Proste sposoby stabilizacji prądu LEDa
: wtorek 22 gru 2009, 21:32
Witam Wszystkich
W związku z tym, że zbliżają się święta, postanowiłem zrobić coś dla innych.
Wybór padł na ..... najprostsze sposoby ograniczenia, w pewnych granicach nawet stabilizacji, prądu w obwodach z diodami LED.
Zagadnienie uważam dość potrzebne miłośnikom światełek, przynajmniej tym początkującym. Zaprezentowane przykłady, ze względu na dość duże napięcie potrzebne do pracy, rzędu 1V, mogą znaleźć zastosowanie w obwodach niskoprądowych, lub oświetlenia stacjonarnego.
Pierwszy przykład:
Jest to klasyczny układ wykorzystujący jako źródło napięcia odniesienia dwie diody krzemowe włączone w kierunku przewodzenia. Zgodnie z przyjętymi zasadami dysponujemy zatem napięciem 2 x 0,6V (oczywiście w uproszczeniu) czyli 1,2V.
Jak powszechnie wiadomo, tranzystory krzemowe (npn czy też pnp) zaczynają przewodzić prąd Ic (czyli przez kolektor) przy napięciu Ueb (napięcie baza - emiter) około 0,6V
W układzie tym tranzystor jest tak włączony, że "stara" się tak dopasować prąd kolektora (w przybliżeniu emitera też) aby spadek napięcia na rezystorze R1 łącznie z napięciem Ube, był równy z napięciem odniesienia, czyli 1,2V.
W związku z tym, że napięcie Ube oraz Vf diody krzemowej są prawie równe, wychodzi nam prosta równość,
UR1 = Vfd
Czyli
UR1 = 0,6V
Co przekształcamy na
IR1 x R1 = 0,6V
Z czego mamy gotowy wzór na R1
R1 = 0,6V / Iled
Wynika z tego, że najmniejszy możliwy spadek napięcia na tym obwodzie jest równy 0,6V + Ucesat (napięcie nasycenia złącza kolektor - emiter)
Możemy jeszcze obniżyć troszkę to napięcie stosując w miejsce jednej ze zwykłych diod krzemowych, diodę Schotky'ego, na czym zyskujemy około 0,3V. Zmienia się nam więc wzór na obliczenie R1 i przyjmuje postać
R1 = 0,3V / Iled
Ponadto możemy zmieniać w nieznacznym stopniu prąd stabilizowany prze ten układ, zmieniając wartość rezystora R2. Pociągnie to za sobą zmianę prądu diod odniesienia, co jak wiadomo skutkuje zmianą napięcia Vf diod, czyli naszego 0,6V branego w obliczeniach jako stała. Wartość rezystora R2 powinna być tak dobrana, aby prąd płynący przez diody D1 i D2 zawierał się w granicach 0,2mA do 2mA (większa wartość też jest dozwolona, lecz nie zalecana ze względu na sprawność energetyczną układu)
Przytoczone obliczenia są w dużym stopniu przybliżone, co nie zmienia faktu, że bardzo użyteczne.
Kolejny przykład to źródło prądowe, wykorzystujące diodę LED jako napięcie odniesienia.
Można tu zastosować dowolną diodę LED, która może jednocześnie pełnić rolę wskaźnika obecności zasilania.
Wtedy do obliczeń przyjmujemy:
R1 = (Vf - Ube) /Iled ........ gdzie Vf to napięcie przewodzenia diody LED wzorcowej D3
Ze względu na to, że napięcie przewodzenia LED jest wyższe od 1,2V więc spadek napięcia na regulatorze też jest trochę większy. Napięcia przewodzenia diod zawierają się w granicach 1,5 - 2,1V w zależności od technologii wykonania złącza (no i niebieskie 3V)
Teraz układy, które można stosować do większych prądów. (Dzięki krudnik, za zwrócenie uwagi)
Kolejnym przykładem jest układ wykorzystujący dwa tranzystory:
Tutaj elementem pomiarowym jest nie tranzystor "mocy" lecz inny, który ma ustalone warunki pracy (prąd Ic) co w pewnym stopniu uniezależnia obwód od wpływu napięcia i prądu elementu wykonawczego.
Tranzystor Q1 dąży do utrzymania stabilnego napięcia na rezystorze R1, które jak wiadomo, zależy od prądu LEDa, czyli stabilizuje prąd LEDa.
Po włączeniu zasilania tranzystor Q1 nie przewodzi, gdyż napięcie na R1 jest mniejsze od 0,6V (Ube), całe napięcie (w sumie to prąd, bo tranzystory bipolarne są elementami prądowymi, ale w naszym przypadku możemy to uprościć) podawane jest na bazę Q2, co pociąga wzrost prądu kolektora czyli też emitera i R1. Po osiągnięciu wartości prądu, która powoduje spadek napięcia na R1 równy 0,6V, zaczyna przewodzić tranzystor Q1 zwierając bazę Q2 do masy, przez co wzrost prądu zostaje zatrzymany a zadanym poziomie
Kiedy napięcie na R1 jest za wysokie (prąd LEDa) tranzystor Q1 zaczyna przewodzić, zmniejszając tym samym napięcie na bazie Q2, co pociąga za sobą zwiększenie rezystancji złącza CE w tranzystorze Q2, czyli prąd maleje. Dzieje się tak do momentu, kiedy spadek napięcia na R1, będzie równy Uce Q1, wtedy układ zachowuje stabilność i każda zmiana napięcia zasilania pociąga za sobą natychmiastową zmianę rezystancji złącza CE tranzystora Q2.
Kolejny układ jest analogiczny do poprzedniego, z tym, że wykorzystuje jako element wykonawczy tranzystor MOS. Układ ten ma, w zależności od zastosowanego typu MOSa, wadę polegającą na stosunkowo wysokim napięciu zasilania, ale do układów zasilanych z 12V nadaję się wręcz idealnie.
A gdyby zaszła potrzeba sterowania jasnością sygnałem PWM, nic prostszego:
Życzę udanych doświadczeń.
Pozdrawiam
PS: Są to układy omawiane w uproszczeniu, gdyż założeniem autora było przybliżenie zasady działania pomocnych obwodów początkującym.
W związku z tym, że zbliżają się święta, postanowiłem zrobić coś dla innych.
Wybór padł na ..... najprostsze sposoby ograniczenia, w pewnych granicach nawet stabilizacji, prądu w obwodach z diodami LED.
Zagadnienie uważam dość potrzebne miłośnikom światełek, przynajmniej tym początkującym. Zaprezentowane przykłady, ze względu na dość duże napięcie potrzebne do pracy, rzędu 1V, mogą znaleźć zastosowanie w obwodach niskoprądowych, lub oświetlenia stacjonarnego.
Pierwszy przykład:
Jest to klasyczny układ wykorzystujący jako źródło napięcia odniesienia dwie diody krzemowe włączone w kierunku przewodzenia. Zgodnie z przyjętymi zasadami dysponujemy zatem napięciem 2 x 0,6V (oczywiście w uproszczeniu) czyli 1,2V.
Jak powszechnie wiadomo, tranzystory krzemowe (npn czy też pnp) zaczynają przewodzić prąd Ic (czyli przez kolektor) przy napięciu Ueb (napięcie baza - emiter) około 0,6V
W układzie tym tranzystor jest tak włączony, że "stara" się tak dopasować prąd kolektora (w przybliżeniu emitera też) aby spadek napięcia na rezystorze R1 łącznie z napięciem Ube, był równy z napięciem odniesienia, czyli 1,2V.
W związku z tym, że napięcie Ube oraz Vf diody krzemowej są prawie równe, wychodzi nam prosta równość,
UR1 = Vfd
Czyli
UR1 = 0,6V
Co przekształcamy na
IR1 x R1 = 0,6V
Z czego mamy gotowy wzór na R1
R1 = 0,6V / Iled
Wynika z tego, że najmniejszy możliwy spadek napięcia na tym obwodzie jest równy 0,6V + Ucesat (napięcie nasycenia złącza kolektor - emiter)
Możemy jeszcze obniżyć troszkę to napięcie stosując w miejsce jednej ze zwykłych diod krzemowych, diodę Schotky'ego, na czym zyskujemy około 0,3V. Zmienia się nam więc wzór na obliczenie R1 i przyjmuje postać
R1 = 0,3V / Iled
Ponadto możemy zmieniać w nieznacznym stopniu prąd stabilizowany prze ten układ, zmieniając wartość rezystora R2. Pociągnie to za sobą zmianę prądu diod odniesienia, co jak wiadomo skutkuje zmianą napięcia Vf diod, czyli naszego 0,6V branego w obliczeniach jako stała. Wartość rezystora R2 powinna być tak dobrana, aby prąd płynący przez diody D1 i D2 zawierał się w granicach 0,2mA do 2mA (większa wartość też jest dozwolona, lecz nie zalecana ze względu na sprawność energetyczną układu)
Przytoczone obliczenia są w dużym stopniu przybliżone, co nie zmienia faktu, że bardzo użyteczne.
Kolejny przykład to źródło prądowe, wykorzystujące diodę LED jako napięcie odniesienia.
Można tu zastosować dowolną diodę LED, która może jednocześnie pełnić rolę wskaźnika obecności zasilania.
Wtedy do obliczeń przyjmujemy:
R1 = (Vf - Ube) /Iled ........ gdzie Vf to napięcie przewodzenia diody LED wzorcowej D3
Ze względu na to, że napięcie przewodzenia LED jest wyższe od 1,2V więc spadek napięcia na regulatorze też jest trochę większy. Napięcia przewodzenia diod zawierają się w granicach 1,5 - 2,1V w zależności od technologii wykonania złącza (no i niebieskie 3V)
Teraz układy, które można stosować do większych prądów. (Dzięki krudnik, za zwrócenie uwagi)
Kolejnym przykładem jest układ wykorzystujący dwa tranzystory:
Tutaj elementem pomiarowym jest nie tranzystor "mocy" lecz inny, który ma ustalone warunki pracy (prąd Ic) co w pewnym stopniu uniezależnia obwód od wpływu napięcia i prądu elementu wykonawczego.
Tranzystor Q1 dąży do utrzymania stabilnego napięcia na rezystorze R1, które jak wiadomo, zależy od prądu LEDa, czyli stabilizuje prąd LEDa.
Po włączeniu zasilania tranzystor Q1 nie przewodzi, gdyż napięcie na R1 jest mniejsze od 0,6V (Ube), całe napięcie (w sumie to prąd, bo tranzystory bipolarne są elementami prądowymi, ale w naszym przypadku możemy to uprościć) podawane jest na bazę Q2, co pociąga wzrost prądu kolektora czyli też emitera i R1. Po osiągnięciu wartości prądu, która powoduje spadek napięcia na R1 równy 0,6V, zaczyna przewodzić tranzystor Q1 zwierając bazę Q2 do masy, przez co wzrost prądu zostaje zatrzymany a zadanym poziomie
Kiedy napięcie na R1 jest za wysokie (prąd LEDa) tranzystor Q1 zaczyna przewodzić, zmniejszając tym samym napięcie na bazie Q2, co pociąga za sobą zwiększenie rezystancji złącza CE w tranzystorze Q2, czyli prąd maleje. Dzieje się tak do momentu, kiedy spadek napięcia na R1, będzie równy Uce Q1, wtedy układ zachowuje stabilność i każda zmiana napięcia zasilania pociąga za sobą natychmiastową zmianę rezystancji złącza CE tranzystora Q2.
Kolejny układ jest analogiczny do poprzedniego, z tym, że wykorzystuje jako element wykonawczy tranzystor MOS. Układ ten ma, w zależności od zastosowanego typu MOSa, wadę polegającą na stosunkowo wysokim napięciu zasilania, ale do układów zasilanych z 12V nadaję się wręcz idealnie.
A gdyby zaszła potrzeba sterowania jasnością sygnałem PWM, nic prostszego:
Życzę udanych doświadczeń.
Pozdrawiam
PS: Są to układy omawiane w uproszczeniu, gdyż założeniem autora było przybliżenie zasady działania pomocnych obwodów początkującym.
, napisz Pyra jaka jest przybliżona sprawność tych układów ?
