Светодиодные драйверы. Мой путь

Светодиодные драйверы. Мой путь.

Пошел второй год, как я начал мастерить, что-либо из светодиодов. Сегодня я хочу рассказать свой путь освоения стабилизаторов тока для питания светодиодов. Здесь не будет ничего разжевываться, только обмен опытом и мои мысли по данной теме. Многое из того, что я здесь опишу, применялось для переделок освещения багажника и салона моей машины.
Первое, что было освоено, это, разумеется, линейный стабилизатор тока на всеми любимой и широко распространенной микрухе LM-317. Как и многие микрухи, она доступна в огромном количестве разнообразных корпусов. Кроме основного её корпуса TO-220, во многих случаях удобнее применять более компактные корпуса – SOT-223 и SOIC-8, что я и делаю.

Что нравится в LM-317. Экстремально дешево и просто. Что не нравится – большое падение напряжения «вход-выход», особенно с учетом потери 1,25В на токовом резисторе. В результате, в бортовой сети авто для питания цепочек из трех белых СИД, при заглушенном двигателе светильник даже может не выйти на рабочий ток. И его уж точно будет колбасить во время заводки двигателя. Посему вопрос, может ли кто подсказать линейные стабилизаторы с малым падением напряжения и/или опорным напряжением менее 1,25В? Есть хорошие специализированные микрухи от мною любимых ON semiconductor, например NSI45020A. Это микруха с двумя выводами в корпусе SOD-123 (по сути, это размер SMD3528), она не требует никакого обвеса, дает стабильный ток 20мА и может держать на себе до 45В. При этом минимальное падение напряжения на ней 1,8В, что уже приятнее, чем у LM317. В этой линейке есть аналогичные микрухи на 25 и 30мА. Разумеется, их можно параллелить, набирая нужный ток. Они совершенны, но их, к сожалению, трудно достать, особенно по разумной цене (менее 6-7р). На ибее их нет, у крупных продавцов компонентов при маленькой партии ценник на них не гуманный.
Импульсные стабилизаторы. Первая микруха для построения DC-DC конверторов, которую я узнал, это LM2576. Типичная, явно устаревшая микруха, для построения Buck (понижающих или Step-down) или Boost (повышающих или Step-Up) конвертеров. Массивный TO корпус с 5 выводами. Имеет встроенный ключ на 3А, но и греется при этом не скромно. КПД у неё низкий, частота преобразования тоже. Опорное напряжение 1,25В вынуждает снижать номинал токового резистора и ставить доп. ОУ для усиления сигнала обратной связи. Ну или придется мириться с потерей 1,25В на токовом резисторе. Со второго раза у меня получилось собрать достаточно не плохо работающий преобразователь. Тогда мне он даже показался супер компактным. Настроен он был на 1А

Потом я собрал вот такое чудо.

Потом потихоньку начал врубаться, что LM2576 не уникальна и есть еще много микрух для построения DC-DC. Делая свет в багажник, решил попробовать собрать Boost преобразователь.

Не помню, где я её нарыл, но в то время узнал я про такую MC34063. Вроде она даже популярна, более того, есть хороший онлайн калькулятор , который по исходным данным автоматически генерирует схему с нужными номиналами элементов. Она была чуть компактнее (копус DIP-8), вроде частота преобразования повыше, не помню уже, ток до 1,5А, вроде. На этом её плюсы заканчивались. Все те же 1,25В «опорного», также нужен операционник. Хотя для повышающего преобразователя можно было его и не ставить, но я поставил. Собрал все на макете, вроде работает. Собрал на чистовую с ошибками. Пока их устранял, то ли микруха сдохла, то ли еще что, но мой boost не заработал. Air-Seller мне тогда сказал, что они какие-то непредсказуемые и посоветовал NCP3066. Почитав даташит, понял, что это она! Единственная! ))) Это типичная микросхема, для построения как повышающих, так и понижающих DC-DC конвертеров. Но!
• Миниатюрный корпус SOIC-8;
• Микруха позиционируется как заточенная именно под питание светодиодов, отсюда низкое опорное напряжение 0,235В. ОУ больше не нужен;
• Имеется управляющий вход, который позволяет управлять включением микросхемы и может использоваться для ШИМ регулировки яркости;
• Частота преобразования (до 250кГц) выставляется внешним конденсатором;
В остальном, эффективный встроенный ключ до 1,5А, да и наверное все. Да, есть две версии микрухи: MCP-3066 и MCV-3066. Последняя отличается расширенными до -40 градусов диапазоном рабочих температур. Обычная MCP на бумаге работает только от 0 градусов. По факту, в -7, вроде как работает, ниже пока не пробовал. Калькулятора я на неё в таком виде, как у MC34063 не нашел. Я нашел кое-что более впечатляющее. После регистрации на сайте производителя , доступным становится онлайн разработка. Выглядит это так. Тебе дается список микросхем AC-DC и DC-DC конвертеров с кратким описанием характеристик. Рядом с каждой микрухой есть ссылка на даташит и магическая кнопочка «design it». Если на неё нажать, система предлагает ввести исходные данные: диапазон входных напряжений, напряжение светодиода, количество светодиодов в цепочке, выходной ток, ток, при котором срабатывает защита и непонятный для меня параметр LED Impedance . Ну я понимаю, что это сопротивление светодиода, но что за сопротивление? Какое оно должно быть и влияет ли этот параметр на разработку. По умолчанию стоит 1,27Ом. В большинстве случаев, система не ругается на это значение, но в некоторых случаях при попытке разработки, выкидывает ошибку, что, мол, сопротивление диода должно быть равно напряжению, деленному на ток. Примерно, высчитываешь сопротивление, подставляешь, все работает. Система автоматически определяет, какой получается преобразователь – понижающий или повышающий. Также она следит за тем, чтобы не были превышены максимальные параметры, например напряжение. При этом по току ошибок не выскакивает никогда: если ток превышен, она просто добавляет в схему внешний ключ и все. После генерации, система выдает готовую схему со всеми номиналами. Если есть желание, её тут же можно прогнать в виртуальном симуляторе, который сгенерирует осциллограммы основных напряжений. Также генерируется перечень необходимых компонентов, во многих случаях вплоть до конкретных моделей диодов, дросселей и т.д. Все это одним кликом сохраняется в PDF. Собственно, на данном этапе я так и проектирую свои драйверы. Есть и неприятные моменты. Например, иногда она генерирует схему явно с ошибками, оставляя висеть в воздухе некоторые вывода микросхемы. Также не вызывает доверия расчет номинала дросселя. Бывает чуть чуть меняешь параметры, например, Uвх c 9,6…14,4В (это по умолчанию) на 11…14В, или ток чуть снизишь и индуктивность дросселя меняется сразу на два номинала, например, со 100мкГн падает сразу до 47, минуя 68мкГн. Как-то подозрительно. Еще жаль, что нельзя выбрать частоту преобразования. Система выбирает её как-то по-своему. Причем, под степ ап всегда задирает под максимум, а для понижающего конвертора, почему-то, выбирает поменьше.
Пользуясь вышеописанными благами цивилизации, было изготовлено несколько степ даунов (штурманский свет) и один степ ап (освещение багажника).

На схеме управляющий вывод микросхемы висит в воздухе, предполагая внешнее управление. Мне это не нужно, поэтому в соответствие с даташитом, вешаем эту ногу на входной «+» через 10к резистор. Также на схеме мне непонятно назначение R3, R5 и С6 Могу только предположить, что R3 зачем-то подтягивает частотозадающую ногу ко входному напряжению, а R5 и С6 образуют какой-то фильтр на входе обратной связи.
Первая реализация данной схемы выглядела так.

Работает, но есть вопросы. Измеренный КПД ниже 70%, но вопрос не в этом, когда выходное напряжение так сильно отличается от входного, это нормально. Вопрос в том, что на заданный ток драйвер выходит, почему-то, чуть ли не при 14В входного напряжения. На что грешить – не знаю.
Степ ап в багажник.

Кроме RC цепочки в цепи ОС, мне непонятно назначение стабилитрона. У кого ни будь есть мысли на этот счет?
Ну и сама реализация.

Вот про повышающий мне хотелось бы рассказать подробнее. Волновался, так скажем, ведь на MC34063 он не захотел у меня работать. Здесь я паял сразу на чистовую. 13В на вход, включаю, светодиоды еле светятся, пичаль (( Прибавляю напряжения, начинают светиться раньше. Проверяю схему: управляющий вход висит в воздухе, как и на схеме. Забыл 10к напаять. Почему на выключенном преобразователе светятся светодиоды, думаю, из схемы понятно. Напаял резистор, включил, работает! Меняю входное напряжение, свечение равномерное, входной ток меняется вместе с изменением напряжение, как и должно быть. Нагрева нет, по первый признакам все нормально. Уже доволен как ребенок. Решил КПД замерить и первые замеры повергают в шок. 96% (!) Начинаю биться в экстазе. Понимаю, что мультиметр вполне может некорректно измерять входной ток, но все же, судя по нагреву (вернее его отсутствию) КПД действительно высок. Как мерил: питание – самодельный БП со ступенчатой рег. напряжения один мультиметр, измеряю входной ток в режиме амперметра, измеряю входное напряжение, потом напряжение на светодиодах и на токовом резисторе. Меняю напряжение и все повторяю. Результаты в таблице.

Не помню, как меняется КПД при дальнейшем повышении напряжения. Я пробовал, но результаты не записывал. Ток остается стабильным, пока входное напряжение не сравняется с напряжением на светодиодах, дальше схема перестает работать и ток начинает расти. При снижении входного напряжения, входной ток растет, КПД падает, микросхема начинает заметно греться, но все работает стабильно и без вопросов. Ниже 7В входной ток переваливает за 1,5А и микросхема уходит в защиту. Доволен как удав. Однозначно влюбился в повышающие преобразователи. На своем опыте убедился, что, как правило, КПД у них выше, чем у понижающих. Напомню, что данный драйвер пошел на освещение багажника. Сильное впечатление производит полное отсутствие, какой бы то ни было реакции светильника во время заводки машины.
В данный момент подробнее изучаю обвес. Подбираю и собираюсь закупить на ибее диоды шоттки. Пришли с ибея 0,1мкФ конденсаторы типоразмера 0603. Вполне можно с ними работать, думаю перейти на такие же резисторы. Подбираю дроссели. В идеале, конечно, надо иметь измеритель индуктивности и мотать их самому. И дешевле и номинал можно любой и сделать и по мощности все в твоих руках – сердечники в магазине любые есть. Также еще не пробовал собирать схемы с внешним ключом. Просто пока необходимости не возникало.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ НА LM2576

Всё началось с того, что нужно было, с наименьшими возможными потерями, питать светодиод 3 Вт от батареи, дающей 12 вольт. Скорее всего многие сталкиваются с такой проблемой (особенно в автомобилях), поэтому будем рады поделиться своим решением.

Принципиальная схема БП LED на LM2576

Представленная схема это несколько необычное применение дешевого и простого инвертора LM2576. Он продается по цене 90 рублей в корпусе TO220-5. В Интернете имеется только информация об использовании его в качестве стабилизатора напряжения, а не тока. Чтобы понять как удалось добиться другого, вначале скажем несколько слов о том, как вообще работают микросхемы LM2576 и подобные чипы.

Существует две версии схемы — регулируемая и с предварительно заданным напряжением. Мы заинтересованы в первом, потому что у него есть вывод обратной связи, который играет ключевую роль в стабилизации выходного напряжения. Это вход преобразователя для измерения выходного напряжения, чтобы он мог регулировать свои рабочие параметры на его основе. Почему этот вывод выходит, а измерение не происходит внутри интегральной схемы, как в линейном стабилизаторе 7805?

Инвертор ожидает на этом выводе 1,23 В и сделает все возможное, чтобы удержать его таким. Не на выходе, только на выводе обратной связи. Если бы требовалось стабилизировать напряжение, поставили бы на выход делитель который подаст некоторую часть выходного напряжения на вывод обратной связи, например 10%, что дало бы стабильные 12,3 В. А как же стабилизировать ток?

Из закона Ома знаем что ток, протекающий через резистор, вызывает падение напряжения на нем. Если вставим резистор в массовую цепь (непосредственно рядом с выходом), то с одной стороны у нас будет 0 В, а с другой стороны напряжение со значением U = I ? R. Как вы уже знаете, конвертер сделает все, чтобы на контакте была обратная связь находилось строго 1,23 В. Давайте подключим этот контакт к измерительному резистору, например на 12 Ом. Что будет после подключения нагрузки?

Преобразователь выберет уровень напряжения так чтобы ток, протекающий в цепи, создавал падение напряжения 1,23 В на измерительном резисторе. Это произойдет при токе

100 мА. И не важно, какая (в пределах разумного) нагрузка будет подключена — ток всегда будет постоянным.

Правда на измерительном резисторе происходит падение напряжения и, следовательно, также происходит выделение тепла. В случае питания силового диода током 700 мА он будет равен 1,23 В х 0,7 А = 0,86 Вт. Довольно много, но всё-равно намного лучше чем с линейным стабилизатором. Но это можно улучшить. Мы знаем, что P = I квадрат на R. Поэтому давайте минимизируем R.

Можно обмануть инвертор измерив падение напряжения на резисторе гораздо меньшего размера (например 0,33 Ом), а затем усилив его несколько раз. Для этого будем использовать операционный усилитель LM358. С помощью резистора и потенциометра настроим ОУ как не инвертирующий усилитель, где в качестве входа мы подключим сигнал от измерительного резистора, а вывод обратной связи преобразователя будет подключен к его выходу.

Давайте теперь посчитаем как установить ток 700 мА. При таком токе на резисторе 0,1 Ом получили бы падение 0,07 В. Каким должно быть усиление, чтобы выйти на 1.23 В? Приблизительно 1,23 / 0,07 = 17,6. Поэтому чтобы получить ток 0,7 А, следует выбрать коэффициент усиления 17,6х и резистор 0,1 Ом.

Выходной ток определяется как I = (1,23 / Rsc) / (1 + R2 / R1). Для схемы без усилителя составляет всего I = 1,23 / Rsc, потому что измерение происходит непосредственно на резисторе Rsc, поэтому и используем закон чистого Ома. В версии с усилителем он усиливает напряжение на Rsc в соответствии с не инвертирующей формулой, т.е. A = (1 + R2 / R1) раз.

В результате измерений эффективность этой схемы получается на уровне 75% и растет с потребляемым током. В общем это намного лучшее решение чем линейный стабилизатор, довольно простое и дешевое, и, кроме того, позволяет выполнять регулировку, поэтому схема обязательно найдет свое применение.

Испытания конвертера были проведены с большой разницей в напряжениях. Но на входе было 20 В, а на выходе 3,5 В. Ток, типичный для 3-ваттного белого диода. При этом нагрева деталей практически не было.

358 стабилизатор тока для светодиодов

В сети очень много схем регуляторов напряжения для самых разных целей, а вот с регуляторами тока дела обстоят иначе. И я хочу немного восполнить этот пробел, и представить вам три простые схемы регуляторов постоянного тока, которые стоит взять на вооружение, так, как они универсальны и могут быть использованы во многих самодельных конструкциях.

Регуляторы тока по идее не многим отличается от регуляторов напряжения. Прошу не путать регуляторы тока со стабилизаторами тока, в отличии от первых они поддерживают стабильный выходной ток не зависимо от напряжения на входе и выходной нагрузки.

Стабилизатор тока — неотемлимая часть любого нормального лабораторного блока питания или зарядного устройства, предназначен он для ограничения тока подаваемого на нагрузку. В этой статье мы рассмотрим пару стабилизаторов и один регулятор общего применения.

Во всех трех вариантах в качестве датчика тока использованы шунты, по сути низкоомные резисторы. Для увеличения выходного тока любой из перечисленных схем нужно будет снизить сопротивление шунта. Нужное значение тока выставляют вручную, как правило вращением переменного резистора. Все три схемы работают в линейном режиме, а значит силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.

Первая схема отличается максимальной простотой и доступностью компонентов. Всего два транзистора, один из них управляющий, второй является силовым, по которому и протекает основной ток.

Датчик тока представляет из себя низкоомный проволочный резистор. При подключении выходной нагрузки на этом резисторе образуется некоторое падение напряжения, чем мощнее нагрузка, тем больше падение. Такого падения напряжения достаточно для срабатывания управляющего транзистора, чем больше падение, тем больше приоткрыт транзистор. Резистор R1, задает напряжение смещения для силового транзистора, именно благодаря ему основной транзистор находится в открытом состоянии. Ограничение тока происходит за счет того, что напряжение на базе силового транзистора, которое было образовано резистором R1 грубо говоря затухаеться или замыкается на массу питания через открытый переход маломощного транзистора, этим силовой транзистор будет закрываться, следовательно, ток протекающий по нему уменьшается вплоть до полного нуля.

Резистор R1 по сути обычный делитель напряжения, которым мы можем задать как бы степень приоткрытия управляющего транзистора, а следовательно, управлять и силовым транзистором ограничивая ток протекающий по нему.

Вторая схема построена на базе операционного усилителя. Ее неоднократно использовал в зарядных устройствах для автомобильного аккумулятора. В отличии от первого варианта — эта схема является стабилизатором тока.

Как и в первой схеме тут также имеется датчик тока (шунт), операционный усилитель фиксирует падение напряжения на этом шунте, все по уже знакомой нам схеме. Операционный усилитель сравнивает напряжение на шунте с опорным, которое задается стабилитроном. Переменным резистором мы искусственно меняем опорное напряжение. Операционный усилитель в свою очередь постарается сбалансировать напряжение на входах путем изменения выходного напряжения.

Выход операционного усилителя управляет мощным полевым транзистором. То есть принцип работы мало чем отличается от первой схемы, за исключением того, что тут имеется источник опорного напряжения выполненный на стабилитроне.

Эта схема также работает в линейном режиме и силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.

Последняя схема построена на базе популярной интегральной микросхеме стабилизатора LM317. Это линейный стабилизатор напряжения, но имеется возможность использовать микросхему в качестве стабилизатора тока.

Нужный ток задается переменным резистором. Недостатком схемы является то, что основной ток протекает именно по ранее указанному резистору и естественно тот нужен мощный, очень желательно использование проволочных резисторов.

Максимально допустимый ток для микросхемы LM317 1,5 ампера, увеличить его можно дополнительным силовым транзистором. В этом случае микросхема уже будет в качестве управляющей, поэтому нагреваться не будет, взамен будет нагреваться транзистор и от этого никуда не денешься.

358 стабилизатор тока для светодиодов

В мире всего два типа людей: те у кого был ZX Spectrum, и те у кого его не было.

Уважаемый skywriter_ufa, работоспособны все приведенные в этой теме схемы. К одному и тому же результату можно прийти разными путями. Все их стОило бы апробировать и сравнить между собой, чтобы выявить плюсы и минусы. Пока что дискуссия идет чисто тиаритиццки, на основании личного опыта.

Почему так не сделали? Пошли «в лоб». А у меня 45 изобретений, защищенных авторскими свидетельствами. Мне интереснее «в обход». Вид спорта такой.

А еще неплохо вместо диода Шоттки и транзистора поставить один ИК светодиод, типа АЛ107. На нем падение около 1,1 вольта. На токовый резистор останется 0,15 вольта.

Идея сдвига опорного напряжения не нова, но попробуйте её просчитать или просимулировать!

Если использовать для смещения резисторы — коэффициент стабилизации быстро стремится к нулю при уменьшении напряжения на токоизмерительном резисторе. Что-то разумное получается при падении напряжения больше 0.3 В (при опорном 1.25 В).

Если использовать диоды — посмотрите, что будет с током при изменении температуры хотя бы градусов на 20-30. Изменение напряжения на диодах (диоде) при падении на них порядка 1 В — примерно 4 мВ/град, т. е. 0.1 В / 25 град! И опять, что-либо приемлемое по стабильности получится только при большом падении напряжения на токоизмерительном резисторе.

Так что без стабилизаторов с низким опорным напряжением не обойтись.

А как вам такой вариант?

импульсный стабилизатор тока светодиода подсветки. Микросхема DA2 – это импульсный стабилизатор, содержащий температурно компенсированный источник опорного напряжения, ШИМ с ограничением по току, ключевые транзисторы на 1,5А 40В, диод и дополнительный операционный усилитель (ОУ). ОУ подключен к R5 по дифференциальной схеме с коэффициентом усиления 10. Он усиливает и преобразует напряжение на R5 в напряжение относительно общего. Выход ОУ подключен к инвертирующему входу компаратора, управляющего ШИМ. К неинвертирующему входу компаратора подключен встроенный источник опорного напряжения 1,25В. Таким образом напряжение на R5 стабилизируется на уровне 0,125 В а выходной ток стабилизатора, соответственно, около 15 мА. Индуктивность L1 и ёмкость C4 рассчитаны по формулам из Application note AN920/D Theory and Applications of the MC34063 and uA78S40 Switching Regulator Control Circuits. Используется светодиод HB5d-433BA-C цвета морской волны.

LM358 и LM358N datasheet, описание, схема включения

Самый популярный двухканальный операционный усилитель LM358, LM358N. Операционник относится к серии LM158, LM158A, LM258, LM258A, LM2904, LM2904V. Имеет множество схем включения, аналогов и datasheet.

Микросхемы LM358 и LM358N идентичны по параметрам и отличаются только корпусом.

Вам будут интересны даташиты и характеристики других ИМС LM317T, TL431, LM494. Они применяются совместно с импульсными стабилизаторами и блоках питания.

• 1. Характеристики, описание
• 2. Таблица характеристик.
• 3. Цоколёвка, распиновка
• 4. Аналог
• 5. Типовые схемы включения
• 6. Datasheet, даташит LM358 LM358N

Характеристики, описание

Питание ИМС может быть однополярным от 3 до 32В. Операционный усилитель стабильно работает на стандартных 3,3В. Двухполярное питание от 1,5 до 16 Вольт. При указанной температуре 0° до 70° характеристики остаются в пределах нормы. Если количество градусов выйдет за эти пределы, то появится отклонение параметров.

Многих интересует описание на русском LM328N, но даташит большой, основная часть понятна и без перевода. Чтобы вы не искали LM358 datasheet на русском, составил таблицу основных параметров.

Несколько популярных datasheet для скачивания:

Таблица характеристик.

Микросхемы различных производителей могут иметь разные параметры, но всё в пределах нормы. Единственное может сильно отличаться максимальная частота у одних она 0,7МГц, у других до 1,1МГц. Вариантов использования ИМС накопилось очень много, только в документации их около 20 штук. Радиолюбители расширили это количество более 70 схем.

Типовой функционал из datasheet на русском:

1. компараторы;
2. активные RC фильтры;
3. светодиодный драйвер;
4. суммирующий усилитель постоянного тока;
5. генератор импульсов и пульсаций;
6. низковольтный детектор пикового напряжения;
7. полосовой активный фильтр;
8. для усиливания с фотодиода ;
9. инвертирующий и не инвертирующий усилитель;
10. симметричный усилитель;
11. стабилизатор тока;
12. инвертирующий усилитель переменного тока;
13. дифференциальный усилитель постоянного тока;
14. мостовой усилитель тока.

Цоколёвка, распиновка

Аналог

Большая популярность определяет и большое количество аналогов LM358 LM358N. В зависимости от производителя характеристики могут немного меняться, но всё в пределах допуска. Перед заменой проверьте электрические характеристики у изготовителя, вдруг вам не подойдёт. Схемы включения аналогичны. Аналогов более 30 штук, покажу первую дюжину полностью схожих:по параметрам:

1. КР1040УД1
2. КР1053УД2
3. КР1401УД5
4. GL358
5. NE532
6. OP295
7. OP290
8. OP221
9. OPA2237
10. TA75358P
11. UPC1251C
12. UPC358C

Типовые схемы включения

Пришлось просмотреть несколько спецификаций от разных фабрик, чтобы найти самый полноценный. Большинство короткие и малоинформативные. Чтобы было максимально понятно, как работают схемы включения LM358 и LM358N, ознакомитесь с типовым включением.

Светодиодный драйвер для светодиода

Datasheet, даташит LM358 LM358N

Сфера применения, указанная производителями:

1. блюрэй плееры и домашние кинотеатры;
2. химические и газовые сенсоры;
3. ДВД рекордеры и плееры;
4. цифровые мультиметры;
5. сенсор температуры;
6. системы управления двигателями;
7. осциллографы;
8. генераторы;
9. системы определения массы.

Описание характеристик LM358N