Каждый раз, читая новые записи в блогах сообщества я сталкиваюсь с одной и той же ошибкой — ставят стабилизатор тока там, где нужен стабилизатор напряжения и наоборот. Постараюсь объяснить на пальцах, не углубляясь в дебри терминов и формул. Особенно будет полезно тем, кто ставит драйвер для мощных светодиодов и питает им множество маломощных. Для вас — отдельный абзац в конце статьи. =)
Сразу хочу извиниться перед всеми, чьи рисунки вдруг попадут в эту статью. Спасибо за труд, отмечайтесь в комментариях. Я добавлю авторство, если нужно.
Для начала разберемся с понятиями:
СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Исходя из названия — стабилизирует напряжение.
Если написано, что стабилизатор 12В и 3А, то значит стабилизирует именно на напряжение 12В! А вот 3А — это максимальный ток, который может отдать стабилизатор. Максимальный! А не «всегда отдает 3 ампера». То есть от может отдавать и 3 миллиампера, и 1 ампер, и два… Сколько ваша схема кушает, столько и отдает. Но не больше трех.
Собственно это главное.
И теперь я перейду к описанию видов стабилизаторов напряжения:
Линейные стабилизаторы (те же КРЕН или LM7805/LM7809/LM7812 и тп)
Импульсные стабилизаторы — гораздо круче, но и дороже. Обычно для рядового покупателя это уже выглядит как некая платка с детальками.
СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
В применении к светодиодам именно их еще называют «светодиодный драйвер». Что тоже будет верно.
Теперь — к светодиодам. Ведь весь сыр-бор из-за них.
Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо.
Вот берем самый распространненый вариант соединения светодиодов (такой почти во всех лентах используется) — последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Питаем от 12 вольт.
Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели (про расчет не пишу, в интернете навалом калькуляторов).
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.
И если захотите поставить четвертый, то уже не хватит.
Вот если запитать не от 12В а от 15, то тогда хватит. Но надо учесть, что и резистор тоже надо будет пересчитать. Ну вот собственно и пришли плавно к…
Простейший ограничитель тока — резистор. Их часто ставят на те же ленты и модули. Но есть минусы — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде. И наоборот. Поэтому если у вас в сети напряжение скачет, что кони через барьеры на соревнованиях по конкуру (а в автомобилях обычно так и есть), то сначала стабилизируем напряжение, а потом ограничиваем резистором ток до тех же 20мА. И все. Нам уже плевать на скачки напряжения (стабилизатор напряжения работает), а светодиод сыт и светит на радость всем.
То есть — если ставим резистор в автомобиле, то нужно стабилизировать напряжение.
Можно и не стабилизировать, если вы расчитаете резистор на максимально-возможное напряжение в сети автомобиля, у вас нормальная бортовая сеть (а не китайско-русский тазопром) и сделаете запас по току хотя бы в 10%.
Ну и к тому же резисторы можно ставить только до определенной величины тока. После некоторого порога резисторы начинают адски греться и приходится их сильно увеличивать в размерах (резисторы 5Вт, 10Вт, 20Вт и тд). Плавно превращаемся в большой утюг.
Есть еще вариант — поставить в качестве ограничителя что-нибудь типа LM317 в режиме токового стабилизатора.
Импульсный стабилизатор тока (или драйвер).
Ну а в заключении — к тому, что постоянно пытаюсь доказать в дискуссиях. И доказываю. Вот только каждому отдельно объяснять одно и то же — язык отвалится. Поэтому попробую еще раз в этой статье.
Постоянно наблюдаю такую картину — задают ток драйвером для мощных светодиодов (скажем — 350мА) и ставят несколько веток светодиодов без ограничительных резисторов и прочего. И ведь люди, то вроде бы и не самые ламеры, а совершают одну и ту же ошибку раз за разом. Рассказываю, почему это плохо и к чему может привести:
Из закона Ома для полной цепи:
Сила тока в неразветвленной цепи равна сумме сил тока на ее параллельных участках.
Многие так и считают — «каждая ветка по 20мА, у меня 20 веток. Драйвер отдает 350мА, значит на каждую ветку придется даже меньше — по 17.5мА. Бинго!»
А вот и не Бинго!, а Жопа! Почему?
Сила тока в каждой ветке будет равна, если у вас идеальнейшие светодиоды с абсолютно одинаковыми параметрами. Тогда и ток будет во всех ветках одинаков, и никаких ограничителей тока не надо — взяли и поделили общий ток на количество одинаковых веток. Но такое — только в сказках.
Если параметры чуть-чуть отличаются — получили в одной ветке 19мА, в другой 17, в третьей 20…
Общее количество тока так и остается неизменным — 350мА, а вот в ветках творится безумная кака. На взгляд и не определишь, вроде светят одинаково… И вот у вас одна ветка, самая прожорливая, начинает греться сильнее остальных. И жрать больше. И греться еще сильнее. А потом раз — и потухла. И все эти ее миллиамперы разбежались по остальным веткам. И вот еще одна ветка, недавно вроде нормально горевшая берет и тухнет следом. И уже вдвое больший ток уходит на другие ветки, ведь общий ток жестко задан 350мА. Процесс лавинообразный и вот уже пришел кирдык всей этой схеме, потому что все 350мА усосались в оставшиеся светодиоды и никто-никто их не спас… А стояли бы, как полагается, по отдельному стабилизатору (хотя бы банальному резистору) на каждой ветка — работала бы и дальше.
Именно это мы и видим в китайских модулях и кукурузинах, которые горят как спички через неделю/месяц работы. Потому что светодиоды имеют адский разброс, а китайцы на драйверах экономят покруче, чем кто либо еще. Почему не горят фирменные модули и лампы Osram, Philips и тд? Потому что они делают довольно мощную отбраковку светодиодов и от всего дичайшего количества выпущенных светодиодов остается 10-15%, которые по параметрам практически идентичны и из них можно сделать такой простой вид, какой и пытаются сделать многие — один мощный драйвер и много одинаковых цепочек светодиодов без драйверов. Но только вот в условиях «купил светодиоды на рынке и запаял сам» как правило будет им нехорошо. Потому что даже у «некитая» будет разброс. Может повезти и работать долго, а может и нет.
Да и токовый драйвер по-сравнению со стабилизатором напряжения и копеечными резисторами как правило дороже. Ну нафига стрелять в мишень для мелкокалиберной винтовки из танка? Цель-то поразим, вопросов нет. Но вместе с ней еще и воронку оставим. =))
Да и просто — сделать правильно и сделать «смотрите как я сэкономил, а остальные — дураки» — это несколько разные вещи. Даже очень сильно разные. Учитесь делать не как пресловутые китайцы, учитесь делать красиво и правильно. Это сказано давно и не мной. Я лишь попробовал в стотыщпятьсотый раз объяснить прописные истины. Уж звиняйте, если криво объяснял =)
Ну и напоследок тем, кому даже такое изложение было слишком заумным.
Запомните следующее и старайтесь следовать этому (здесь «цепочка» — это один светодиод или несколько ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-соединенных светодиодов):
1. КАЖДОЙ цепочке — свой ограничитель тока (резистор или драйвер…)
2. Маломощная цепочка до 300мА? Ставим резистор и достаточно.
3. Напряжение нестабильно? Cтавим СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
4. Ток больше 300мА? Ставим на КАЖДУЮ цепочку ДРАЙВЕР (стабилизатор тока) без стабилизатора напряжения.
Вот так будет правильно и самое главное — будет работать долго и светить ярко!
Ну и надеюсь, что все вышенаписанное убережет многих от ошибок и поможет сэкономить средства и нервы.
Ну ладно, рябятке.
Нюансов еще очень много, а я и так уже немаленькую статью-то накатал. Пожалуй все остальное — в комментариях.
Засим откланиваюсь,
Всегда ваш — ЛедЗлыдень Борисыч.
На смену популярной отечественной линейке КРЕНхх пришёл импортный стабилизатор на микрохеме L7812 (или просто 7812). Его схема включения не изменилась, да и характеристики улучшились незначительно. Подробнее смотрите в даташите к нему.
Технические параметры L7812
- Корпус TO220
- Номинальный выходной ток, А 1.2
- Максимальное входное напряжение, В 40
- Выходное напряжение, В 12
Цоколёвка показана на рисунке ниже. Там вы можете увидеть и отличия по подключению L7812 от L7912, работающего с общим плюсом.
При всех своих достоинствах, данный стабилизатор напряжения обладает максимальным током нагрузки в 1,5А, что зачастую не позволяет его использовать для питания различного рода токоемких устройств, к примеру автомобильную магнитолу. Однако неплохие характеристики этого стабилизатора и наличие защиты создали ему популярность. Описанная в datasheet схема увеличения максимального тока использует дополнительный мощный P-N-P транзистор.
Описанная же мной схема работает c N-P-N транзисторами, куда отлично впишутся КТ803/КТ805/КТ808, которые можно найти везде. Поэтому если вы живете в деревне и мощных P-N-P транзисторов вам не найти, как в 70-80-е годы прошлого века, смело собирайте.
Диод D1 компенсирует падение 0,6В на силовом транзисторе Q1, включенном по схеме эмиттерного повторителя. В качестве D1 пойдут 1N4007 и аналогичные. В качестве Q1 КТ803, КТ805, КТ808, КТ819 в металлических корпусах. Можно все оставить так, а можно сделать и так:
Как выбрать радиатор? Выделяемая на силовом транзисторе мощность приблизительно равна:
P=(Uвход-Uвыход)*Iнагр
Тогда приблизительно каждый ватт тепла необходимо рассеить на 10см2 охлаждающей поверхности.
Сам стабилизатор L7812 устанавливается на тот-же радиатор или на отдельный, по площади приблительно в 30 раз меньшей, чем у Q1.
Какой выбрать максимальный ток полученного стабилизатора? Здесь все зависит от тока, который вам нужен. Это должен быть такой ток, который не выходил бы за пределы допустимого для Q1. Предположим максимальный ток 3А. Падение напряжения на резисторе R1 – 0.6В. Тогда:
Рассеиваемая им мощность: P=(Uпад^2)/R1=1.8Вт, с технологическим запасом 50% вам потребуется резистор мощностью 4Вт.
Этот стабилизатор размещен в корпусе ТО – 220, имеющем три вывода. Он способен стабилизировать напряжение 12 вольт, что дает возможность применять его в разных электронных приборах.
- Тип выхода – постоянный.
- Ток выхода – 1 ампер.
- Наименьшая температура работы — 0 градусов.
- Наибольшая рабочая температура — 125 градусов.
- Число выводов – 3.
- Номинальное напряжение – 12 вольт.
- Наименьшее напряжение входа – 14,5 вольт.
- Наибольшее напряжение входа – 27 вольт.
- Тип корпуса – ТО – 220 АВ.
Чаще всего такие стабилизаторы используются в какой-то одной части схемы в том случае, когда нет смысла для создания целого блока питания устройств. В стабилизаторе 7812 используется внутренняя токовая защита от перегрева. Это делает блок на его базе очень надежным. При хорошем охлаждении радиатором, устройство стабилизации 7812 способен выдать ток 1 ампер. Наибольшее напряжение входа должно равняться не ниже 14,8 В и не выше 35 В.
Такие стабилизаторы создавались для источников определенного постоянного напряжения 12 В, с использованием дополнительных элементов можно переделать эти устройства в стабилизированные источники тока с возможностью регулировки.
Схема действия стабилизатора, подходящая для всех микросхем этого типа:
Трехвыводные стабилизаторы
Для многих неответственных использований оптимальным выбором будет обычный 3-выводный стабилизатор. У него имеется всего 3 наружных вывода. Он имеет заводскую настройку на фиксированное напряжение. Серия 7800 – это представители стабилизаторов этого типа. В последних двух цифрах указывается напряжение. Об одном из этой серии, мы уже рассказывали ранее (7805)
На рисунке изображено, как просто выполнить стабилизатор, к примеру, на 5 вольт, применив одну схему. Емкость, подключенная параллельно выходу, оптимизирует процессы перехода и задерживает сопротивление выхода на низком уровне при повышенных частотах. Если прибор находится далеко от фильтра, то нужно использовать вспомогательный конденсатор входа. Серия 7800 производится в металлических и пластиковых корпусах.
lm7812 стабилизатор 12 В
Стабилизатор напряжения 7812 изменяет напряжение величиной до 20 В в 12 В. Этот прибор часто использовался для создания стабильного напряжения работы устройств низкого напряжения: усилителя звука, микроконтроллеров, осветительных ламп.
На входной каскад можно подключить нестабильную величину напряжения, и даже переменное значение. LM 7812 является стабилизатором, входящим в серию микросхем 78хх. Они отличаются лишь напряжением выхода, остальные параметры остаются прежними.
Для лучшего отвода тепла прикрепляют охлаждающий радиатор к корпусу стабилизатора. Его можно снять от старых устройств с платы. Вместо радиатора можно использовать жесть от банок, нарезав ее полосками, и просверлив в них отверстия для крепления на винт.