Основные узлы регулируемого блока питания
Трансформаторный источник питания в большинстве случаев выполняется по следующей структурной схеме.
Узлы трансформаторного БП.
Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор его схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Чаще всего применяется мостовая двухполупериодная схема. Реже – однополупериодная, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, да и уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет выведенную среднюю точку, то двухполупериодная схема может быть построена на двух диодах вместо четырех.
Двухполупериодный выпрямитель для трансформатора со средней точкой.
Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная цепь для питания первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций наиболее низок, а мощность трансформатора используется наиболее полно.
После выпрямителя устанавливается фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, параллельно которому ставится керамический конденсатор малой емкости. Его назначение – компенсировать конструктивную индуктивность оксидного конденсатора, который изготовлен в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате получившаяся паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.
Далее стоит стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампер. Если нужен выходной ток выше этого значения, проще весь источник питания выполнить по импульсной схеме, поэтому обычно здесь используется линейный регулятор.
Выходной фильтр выполняется на базе оксидного конденсатора относительно небольшой емкости.
Обобщенная блок-схема импульсного БП.
Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.
Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.
Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.
Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В
Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.
Второй способ включения– через гасящий конденсатор.
Сетевое напряжение подают на «мост» на диодах VD1-VD4. Конденсатор С1 «погасит» около 215-217 В. Остаток выпрямится. После фильтрации конденсатором С2 постоянное напряжение подают на светодиод. Не забудьте об ограничении тока через диод резистором.
Еще одна схема подключения – с однополупериодным выпрямителем на диоде и с ограничивающим резистором, величиной 30 кОм.
ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей
Подробная информация о подключении светодиода к сети 220 В .
Способы подключения
Установка дополнительного резистора гасит излишки мощности электричества
Простейший подход к решению проблемы недопустимого для диода обратного напряжения – установка последовательно с ним дополнительного резистора, который способен ограничить 220 Вольт. Этот элемент получил название гасящего, так как он «рассеивает» на себе излишки мощности, оставляя светодиоду необходимые для его работы 12-24 Вольта.
Последовательная установка ограничивающего резистора также решает проблему обратного напряжения на переходе диода, которое снижается до тех же величин. В качестве модификации последовательного включения с ограничением напряжения рассматривается смешанная или комбинированная схема подключения светодиодов в 220 В. В ней на один резистор последовательный резистор приходится несколько параллельно соединенных диодов.
Подключение светодиода можно организовать по схеме, в которой вместо резистора используется обычный диод, имеющий высокое напряжение обратного пробоя (желательно – до 400 Вольт и более). Для этих целей удобнее всего взять типовое изделие марки 1N4007 с заявленным в характеристиках показателем до 1000 Вольт. При его установке в последовательную цепочку (при изготовлении гирлянды, например), обратная часть волны выпрямляется полупроводниковым диодом. Он в этом случае выполняет функцию шунта, защищающего чип светового элемента от пробоя.
Шунтирование светодиода обычным диодом (встречно-параллельное подключение)
Встречно-параллельное подключение
Другой распространенный вариант «нейтрализации» обратной полуволны состоит в использовании совместно с гасящим резистором еще одного светодиода, включаемого параллельно и навстречу первому элементу. В этой схеме обратное напряжение «замыкается» через параллельно подключенный диод и ограничивается дополнительным сопротивлением, включенным последовательно.
Такое соединение двух светодиодов напоминает предыдущий вариант, но с одним отличием. Каждый из них работает со «своей» частью синусоиды, обеспечивая другому элементу защиту от пробоя.
Подтверждением этому является следующий пример. Пусть используется гасящий резистор номиналом 24 кОм и светодиод с рабочим током 9 мА. Рассеиваемая на сопротивлении мощность будет равна 9х9х24=1944 мВт (после округления – порядка 2-х Ватт). Чтобы резистор работал в оптимальном режиме, он выбирается со значением P не менее 3 Вт. На самом светодиоде расходуется совсем ничтожная часть энергии.
С другой стороны, при использовании нескольких последовательно подключенных LED элементов ставить гасящий резистор из соображений оптимального режима их свечения нецелесообразно. Если выбрать очень маленькое по номиналу сопротивление, оно быстро сгорит из-за большого тока и значительной рассеиваемой мощности. Поэтому функцию токоограничивающего элемента в цепи переменного тока естественнее выполнять конденсатору, на котором энергия не теряется.
Ограничение с помощью конденсатора
Использование накопительного конденсатора
Простейшая схема подключения светодиодов через ограничительный конденсатор C характеризуется следующими особенностями:
- предусматриваются цепочки заряда и разряда, обеспечивающие режимы работы реактивного элемента;
- потребуется еще один светодиод, необходимый для защиты основного от обратного напряжения;
- для расчета емкости конденсатора используется полученная опытным путем формула, в которую подставляются конкретные цифры.
Для вычисления значения номинала C нужно умножить силу тока в цепи на выведенный эмпирически путем коэффициент 4,45. После этого следует разделить полученное произведение на разницу между предельным напряжением (310 Вольт) и его падением на светодиоде.
В качестве примера рассмотрим подключение конденсатора к RGB или обычному LED-диоду с падением напряжения на его переходе, равным 3 Вольта и током через него в 9 мА. Согласно рассмотренной формуле его емкость составит 0,13 мкФ. Для введения поправки на ее точное значение следует учитывать, что на величину этого параметра в большей мере влияет токовая составляющая.
Основные принципы подключения
Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока
Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток
Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.
Как определить полярность?
Для решения вопроса существует всего 3 способа:
- Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом.
- С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод).
- Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод.
С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.
Линейный драйвер для светодиодов своими руками
С теорией закончим, перейдем к практике и попробуем собрать линейный драйвер своими руками. Проще всего эту задачу решить при помощи широко распространенного интегрального стабилизатора КР142ЕН12А (его импортный аналог — LM317). Найти его можно в любом соответствующем магазине, и стоит он в районе 20 рублей. Необходимые материалы и инструменты: паяльник, тестер и провода.
Эта микросхема рассчитана на входное напряжение до 40 В, выдерживает ток до 1.5 А и, главное, имеет встроенную защиту от перегрузки, короткого замыкания и перегрева. Правда, это стабилизатор напряжения, а драйвер должен стабилизировать ток. Но мы этот вопрос решим, чуть изменив типовую схему включения микросхемы.
Универсальный драйвер для светодиодов на интегральном стабилизаторе
Здесь микросхема применяется в роли регулирующего элемента, стабилизирующего ток на заданном уровне. Какой величины этот ток будет? Все зависит от сопротивления резистора R1, номинал которого рассчитывается по простой формуле: R = 1.2/I, где:
- R – сопротивление в омах;
- I – необходимый ток в амперах.
Давай попробуем построить драйвер для тех светодиодов, из которых мы делали настольную лампу в начале статьи. Итак, нам нужен драйвер, на напряжение 9.9 В выдающий стабилизированный ток 300 мА. Делаем расчет номинала резистора R1: 1.2/0.3= 4 Ом. Поскольку резистор стоит в токовой цепи, мощность его выбираем не менее 4 Вт.
Здесь отлично подойдут резисторы, используемые практически во всех телевизорах в качестве гасящих по питанию (такие лежат в любом магазине). Они имеют мощность 2 Вт и сопротивление 1-2 Ом. Если резисторы одноомные, то их понадобится 4 шт, если двухомные – 2 шт. Соединяем их последовательно, чтобы сопротивления сложились.
Крепим микросхему на небольшой радиатор и подключаем к выходу нашего драйвера цепочку из трех последовательно соединенных светодиодов, соблюдая полярность. Можно включать. Но куда? Какое входное напряжение у этого драйвера? Вот тут начинается самое интересное. Напряжение на входе должно быть минимум на 2-3 вольта больше того, что необходимо светодиодам, но не более 40 В – больше микросхема не выдержит.
В нашем конкретном случае светодиодам нужно 9.9 В. Значит, на вход можно подать постоянное напряжение величиной от 12 до 40 В. Причем напряжение это может быть нестабилизированное. Подойдет автомобильный аккумулятор, блок питания ноутбука или ПК, понижающий трансформатор с диодным мостом. Подключаем, соблюдая полярность, и наш фонарь готов!
Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопрос экспертуА как же с выходным напряжением? Об этом не нужно беспокоиться. Как только драйвер стабилизирует ток на заданном уровне, нужное напряжение на светодиодах установится без нашей помощи. Кто не верит, берет тестер и измеряет.
Вот и закончилась наша беседа о led драйверах. Надеюсь, теперь ты не только знаешь, как работает этот важный узел, но и сможешь его правильно выбрать, подключить, а при необходимости даже собрать своими руками.
Светодиодные светильники получили массовое распространение, вследствие чего началось активное производство вторичных источников питания. Драйвер светодиодной лампы способен стабильно поддерживать заданные значения тока на выходе устройства, стабилизируя напряжение, проходящее через цепочку диодов.
Мы расскажем все о видах и принципах действия устройства преобразования тока для работы диодной лампочки. В предложенной нами статье приведены ориентиры выбора драйвера, даны полезные рекомендации. Самостоятельный домашние электрики у нас найдут проверенные на практике схемы подключения.
Параллельное соединение светодиодов
В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.
Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002). Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).
Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.
Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.
Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.
- Недостатки параллельного подключения:
- Большое количество элементов.
- При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.
