Стабілізатор струму для світлодіодів
- призначення стабілізатора
- Стабілізуючі пристрої лінійного типу
- Імпульсні стабілізатори струму
- Драйвер харчування світлодіодів
Ні для кого не секрет, що світлодіодні лампи періодично перегорають, незважаючи на тривалі гарантійні терміни, встановлені виробниками. Дуже багато хто просто не знають справжніх причин, за якими вони виходять з ладу. Проте, ніяких особливих складнощів тут немає, просто у таких ламп є певні параметри, що вимагають обов'язкової стабілізації. Це сила струму в самій лампі і падіння напруги в мережі живлення.
Для вирішення цієї проблеми використовується стабілізатор струму для світлодіодів. Однак не всі стабілізатори можуть ефективно вирішувати поставлену задачу. Тому в деяких випадках рекомендується виготовляти стабілізатор своїми руками. Перш ніж приступати до цього процесу слід ретельно розібратися в призначенні, будову та принцип роботи стабілізатора, щоб не допустити помилок при складанні схеми.
призначення стабілізатора
Основною функцією стабілізатора є вирівнювання струму, незалежно від перепадів напруги в електричній мережі. Всього існує два типи стабілізуючих пристроїв - лінійні і імпульсні. У першому випадку здійснюється регулювання всіх вихідних параметрів шляхом розподілу потужності між навантаженням і власним опором. Другий варіант значно ефективніше, оскільки в цьому випадку на світлодіоди надходить лише необхідну кількість потужності. Дія таких стабілізаторів засноване на принципі широтно-імпульсної модуляції.
У імпульсних стабілізаторів більш високий коефіцієнт корисної дії, що складає не менше 90%. Однак у них досить складна схема і відповідно висока вартість в порівнянні з приладами лінійного типу. Слід зазначити, що використання стабілізаторів LM317 допустимо тільки для лінійних схем. Вони не можуть включатися в ланцюзі з великими значеннями струмів. Саме тому дані пристрої найкращим чином підходять для спільного використання зі світлодіодами.
Необхідність використання стабілізаторів пояснюється особливостями параметрів світлодіодів. Вони відрізняються нелінійної вольтамперної характеристикою, коли зміна напруги на світлодіоді призводить до непропорційного зміни струму. Зі збільшенням напруги, зростання струму в самому початку відбувається дуже повільно, тому свічення не спостерігається. Далі, коли напруга досягає порогового значення, починається випромінювання світла з одночасним швидким зростанням струму. Якщо напруга продовжує збільшуватися, в цьому випадку відбувається ще більше зростання струму, що призводить до згорання світлодіода.
Характеристики світлодіодів відображають значення порогового напруги у вигляді прямого напруги при номінальному струмі. Показник номінального струму для більшості світлодіодів малої потужності становить 20 мА. Потужні світлодіоди вимагають більш високого номінального струму, що досягає 350 мА і вище. Вони виділяють велику кількість тепла і встановлюються на спеціальні тепловідводи.
Для того щоб забезпечити нормальну роботу світлодіодів, харчування до них повинне підключатися через стабілізатор струму. Це пов'язано з розкидом порогового напруги. Тобто, різні типи світлодіодів відрізняються різним прямим напругою. Навіть у однотипних ламп може бути неоднакове пряму напругу, причому не тільки його мінімальне, але і максимальне значення.
Таким чином, якщо підключити паралельно два світлодіода до одного і того ж джерела, то вони будуть пропускати через себе абсолютно різний струм. Різниця струмів призводить до передчасного виходу їх з ладу або миттєвому перегорання. Щоб уникнути подібних ситуацій, світлодіоди рекомендується включати спільно зі стабілізуючими пристроями, призначені для вирівнювання струму і доведення його до певної, заданої величини.
Стабілізуючі пристрої лінійного типу
За допомогою стабілізатора виконується установка струму, що проходить через світлодіод, з заданим значенням, не залежних від напруги, прикладеного до схеми. Якщо напруга перевищить пороговий рівень, ток все одно залишиться колишнім і не буде змінюватися. Надалі, коли загальну напругу збільшиться, його зростання станеться лише на стабілізаторі струму, а на світлодіоді воно залишиться незмінним.
Таким чином, при незмінних параметрах світлодіода, стабілізатор струму може називатися стабілізатором його потужності. Розподіл активної потужності, що виділяється пристроєм у вигляді тепла, відбувається між стабілізатором і світлодіодом пропорційно напрузі на кожному з них. Даний тип стабілізатора отримав назву лінійного.
Нагрівання лінійного стабілізатора струму зростає разом з ростом прикладеного до нього напруги. Це є його основним недоліком. Проте, цей пристрій має ряд переваг. Під час роботи відсутні електромагнітні перешкоди. Конструкція дуже проста, що робить виріб досить дешевим в більшості схем.
Існують такі області застосування, в яких лінійний стабілізатор струму для світлодіодів на 12 В стає більш ефективним, у порівнянні з імпульсним перетворювачем, особливо коли напруга на вході лише незначно вище напруги на світлодіоді. Якщо харчування здійснюється від мережі, в схемі може використовуватися трансформатор, до виходу якого підключається лінійний стабілізатор.
Таким чином, спочатку напруга знижується до такого ж рівня, як і в светодиоде, після чого лінійний стабілізатор встановлює необхідне значення струму. Інший варіант передбачає наближення напруги світлодіода до живлячої напруги. З цією метою виконується послідовне з'єднання світлодіодів в загальну ланцюжок. В результаті, загальна напруга в ланцюзі складе суму напруг кожного світлодіода.
Деякі стабілізатори струму можуть бути виконані на польовому транзисторі, з використанням р-п-переходу. Струм стоку встановлюється за допомогою напруги затвор-витік. Струм, що проходить через транзистор, такий же, як і початковий струм стоку, зазначений у технічній документації. Значення мінімального робочого напруги такого пристрою залежить від транзистора і становить близько 3 В.
Імпульсні стабілізатори струму
До більш економічним пристроїв відносяться стабілізатори струму, основою яких є імпульсний перетворювач. Даний елемент відомий ще, як ключовий перетворювач або конвертер. Усередині перетворювача потужність прокачується певними порціями у вигляді імпульсів, що і визначило його назву. У нормально працюючому пристрої споживання потужності відбувається безперервно. Вона безперервно передається між вхідний і вихідний ланцюгами і також безперервно надходить в навантаження.
В електричних схемах стабілізатор струму і напруги на основі імпульсних перетворювачів має практично однаковий принцип дії. Єдиною відмінністю є контроль над струмом через навантаження, замість напруги на навантаженні. Якщо струм в навантаженні знижується, стабілізатор здійснює підкачування потужності. У разі збільшення - виконується зниження потужності. Це дозволяє створювати стабілізатори струму для потужних світлодіодів.
У найбільш поширених схемах додатково є реактивний елемент, званий дроселем. Від вхідного ланцюга на нього певними порціями надходить енергія, яка в подальшому передається на навантаження. Така передача відбувається через комутатор або ключ, що знаходиться в двох основних станах - вимкненому і включеному. У першому випадку струм не проходить, а потужність не виділяється. У другому випадку ключ проводить струм, володіючи при цьому дуже малим опором. Тому виділяється потужність також близькою до нуля. Таким чином, передача енергії відбувається практично без втрат потужності. Однак імпульсний струм вважається нестабільним і для його стабілізації використовуються спеціальні фільтри.
Поряд з явними перевагами, імпульсний перетворювач володіє серйозними недоліками, усунення яких вимагає специфічних конструктивних і технічних рішень. Ці пристрої відрізняються складністю конструкції, вони створюють електромагнітні та електричні перешкоди. Вони витрачають певну кількість енергії для своєї роботи і в результаті нагріваються. Їх вартість істотно вище, ніж у лінійних стабілізаторів і трансформаторних пристроїв. Тим не менше, більшість недоліків успішно долаються, тому імпульсні стабілізатори користуються широкою популярністю у споживачів.