Стабилизатор тока для фонарика своими руками

Регулируемый стабилизатор тока на lm317

• Для гостей форума
• О нашем проекте
• Реклама на форуме

Искренне рады видеть Вас на нашем независимом проекте о фонарях и осветительной технике!

Что Вам даст регистрация на нашем проекте:

— Возможность участия во всевозможных акциях, конкурсах и лотереях постоянно проходящих на форуме
— Возможность пользоваться скидками и бонусами, которые предоставляют различные популярные магазины специально для наших форумчан
— Возможность побывать в роли тестеров новейших разработок фонарей и их комплектующих
— Возможность неограниченного доступа к закрытой технической информации и некоторым интересным разделам форума
— Возможность полного отключения рекламы на форуме
— Возможность настройки форума по своему вкусу и предпочтениям (подробнее тут)
— Возможность использовать полноценный высокоточный «поиск» по форуму (для гостей он закрыт во избежание излишней нагрузки)

и много других приятных привилегий

Зарегистрироваться Вы можете следующими способами: при помощи стандартной формы регистрации или при помощи сервиса единой авторизации OpenID (подробнее тут) .

Надеемся, что Вам у нас понравится!

Стабилизатор тока на lM317 для светодиодов

Источники света на светодиодах получают все большее распространение, вытесняя остальных конкурентах, как в области применения индикации, так и в качестве мощных осветительных приборов. Для стабильной и долговечной работы источников на светоизлучающих диодах требуется соблюдение ряда требований.

Источник тока или напряжения?

Большинству знакомо понятие стабилизатора напряжения, то есть устройства, которое обеспечивает выдачу стабильного напряжения, вне зависимости от условий: мощности нагрузки, температуры, величины входного напряжения. Для питания источников освещения на светодиодах необходимо обеспечить подачу стабильного тока через диод. Это связано с тем, что полупроводниковые элементы обладают нелинейной зависимостью тока через p-n переход. Изменение внешних условий влияет на величину протекающего тока, который может выйти за допустимые пределы. Поэтому понятие стабилизатора напряжения для светодиодов не имеет смысла. Особенно важно обеспечить стабилизацию тока для светодиодов в авто, где напряжение не отличается стабильностью, а диапазон изменения температуры очень широк.

Именно перечисленные условия требуют применения источника тока. В простейшем случае можно довольствоваться простым ограничением максимального значения при помощи ограничительного резистора, но это не обеспечивает стабильной яркости и неэффективно с энергетической точки зрения.

На заметку. Более рациональным будет питание стабилизированным значением с использованием схемотехнических решений источников тока на малогабаритных электронных компонентах.

Схемотехническое решение

Развитие современной микроэлектроники позволяет создавать устройства с требуемыми параметрами с использованием минимума элементов. Довольно хорошо зарекомендовали себя устройства токовых генераторов на интегральной микросхеме LM317. Вообще данная микросхема представляет собой интегральный стабилизатор напряжения, но некоторые изменения в стандартной схеме включения, кстати, оговоренные в технической документации, позволяют использовать данную ИМС в качестве источника тока, в том числе для питания светодиодов.

Параметры микросхемы следующие:

• Напряжение – 1.2-37В;
• Ток через ИМС – до 2А в случае использования LM317T.

Различными производителями выпускается множество разновидностей данного стабилизатора, но разница в стоимости и габаритах для минимальной и максимальной мощностей ничтожна, поэтому есть смысл использовать максимально доступную мощность, запас которой никогда не помешает.

Важно! При использовании мощного стабилизатора тока для светодиодов при нагрузке, близкой к максимальной, обязательно использование радиатора, который позволит отбирать выделяемое интегральной микросхемой тепло.

Итак, самый простой, но надежно работающий стабилизатор тока на микросхеме lm317 для светодиодов представлен ниже.

В данной схеме микросхема имеет лишь один резистор во внешней обвязке. Именно при помощи его задается значение выходного параметра. Делается это по формуле:

Данный вариант стабилизатора работает в диапазоне значений от 0.01 до 1.5А. Верхний предел ограничивается мощностью микросхемы. Мощность, которая рассеивается на резисторе, может составлять несколько ватт при максимальном токе. Более точно она определяется из выражения:

Важно! При значениях более 0.3А применение радиатора охлаждения для микросхемы обязательно!

Добавив в схему всего два элемента: мощный транзистор и резистор, можно поднять выходной ток до 10А.

В приведенной схеме применяется мощный составной транзистор КТ825 с любой буквой. Резистор R2 выполняет ту же функцию, что и в предыдущей схеме, и рассчитывается точно так же. Поскольку по нему протекает высокий ток, а значение сопротивления малое, то следует использовать проволочный. Резистор R1 задает смещение на базе транзистора и должен иметь рассеиваемую мощность 0.25-0.5Вт.

В обеих схемах напряжение питания источника (входное напряжение) может составлять от 3 до 38В. Для поддержания необходимого тока во всем диапазоне нагрузок напряжение питания следует обеспечивать приближенное к максимальному значению.

Пример. Пусть задано 20мА. Тогда при одном подключенном диоде напряжение на выходе будет составлять около 2-3В (в зависимости от типа светодиода). Если включить два последовательных светодиода, то для обеспечения необходимого тока 20мА схема выдаст уже ровно в два раза большее напряжение. Аналогичные подсчеты можно произвести для любого количества элементов.

Необходимое входное напряжение можно получить при помощи понижающего трансформатора с мостовым выпрямителем и конденсатором фильтра.

Диоды должны быть рассчитаны на необходимый ток, а емкость конденсатора нужно брать порядка нескольких тысяч микрофарад.

Важно! Рабочее напряжение конденсатора должно превышать напряжение питания примерно в полтора раза, то есть в данном случае оно должно быть не менее 50В.

Автомобиль имеет напряжение бортовой сети не более 14В. Поскольку частота пульсаций здесь выше, чем в домашней сети, а амплитуда невысока, то емкость конденсатора может быть меньше. Также и рабочее напряжение может составлять 25В. Разумеется, выпрямительный мост здесь не нужен.

Как видно, сделать стабилизатор тока для светодиодов своими руками – задача несложная. Важны аккуратность, внимательность и минимальные навыки работы с электроникой.

Видео

Как сделать простой драйвер для светодиодов с питанием от 220 В своими руками

Светодиоды
по сравнению с
традиционными лампочками накала эффективны, экономны и долговечны, однако при
этом очень дороги, поэтому есть смысл изготовить их своими руками, но при этом для питания их от сети 220 В понадобится
специальный драйвер.
Поэтому рассмотрим, как самостоятельно изготовить этот модуль, что вообще он собой
представляет и зачем нужен, каковы его особенности и принцип действия, как
выглядит его схема, какие компоненты в ней применяются и каковы нюансы варианта
без стабилизатора тока.

1 Что такое драйверы для светодиодов и
зачем они нужны

• 1.1 Особенности драйвера светодиодов на 220 В
• 1.2 Теория питания светодиодных ламп от 220В

Что такое драйверы для светодиодов и
зачем они нужны

Светимость полупроводникового
лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него.
Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к
быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется
для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического
тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Обратите внимание! Величина напряжения на выходе из драйвера напрямую определяет способ и тип подключаемого светодиода. Если питание лампы идет от бытовой сети, параметр этого модуля должен быть на 220 В. Это нужно учитывать при покупке компонентов для светильника и стабилизатора, изготавливаемого своими руками.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность
драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в
том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током
подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его
низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме
того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок –
трансформатор.

При изготовлении
преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило,
представляет собой набор пространственно расположенных в определенной
композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт).
Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80
Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет
для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить
амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в
постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками
которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке,
а также стабилизаторы.

Изготовление драйвера светодиодов на
220В своими руками

Для изготовления
самодельного драйвера своими руками потребуются радиодетали для создания трех
взаимодействующих сегментов:

1. Делитель
   напряжения, основанный на емкостном сопротивлении.
2. Мост из диодов.
3. Стабилизатор.

Кроме того, понадобятся
следующие инструменты, приборы и расходники:

1. Паяльная станция мощностью около 30 Вт.
2. Нейтральный флюс.
3. Припой оловянно-свинцового состава.
4. Пассатижи для загиба выводов.
5. Кусачки для отреза проводки.
6. Многожильные медные проводники в изоляции сечением от 0,35 до 1 мм 2 .
7. Прибор для контрольного измерения (мультиметр).
8. Изолента/трубка термоусадочная.
9. Монтажная макетная плата на базе текстолита.

Внимание! Рассматриваемый вариант импульсного драйвера на 220 В для светодиода, изготавливаемого из своих средств, не имеет ограничения по производимому току. Поэтому обращаться с ним во включенном состоянии нужно крайне осторожно. На выходе сила тока может достигать 10 А – соприкосновение руками с оголенной проводкой может привести к мощному электроудару.

Инструкция по сборке драйвера своими
руками

Инструкция по
изготовлению своими руками драйвера светодиода с питанием от 220 В включает
следующие действия:

1. Подготавливается макетная плата необходимого размера.
2. Сначала припаиваются крупные компоненты цепи.
3. Затем поочередно в соответствии со схемой монтируются мелкие элементы – резисторы, диоды, конденсаторы.
4. В последнюю очередь устанавливаются транзисторы и переменный резистор.
5. Распределение компонентов должно быть таким, чтобы расстояние между ними было как можно меньше.
6. Соединение диодов происходит с учетом полярности (для транзисторов – по распиновке).
7. По завершении сборки схему нужно подключить и провести замеры мультиметром.

Создание драйвера для
светильника из светодиодов для подключения их к питанию на 220 В доступно
своими руками любому желающему, имеющему опыт работы с радиокомпонентами. В
ходе сборки не потребуется особых оборудования и материалов – все инструменты и
детали можно приобрести в специализированных магазинах. К тому же, при
правильном подходе и качественных составляющих собранная схема обеспечит
стабильность и долговечность прибору освещения не хуже покупного аналога.

Схема

Предложенная ниже схема
драйвера представляет собой совокупность трех последовательно взаимодействующих
между собой каскадов:

1. Первая область
   отвечает за понижение амплитуды напряжения. В основе лежит емкостный керамический
   конденсатор (500 вольт) с резистором для самозарядки первого. Его номинал может
   варьироваться в широких пределах – от 100 до 1000 кОм и от 500 до 1000 мВт.
   Принцип действия его основан на том, что он пропускает ток до полной зарядки
   обкладок. При емкости в 0,3 мкФ это время составит всего десятую часть период
   полуволны 220 В – то есть всего 1/10 поступающего напряжения.
2. Второй сегмент
   выполняет роль выпрямления тока из переменного в постоянный. Это цепь диодных
   полярно соединенных элементов. В данной цепи на выходе его номинал составит
   порядка 24 В (с учетом деления в предыдущем блоке).
3. Заключительный
   элемент сглаживает и стабилизирует электроток. Для цели сглаживания применяется
   параллельно подключенный конденсатор электролитической модификации (емкость
   определяется мощностью нагрузки). Стабилизатором напряжения в предложенной
   схеме выступает модуль L7812.

Конденсатор в сочетании с диодным мостиком выполняет задачу делителя напряжения, поэтому если входное напряжение будет меняться, соответственно иное значение его получится и на выходе.

Компоненты

Для сборки своими
руками предложенной выше схемы драйвера для светодиодов, питание которых
осуществляется от 220В, потребуется следующий набор радиокомпонентов:

1. Светодиоды 12 штук с параметрами – 3,3 вольта 1 ватт (для сборки своими руками лэд-лампы питанием от 220 В).
2. Конденсатор керамического типа – 0,3 мкФ, 500 вольт – 1 штука.
3. Резисторный модуль – от 0,5 до 1 Ом и 0,5-1 Вт – 1 экземпляр.
4. Четыре диода по 100 В каждый.
5. Пара конденсаторов электролитического типа на 16 вольт 100 и 330 мкФ.
6. 12-вольтовый стабилизатор напряжения модели L7812, либо его аналог.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

Рассмотрим схему
подключения драйвера без блока стабилизатора. Как известно, отсутствие
трансформатора в подобном приборе приводит к пульсации напряжения и,
соответственно, яркости свечения светодиодов. Лишь частично эту проблему
устраняет идущий после диодного мостика конденсатор. Однако пульсировать
амплитуда все же будет – в рамках 2-3 вольт.

Вариант со
стабилизатором на 12 вольт решают эту задачу полностью, поэтому и
смонтированный своими руками такой драйвер по степени пульсации амплитуды
напряжения не будет уступать покупным дорогим аналогам.

Рекомендация! При необходимости создания мощного прожектора на базе светодиодов с питанием от 220 В драйвер придется несколько модифицировать. В частности, в выходной сегмент лучше установить стабилизатор на 24 вольта, так как параметры тока у L7812 равны 1,2 ампера, что ограничивает светильник в рамках 10 ватт. Поэтому лучше выбрать стабилизирующий модуль на 5 А, однако ввиду его большого нагрева потребуется монтировать его на радиатор.

Основные выводы

Даже самый простой
светодиод, если его питание происходит от 220 В переменного тока, требует для
стабильности работы драйвер. Его основное значение – стабилизация, выпрямление
тока и снижение напряжения. Изготовлен ли он своими руками, или куплен в
магазине, его характеризуют три основных параметра:

1. Номинальный ток.
2. Мощность.
3. Напряжение на выходе.

Драйвер для питания светодиодов от 220 В состоит из трех взаимодействующих каскадов – емкостного делителя напряжения, диодного выпрямляющего мостика и стабилизатора. Для монтажа подобного прибора своими руками потребуется запастись необходимыми радиокомпонентами и набором инструментов, купить которые можно в любом специализированном магазине. В ходе сборки устройства нужно строго придерживаться предложенной схемы и инструкции.

Если у вас есть опыт создания
своими руками аналогичного драйвера или иной его модификации для светодиода с
питанием от сети 220 В, обязательно напишите об этом в комментариях.

Как устроен фонарик

Ручной фонарик – необходимый в быту и на производстве инструмент. Там, где освещения недостаточно, он поможет выполнить работу, найти неисправность, отыскать упавший или закатившийся предмет. Чтобы отремонтировать вышедший из строя светильник или модернизировать его, необходимо знать его электрическую схему.

Как устроен ручной фонарик

Устройство фонарика несложное. Он состоит из батарейного отсека и отсека с излучателем и рефлектором, а также выключателя питания.

Такое наполнение не изменилось со дня изобретения карманного электрического светильника, хотя элементная база поменялась кардинально.

Схема простейшего фонарика

Электрическая принципиальная схема простого карманного фонарика состоит всего из трех элементов:

• батарейки (или нескольких);
• выключателя питания;
• лампочки накаливания.

Схема фонарика на светодиодах

В современных условиях лампы накаливания интенсивно вытесняются светодиодами. Они не выдержали конкуренции из-за более низкого КПД и меньшего срока службы. В переносных ручных светильниках полупроводниковые светоизлучающие элементы также получили широкое распространение. Но просто взять и заменить лампочку светодиодом (или матрицей из светодиодов) не получится. Нужно устройство, которое ограничило бы ток через полупроводниковые элементы. Оно называется драйвером и представляет собой электронный стабилизатор тока.

Недостатком такой схемы является невысокая ремонтопригодность такого фонаря – для восстановления электронной схемы потребуется квалифицированный мастер и соответствующее лабораторное оборудование.

Драйвером может служить обычный резистор, который ограничит ток и погасит излишки напряжения. Но на сопротивлении будет бесполезно теряться достаточно большая мощность. Для фонаря с питанием от сети этот факт не важен, а для светильника с батарейным или аккумуляторным питанием такой недостаток может оказаться критическим.

Важно! В конструкцию светодиодного фонаря добавляется еще один элемент – теплоотводящий радиатор. Хотя излучение светодиодов принципиально не связано с нагревом, но закон Джоуля-Ленца не обойти. При прохождении тока через излучающие элементы выделяется тепло. Если не принять мер, то перегрев LED заметно снизит срок их службы.

Схема налобного фонаря

Популярная конструкция светодиодного фонаря – налобная. Такой светильник позволяет полностью освободить руки и направлять луч света в нужное место поворотом головы: вслед за взглядом. Это удобно при ремонте автомобиля, при прогулках по затемненным территориям и т.д.

Схема такого светильника строится по принципу:

• управляющая схема (отвечает за переключение режимов);
• буферный усилитель;
• транзисторный ключ для включения светодиода.

Один из вариантов такого устройства – когда блок управления выполнен на стандартном микроконтроллере (например, ATtiny85), в который зашита программа управления режимом излучателя, промежуточным усилителем служит операционный усилитель OPA335, а в качестве ключа используется полевой транзистор IRLR2905.

Такая схема недорога, надежна, но имеет технологический недостаток: перед установкой надо программировать контроллер. Поэтому при массовом производстве в качестве блока управления используется специализированная микросхема FM2819 (на корпус может быть нанесено сокращенное обозначение 819L). Этот чип может включать и выключать светоизлучающий элемент, и запрограммирован на четыре режима:

• максимальная яркость;
• средняя яркость;
• минимальная яркость;
• стробоскоп (мигающий свет).

Режимы переключаются циклически коротким нажатием на кнопку. Длительное нажатие переводит фонарь в режим SOS. Изменить программу нельзя (по крайней мере, в даташите не говорится о такой возможности). Микросхема не требует промежуточного усилителя, но очень мощные светодиоды подключать напрямую к выходу нельзя – есть ограничение по нагрузке (и есть защита от ее превышения).

Поэтому мощные элементы подключаются через ключ. В большинстве случаев им служит полевой транзистор, допускающий длительную работу с большим током в цепи стока, например FDS9435A производства Fairchild или других аналогичных, которые можно выбрать по параметрам из таблицы характеристик FDS9435A.

Схема фонарика сводится всего к двум активным элементам и обвязке из нескольких конденсаторов и резисторов (плюс аккумуляторные элементы и матрица из светодиодов, само собой).

Схема аккумуляторного фонарика с зарядкой от сети 220

Удобнее и экономнее питать фонарь не от батареек, а от аккумуляторов, которые можно заряжать. Еще удобнее иметь такой светильник, возобновлять заряд элементов которого можно не извлекая их из корпуса. Достаточно просто подключить фонарик к однофазной сети 220 В.

Здесь к обычной схеме добавлены элементы:

• двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1, VD2 (также может быть собран по мостовой схеме);
• балластный конденсатор для гашения излишнего напряжения С1 с разрядным сопротивлением R1;
• резистор R2 для ограничения тока заряда аккумулятора;
• цепочка R4VD5 для индикации подключения к питающей сети.

Важно! У таких бестрансформаторных схем есть существенный недостаток. При случайном прикосновении к любой точке цепи есть риск оказаться под напряжением. Применение же сетевого понижающего трансформатора приведет к значительному увеличении массогабаритных характеристик.

Поэтому такая схема встречается все реже. Для зарядки аккумуляторов без их извлечения используются внешние источники питания с низким выходным напряжением (включая зарядку от устройства, совместимого со стандартом USB).

Модернизация фонарей

При внимательном рассмотрении схемы фонаря из предыдущего раздела становится очевидным, что светодиод VD5 горит всегда при подключении к сети 220 В. Его свечение не зависит от заряда и даже наличия аккумуляторов. Чтобы устранить этот недостаток, индицирующую цепочку надо включить в цепь заряда батареи. Для этого надо установить резистор R5 мощностью 0,5 Вт с таким расчетом, чтобы при токе в 100 мА на нем падало около 3 В (около 30 Ом). Индицирующую цепочку надо подключить параллельно с соблюдением полярности.

Все изменения и дополнения показаны синей линией. После переделок светодиод будет гореть только при наличии тока заряда (при выключенном питании излучающей матрицы!)

Проверка работоспособности

Если китайский фонарик вышел из строя, можно попытаться найти неисправный элемент и заменить его либо отремонтировать. Алгоритм поиска показан на примере светильника с зарядкой от сети.

1. Если фонарь не светит, при включении в сеть индикатор не горит, надо проверить, приходит ли 220 В на схему. Для этого надо измерить переменное напряжение в точке 1. Если напряжения нет, надо проверить сетевой шнур и разъем.
2. Если все в порядке, светодиод должен гореть. Если нет – проверить его цепь, а также диод VD2 на предмет короткого замыкания.
3. Далее надо извлечь аккумуляторы и проверить постоянное напряжение в точке 2 – оно должно быть примерно равно напряжению аккумуляторов. Если нет – проверить исправность диодов VD1, VD2.
4. Если все в порядке, вероятно, неисправны аккумуляторы. Надо проверить напряжение на них.
5. Если дело не в этом, надо проверить исправность выключателя, прозвонив его тестером в режиме звуковой проверки (при выключенном из сети устройстве и извлеченных аккумуляторах!).
6. Если и тут все нормально, неисправность надо искать в драйвере или в светодиодной матрице.

При наличии небольших знаний в электротехнике модернизировать или починить ручной фонарик несложно. Главное, разобраться в его устройстве.