IRF7210 на 12 А или IRLML6402 на 3,7 А.

Стабилизаторы тока на полевике

Полевой элемент отличается закороченным истоком и затвором, а также встроенным каналом. При использовании полевика (IRLZ 24) с 3-мя выводами на вход подается напряжение 50 В, на выходе получается 15,7 В.

Для подачи напряжения задействуется потенциал заземления. Параметры тока на выходе зависят от начального тока стока, и не привязываются к истоку.

Линейные устройства

Стабилизатор, или делитель постоянного показателя тока принимает нестабильное напряжение. На выходе линейный прибор его выравнивает. Он функционирует по принципу постоянного изменения параметров сопротивления для выравнивания питания на выходе.

К преимуществам эксплуатации относятся минимальное число деталей, отсутствие помех. Недостатком является малый КПД при разнице питания на входе и выходе.

Феррорезонансное устройство

Стабилизатор для переменного тока устаревшей модели, схема которого представлена конденсатором и двумя катушками – с ненасыщенным и насыщенным сердечником. К насыщенному (индуктивному) сердечнику подается напряжение постоянного типа, не зависимое от параметров тока. Это облегчает подбор данных для второй катушки и емкостный диапазон стабилизации питания.

Устройство работает по принципу качелей, которые сразу сложно остановить или раскачать сильнее. Подача напряжения происходит по инерции, поэтому возможны падения нагрузки или разрыв цепи питания.

Особенности схемы токового зеркала

Токовое зеркало, или отражатель выстраивается на паре транзисторов согласованного типа, т.е. с одинаковыми параметрами. Для их производства используется один светодиодный кристалл полупроводника.

Схема токового зеркала по уравнению Эберса-Молла. Принцип работы заключается в том, что транзисторные базы объединяются, а эмиттеры подкидываются на одну шину питания. В итоге параметры переходного напряжения сцепки «база – транзистор-эмиттер» равны.

Преимущества схемы заключаются в равном диапазоне устойчивости и отсутствии падения напряжение на резисторе-эмиттере. Параметры легче задаются при помощи тока. Недостаток заключается в эффекте Эрли – привязке напряжения на выходе к коллекторному и его колебания.

Схема токового зеркала Уилсона. Токовое зеркало может стабилизировать постоянную величину выходного тока и реализуется так:

  1. Транзисторы № 1 и № 1 включены по принципу стандартного токового зеркала.
  2. Транзистор № 3 фиксирует потенциал коллектора элемента № 1 на удвоенный параметр падения диодного напряжения.
  3. Оно будет меньше, чем напряжение питания, что подавляет эффект Эрли.
  4. Коллектор транзистора № 1 задействуется для установления режима схемы.
  5. Ток на выходе зависит от транзистора № 2.
  6. Транзистор № 3 трансформирует выходной ток в нагрузку с переменным напряжением.

Транзистор № 3 можно не согласовывать с остальными.

Стабилизатор компенсационного напряжения

Выпрямитель работает по принципу обратной связи цепи для напряжения. Полное или частичное напряжение приравнивает к опоре. В результате стабилизатор генерирует параметры напряжения ошибки, устраняя колебания яркости для светодиодов. Прибор состоит из следующих элементов:

  • Регулирующий элемент или транзистор, который совместно с сопротивлением нагрузки образует делитель напряжения. Эмиттерный показатель транзистора должен превышать ток нагрузки в 1,2 раза.
  • Усилитель – управляет РЭ, выполняется на базе транзистора №2. Маломощный элемент согласуется с мощным по составному принципу.
  • Источник напряжения опоры – в схеме задействуется стабилизатор параметрического типа. Он выравнивает напряжение стабилитрона и резистора.
  • Дополнительные источники.
  • Конденсаторы – для сглаживания пульсаций, устранения паразитного возбуждения.

Стабилизаторы компенсационного напряжения работают по принципу увеличения входного напряжения с дальнейшим возрастанием токов. Закрытие первого транзистора увеличивает сопротивление и напряжение зоны коллектор-эмиттер. После подачи нагрузки оно выравнивается до номинала.

Устройства на микросхемах

Для стабилизующих приборов применяется микросхема 142ЕН5 или LМ317. Она позволяет выровнять напряжение, принимая по цепи обратной связи сигнал от датчика, подключенного к сети тока нагрузки.

В качестве датчика задействует сопротивление, при котором регулятор может поддерживать постоянное напряжение и ток нагрузки. Сопротивление датчика будет меньше сопротивления по нагрузке. Схему задействуют для зарядных устройств, по ней же проектируется ЛЕД-лампа.

Импульсные стабилизаторы

Импульсный прибор отличается высоким КПД и при минимальных параметрах входного напряжения создают высокое напряжение потребителей. Для сборки используется микросхема МАХ 771.

Регулировать силу тока будут один или два преобразователя. Делитель выпрямительного типа выравнивает магнитное поле, понижая допустимую частоту напряжения. Для подачи тока на обмотку светодиодный элемент передает сигнал транзисторам. Стабилизация на выходе осуществляется посредством вторичной обмотки.

Как сделать стабилизатор тока для светодиодов самостоятельно

Изготовление стабилизатора для светодиодов своими руками осуществляется несколькими способами. Новичку целесообразно работать с простыми схемами.

На основе драйверов

Понадобится выбрать микросхему, которую трудно выжечь – LM317. Она будет выполнять роль стабилизатора. Второй элемент – переменный резистор с сопротивлением в 0,5 кОм с тремя выводами и ручкой регулировки.

Сборка осуществляется по следующему алгоритму:

  1. Припаять проводники к среднему и крайнему выводу резистора.
  2. Перевести мультиметр в режим сопротивления.
  3. Замерить параметры резистора – они должны равняться 500 Ом.
  4. Проверить соединения на целостность и собрать цепь.

На выходе получится модуль с мощностью 1,5 А. Для увеличения тока до 10 А можно добавить полевик.

Стабилизатор для автомобильной подсветки

Для работы потребуется линейный прибор в виде микросхемы L7812, две клеммы, конденсатор 100n (1-2 шт.), текстолитовый материал и трубка с термоусадкой. Изготовление производится пошагово:

  1. Выбор схемы под L7805 из даташита.
  2. Вырезать из текстолита нужный по размеру кусок.
  3. Наметить дорожки, делая насечки отверткой.
  4. Припаять элементы так, чтобы вход был слева, а выход – справа.
  5. Сделать корпус из термотрубки.

Стабилизирующее устройство выдерживает до 1,5 А нагрузки, монтируется на радиатор.

В качестве радиатора задействуется кузов машины за счет соединения центрального вывода корпуса с минусом.

Нюансы расчета стабилизатора тока

Расчет стабилизатора производится на основании напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. К примеру, напряжение входного делителя составляет 25 В, на выходе нужно получить 9 В. Вычисления предусматривают:

  1. Подбор по справочнику стабилитрона. Ориентируются на напряжение стабилизации: Д814В.
  2. Поиск среднего тока I по таблице. Он равен 5 мА.
  3. Вычисление подающего напряжения как разности стабильного напряжения входа и выхода: UR1 = Uвx — Uвых, или 25-9=16 В.
  4. Деление полученного значение по закону Ома на ток стабилизации по формуле R1 = UR1 / Iст, или 16/0,005=3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
  5. Вычисление максимальной мощности по формуле РR1 = UR1 * Iст, или 16х0,005=0,08.

Через резистор проходит ток стабилитрона и выходной, поэтому его мощность должна быть в 2 раза больше (0,16 кВт). На основании таблицы данному номиналу соответствует 0,25 кВт.

Самостоятельная сборка стабилизатора для светодиодных устройств возможна только при знании схемы. Начинающим мастерам рекомендовано использовать простые алгоритмы. Рассчитать элемент по мощности можно на основании формул из школьного курса физики.

Схема импульсного стабилизатора тока

Этот стабилизатор обладает неплохими характеристиками, имеет плавную регулировку тока и напряжения, хорошую стабилизацию, без проблем терпит короткие замыкания, относительно простой и не требует больших финансовых затрат. Он обладает высоким кпд за счет импульсного принципа работы, выходной ток может доходить до 15 ампер, что позволит построить мощное зарядное устройство и блок питания с регулировкой тока и напряжения. При желании можно увеличить выходной ток до 20-и и более ампер.

В интернете подобных устройств, каждое имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы у них одинаковый. Предлагаемый вариант — это попытка создания простого и достаточно мощного стабилизатора.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, принципиальная схема

За счет применения полевых ключей удалось значительно увеличить нагрузочную способность источника и снизить нагрев на силовых ключах. При выходном токе до 4-х ампер транзисторы и силовой диод можно не устанавливать на радиаторы.

Номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от номиналов на плате, т.к. плату разрабатывал для своих нужд.

Диапазон регулировки выходного напряжения от 2-х до 28 вольт, в моем случае максимальное напряжение 22 вольта, т.к. я использовал низковольтные ключи и поднять напряжение выше этого значения было рискованно, а так при входном напряжении около 30 Вольт, на выходе спокойно можно получить до 28-и Вольт. Диапазон регулировки выходного тока от 60mA до 15A Ампер, зависит от сопротивления датчика тока и силовых элементов схемы.

Устройство не боится коротких замыканий, просто сработает ограничение тока.

Собран источник на базе ШИМ контроллера TL494, выход микросхемы дополнен драйвером для управления силовыми ключами.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, TL494

Хочу обратить ваше внимание на батарею конденсаторов установленных на выходе. Следует использовать конденсаторы с низким внутренним сопротивлением на 40-50 вольт, с суммарной емкостью от 3000 до 5000мкФ.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, выходные конденсаторы

Нагрузочный резистор на выходе применен для быстрого разряда выходных конденсаторов, без него измерительный вольтметр на выходе будет работать с запаздыванием, т.к. при уменьшении выходного напряжения конденсаторам нужно время, для разрядки, а этот резистор быстро их разрядит. Сопротивление этого резистора нужно пересчитать, если на вход схемы подается напряжение больше 24-х вольт. Резистор двух ваттный, рассчитан с запасом по мощности, в ходе работы может греться, это нормально.

Как это работает:

ШИМ контроллер формирует управляющие импульсы для силовых ключей. При наличии управляющего импульса транзистор, и питание по открытому каналу транзистора через дроссель поступает на накопительный конденсатор. Не забываем, что дроссель является индуктивной нагрузкой, которым свойственно накапливание энергии и отдача за счет самоиндукции. Когда транзистор закрывается накопленный в дросселе заряд через диод шоттки продолжит подпитывать нагрузку. Диод в данном случае откроется, т.к. напряжение с дросселя имеет обратную полярность. Этот процесс будет повторяться десятки тысяч раз в секунду, в зависимости от рабочей частоты микросхемы ШИМ. По факту ШИМ контроллер всегда отслеживает напряжение на выходном конденсаторе.

Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. На неинвертирующий вход первого усилителя ошибки микросхемы (вывод 1) поступает выходное напряжение стабилизатора, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое присутствует на инверсном входе усилителя ошибки. При снижении выходного напряжения будет снижаться и напряжение на выводе 1, и если оно будет меньше опорного напряжения, ШИМ контроллер будет увеличивать длительности импульсов, следовательно транзисторы больше времени будут находиться в открытом состоянии и больше тока будет накачиваться в дроссель, если же выходное напряжение больше опорного, произойдет обратное — микросхема уменьшит длительность управляющих импульсов. Указанным делителем можно принудительно менять напряжение на неинвертирующщем входе усилителя ошибки, этим увеличивая или уменьшая выходное напряжение стабилизатора в целом. Для наиболее точной регулировки напряжения применён подстроечный многооборотный резистор, хотя можно использовать обычный.

Минимальное выходное напряжение составляет порядка 2 вольт, задается указанным делителем, при желании можно поиграться с сопротивлением резисторов для получения приемлемых для вас значений, не советуется снижать минимальное напряжение ниже 1 вольта.

Читайте также  Первая доврачебная помощь при дтп

Для отслеживания потребляемого нагрузкой тока установлен шунт. Для организации функции ограничения тока задействован второй усилитель ошибки в составе ШИМ контроллера тл494. Падение напряжения на шунте поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки, опять сравнивается с опорным, а дальше происходит точно тоже самое, что и в случае стабилизации напряжения. Указанным резистором можно регулировать выходной ток.

Токовый шунт изготовлен из двух параллельно соединённых низкоомных резисторов с сопротивлением 0,05Ом.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, токовый шунт

Накопительный дроссель намотан на желто белом кольце от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, фильтр групповой стабилизации

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, кольца для дросселя Импульсный стабилизатор тока и напряжения, кольца для дросселя

Так как схема планировалась на довольно большой входной ток, целесообразно использовать два сложенных вместе кольца. Обмотка дросселя содержит 20 витков намотанных двумя жилами провода диаметром 1,25мм в лаковой изоляции, индуктивность около 80-90 микрогенри.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, дроссельИмпульсный стабилизатор тока и напряжения, измеряем индуктивность дросселя

Диод желательно использовать с барьером Шоттки и обратным напряжением 100-200 вольт, в моем случае применена мощная диодная сборка MBR4060 на 60 вольт 40 Ампер.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, MBR4060

Силовые ключи вместе с диодом устанавливают на общий радиатор, притом изолировать подложки компонентов от радиатора не нужно, т.к. они общие.

Импульсный стабилизатор тока и напряжения, вид собранной платыИмпульсный стабилизатор тока и напряжения, вид собранной платы

Подробное описание и испытания блока можно посмотреть в видео

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип работы стабилизатора

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

  • Ти – продолжительность периода.
  • tи – продолжительность импульса.
  • Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
  • I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Импульсный стабилизатор напряжения

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Импульсный стабилизатор напряжения

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Импульсный стабилизатор напряжения

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Импульсный стабилизатор напряжения

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

  • Простое достижение выравнивания.
  • Плавное подключение.
  • Компактные размеры.
  • Устойчивость выходного напряжения.
  • Широкий интервал стабилизации.
  • Повышенный КПД.
  • Сложная конструкция.
  • Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
  • Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
  • Сложность работ по ремонту.
  • Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: