Схема стабилизатор тока 20ма

Товары c aliexpress, новинки, обзоры. Диагностика автомобилей Vag. Ретрофит фар

Как надежно запитать светодиоды, чтобы и не сгорали. LM317

• Перейти на страницу:

Как надежно запитать светодиоды, чтобы и не сгорали. LM317

Сообщение light » 13 мар 2008, 23:45

LM317 в стабилизаторе тока светодиодов.
Или, как надежно запитать светодиоды, чтобы горели и не сгорали.

Пройдет еще 5-10 лет и
твердотельные источники
света вытеснят все
остальные.

В настоящее время в нашу жизнь интенсивно внедряются светодиоды. Основная проблема оказывается как из запитать. Дело в том, что главным параметром для долговечности светодиода является не напряжение его питание, а ток который по нему течет. Например, красные светодиоды по напряжению питания могут иметь разброс от 1.8 вольта до 2,6, белые от 3,0 до 3,7 вольта. Даже в одной партии одного производителя могут встречаться светодиоды с разным рабочим напряжением. Нюанс заключается в том, что светодиоды изготовленные на основе AlInGaP/GaAs (красные, желтые, зеленые — классические) довольно хорошо выдерживают перегрузку по току, а светодиоды на основе GaInN/GaN (синие, зеленые (сине-зеленые), белые) при перегрузке по току например в 2 раза живут . часа 2-3. Так, что если желаете чтобы светодиод горел и не сгорел в течении ходя бы 5 лет позаботьтесь о его питании.

Если мы устанавливаем светодиоды в цепочки (последовательное соединение) или подключаем параллельно добиться одинаковой светимости можно только если протекающий ток будет через них одинаков.

Еще хочу заострить внимание на том что светодиоды очень боятся обратного напряжения, оно очень низкое 5 — 6 вольт, импульсы обратного тока (а автомашинах) способны значительно сократить срок службы.

Значить как сделать самый простой стабилизатор тока?

[spoiler=как сделать самый простой стабилизатор тока]

Для тех кто не знает Vin — это сюда подается напряжение, Vout — отсюда получаем. а Adjust вход регулировки. В двух словах LM317 это стабилизатор с регулируемым выходным напряжением. Минимальное выходное напряжение 1,25 вольта (это если Adjust «посадить» прямо на землю) и до входного напряжения минус наши 1,25 вольта. Т.К. максимальное входное напряжение составляет 37 вольт, то можно делать стабилизаторы тока до 37 вольт соответственно.

Для того чтобы LM317 превратить в стабилизатор напряжения нужен всего 1 резистор!

Схема включения выглядит следующим образом:

А теперь пример с учетом всего выше сказанного. Сделаем стабилизатор тока для белых светодиодов с рабочим током 20 мА, условия эксплуатации автомобиль (сейчас так моден световой тюннинг. ).

Для белых светодиодов рабочее напряжение в среднем равно 3,2 вольта. В автомашине (легковой) бортовое напряжение колеблется (в опять же среднем) от 11,6 вольт в режиме работы от аккумулятора и до 14,2 вольта при работающем двигателе. Для российских машин учтем выбросы в «обратке» (и в прямом направлении до 100 ! вольт).

Включить последовательно можно только 3 светодиода — 3,2*3 = 9,6 вольта, плюс 1,25 падение на стабилизаторе = 10,85. Плюс диод от обратного напряжения 0,6 вольта = 11,45 вольта.

Полученное значение 11,45 вольта ниже самого низкого напряжения в автомобиле — это хорошо! Это значит на выходе будет всегда наши 20 мА независимо от напряжения в бортовой сети автомобиля. Для защиты от выбросов положительной полярности поставим после диода супрессор на 24 вольта.

P.S. Подбирайте количество светодиодов так чтобы на стабилизаторе оставалось как можно меньше напряжения (но не меньше 1,3 вольта), это надо для уменьшения рассеиваемой мощности на самом стабилизаторе. Это особенно важно для больших токов. И не забудьте, что на токи от 350 мА и выше LMка потребует радиатор.

Вот и все!

наша схема, удачи Вам!

В принципе супрессор для дешевых светодиодов можно и не ставить, н о диод для в автомобиле обязателен! Рекомендую его ставить даже если вы просто подключаете светодиоды с гасящим резистором.

Как рассчитывать сопротивление резистора для светодиодов я думаю описывать излишне, но если надо пишите на форуме.

Еще забыл: — по схеме, если непонятно! На К1 подаем плюс «+», а на К2 минус (на шасси автомашины садим).

Re: Как надежно запитать светодиоды, чтобы и не сгорали. LM

Сообщение Ozon » 19 мар 2008, 01:09

Данная статья не претендует на оригинальность.
[spoiler=Описываемый стабилизатор обладает следующими характеристиками:]Описываемый стабилизатор обладает следующими характеристиками:
• максимальный ток — 2 А
• выходное напряжение 1,25 — 12 В
• максимальная рассеиваемая мощность — 15А
• стабилизация по входу — 0,01%/В
• стабилизация по нагрузке — 0,1%
• ослабление пульсаций — 80 дБ
Основным элементом стабилизатора является замечательная микросхема LM317T. В микросхеме имеется полная защита от перегузок, ограничения по току, тепловая защита. Все выше перечисленные защиты отлично работают в отличие , от аналогов отечественного производства.
Схема стабилизатора очень проста и не требует практически ни каких пояснений.
Резистор R2 является регулятором выходного напряжения. При минимуме R2 напряжение на выходе стабилизатора минимально — 1,25 В. При максимуме соответственно максимально (если отключить нижний по схеме вывод R2, то Uвых равно Uвх).
Несколько слов о конструктивных особенностях стабилизаторов на микросхемах серии LM117/LM217/LM317.
На входе стабилизатора рекомендуется использовать шунтирующий керамический конденсатор емкостью 0,1 мкф или танталовый 1 мкф включенный как можно ближе к выводам стабилизатора. Не рекомендуется шунтировать выход стабилизатора емкостями в диапазоне от 500 до 5000 пФ, т.к. это приводит к чрезмерному «звону» выходного напряжения.
Резистор R1 следует подключать непосредственно вблизи выводов стабилизатора. Подключение данного резистора вблизи нагрузки достаточно сильно снижает стабилизацию. Резистор R2 необходимо подключать верхним по схеме выводом так же ближе к стабилизатору, а провод от нижнего вывода ближе к нагрузке.
Ток корый может выдержать стабилизатор конечно маловат, но это не страшно, т.к. стабилизаторы можно включать паралельно. К каждой микросхеме-стабилизатору всего лишь необходимо подключить свои Д1, Д2 и включить в имеющеюся схему стабилизатора. Таким образом можно изготавливать блоки питания на 15 А и более. Входные и выходные напряжения так же могут варироваться в больших пределах главное, что бы разница между входным и выходным напряжением не привышала 40 вольт!
Следует помнить при установке микросхем на радиатор, что фланец микросхемы следует изолировать от радиатора, т.к. на фланце присутствует напряжение Uвых.
Более подробную информацию можно найти на сайте производителей (National Semiconductor).
HamFan

PicHobby.lg.ua

Полезные изобретения на микроконтроллерах

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

• Автор: Ерёмин Антон
• Добавить комментарий

В статье расскажу, как сделать простой стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе.

Описание задумки.

Задолго до разработки фонарика на ATtiny13 мне уже доводилось работать со сверх-яркими светодиодами. И что могу сказать. Редкий радиолюбитель жаждет чтобы светодиоды перегорали, как можно чаще! :). Особенно мощные и дорогие. Вот и мне этого не хотелось и решил взяться за разработку стабилизатора тока.

Немного теории.

Мне часто задают один и тот же вопрос, мол почему именно стабилизатор тока лучше для светодиодов, а не стабилизатор напряжения. Ответ простой, но он многим не нравиться. Постараюсь пояснить на вольт-амперной характеристики(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528, рисунок 1.

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528 при 25⁰С.

Ось У – ток через светодиод.

Ось Х – падение напряжения на светодиоде.

Теперь внимание! Заявленный производителем ток для данного светодиода равен 20мА. Смотрим на рисунок и видим, что ток 20 мА приблизительно соответствует напряжению на светодиоде 3,4В. Если поднять напряжение на светодиоде до 3,5В, а это всего лишь на 0,1В больше чем его типовое напряжение, то ток увеличиться до 50мА, а это в 2,5 раза больше чем его заявленный ток. Если всё перевести в процентное соотношение, то получиться что ток возрастает в 2,5 раза, при увеличении напряжения всего лишь на 3%(округлил). Вот почему стабилизатор напряжения должен быть практически идеальным!

Теперь рассмотрим стабилизатор тока. Если стабилизировать ток 20мА, то увеличение тока на 3% даст результат – 20,6мА. Согласитесь, что это совсем другой результат и он куда лучше предыдущего!

Иногда мне пытаются доказать, что последовательное соединение светодиодов + стабилизатор напряжения лучше, чем параллельное + стабилизатор тока. Это, конечно, тема для отдельной статьи, но хочу тут немного пояснить, что параллельное соединение однозначно выигрывает.

Для примера возьмём пять светодиодов 20мА, 3,4В и соединим их последовательно и параллельно. При последовательном соединении если один светодиод перегорает и остаётся замкнутым, а такое бывает и часто, напряжение 17В(3,4В*5шт) делится между оставшимися четырьмя светодиодами в равных пропорциях (предположим что так). Получается, что падение напряжение на каждом светодиоде будет — 4,25В (17В/4шт). Ток при этом возрастает до неимоверных значений, а это приводит к последовательному перегоранию оставшихся светодиодов или части из них.

При параллельном соединении и стабилизации тока в 100мА(20мА*5шт) перегорание светодиода приведёт к увеличению тока на оставшихся всего на 5мА(20мА/4шт). Или по-другому: 100мА/4шт = 25мА – ток на каждом светодиоде. Разница очевидна! В этой статье не буду больше приводить плюсы и минусы каждого из решений, статья совсем о другом. Надеюсь пример был понятным. Мой личный выбор всегда на стороне параллельного соединения светодиодов и стабилизатора тока для них. Если и ваш тоже, то читайте дальше, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов.

О схеме.

Принципиальная схема стабилизатора тока на полевом транзисторе показана на рисунке 2.

Резистор R1 нужен для того чтобы транзистор VT2 открывался. Стабилитрон VD1 защищает затвор от перенапряжения, для транзистора P0903BDG максимальное напряжение затвор-сток – 20В. Если у вас другой транзистор, то информацию на него смотрите в даташите. Параметр этот называется Gate-Source Voltage. Если напряжение питание значительно меньше максимального напряжения затвор-сток, то можно вообще стабилитрон не ставить. Резисторы R2-R6 выполняют роль шунта. На схему добавил их побольше чтобы можно было удобно подобрать нужный номинал.

Схема работает следующим образом. В начальный момент времени транзистор VT2 открыт, ток протекает через светодиоды и шунт из резисторов R2-R6, транзистор VT1 закрыт. При протекании тока через шунт на нём падает определённое напряжение и если оно равняется напряжению открытия транзистора VT1, то он открывается и «садит» затвор транзистора VT2 на минус питания, транзистор VT2 закрывается и ток через светодиоды и шунт начинает снижаться. При снижении тока через светодиоды будет снижаться падение напряжение и на шунте, как только напряжение станет меньше чем нужно для открытия транзистора VT1, он закроется и «освободит» затвор транзистора VT2. Транзистор VT2 снова откроется и ток устремиться к светодиодам и шунту. Дальше все повторяется по кругу.

Настройка.

Настройка схемы заключается в определении необходимого тока для светодиодов и подбору номиналов резисторов шунта. Приблизительно считаю, что падение напряжение на шунте должно быть около 0,5В. Этого напряжения достаточно для открытия транзистора VT1. Хотя по даташиту напряжение база-эмиттер для транзистора BC846 – 0,66В, для отечественных – 0,7В.

В качестве примера рассчитаю для вас номиналы резисторов шунта на ток 170мА.

Сопротивление шунта(Ом) = падение напряжение на шунте(В) / ток через шунт (А), получается: Сопротивление шунта = 0,5В / 0,17А = 2,94 Ом. Полученный результат округляю до 3 Ом. Из стандартного ряда можно взять два резистора номиналом 1 Ом и 2 Ом и впаять их на плату, как R2, R3. Резисторы R4-R6 при этом исключаются из схемы.

Дальше нужно проверить какой ток стабилизирует стабилизатор. Для проверки потребуется амперметр или миллиамперметр. Прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания, подать питающее напряжение, оно, кстати, должно быть больше чем типовое питание светодиодов. Лучше использовать источник питания с возможностью регулировки выходного напряжения. Подключаем, регулируем, смотрим.

В определённый момент времени ток через стабилизатор перестанет меняться – это и будет током стабилизации. Дальнейшее увеличение напряжения ничего не изменит, разве что добавит разогрев транзистора VT2. Нужно понимать, что всё избыточное напряжение будет выделяться на транзисторе VT2 в качестве тепла. Если ток стабилизации получился таким какой нужен значит подбор шунта закончен, если же ток отличается от нужного значения в большую сторону – увеличиваем сопротивление шунта, в меньшую – уменьшаем.

О печатной плате.

Печатную плату разрабатывал под SMD компоненты в программе P-CAD 2006. Размеры платы – 37×18мм, рисунок 3. Вы можете разработать свою печатную плату и прислать мне файл для размещения на сайте.

О деталях.

Перечень деталей, необходимых для сборки стабилизатора тока, свёл в таблицу 1.

Простой источник питания на компонентах Diotec Semiconductor

Каким должен быть источник питания? Очевидно, что ответ на этот вопрос зависит от требований конкретного применения. При этом у каждого из существующих решений есть как достоинства, так и недостатки. Например, линейные стабилизаторы отличаются простой схемой включения и минимальным уровнем собственных шумов. Вместе с тем их КПД оказывается относительно низким, а диапазон входных напряжений, как правило, не превышает 36 В. Импульсные понижающие преобразователи, напротив, могут похвастаться высоким КПД и широким диапазоном входных напряжений (100 В и даже выше), зато их схемная реализация сложна, а шумовые характеристики оставляют желать лучшего.

В статье рассматривается схема простого источника питания, построенного с использованием компонентов от Diotec. Данный источник, как и линейный стабилизатор, характеризуется простой схемой включения, минимальным уровнем шумов и высокой стабильностью выходного напряжения. При этом от линейного стабилизатора он отличается расширенным диапазоном входных напряжений и высокой степенью защиты от внешних помех.

Разобраться в особенностях предлагаемого решения помогает отладочная плата Demoboard 3990 от Diotec (рис. 1). Ключевыми элементами рассматриваемого источника питания являются стабилизатор тока CL10MD и шунтовый стабилизатор напряжения MMTL431 от Diotec.

Рис. 1. Внешний вид и электрическая схема оценочной платы Demoboard 3990 от Diotec

Обзор элементов питания Diotec

CL10MD — ограничительный диод (current limiting diode, CLD) с широким диапазоном рабочих напряжений и током стабилизации 20 мА.

Рис. 2. Внешний вид и BAX стабилизатора тока CL10MD

Принцип работы CL10MD легче всего пояснить с помощью его вольт-амперной характеристики (рис. 2). Как видно из ВАХ, стабилизатор позволяет ограничить величину входного тока в широком диапазоне напряжений. Стабилизация тока (80% от номинала) начинается при напряжениях выше 3 В (VL). Максимальное падение напряжения для CL10MD составляет 90 В. Важно отметить, что реальный диапазон рабочих напряжений сильно зависит от условий конкретного применения, в частности от температуры окружающей среды и качества теплоотвода. CL10MD изготавливается в корпусном исполнении DO-213AA и способен рассеивать около 1 Вт мощности.

MMTL431 — шунтовый регулируемый стабилизатор напряжения с максимальным входным напряжением 37 В и шунтовым током –100…+150 мА. Схема включения MMTL431, а также формула расчета выходного напряжения представлены на рис. 3.

Главное преимущество MMTL431 заключается в том, что в отличие от обычных стабилитронов его выходное напряжение слабо зависит от величины тока.

При совместном использовании CL10MD и MMTL431 можно получить простой и универсальный источник питания с широким диапазоном рабочих напряжений и минимальным набором внешних компонентов. Рассмотрим два демонстрационных примера с помощью отладочной платы Demoboard 3990 от Diotec.

Рис. 3. Схема включения стабилизатора MMTL431

Простой источник питания для светодиодов

Для создания источника питания светодиода с входным напряжением 6–60 В потребуется лишь один стабилизатор CL10MD. При этом пассивные компоненты окажутся и вовсе не нужны. Для демонстрации данного решения используется отладочная плата Demoboard 3990.

Для проведения опыта необходимо установить перемычку (jumper), как показано на рис. 4. Чтобы дезактивировать стабилизатор MMTL431, плюс входного источника питания следует подключать к выводу 1 разъема К1, а минус — к выводу 2 разъема K2.

Рис. 4. Схема питания светодиода на базе CL10MD

Принцип работы схемы очень прост. При изменении входного напряжения в диапазоне 6–60 В стабилизатор CL10MD ограничивает ток через светодиод на уровне 20 мА.

Нижний порог напряжения 6 В определяется минимальным падением напряжения CL10MD (3 В) и падением самого светодиода (3 В). Верхний порог 60 В ограничен допустимым перегревом стабилизатора (рис. 5). Согласно спецификации, CL10MD может работать при температуре кристалла +150 °С, однако для сохранения длительного срока службы следует как можно меньше его нагружать.

Рис. 5. Перегрев стабилизатора тока CL10MD

Простой источник питания для маломощных устройств

Как было сказано выше, шунтовый стабилизатор MMTL431 способен работать с напряжениями до 37 В. Однако с помощью CL10MD диапазон входных напряжений источника питания можно расширить до 60 В. Продемонстрировать работу этого источника можно посредством Demoboard 3990.

При проведении испытаний следует использовать конфигурацию платы, изображенную на рис. 6. Для этого следует удалить перемычку. Входное напряжение подается на разъем K1, а выходное напряжение 3,3 В снимается с разъема К2.

Рис. 6. Схема источника питания 3,3 В с широким диапазоном входных напряжений 60 В

Величина входного тока ограничивается входным стабилизатором CL10MD на уровне 20 мА. Стабилизацию выходного напряжения осуществляет MMTL431. Величина напряжения определяется положением потенциометра Р1.

В данном случае CL10MD способен обеспечивать выходной ток до 20 мА при входном напряжении более 6,3 В (собственное падение 3 В плюс выходное напряжение 3,3 В), однако уже при напряжении свыше 3,5 В удается запитать нагрузку током до 1 мА.

Схема демонстрирует отличную стабильность в широком диапазоне входных напряжений даже при повышении температуры вследствие саморазогрева (рис. 7). Это позволяет использовать ее для питания маломощных потребителей, в том числе микроконтроллеров, датчиков и аналоговых микросхем.

Рис. 7. Перегрев элементов схемы источника питания

Достоинства и недостатки предлагаемой схемы

Как и для любой другой линейной схемы, основным недостатком предлагаемого источника питания являются высокие собственные потери при высоких входных напряжениях. Однако у него есть достоинства, которые делают его весьма интересным для целого ряда приложений:

• широкий диапазон входных напряжений вплоть до 60 В;
• высокая точность выходного напряжения;
• высокая степень защиты от статики;
• отсутствие значительных ограничений по емкости входного и выходного фильтров;
• низкая стоимость.

В качестве примера в таблице приведены результаты сравнения характеристик различных источников питания.

Заключение

Источник питания, построенный на базе стабилизатора тока CL10MD и стабилизатора напряжения MMTL431, является интересной альтернативой традиционным линейным и импульсным регуляторам напряжения и может быть использован для питания маломощной нагрузки, в том числе микроконтроллеров.

К основным преимуществам предлагаемого решения относятся: широкий диапазон входных напряжений 3–60 В, высокая точность выходного напряжения, высокая степень защиты от статики, простота схемной реализации.

Испытатель токовых входов 4-20 мА

В промышленной автоматике широко применяются датчики с токовыми выходами от 4 до 20 мА. Первое из этих значений соответствует нижней границе диапазона измеряемой величины, вторая — верхней. Поясню на абстрактном примере: некий датчик измеряет количество кошек в подвале в диапазоне от 0 до 500 кошек. Нулю кошек соответствует 4 мА, пятистам кошкам — 20 мА. Предположим, что сейчас в подвале 200 кошек. Вычисляем ток, который устройство должно выдать в линию: I=4+200((20-4)/500)=10,4 мА. Теперь перенесёмся на сторону принимающего устройства и вычислим по этому значению тока количество кошек: N=(10,4-4)(500/(20-4))=200 кошек. К точности сопротивления линии и нагрузки в приёмнике никаких требований не предъявляется: в датчике расположен стабилизатор тока, благодаря которому напряжение, приложенное к линии, будет автоматически выставлено именно таким, какое требуется для получения заданного тока. Конечно, «в продакшене» там вместо кошек будут скучные градусы или мегапаскали. А если ток упадёт до нуля мА, это будет считаться обрывом линии.

Имея источник стабильного напряжения в 5 В и переменный резистор с характеристикой A, лекго получить напряжение, плавно меняющееся от 0 до 5 В. Это напряжение можно подать на источник тока, управляемый напряжением (ИТУН), схема которого показана ниже. Здесь R1 — резистор, определяющий верхний предел регулировки тока (5 В / 250 Ом = 0,02 А), а RL — суммарное сопротивление линии и нагрузки, при изменении которого в определённых пределах ток не меняется. Схема позволяет имитировать как аварийные (ток от 0 для 4 мА), так и штатные (ток от 4 до 20 мА) ситуации.

Перейдём к полной схеме прибора:

Питается он от однополярного источника напряжения от 20 до 24 В (на схеме не показан). Мастером выбран готовый импульсный повышающий преобразователь, питаемый от «Кроны». На плате преобразователя имеется подстроечный резистор, которым следует выставить около 22 В. Следует учитывать, что при повышенной влажности определённую опасность может представлять даже это напряжение.

Наконец, третий ОУ включён рассмотренным выше способом, отчего он становится источником стабильного тока от 0 до 20 мА. Схемы на втором и третьем ОУ снабжены подстроечными резрсторами, позволяющими максимально точно подобрать коэффициенты усиления.

Для повышения надёжности прибор снабжён защитными диодами и термисторами с положительным температурным коэффициентом.

Корпус мастером выбран готовый, типа Hammond 1593PBK. Но обычная распаечная коробка значительно дешевле, а по прочности ничуть не хуже. В передней панели мастер проделывает отверстия под светодиод и переменный резистор. Отверстие малого диаметра предназначено для фиксатора, защищающего корпус переменного резистора от проворачивания.

Поверх этих отверстий мастер приклеивает шкалу, совместив окружности на ней с просверленными отверстиями:

Затем он устанавливает на свои места переменный резистор, светодиод и выключатель питания:

Вот и готова передняя панель прибора:

Мастер добавляет в устройство повышающий преобразователь:

И настраивает его на напряжение порядка 22 В (очень большая точность здесь не требуется):

Взяв микросхему LM324, содержащую целых четыре ОУ (один из них останется незадействованным), мастер собирает схему на печатной плате, но подойдёт и макетная:

Размещает плату в корпусе и подключает её к повышающему преобразователю, светодиоду, переменному резистору и щупам:

Наконец, мастер приступает к испытанию прибора:

Проверить необходимо:

— напряжение +5 В между выходом стабилизатора 7805 и общим проводом
— напряжение +10 В между выходом первого ОУ и общим проводом
— напряжение, плавно меняющееся от 0 до 20 В, между выходом второго ОУ и общим проводом
— напряжение, плавно меняющееся от -10 до +10 В, между выходами второго и первого ОУ
— ток, плавно меняющийся от 0 до 20 мА, на выходе источника тока, собранного на третьем ОУ.