Lm317 стабилизатор тока и напряжения одновременно схема – Автоматика. Электроэнергия. Электричество. Электрика. Электроснабжение. Программирование

Самодельный стабилизатор тока для зарядного устройства

Опубликовал admin | Дата 13 июля, 2017

В этой статье пойдет речь о небольшой и простенькой приставке – стабилизаторе тока, для импульсного блока питания, предназначенного в прошлом для питания ЖКИ монитора. С ее помощью можно будет подзаряжать автомобильные аккумуляторы. Эта идея и просьба принадлежит одному из посетителей сайта.

Выходные данные блока питания можно увидеть на фотографии. Двадцать вольт на выходе при токе 3,25 А, это вполне достаточно не только для подзарядки, но и неспешной полной зарядки аккумуляторов.

А если убрать родной корпус, то улучшится тепловой режим платы ИИП, это даст возможность увеличить ток заряда. Схема стабилизатора тока представлена на рисунке 1.

Стабилизатор тока реализован на микросхеме LM317, отечественный аналог указан на схеме – КР142ЕН12А. Для увеличения тока заряда применен дополнительный транзистор структуры p-n-p, в данном случае, я испытывал схему с транзистором КТ818Г.

Работа схемы

Аналогичный стабилизатор тока был описан в предыдущей статье «Зарядное устройство для гелиевых аккумуляторов на кр142ЕН12А». В данной статье меня попросили наиболее подробно описать алгоритм работы устройства. И так, схема работает следующим образом. На вход приставки подано напряжение, к выходу подключен заряжаемый аккумулятор. Через устройство начинает течь ток заряда. На резисторе R1, при прохождении тока происходит падение напряжения, равное Iзаряда • R1. Как только это падение напряжения, приложенное к переходу база – эмиттер транзистора VT1, превысит порог в 0,7 вольта, мощный транзистор начнет открываться и весь основной ток заряда, будет течь через переход коллектор – эмиттер этого транзистора. Далее сумма токов, протекающих через регулирующую микросхему и транзистор, будет протекать через резистор R2, от величины которого зависит максимально возможный зарядный ток, когда движок переменного резистора находится в верхнем по схеме положении. На резисторе R2 также создается падение напряжения, которое приложено между выводами 2 и 1 данной микросхемы, т.е. между выходом и управляющим выводами. В данной микросхеме имеется ИОН с величиной в 1,25 вольта естественно с небольшим разбросом этого параметра и все регулировки в ней происходят относительно этой величины. Таким образом, при увеличении падения напряжения на резисторе R2 выше напряжения ИОН – 1,25 В, микросхема отрабатывает таким образом, что ее выходной транзистор начинает закрываться, удерживая выходной ток схемы на определенном уровне. Ток стабилизации в этом случае будет равен Iст = 1,25/R2; Для нашей схемы – 1,25/0,39 ≈ 3,205А. У собранного мной макета схемы, максимальный ток был чуть меньше – 3,16 А. Например, для тока заряда 5А потребуется резистор с величиной сопротивления равной – 1,25 В/5 = 0,25 Ом.

Далее ток течет через диод VD1, так как падение напряжения на прямо смещенном переходе диода мало зависит от проходящего через него тока, то диод в нашем случае играет роль стабилизатора напряжения, часть которого через переменный резистор плюсуется к падению напряжения на резисторе R2. Таким образом, имея возможность изменять напряжение на управляющем выводе микросхемы относительно ее выхода, мы можем управлять величиной тока стабилизации. В моей схеме ток регулировался от 1,16 А до 3,16 А. Минимальный ток можно еще уменьшить, включив последовательно с диодом VD1, еще такой же диод. В этом случае минимальный ток будет равен примерно 0,1… 0,2 А.

Микросхема, транзистор и диод установлены на одном теплоотводе, через слюдяные прокладки. Так как элементов схемы совсем немного, то монтаж можно сделать навесным способом.

Транзистор можно применить любой с током коллектора не менее 8 А и более. Можно применить КТ825 или импортные транзисторы типа TIP107.

Диод тоже любой с прямым током 10А и более.
Вроде все. Успехов и удачи. К.В.Ю.

Чуть не забыл, чтобы не усложнять схему, вместо амперметра можно просто для переменного резистора сделать шкалу установки тока заряда.

Скачать статью

Скачать “reguliruemyj-stabilizator-toka-na-lm317” reguliruemyj-stabilizator-toka-na-lm317.rar – Загружено 570 раз – 65 KB

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:3 163

www.kondratev-v.ru

Регулируемый стабилизатор тока | Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 16 сентября, 2013

     На рисунке один изображена схема стабилизатора тока на 10А. Схема регулируемого стабилизатора тока приведена на рисунке 2.

     Величина тока стабилизации в схеме, изображенной на рис.1, полностью зависит от номинала резистора R3, найти переменный резистор с таким маленьким номиналом практически невозможно.

Стабилизатор тока на 10А. Стабилизатор тока на 5А.

     Да и мощность, выделяемая на этом резисторе относительно большая, например, при токе пять ампер и величине сопротивления 0,24 Ом, на данном резисторе выделится мощность Р = I 2 • R = 5 • 5 • 0,24 = 6Вт. Поэтому самый простой выход, это применить магазин сопротивлений, подключаемых тумблерами, как показано на рисунке 2. Все резисторы в магазине имеют одинаковый номинал. Резистор R6 включен в схему постоянно и ток стабилизации при этом будет равен 1А, мощность, выделяемая на этом резисторе, будет равна 1,2Вт. При подключении параллельно ему еще одного резистора, ток стабилизации увеличится до двух ампер, если в параллель будет включено три резистора, то ток будет равен – 3А, … четыре резистора – 4А и так далее. Дискретность изменения тока стабилизации в данном случае равна одному амперу. Меняя номиналы резисторов и количество тумблеров, можно получить необходимую вам величину регулировки тока стабилизации. Недостатком данной схемы является большое количество тумблеров и резисторов. Достоинство – все просто, можно обойтись без печатной платы. При больших рабочих токах, протекающих через транзистор, необходим радиатор соответствующей величины. Прикинуть площадь радиатора можно здесь.

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:80 229

www.kondratev-v.ru

Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах

Содержание статьи:

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.

Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т.н. эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Далее, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: Iэ = Uэ/R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды.

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы транзистора.

Например, если нужно получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиодов с прямым напряжением 3.1 В, то схему следует запитать напряжением не ниже 12 Вольт. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Транзистор следует подобрать с максимальным напряжением Uкэ не ниже напряжения питания, например, распространенный S9014 (n-p-n).

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для S9014 и диодов 1N4148 достаточно будет 10 кОм.

Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:

Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения. Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы.

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0.5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1.2 мкФ, то на транзисторе будет падать ~23 Вольт, а мощность составит около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544, можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора больше 100 мА и допустимым напряжением Uкэ не менее 300 В (подойдут, например, старые советские КТ940, КТ969).

Желаемый ток, как обычно, задается резистором R*. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5.1 В и мощность 0.5 Вт. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты).

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.6/Iнагр. При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока.

Достоинства схемы — ее простота. К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения (а следовательно и мощности) на транзисторе VT1. Это не критично при небольших токах (десятки и сотни миллиампер), однако дальнейшее увеличение тока через светодиоды потребует установки этого транзистора на радиатор.

От этого недостатка можно избавиться, применив вместо биполярного транзистора p-канальный MOSFET с низким сопротивлением сток-исток:

Нужный ток, как и прежде, задается подбором резистора R1. VT1 — любой маломощный. Вместо мощного IRL3705N можно взять, например, IRF7210 (12А, 12В) или IRLML6402 (3.7А, 20В). Смотрите сами, какие токи вам нужны.

Простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:

Вместо КП303Е подойдет, например, BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли». Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (берется из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток Uси. Это хорошо видно из графика выходной характеристики:

На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока (а значит и ток нагрузки).

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS229. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I = IR2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать.

R1 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить минимальный рабочий ток микросхемы — 1 мА.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает около 20-30 В, рассеиваемая мощность составляет менее 1.5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544 можно применить BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе TO-220 не требуют установки на радиатор до мощностей 1.5-2 Вт включительно.

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

В качестве нагрузки Rн здесь выступают 90 белых чип-светодиодов LED2835. Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0.2 Вт (24Lm), падение напряжение — 3.2 В.

Для увеличение срока службы мощность диодов специально занижена на 20% (0.16 Вт, ток 45 мА), соответственно, суммарная мощность всех светодиодов составляет — 14 Вт.

Разумеется, приведенную схему стабилизатора тока для светодиодов на 220 В можно пересчитать под любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся в распоряжении светодиодов.

С учетом допустимого разброса напряжения 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014), выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от 293 до 358 В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений, рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0.5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED < (358 — 6) / 3.2, причем, чем их больше, тем выше яркость светильника и тем меньшая мощность будет уходить в никуда (рассеиваться в виде тепла на транзисторе VT1). Максимальное напряжение Uкэ транзистора VT1 должно быть не ниже 358 — (ULED * NLED).

LM7805, LM7812…

Любой интегральный стабилизатор напряжения можно превратить в стабилизатор тока, добавив всего один резистор в соответствии со схемой:

Только надо учитывать, что, при таком включении, входное напряжение должно быть больше, чем напряжение стабилизации микросхемы на некоторую величину (падение напряжение на самом стабилизаторе). Обычно это где-то 2-2.5 вольта. Ну и, само собой, добавить напряжение на нагрузке.

Вот, например, конкретный пример стабилизатора тока для светодиодов на ЛМ7812:

Параметры схемы рассчитаны на 10 smd-диодов 5730 с прямым напряжением 3.3 вольта на каждом. Потребляемый ток (ток через светодиоды) — 300 мА. Мощность светильника ~10 Ватт.

Так как при последовательном подключении светодиодов общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом из светодиодов, то минимальное напряжение питания схемы должно быть: Uпит = 2.5 + 12 + (3.3 х 10) = 47.5 Вольт.

Рассчитать сопротивление и мощность резистора под другие значения тока можно с помощью простенькой программки Regulator Design (скачать).

Очевидно, что чем выше выходное напряжение стабилизатора, тем больше тепла будет выделяться на токозадающем резисторе и, следовательно, тем хуже КПД. Поэтому для наших целей лучше подойдет LM7805, чем LM7812.

Но я бы порекомендовал использовать для сборки своими руками драйвер для светодиода на lm317 (см. далее).

LM317

Не менее эффективным получается линейный стабилизатор тока для светодиодов на LM317. Типовая схема включения:

Простейшая схема включения LM317 для светодиодов, позволяющая собрать мощный светильник, состоит из выпрямителя с емкостным фильтром, стабилизатора тока и 93 светодиодов SMD 5630. Здесь применены MXL8-PW35-0000 (3500K, 31 Lm, 100 mA, 3.1 V, 400 mW, 5.3×3 mm).

Если такая большая гирлянда из светодиодов не нужна, то к драйверу на LM317 для питания светодиодов придется добавить балластный резистор или конденсатор (чтобы загасить лишнее напряжение). Как это сделать мы очень подробно рассматривали в этой статье.

Недостаток такой схемы токового драйвера для светодиодов в том, что при повышении напряжения в сети выше 235 вольт, LM317 окажется за пределами расчетного режима работы, а при снижении до ~208 вольт и ниже, микросхема совсем перестает стабилизировать и глубина пульсаций будет целиком и полностью зависеть от емкости С1.

Поэтому использовать такой светильник нужно там, где напряжение более менее стабильно. И на емкости этого конденсатора не стоит экономить. Диодный мост можно взять готовый (например, миниатюрный MB6S) или собрать из подходящих диодов (Uобр не менее 400 В, прямой ток >= 100 мА).

Вместо заключения

К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.

Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением импульсных стабилизаторов тока.

electro-shema.ru

Автоматика. Электроэнергия. Электричество. Электрика. Электроснабжение. Программирование

Светодиоды в наше время применяются практически везде. Если светодиод не имеет внутренней схемы стабилизации, возникает проблема в питании. Дело в том, что главным параметром для долговечности светодиода является не напряжение, а ток какой по нему течет. В частности, красные светодиоды по напряжению питания могут иметь разброс от 1.8V до 2.6, белые от 3.0 до 3.7V.
Светодиоды, которые изготовлены на основе Aluminium gallium indium phosphide/Gallium arsenide (красные, желтые, зеленые) довольно хорошо выдерживают токовую перегрузку, а светодиоды GaInN/GaN (синие, зеленые, белые) при перегрузке по току работают всего пару часов.
Когда мы устанавливаем светодиоды в цепочки (последовательное объединение) или подключаем параллельно достичь одинаковой светимости позволяется лишь когда протекающий ток будет сквозь них одинаков.Светодиоды в наше время применяются практически везде. Если светодиод не имеет внутренней схемы стабилизации, возникает проблема в питании. Дело в том, что главным параметром для долговечности светодиода является не напряжение, а ток какой по нему течет. В частности, красные светодиоды по напряжению питания могут иметь разброс от 1.8V до 2.6, белые от 3.0 до 3.7V.
Светодиоды, которые изготовлены на основе Aluminium gallium indium phosphide/Gallium arsenide (красные, желтые, зеленые) довольно хорошо выдерживают токовую перегрузку, а светодиоды GaInN/GaN (синие, зеленые, белые) при перегрузке по току работают всего пару часов.
Когда мы устанавливаем светодиоды в цепочке (последовательное объединение) или подключаем параллельно, достичь одинаковой светимости позволяется лишь тогда, когда протекающий ток будет сквозь них одинаков.
Светодиоды также боятся обратного напряжения, оно очень низкое 5 или 6 Volt, импульсы обратного тока (а автомашинах) способны значительно сократить срок службы светодиода.

Для этого можно использовать интегральный стабилизатор LM317, если нужно стабилизировать ток в пределах до 1A или LM317L если необходима стабилизация тока до 0,1А. Datasheet скачать здесь.

Так выглядит LM317 с рабочим током до 1,5 А.

А так LM317L с рабочим током до 100 мА.

Vin — это входное напряжение, Vout — выходное напряжение, а Adjust вход регулировки. LM317 это стабилизатор с регулируемым выходным напряжением. Минимальное выходное напряжение 1,25 вольта (это если Adjust подсоединить прямо на землю). Максимальное входное напряжение составляет 37V.

Стандартная схема включения выглядит таким образом

Сопротивление резистора (сопротика) равно — 1,25 разделить на требуемый ток.

Для стабилизирования до 0,1А, мощность (P) резистора 0.25W в самый раз. На токи от 350 мА до 1А рекомендуется 2W.

Пример #1
Сейчас в автомобилях и не только модно использовать светодиоды (белые) с рабочим током 20 мА. Для белых светодиодов рабочее напряжение в среднем равно 3.2 V. В автомобиле напряжение колеблется от 11 до 15 Вольт.
Последовательно можно включить три светодиода — 3.2*3 = 9.6 Вольт, + 1.25 Вольт падение на стабилизаторе = 10.85V. Плюс диод от обратного напряжения 0.6V = 11,45 V. На выходе будет всегда 20 мА независимо от напряжения в сети автомобиля.

Пример #2 стабилизация тока
На схеме ниже использованы светодиоды на 700мА, 3.6V, шунтирующий диод (диод/резистор/конденсатор является защитным элементом от дестабилизирующих факторов (обратное напряжение, наличие переменного напряжения, возможность появления высоковольтного импульса и т.д.)
Просадка напряжения на LM 317 будет 1,25V. Резистор, расчитывается так: 1.25 делим на ток светодиодов, отсюда 1.25/0.7=1.8Ом.

Схема создана в программе Multisim.

Для рассеивания тепла от стабилизатора можно использовать радиатор. Если используется радиатор, то не забудьте изолировать \»язычок\» стабилизатора или радиатор целиком от шасси (\»земли\», общего провода). Хорошей практикой является и использование теплопроводной пасты (КПТ), которая помещается между металлическим \»язычком\» ИС LM-317 и теплоотводом. Пример: входное напряжение ИС составляет 24 В, а выходное – 9 В, разница составляет 15 Вольт. Если ток, потребляемый от стабилизатора составляет 0,1 А, то рассеиваемая мощность составит: 15 В * 0,1 А = 1,5 Вт. В этом случае, небольшой радиатор ИС не помешает.

Пример #3 для стабилизации напряжения в автомобиле
Смысл стабилизатора напряжения — уравнивать его. При зарядке генератор в авто выдаёт порядка 13-15В, напряжение не стабильно. Перепады выравнивает стабилизатор. На входе стабилизатора от 11 до 15В, а на выходе строго 12В. В схеме ниже использован стабилизатор LM7812, конденсаторы по 1mF. (миллифарад), диод.

Схема создана в программе Multisim.

(Просмотрено 5236 раз)

destrezaelekter.com