Lm317 в стабілізаторі струму світлодіодів

Довговічність світлодіодів визначається якістю виготовлення кристала, а для білих світлодіодів ще й качествомled люмінофора. В процесі експлуатації швидкість деградації кристала залежить від робочої температури. Якщо запобігти перегріву кристала, то термін служби може бути дуже великий до 10 і більше років.

Чому може бути викликаний перегрів кристала? Він може бути викликаний тільки надмірним збільшенням струму. Навіть короткі імпульси струму перевантаження скорочують термін життя світлодіода, наприклад, якщо в перший момент, після стрибка струму візуально цей вплив не видно і здається, що світлодіод не постраждав.

Підвищення струму може бути викликане нестабільністю напруги або електромагнітними (електростатичними) наведеннями на ланцюгу харчування світлодіода.

Справа в тому, що головним параметром для довговічності світлодіода є не напруга його живлення, а струм, який по ньому тече. Наприклад, червоні світлодіоди по напрузі харчування можуть мати розкид від 1,8 до 2,6 V, білі від 3,0 до 3,7 V. Навіть в одній партії одного виробника можуть зустрічатися світлодіоди з різним робочою напругою. Нюанс полягає в тому, що світлодіоди виготовлені на основі AlInGaP / GaAs (червоні, жовті, зелені - класичні) досить добре витримують перевантаження по струму, а світлодіоди на основі GaInN / GaN (сині, зелені (синьо-зелені), білі) при перевантаженні по току, наприклад, в 2 рази живуть ... 2-3 годин! Так що, якщо Ви бажаєте, щоб світлодіод горів і не згорів протягом хоча б 5 років треба подбати про його харчуванні.

Якщо ми встановлюємо світлодіоди в ланцюжок (послідовне з'єднання) або підключаємо паралельно, то домогтися однакової світності можна тільки якщо протікає струм через них буде однаковий.

Також небезпечно для світлодіодів високе зворотне напруга. У світлодіодів зазвичай поріг зворотного напруги не перевищує 5-6 V. Для захисту світлодіода від імпульсів зворотної напруги рекомендується встановлювати випрямний діод в зворотному напрямку.

Як побудувати своїми руками найпростіший стабілізатор струму? І бажано з недорогих комплектуючих.

Звернемо увагу на стабілізатор напруги LM317, який легко перетворити в стабілізатор струму за допомогою тільки одного резистора, якщо потрібно стабілізувати струм в межах до 1 A або LM317L, якщо необхідна стабілізація струму до 0,1 А.

Так виглядають стабілізатори LM317 з робочим струмом до 3 А.

Так виглядають стабілізатори LM317L з робочим струмом до 100 мА.

На Vin (input) подається напруга, з Vout (output) - знімається напруга, а Adjust - вхід регулювання. Таким чином, LM317 - стабілізатор з регульованим вихідним напругою. Мінімальна вихідна напруга 1,25 V (якщо Adjust "посадити" прямо на землю) і максимальне - до вхідного напруги мінус 1,25 V. Т.К. Максимальна вхідна напруга становить 37 вольт, то можна робити стабілізатори струму до 37 вольт відповідно.

Для того щоб LM317 перетворити в стабілізатор струму потрібен всього 1 резистор!

Схема включення виглядає наступним чином:

За формулою внизу малюнка дуже просто розрахувати величину опору резистора для необхідного струму. Тобто опір резистора одно - 1,25 поділене на необхідний струм. Для стабілізаторів до 0,1 A підходить потужність резистора 0,25 W. На струми від 350 мА до 1 А рекомендується 2 W. Нижче привожу таблицю резисторів на струми для широко поширених світлодіодів.

Ось приклад з урахуванням всього вище сказаного. Зробимо стабілізатор струму для білих світлодіодів з робочим струмом 20 мА, умови експлуатації автомобіль (зараз так модний світловий тюннінг ...).

Для білих світлодіодів робоча напруга в середньому дорівнює 3,2 V. В легковий автомашині бортове напруга коливається в середньому від 11,6 V в режимі роботи від акумулятора і до 14,2 V при працюючому двигуні. Для українських машин врахуємо викиди в "обратке" і в прямому напрямку до 100. вольт.

Включити послідовно можна тільки 3 світлодіода - 3,2 * 3 = 9,6 вольта, плюс 1,25 падіння на стабілізаторі = 10,85. Плюс діод від зворотного напруги 0,6 вольта = 11,45 вольта.

Отримане значення 11,45 вольта нижче найнижчого напруги в автомобілі - це добре! Це означає на виході буде завжди наші 20 мА незалежно від напруги в бортовій мережі автомобіля. Для захисту від викидів позитивної полярності поставимо після діода супресор на 24 вольта.

P.S. Підбирайте кількість світлодіодів так, щоб на стабілізаторі залишалося якомога менше напруги (але не менше 1,3 вольта), це необхідно для зменшення потужності, що розсіюється на самому стабілізаторі. Це особливо важливо для великих струмів. І не забудьте, що на струми від 350 мА і вище LMка потрібно радіатор.
От і все!

Схема. МАЛЮНОК 1

Z1 супресор або стабілітрон для дешевих світлодіодів можна і не ставити, але діод в автомобілі обов'язковий! Рекомендую його ставити навіть, якщо ви просто підключаєте світлодіоди з резистором. Як розраховувати опір резистора для світлодіодів я думаю описувати зайве, але якщо треба пишіть на форумі.

Короткий опис до схеми рис.1

Кількість світлодіодів в ланцюжку треба вибирати з урахуванням вашого робочої напруги мінус падіння напруги на стабілізаторі і мінус на діоді.

Наприклад: Вам необхідно в автомобілі підключити білі світлодіоди з робочим струмом в 20 мам. Зверніть увагу, що 20 мА - це робочий струм для ФІРМОВИХ дорогих світлодіодів! Тільки фірма гарантує такий струм. Якщо ви не знаєте точного походження, то вибирайте струм в межах 14-15 мА. Це для того, що б потім не дивуватися, чому так швидко впала яскравість або, взагалі, чому вони так швидко перегоріли. Це теж актуально і для потужних світлодіодів. Тому що до нас завозять не завжди те, що маркована на виробі.

Питання 1: Скільки можна включити їх послідовно? Для білих світлодіодів робоча напруга 3,0-3,2 вольта. Приймемо 3,1. Напруга мінімальний робочий на стабілізаторі (виходячи з його опорного 1,25) приблизно 3 V. Падіння на діоді 0,6 V. Звідси підсумовуємо все напруження і отримуємо мінімальну робочу напругу вище якого настає режим стабілізації струму на заданому рівні (якщо нижче, відповідно струм буде нижче) = 3,1 * 3 + 3,0 + 0,6 = 12,9 V. Для автомобіля мінімальна напруга в мережі 12,6 - це нормально.

Для білих світлодіодів на 20 мА можна включати 3 шт, для мережі 12,6 V. Враховуючи, що при включеному двигуні нормальне робоче напруга мережі 13,6 V (це номінальне, в інших випадках можливе і вище!), А робоче LM317 до 37 V

Питання 2: Як розрахувати опір резистора задає струм! Хоча вище і було описано, питання задають постійно.

де R1 - опір токозадающего резистора в Омах.

1,25 - опорне (мінімальна напруга стабілізації) LM317

Ist - струм стабілізації в Амперах.

Нам потрібен струм в 20 мА - переводимо в ампер = 0,02 А.

Обчислюємо R1 = 1,25 / 0,02 = 62,5 Ом. Приймаємо найближче значення 62 Ома.

Ще пару слів про груповий включення світлодіодів.

Ідеально - це послідовне включення зі стабілізацією струму.

Світлодіоди - це в принципі стабілітрони з дуже малим зворотним робочим напруженням. Якщо є можливість наведень високої напруги від біля лежачих високовольтних проводів, то необхідно кожен світлодіод зашунтувати захисним діодом. (Для довідки багато виробників особливо для потужних діодів це вже роблять вмонтіруя в виріб захисний діод).

якщо необхідно підключити масив зі світлодіодів, то рекомендую таку схему включення.

Резистори необхідні для вирівнювання струмів по ланцюгах і є баластними навантаженнями при пошкодженнях світлодіодів в масиві.

Як розрахувати значення резистором для світлодіода? Розрахунок проводитися за законом Ома.

Струм в ланцюзі дорівнює напрузі діленому на опір ланцюга.

I led = V pit / на опір діода і резистора.

Опір резистора і діода ми не знаємо, але знаємо наш робочий струм і падіння напруги на світлодіоді.

Для малопотужних світлодіодів зі струмом 20 мам необхідно приймати:

Знаючи падіння напруги на світлодіоді можна обчислити залишок - напруга на резисторі.

Наприклад, напругу живлення V pit = 9 V. Ми підключаємо 1 білий світлодіод, падіння на ньому 3,1 V. Напруга на резисторі буде = 9 - 3,1 = 5,9 V.

Обчислюємо опір резистора:

R1 = 5.9 / 0.02 = 295 Ом.

Беремо резистор з близьким більш високим опором 300 ом.

PS. Не завжди характеристики на робочий струм світлодіода відповідають істині, це актуально особливо для світлодіодів виготовлених "не знаю де", для світлодіодів (будь-яких) треба велику увагу приділити відведення тепла, а так як ця умова не завжди здійснимо, то з цього рекомендую для "20 мА "світлодіодів вибирати струм в районі 13-15 мА. Якщо це SMD на 50 мА, навантажувати струмом 25-30 мА. Ця рекомендація особливо актуальна для світлодіодів з робочою напругою в районі 3,0 вольт (білі, сині і істинно зелені) і світлодіодів в SMD виконанні. Тобто не ставте максимальний струм за описом, зробите його на 10-25% менше, термін служби буде в 10 довше:) ...

Всіх Вам благ, і рівних доріг =)