Стабилизатор напряжения 12В для светодиодов в авто своими руками

Современные виды стабилизаторов с постоянным и регулируемым током до 10 Ампер. Стабилизаторы тока для светодиодов. Схемы на современных микросхемах импульсных стабилизаторов тока. Обзор цен в китайских магазинах.

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:Стабилизаторы тока на транзисторах

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:Стабилизатор для светодиодов

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:Светодиодный светильник со стабилизацией тока

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:LED-светильник со стабилизатором тока

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:Стабилизатор тока светодиодов

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.

Также, вместо биполярного транзистора, можно применить p-канальный MOSFET. Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух 10-ваттных светодиодах и 40-ваттном IRF9510 в корпусе ТО-220 (см. характеристики):Стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе (схема)

Ток через светодиоды задается подбором резистора R1. VT1 – любой маломощный. Светодиоды – Cree XM-L T6 10W (см. спецификацию) или аналогичные.

Транзистор VT2 и светодиоды необходимо разместить на общем радиаторе, площадью не менее 900 см2 (это если без принудительного охлаждения). Использование термопасты обязательно. Ребра радиатора должен быть толстым и массивным, чтобы максимально быстро отводить тепло. Оцинкованные профили для гипсокартона, консервные банки из-под селедки и крышки от кастрюль категорически не подходят!!!

Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного. Но при этом придется понизить напряжение питания на 3-3.5 вольта. Иначе потребляемая мощность останется прежней, транзистор будет греться в два раза сильнее, а светить будет в два раза хуже.

Для снижения мощности правильнее было бы оставить оба светодиода, но уменьшить ток, например, до 2А – тогда мощность упадет с 20 до 12 Вт, а срок жизни светодиодов многократно возрастет. И площадь радиатора можно будет уменьшить до 600 см2.

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Если совсем ничего нет, самое время закупиться по дешевке:

Ну а самая простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:Стабилизатор (генератор) тока на полевом транзисторе КП303Е

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:Выходная характеристика полевого транзистора

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:Генератор (стабилизатор) тока на MOSFET

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.

Чем это объясняется?

Производитель ламп пишет маркировку «12V». Это оптимальное напряжение, при котором светодиоды в лампе работают почти на максимуме. И если подать на эту лампу 12 В, то она прослужит на максимальной яркости очень долгое время.

Так почему же она перегорает в автомобиле? Изначально напряжение бортовой сети автомобиля – 12,6 В. Уже видно завышение от 12. А напряжение сети заведенного автомобиля может доходить до 14,5 В. Добавим ко всему этому различные скачки от переключения мощных ламп дальнего или ближнего света, мощные импульсы по напряжению и магнитные наводки при пуске двигателя от стартера. И получим не самую лучшую сеть для питания светодиодов, которые в отличии от ламп накаливания, очень чувствительны ко всем перепадам.

Так как зачастую в простеньких китайских лампах нет никаких ограничивающих элементов, кроме резистора – лампа выходит из строя от перенапряжения.

За свою практику я менял десятки таких ламп. Большая часть из них не служила и года. В конечном итоге я устал и решил поискать выход попроще.

Типы стабилизаторов

Импульсные регулируемые постоянного тока

15 лет назад на первом курсе я сдавал зачёты по предмету «Источники питания» для радиоэлектронной аппаратуры. Начиная с тех пор и до сегодняшнего времени, самым народным и популярным остаётся микросхема LM317 и её аналоги, которая относится к классу линейных стабилизаторов.

На данный момент есть несколько видов стабилизаторов напряжения и тока:

  1. линейные  до 10А и входным напряжением до 40В;
  2. импульсные с высоким входным напряжением, понижающие;
  3. импульсные с низким входным напряжением, повышающие.

На импульсном ШИМ контроллере обычно от 3 до 7 ампер по характеристикам.  В реальности зависит от системы охлаждения и КПД в конкретном режиме. Повышающий из низкого входного напряжения на выходе делает более высокое. Такой вариант используется для питания светодиодов от блоков питания с малым количеством вольт. Например в автомобиле, когда из 12В надо сделать 19В или 45В. С понижающим проще, высокое снижается до нужного уровня.

Про все способы питания светодиодов читайте в статье «Как подключить светодиод к 12 и 220В». Отдельно описаны схемы подключения от простейших за 20 руб до полноценных блоков с хорошим функционалом.

По функционалу они делятся на специализированные и универсальные. Универсальные модули обычно имеют 2 переменных сопротивления, для настройки Вольт и Ампер на выходе. Специализированные чаще всего не имеют построечных элементов и значения на выходе фиксированы. Среди специализированных, распространены стабилизаторы тока для светодиодов, схемы в большом количестве есть в интернете.

На сколько вольт должен быть стабилизатор

Если стабилизатор для ДХО используется с промышленными фонарями, то его выходное напряжение должно быть равно напряжению питания, обозначенному на корпусе прибора. В большинстве случаев это 12 вольт. Для самодельной системы надо рассмотреть ее схему.

Стабилизация напряжения ДХО

Схема фонаря из цепочки стабилитронов.

Обычно она состоит из последовательной цепочки 2..4 светодиодов и гасящего резистора. Для нормальной работы светодиода на нем должно падать его номинальное напряжение. Например, для светодиода ARPL-Star-3W-BCB падение напряжения составляет 3,6 В. Для цепочки из трех элементов надо обеспечить 3.6*3=10,8 вольт. Еще небольшое напряжение должно упасть на балласте (его величина определяется при расчете, 1..2 вольта). В итоге выходим примерно на 12 вольт.

Тип LED Мощность, Вт Падение напряжения, В
TDS-P003L4U13 3 3,6
TDSP005L8011 5 6,5
ARPL-Star-3W-BCB 3 3..3,6
STAR 3WR 3 3,6
High Power 3 W 3 3,35..3,6

Подбор стабилизатора 12 В

Бортовая сеть автомобиля обеспечивает питание от 13 В, но светодиоды для работы нуждаются всего в 12 В. Именно поэтому необходимо устанавливать стабилизатор напряжения, на выходе который будет обеспечивать именно 12 В.

Установив такое оборудование, обеспечит обеспечить нормальные условия для работы светодиодного освещения, что долгое время не выйдет из строя.  Выбирая стабилизаторы, автомобилисты сталкиваются с проблемами, поскольку имеется очень много конструкций, и работают они все по-разному.

Подбирать следует стабилизатор, который:

  1. Станет правильно функционировать.
  2. Обеспечит надежную защиту и безопасность осветительной техники.

Простой стабилизатор напряжения для светодиодов

Чтобы обеспечить комфортную эксплуатацию для светодиодов я решил сделать простой стабилизатор. Абсолютно не сложный, его сможет повторить любой автомобилист.

Все что нам понадобиться:

  • – микросхема – линейный стабилизатор напряжения L7812,
  • – пару клемм,
  • – пара конденсаторов 100n.
  • – кусок текстолита для платы,
  • – термоусадочная трубка.

Вроде все. Вся комплектация стоит копейки на Али экспресс – ссылки в списке.

Простой стабилизатор напряжения на 12 В собственными руками

Если имеются даже небольшие навыки в сборке электрической схемы, тогда стабилизатор напряжения необязательно приобретать в готовом виде. Для изготовления самодельного устройства человек потратить 50 рублей или меньше, готовая модель стоит несколько дороже. Смысла переплачивать нет, поскольку в результате получится качественный прибор, соответствующий всем необходимым требованиям.

Самый простой, но функциональный стабилизатор можно сделать своими руками без особых усилий. Импульсный прибор собрать очень сложно, особенно для новичка, а потому рассматривать стоит линейные стабилизаторы и любительские схемы на него.

Самый простейший стабилизатор напряжения 12 вольт собирается из схемы (готовой), а также резистора сопротивления. Желательно использовать микросхему LM317. Все детали будут крепиться к перфорированной панели или универсальной печатной плате. Если правильно собрать устройство и подключить его на свой автомобиль, то можно обеспечить хорошее освещение — лампочки перестанут моргать.

Схема LM317
Схема LM317

Схема подключения
Схема подключения

Как сделать стабилизатор напряжения на 12 вольт для светодиодов в авто  на микросхеме L7812

Чтобы собрать качественный стабилизатор напряжения, можно использовать трехконтактный регулятор напряжения постоянного тока, выпускающийся в серии L7812. Это устройство запитает не только отдельные лампочки в автомобиле, но и целую ленту из светодиодов.

L7812L7812

Компоненты:

  1. Микросхема L7812.
  2. Конденсатор 330 мкф 16 В.
  3. Конденсатор 100 мкф 16 В.
  4. Выпрямительный диод на 1 ампер. Можно использовать 1n4001 или диод Шоттки.
  5. Термоусадка на 3 мм.
  6. Соединительные проводки.

Порядок сборки:

  1. Немножко укорачиваем одну ножку стабилизатора.
  2. Используем припой.
  3. К короткой ножке добавляем диод, а после и конденсаторы.
  4. На проводки помещаем термоусадку.
  5. Занимаемся припайки проводов.
  6. Надеваем термоусадку, прижимаем ее при помощи строительного фена или зажигалки. Тут важно не перестараться и не расплавить термоусадку.
  7. На вход с левой стороны подаем питание, справа будет выход на светодиодную ленту.
  8. Проводим испытание – включаем освещение. Лента должна загореться, срок ее эксплуатации теперь увеличится.

Так делается стабилизатор напряжения 12В собственными руками.

Схема стабилизатора

Стабилизатор для светодиодов и ДХО

Схема взята из даташита на микросхему L7805.

Стабилизатор для светодиодов и ДХО

Все просто – слева вход, справа – выход. Такой стабилизатор может выдержать до 1,5 А нагрузки, при условии что будет установлен на радиатор. Естественно для маленьких лампочек никакого радиатора не нужно.

Сборка стабилизатора для светодиодов

Все что нужно это вырезать из текстолита нужный кусочек. Травить дорожки не нужно – я вырезал простые лини обычной отверткой.

Припаиваем все элементы и все готово. В настройке не нуждается.

Стабилизатор для светодиодов и ДХО

Стабилизатор для светодиодов и ДХО

В роли корпуса служит термообдувка.

Плюс схемы ещё в том, что в роли радиатора модно использовать кузов автомобиля, так как центральный вывод корпуса микросхемы соединен с минусом.

Стабилизатор для светодиодов и ДХО

На этом все, светодиоды больше не выгорают. Езжу больше года и о данной проблеме забыл, чего советую и вам.

Установка на ДХО

Стабилизатор, вне зависимости от того, по какой схеме он собран, устанавливается в разрыв провода, идущего от выключателя или контроллера к фонарям дневных ходовых огней. Делается это в любом удобном месте. Если мощность регулятора достаточная для работы с двумя фонарями, можно включить его в разрыв провода питания двух фонарей, до точки разделения. Если нет – для каждой лампы ДХО потребуется два устройства.

Стабилизация напряжения ДХО

Подключение стабилизирующего устройства.

Надо не забывать подключать минусовой провод к общему проводнику автомобиля. Еще один часто возникающий вопрос – установка радиатора для линейного регулятора. Существует идея использовать в качестве элемента охлаждения кузов автомобиля. Его площадь велика, и он будет великолепно отводить тепло. При условии, что обеспечен надежный тепловой контакт между поверхностью микросхемы и поверхностью кузова. А это потребует, как минимум, удаление лакокрасочного покрытия в месте установки, а также сверления отверстия под винт крепления. В этом месте быстро образуется очаг коррозии. Поэтому данная идея не самая удачная. Лучше сделать небольшой отдельный радиатор из кусочка листового алюминия.

Видео: Подключение и проверка стабилизаторов L7812CV и LM317T для светодиодных ДХО на ВАЗ-2106.

Вопрос применения стабилизатора для дневных ходовых огней не так прост, как это кажется на первый взгляд. Для принятия решения о его применении и выборе способа установки требуется определенная техническая подготовка. Материалы обзора помогут сделать этот выбор.

Цены в Китае

Стоимость очень низкая, с учетом того, что доставка включена в цену. Раньше я думал, что из-за товара за 30-50 руб китайцы даже и мараться не будут, много работы при малом доходе. Но как показала практика, я ошибался. Любую копеечную ерунду они упаковывают и отсылают. Приходит в 98% случаев, а закупаю на Aliexpress уже более 7 лет и на большие суммы, наверное уже около 1 млн руб.

Поэтому оформляю заказ заранее, обычно 2-3 штуки одного наименования. Ненужное распродаю на местном форуме или Авито, всё расходится как горячие пирожки.

Стабилизатор напряжения для светодиодных ламп в авто

Итак, почему же так быстро перегорают габаритные, светодиодные лампочки или другие светодиодные лампочки, которые стоят в автомобиле, потому что в них используется в качестве драйвера обычный токоограничивающий резистор.

Как правило, светодиодные световые приборы, мощностью от 10 Вт и выше используют уже качественный импульсный стабилизатор — драйвер и такой болезнью не страдают в отличие от габаритных, дешевых светодиодных ламп.

Сначала эти лампочки начинают мерцать, то есть это уже первые признаки деградация кристалла, ну и потом они попросту перегорают. В среднем простой, светодиодной лампочки продолжительность жизни составляет один год, где-то меньше, где-то чуть больше.

Почему же так происходит?

А происходит это потому, что данный токоограничивающий резистор рассчитывается по специализированной формуле, (таких калькуляторов онлайн много в интернете) и подключается на соответствующие напряжение.

И вот тут производитель очень хитро делает, на некоторых цоколях написано 12 вольт,то есть токоограничивающий резистор для данной лампочки заточен под 12 вольт. А в автомобильной цепи, как мы знаем напряжение бывает не только 12 вольт, а доходит и до 14.5 вольт. То есть из этого делаем вывод, что светодиодная лампочка при 12 вольтах уже работает на максимальной мощности, а уже более 12 вольт идёт сильный износ кристалла светодиода, одним словом сильный перегруз.

Так, как же сделать так, чтобы они у нас не перегорали, я тоже в своё время замучился их менять, поэтому и решил этот вопрос изучить досконально и сделать преобразователь при котором светодиодная лампочка становилась практически вечной.

Есть конечно на али экспрессе такие преобразователи, которые уже рассчитаны для этих целей,


но есть одно НО…. они выдают высокочастотные импульсные помехи, но это присуще всем импульсным источникам питания. Это даёт большие наводки, например, при использовании FM модуляторов, особенно при прослушивании радио, да даже просто наводки в акустическую систему, с этой точки зрения нужно стараться, как можно меньше наполнять свой автомобиль импульсными источниками питания.

Поэтому мы будем с вами делать линейный стабилизатор с фиксированным напряжением, который имеет большие преимущества. Первое достоинство — он стоит сущие копейки по сравнению с импульсными. Второе, то что стабилизатор линейный и не даёт вообще никаких помех и высокочастотных наводок.

Для этого нам понадобится, сам стабилизатор L7812cv,


он у нас будет рассчитан на 1.5 Ампера и пара конденсаторов на 100 n.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...