Стабилизаторы напряжения для светодиодов. Зачем нужны для вашего авто

Стабилизаторы напряжения для светодиодов. Зачем нужны для вашего авто?

Не так давно я писал статью – почему перегорают светодиоды, почитайте познавательно. Если напомнить причин всего две — это перегрев и высокое напряжение. Да и собственно они связаны между собой — чем выше «вольтаж», тем больше идет разогрев. Из этого следует — что если ограничить диоды по напряжению, то служить они гипотетически будут дольше. Вот именно для этого на различных китайских площадках продаются специальные платы – так называемые «стабилизаторы напряжения», которые могут увеличить срок службы таких ламп в разы …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Забегая вперед скажу, что такие модули могут быть ну очень компактными, размером буквально с пятирублевую монету. Так что можно разместить куда угодно, буквально рядом с габаритной лампой.

Сам я покупал эти стабилизаторы на АЛИЭКСПРЕССЕ, цена копейки (около 150 руб., за 5 штук), кому интересно брал здесь — ПЕРЕЙТИ, хотя бы просто зайдите и посмотрите.

Технические характеристики LM7812

• предельно допустимое напряжение на входе – 35 В;
• термическое сопротивление кристалл — окружающая среда – 62,5 О С/Вт;
• тепловое сопротивление кристалл — корпус 3 О С/Вт;
• рабочая температура– 0 … +150 О С;
• температура хранения — -55 …+150 О С .

Выше указаны предельно допустимые характеристики — выход за их значения или долгая работа в этих режимах недопустимы, так как это приведёт к скорому выходу из строя устройства.

Электрические

Теперь можно детально рассмотреть электрические характеристики микросхемы lm7812 (официальные datasheet можно скачать в конце). Значения всех параметров были измерены при температуре +25 О С. Остальные условия проведения тестирования можно найти в колонке «Условия тестирования» приведённой ниже таблицы.

Подключение светодиодов к автомобильному аккумулятору от 9-12-16В

Рассмотренная выше схема подключения очень простая и подразумевает, что у Вас есть постоянный ток на 12 В.

Ранее я уже оговорился, что большинство вопросов задают автолюбители, а это само — собой подразумевает подключение любых светодиодов к аккумулятору авто. Большинство аккумуляторов работают на номинальных 12 В, но разброс напряжения на батарее начинается от 9 В и заканчивается на 16 В во время эксплуатации.

Возьмем простой пример — падение напряжения на светодиоде порядка 3,5 В при токе 100 мА. следовательно мы имеем мощность в 0,35 Вт (Мощность = ток х Напряжение).

Для светодиода это не сыграет большой роли, т.к. у нас еще есть 12, 5 В, которые мы можем еще куда-нибудь применить, используя, естественно резистор: (16В — 3.5 в) * 100 ма = 1.25 Вт.

Номинальное напряжение батареи 12 В

Номинальная Calcluations (т. е. Vbattery = 12В):

Рled = 3,5 в * 100 ма = 0.35Вт (так же как и раньше)

Presistor = 8,5 в * 100ма = 0.85 Вт

Чтобы избежать излишнего падения напряжения на резистор можно использовать схему ( показанную в первой части статьи). Однако, стоит помнить, что если аккумулятор разряжен и близок к 12 В, то вероятность велика, что Ваши светодиоды, подключенные к 12 В, просто не будут гореть.

3,5 в + 3,5 в + 3,5 В + Ток*Rresistor = довольно близко к 12В.

Назначение выводов и принцип работы

Упоминалось, что LM317 относится к классу линейных стабилизаторов. Это означает, что стабилизация выходного напряжения осуществляется за счёт перераспределения энергии между нагрузкой и регулирующим элементом.

Транзистор и нагрузка составляют делитель входного напряжения. Если заданное на нагрузке напряжение уменьшается (по причине изменения тока и т.п.), транзистор приоткрывается. Если увеличивается – закрывается, коэффициент деления изменяется и напряжение на нагрузке остается стабильным. Недостатки такой схемы известны:

• необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное;
• на регулирующем транзисторе рассеивается большая мощность;
• КПД даже теоретически не может превышать отношение Uвых/Uвх.

Зато имеются серьезные плюсы (относительно импульсных схем):

• относительно простая и недорогая микросхема;
• требует минимальной внешней обвязки;
• и главное достоинство – выходное напряжение свободно от высокочастотных паразитных составляющих (помехи по питанию минимальны).

Стандартная схема включения микросхемы:

• на вывод Input подается входное напряжение;
• на вывод Output – выходное;
• на Ajust – опорное напряжение, от которого зависит выходное.

Резисторы R1 и R2 задают выходное напряжение. Оно рассчитывается по формуле:

Uвых=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.

Iadj является паразитным током вывода настройки, по данным изготовителя он может быть в пределах 5 мкА. Практика показывает, что он может достигать значений на порядок-два выше.

Конденсатор С1 может иметь ёмкость от сотен до нескольких тысяч микрофарад. В большинстве случаев им служит выходной конденсатор выпрямителя. Он должен быть подключен к микросхеме проводниками длиной не более 7 см. Если это условие для конденсатора выпрямителя выполнить нельзя, то следует подключить дополнительную ёмкость примерно в 100 мкФ в непосредственной близости от входного вывода. Конденсатор С3 не должен иметь ёмкость более 100-200 мкФ по двум причинам:

• чтобы избежать перехода стабилизатора в режим автоколебаний;
• чтобы устранить бросок тока на заряд при подаче питания.

Во втором случае может сработать защита от перегрузки.

Не стоит забывать, что при протекании тока через резисторы, они нагреваются (это также возможно при повышении температуры окружающей среды). Сопротивление R1 и R2 изменяются, и нет гарантии, что они изменятся пропорционально. Поэтому напряжение на выходе с прогревом или охлаждением может изменяться. Если это критично, можно использовать резисторы с нормированным температурным коэффициентом сопротивления. Их можно отличить по наличию шести полосок на корпусе. Но стоят такие элементы дороже и купить их сложнее. Другой вариант – вместо R2 использовать стабилитрон на подходящее напряжение.

Виды стабилизаторов напряжения

Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:

• линейные
• импульсные

Линейные стабилизаторы напряжения

Например, микросхемы КРЕН или LM7805, LM1117, LM350.

Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.

Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.

Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если LM7805 стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход LM7805 подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы — лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками .

Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.

Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересные — всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим — ставьте импульсный.

Купить — LM7805 10 штук на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор (повышайка) MT3608 2A на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор 5А (понижайка) XL4015на Алиэкспресс

Хорошо. А что со стабилизатором тока?

Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор — маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.

Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.

7812 – стабилизатор напряжения 12 вольт

В 7812 стабилизаторе применяется внутренняя защита по току и защита от перегрева, делая блок питания на его основе практически неубиваемым. Если применяется достаточный теплоотвод (радиатор), то 7812 стабилизатор может отдать в нагрузку ток до 1А. Максимальное напряжение на входе должно быть не меньше 14,8 вольт и не больше 35 вольт.

Хотя эти стабилизаторы и разрабатывались для источников фиксированного стабилизированного напряжения 12 вольт, при применении необходимых "навесных" элементов можно превратить эти стабилизаторы в стабилизированные источники питания регулируемого напряжения.

Как подобрать драйвер для светодиодов

На рынке предлагается широкий выбор драйверов для светодиодов. Многие стабилизаторы не соответствуют указанным параметрам, часто этим грешат китайские производители. Недорогие драйверы «подозрительных» производителей могут занижать мощность и вместо обозначенных 50 Вт фактически выдавать 40 Вт. К тому же у них непродолжительное время работы. Перед покупкой следует отдавать предпочтение брендовым производителям с большим количеством часов работы.

Расчет выбора драйверов для светодиодов

Перед приобретением устройства желательно определиться, какие параметры требуются для драйвера. Взять для примера 6 светодиодов током 0,3 А с падением напряжения 12В. Выбор драйвера определяется схемой соединения светодиодов:

1. Параллельная схема – потребуется преобразователь на 6 В и ток 0,6 А. Напряжения нужно вдвое меньше, но тока – вдвое больше. Минус схемы: токи в отдельной ветке различны из-за неодинаковых параметров светодиодов, поэтому одна из веток будет светиться интенсивней, чем вторая.
2. Последовательная схема – потребуется драйвер на 12 В и ток 0,3 А. Цепь одна с одинаковым током на всем протяжении. Диоды излучают свет все с одинаковой яркостью. Минус схемы – при большом количестве диодов потребуется преобразователь с очень большим напряжением.
3. Последовательно-параллельная схема – потребуется driver с такими же характеристиками, как при параллельной схеме, но диоды будут светить с одинаковой интенсивностью. Минус схемы – в первый момент подачи питания в одном из диодов (из-за различных характеристик) может оказаться ток, превышающий номинальное значение в два раза. Светодиоды выдерживают непродолжительные скачки тока, но все же эта схема менее предпочтительна. Не допускается соединять более двух диодов параллельно, так как скачок тока будет значительным и может вывести из строя осветительный элемент.

Во всех трех случаях мощность драйвера одинакова, составляет 3,6 Вт (Ватт), рассчитывается по формуле:

где I – сила тока (Ампер), U – напряжение (Вольт).

Мощность преобразователя не зависит от схемы соединения светодиодов, а зависит лишь от их количества.

Приобрести данный товар можно в:

• интернет-магазинах производителей, Aliexpress или Ebay;
• специальных пунктах реализации электроники и радиодеталей.

Рекомендуется тщательно подбирать драйверы для светодиодов, от этого зависит срок их службы.