Делаем стабилизатор на 12 вольт своими руками

Делаем стабилизатор на 12 вольт своими руками

Стабилизатор напряжения на 12 вольт зачастую крайне необходим в электрической цепи современных автомобилей. Такая потребность обусловлена тем, что 12-вольтовые аккумуляторы и генераторы вместо стабильных 12 вольт иногда выдают 12,5-14,5 вольт постоянного тока, создавая броски напряжения для приборов. Это означает, что существует угроза выхода из строя противотуманных фар, светодиодных лент, различных музыкальных гаджетов, находящихся в салоне и подключенных к электрической цепи автомобиля. Также такие стабилизаторы необходимы для некоторых бытовых приборов, чтобы понижать и преобразовывать переменный ток в постоянный.

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:

• плато размером 35*20 мм;
• микросхема LD1084;
• диодный мост RS407 или любой небольшой диод для обратного тока;
• блок питания, состоящий из транзистора и двух сопротивлений. Предназначен для отключения колец при включении дальнего или ближнего света.

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.

Для самых пытливых 🙂 — первый светодиодный драйвер для авто

Дальнейшая информация служит для продвинутых любителей, которые закон Ома уже освоили. Нет предела совершенству, и вам уже мало просто зажечь светодиоды — хочется, чтобы они светили равномерно, не завися от оборотов двигателя.

Самое правильное включение светодиодов – через стабилизатор тока. Светодиод — это полупроводниковый прибор, который питается током, а не напряжением. Поэтому, если вы стабилизируете и ограничите ток, протекающий через него, то можете подключить хоть киловольт, светодиод будет светить нормально. А от режима работы зависит как долго светодиод будет светить не теряя яркости. Для стабилизации тока используются приборы, называемые драйверами. Простейший драйвер — схема на микросхеме-стабилизаторе LM317. Главное достоинство этой микросхемы для начинающих — ее очень трудно спалить 🙂

Испугались ? Ничего 🙂 В сущности, требуются две детали — сама микросхема — трехвыводной стабилизатор напряжения, который мы включим в режим стабилизации тока, и резистор. Чтобы не вдаваться в теорию, действия следующие — приобретаем переменный резистор сопротивлением 0,5 кОм. Это такая штуковина с тремя выводами и крутилкой. Как и микросхема, он продается все в том же «Радиолюбителе» за смешные деньги. Можно и вовсе выковырять из ненужного бытового прибора. Припаиваем провода к среднему выводу и одному из крайних, неважно какому. Включаем мультиметр в режим измерения сопротивления. Подключаем к проводам прибор и замеряем сопротивление резистора. Вращением стержня добиваемся максимального показания, то есть 500 Ом (или около того). Это чтобы не сжечь светодиод при слишком низком сопротивлении резистора.

Собираем цепь. Внимание! Внимательно проверьте правильность соединений перед подключением ? Проверили ? Точно ?

Прибор включаем в режим измерения тока. Вращением движка переменного резистора добиваемся показаний прибора 20 мА. Отключаем цепь, замеряем сопротивление резистора и впаиваем вместо него обычный резистор с таким же сопротивлением. Вуаля! Вы только что собрали свой первый светодиодный драйвер 🙂 Он имеет ограничение по максимальному току в пределах 1-1,5 А, поэтому при подключении большого количества светодиодов : во первых, используйте резистор большей мощности. Во-вторых, потрогайте микросхему. Если горячая — имеет смысл прикрепить ее к радиатору. Не забывайте, что корпус авто имеет электрический контакт с «минусом» аккумулятора, а подложка микросхемы (корпус) — со своей второй ножкой. Поэтому крепить ее на кузов без изолирующей прокладки — плохая идея. Еще один нюанс — сама микросхема снижает максимальное напряжение, которое можно подать на светодиод, на два-три вольта. Поэтому больше 11-12 вольт вы при таком драйвере не получите. Но зато он простой и первое представление о правильном подключении светодиодов в авто вам даст 🙂 К слову сказать, на этой же микросхеме + пара деталей можно собрать регулируемый блок питания 1,5-30 в., что бывает очень полезно в автомобиле. Схем включения в интернете множество.
В общем, если у вас все получилось — добро пожаловать в увлекательный мир радиоэлектроники, ведь вряд ли вы теперь остановитесь.

(с) Юрий Рубан, led22.ru. Вопросы и критика приветствуются в разделе «Светодиоды в авто» на форуме «Светлый угол»

Параметры микросхем LM-317

Кроме электрических качественных показателей, у сборки есть физические и защитные характеристики. К ним относятся следующие пункты:

• тип корпуса – TO-220, TO-220FP, TO-3, D2PAK, SOT-23;
• вид материала, из которого корпус изготовлен, – пластмасса;
• защита от КЗ – ISCCL (Internal Short-Circuit Current Limiting);
• TOP (Thermal Overload Protection) – защищённость по тепловым перегрузкам;
• контроль над максимальной мощностью рассеивания OS-AC (Output Safe-Area Compensation).

Внимание! Расположенные внутри ИМС датчики следят за установленным тепловым ограничением и при превышении максимальной рассеиваемой мощности отключают микросхему.

Стабилизатор на LM317

Трёхвыводной регулируемый стабилизатор lm317 идеально подходит для конструирования несложных источников питания, которые применяются в самых разнообразных устройствах. Простейшая схема включения lm317 в качестве стабилизатора тока имеет высокую надежность и небольшую обвязку. Типовая схема токового драйвера на lm317 для автомобиля представлена на рисунке ниже и содержит всего два электронных компонента: микросхему и резистор. Помимо данной схемы, существует множество других, более сложных схемотехнических решений для построения драйверов с применением множества электронных компонентов. Детальное описание, принцип действия, расчеты и выбор элементов двух самых популярных схем на lm317 можно найти .

Главные достоинства линейных стабилизаторов, построенных на базе lm317, простота сборки и дешевизна используемых в обвязке компонентов. Розничная цена самого ИС составляет не более 1$, а готовая схема драйвера не нуждается в наладке. Достаточно замерить мультиметром выходной ток, чтобы убедиться в его соответствии с расчётными данными.

К недостаткам ИМ lm317 можно отнести сильный нагрев корпуса при выходной мощности более 1 Вт и, как следствие, необходимость в отводе тепла. Для этого в корпусе типа ТО-220 предусмотрено отверстие под болтовое соединение с радиатором. Также недостатком приведенной схемы можно считать максимальный выходной ток, не более 1,5 А, что устанавливает ограничение на количество светодиодов в нагрузке. Однако этого можно избежать путём параллельного включения нескольких стабилизаторов тока или использовать вместо lm317 микросхему lm338 или lm350, которые рассчитаны на более высокие токи нагрузки.

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Существует как минимум четыре варианта изготовления стабилизаторов напряжения на 12 вольт для авто своими руками:

1. На рулоне.
2. На паре транзисторов.
3. На операционном усилителе.
4. На микросхеме импульсного регулятора.

Давайте проанализируем, каковы основные характеристики каждого из рассмотренных изменений.

На кренке

Чтобы собрать простейший стабилизатор на светодиоды для автомобиля на 12 вольт своими руками, вам потребуются:

1. Микросхема LM317 или КРЕН8Б (точнее КР142ЕН8Б), или КИА7812А.
2. Резистор 120 Ом.
3. Печатная тарелка или перфорированная панель.

На изображениях наглядно показано расположение основных схемных элементов простейшего стабилизатора светодиодов в автомобиле:

Во второй схеме на входе батареи используется выпрямительный диод 1n4007.

На двух транзисторах

Один из самых популярных автомобильных стабилизаторов напряжения для светодиодов на 12 вольт, также собранный вручную, на сегодняшний день представляет собой двухтранзисторную схему.

Переменное напряжение номиналом 12 вольт подается на диодный мост VD1 — VD4, выпрямляется и, проходя через фильтры С1 С2, сглаживается. Далее ток поступает на стабилизатор параметрического типа VD1 и переходит на резистор R2. Затем он передается от своего двигателя на ключ составного транзистора VT1 VT2. Уровень его открытия определяется состоянием двигателя переменного резистора R2 — в нижнем положении регулятора транзисторы закрыты и напряжение не поступает на нагрузку, а в верхнем состоянии регулятора R2 максимальное, а транзисторы полностью открыты, на нагрузку подается напряжение.

Интересно! Устройство позволяет устанавливать параметры выходного электрического тока в диапазоне — от 0 до 12 вольт и до 3 ампер. При сборке схемы следует учитывать, что выпрямительный диодный мост VD1 — VD4 и транзистор VT2 могут значительно перегреться. Поэтому их следует устанавливать на радиатор с полезной площадью порядка 260-270 см. Кроме того, сами диоды должны выдерживать ток не менее 10 ампер (что соответствует D245-D247).

Поставляемая в комплекте модель стабилизатора напряжения для автомобиля часто используется для светодиодных дневных ходовых огней и позволяет успешно регулировать параметры бортового тока по характеристикам осветительного прибора.

На операционном усилителе

Стабилизатор напряжения для светодиодов в автомобиле на 12 В имеет смысл изготовить своими руками, когда возникает необходимость в его работе в расширенном диапазоне рабочих параметров. Ниже представлена ​​схема такого устройства. Его главная особенность в том, что сам усилитель включен в цепь обратной связи и питается напрямую от выхода стабилизатора. Устройство характеризуется коэффициентом стабилизации около 1000, при этом выходное сопротивление не превышает 10 мкОм при КПД около 50%. Номинальный ток нагрузки — не менее 200 мкА, при двойной амплитуде пульсаций выходного напряжения — менее 60 мкВ.

Среди основных особенностей его работы:

1. Диапазон рабочих температур от -20 до +60 градусов.
2. Температурный дрейф выходного напряжения менее 0,05%.
3. Возможность увеличения выходного напряжения до 27-30 вольт.

Для решения последней проблемы необходимо между выводами «7» и «+25» установить резистор 200 Ом. Транзисторный каскад VT1 играет роль динамической нагрузки для VT4 и одновременно увеличивает общий коэффициент усиления. Транзистор P702A можно заменить аналогами P702 или KT805, а KT603G — соответственно на P308 или P309, а также КТ201V и KT203V — на MP103 или MP106.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Когда от стабилизатора напряжения для автомобиля требуется высокий КПД, лучше собрать устройство своими руками из импульсных компонентов. Наиболее распространенной является схема MAX771, представленная ниже (или аналоги 770, 772).

Выходной импульсный стабилизатор имеет мощность 15 Вт. Элементы схемы R1 и R2 разделяют показания напряжения на выходных точках. В случае, если оно становится выше базового, импульсные выпрямители просто уменьшают свое выходное значение. В противном случае устройство вместо этого увеличит этот выходной параметр.

Самостоятельная установка и установка светодиодного импульсного регулятора напряжения в автомобиле целесообразна, когда его показатель превышает 16 вольт. Если наблюдается увеличение падения нагрузки, в схему необходимо ввести операционный усилитель.

Рекомендация! Выбирая в автомобиле готовый регулятор напряжения для светодиодов, необходимо исходить из того, что система подсветки оснащена током со стабильными показателями. Для большинства осветительных приборов это 12 вольт. Если приборы сделаны своими руками, перед тем, как вставить их в схему, необходимо измерить их выходные характеристики с помощью мультиметра.

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Источники тока не имеют ничего общего с источниками напряжения. Предназначение первых заключается в стабилизации выходного параметра, а также возможном изменении выходного напряжения. Это происходит так, чтобы уровень ток все время был одинаковым. Источники тока используются для запитки светодиодных ламп, заряда АКБ в авто и т.д. Если у вас возникла необходимость сделать простейший импульсный стабилизатор тока ходовых огней 12в для автомобиля своими руками, то предлагаем вашему вниманию несколько схем.

На КРЕНке

Чтобы сделать простейший автомобильный импульсный стабилизатор тока в домашних условиях, вам потребуется микросхема 12v. Для этих целей отлично подойдет lm317. Такой стабилизатор напряжения 12 в lm317 считается регулируемым и способен функционировать с токами бортовой сети до полутора ампер. При этом показатель входного напряжения может составить до 40 вольт, lm317 в состоянии рассеивать мощность до 10 ватт. Но это возможно только в том случае, если будет соблюдаться тепловой режим.

В целом потребление тока lm317 сравнительно небольшое — в районе 8 мили ампер, и данный показатель почти никогда не изменяется. Даже в том случае, если через крен lm317 проходит другой ток или меняется показатель входного напряжение. Как вы можете понять, стабилизатор 12 в lm317 для бортовой сети авто дает возможность удерживать постоянное напряжение на компоненте R3.

Кстати, этот показатель можно регулировать благодаря использованию элемента R2, но пределы будут незначительными. В устройстве lm317 компонент R3 является устройством задающего тока. Так как показатель сопротивления lm317 всегда остается на одном и том же уровне, ток, который проходит через него, также будет стабильным (автор видео — Denis T).

Что касается входа крен lm317, ток на них составит на 8 мили ампер выше. Используя вышеописанную схему, можно разработать самый простой стабилизатор напряжения для ДХО автомобиля. Такой девайс может применяться как устройство электронной нагрузки, источника тока для подзарядки АКБ и других целей. Нужно отметить, что интегральные девайсы током 3а или меньше довольно быстро реагируют на различные изменения импульса. Что касается недостатков, то такие девайсы характеризуются слишком высоким сопротивлением, в результате чего придется применять мощные компоненты.

На двух транзисторах

Довольно распространенными сегодня являются стабилизаторы для бортовой сети автомобиля 12v на двух транзисторах. Одним из основных недостатков такого устройства является плохая стабильность тока, если происходят изменения в питающем напряжении вольт. Тем не менее, данная схема для бортовой сети автомобиля 12v подходит для многих задач.

Ниже вы сможете ознакомиться с самой схемой. В этом случае устройством, которое раздает ток, является резистор R2. Когда данный показатель растет, соответственно растет и напряжение на данном элементе. В том случае, если показатель составляет от 0.5 до 0.6 вольт, открывается компонент VT1. При открытии данное устройство будет закрывать элемент VT2, в результате чего ток, который проходит через VT2, начнет снижаться. При разработке схемы можно использовать полевой транзистор Мосфет вместе VT2.

Что касается компонента VD1, то он применяется на напряжение от 8 до 15 вольт и нужен в том случае, если его уровень слишком высокий и работоспособность транзистора может быть нарушена. Если транзистор мощный, то показатель напряжения в сети авто может составить около 20 вольт. Необходимо помнить о том, что транзистор Мосфет открывается в том случае, когда показатель напряжения на затворе составит 2 вольта. Если вы используете универсальный выпрямитель для заряда АКБ или других задач, то вам вполне хватит работы транзистора и резистора R1.

На операционном усилителе (на ОУ)

Вариант сборки устройства со специальным усилителем ошибки для авто актуален в том случае, если у вас возникла необходимость разработать устройство, работающее в широких пределах. В данном случае выполнять функцию токозадающего элемента будет R7. Операционный увелитель DA2.2 позволяет усилить уровень напряжения в вольтах токозадающего элемента. Устройство DA 2.1 предназначено для сравнивания уровня опорного параметра. Помните о том, что данная схема девайса на 3а нуждается в дополнительном питании, которое должно подаваться на разъем ХР2. Уровня напряжения в вольтах должно хватить для того, чтобы обеспечить функциональность элементов всей системы.

Устройство для авто должно быть дополнено генератором, в нашем случае эту функцию выполняет элемент REF198, характеризующийся уровнем выходного напряжения в 4 вольта. Сама схема стоит достаточно дорого, так что при необходимости вместо нее можно установить кренку. Чтобы правильно произвести настройку, следует установить ползунок резистора R1 в верхнее положение, а с помощью элемента R3 выставляется нужное значение тока 3а. Чтобы предотвратить возбуждение, используются компоненты R2, C2 и R4.

На микросхеме импульсного стабилизатора

В некоторых случаях устройство для авто должно функционировать не только в большом диапазоне нагрузок, при этом обладая высоким коэффициентом полезного действия. Тогда использование компенсационных устройств будет не целесообразным, вместо них применяются импульсные элементы.

Предлагаем ознакомиться с одной из наиболее распространенных схем МАХ771, ее особенности следующие:

• уровень опорного напряжения — 1.5 вольт;
• коэффициент полезного действия при нагрузке от 10 мили ампер до 1 ампера составит около 90%;
• показатель питания составляет от 2 до 16.5 вольт;
• мощность на выходе достигает 15 ватт (автор видео — Андрей Канаев).

Что представляет собой процедура стабилизации? Компоненты R1 и R2 — это делители выходных показателей схемы. Когда уровень делимого напряжения становится больше, чем опорное, устройство автоматически снижает выходной параметр. При обратном процессе устройство будет увеличивать данный показатель. Вы сможете получить рабочий стабилизированный источник тока в том случае, если цепи будут поменяны таким образом, что система в целом станет реагировать на выходной параметр.

Если нагрузка на устройство не особо большая, то есть менее 1.5 вольт, микросхема будет функционировать в качестве рабочего стабилизатора. Но когда этот параметр начнет резко возрастать, девайс переключится в режим стабилизации. Монтаж резистора R8 необходим только тогда, когда уровень нагрузки слишком высокий и составляет более 16 вольт.

Что касается элементы R3, то он является токораздающим. Одним из основных недостатков такого варианта является слишком высокое падение нагрузки на вышеуказанном резисторе. Если вы хотите избавиться от этого минуса, то для того, чтобы увеличить сигнал, необходимо дополнительно установить операционный усилитель.

Ну так и зачем всё это нужно то?

Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.

Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Как вы можете узнать из статьи о светодиоде, для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания — 12 вольт.

Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
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.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор — простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.

Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы (зачем резистору мощность рассказано в статье о этом приборе) . Тепловыделение растёт, КПД падает.