Токовый ограничитель для светодиода: Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах

Расчет токоограничивающего резистора для светодиода

В данной статье речь пойдет о расчете токоограничивающего резистора для светодиода.

Расчет резистора для одного светодиода

Для питания одного светодиода нам понадобится источник питания, например две пальчиковые батарейки по 1,5В каждая. Светодиод возьмем красного цвета, где прямое падение напряжения при рабочем токе 0,02 А (20мА) равно -2 В. Для обычных светодиодов максимально допустимый ток равен 0,02 А. Схема подключения светодиода представлена на рис.1.

Рис.1 – Схема подключения одного светодиода

Почему я использую термин «прямое падение напряжение», а не напряжение питания. А дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на светодиоде напряжение. Именно это значение нам нужно применять в расчетах.

Прямое падение напряжение для различных светодиодов в зависимости от длины волны представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристики светодиодов

Цветовая характеристика	Длина волны, нМ	Напряжение, В
Инфракрасные	от 760	до 1,9
Красные	610 — 760	от 1,6 до 2,03
Оранжевые	590 — 610	от 2,03 до 2,1
Желтые	570 — 590	от 2,1 до 2,2
Зеленые	500 — 570	от 2,2 до 3,5
Синие	450 — 500	от 2,5 до 3,7
Фиолетовые	400 — 450	2,8 до 4
Ультрафиолетовые	до 400	от 3,1 до 4,4
Белые	широкий спектр	от 3 до 3,7

Точное значение падения напряжения светодиода, можно узнать на упаковке к данному светодиоду или в справочной литературе.

Сопротивление резистора определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд)/Iд = (3В-2В)/0,02А = 50 Ом.

где:

• Uн.п – напряжение питания, В;
• Uд — прямое падение напряжения на светодиоде, В;
• Iд – рабочий ток светодиода, А.

Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 51 Ом.

Чтобы гарантировать долгую работу светодиода и исключить ошибку в расчетах, рекомендую при расчетах использовать не максимально допустимый ток – 20 мА, а немного меньше – 15 мА.

Данное уменьшение тока никак не скажется на яркости свечения светодиода для человеческого глаза. Чтобы мы заметили изменение яркости свечения светодиода например в 2 раза, нужно уменьшить ток в 5 раза (согласно закона Вебера — Фехнера).

В результате мы получим, расчетное сопротивление токоограничивающего резистора: R = 50 Ом и мощность рассеивания Р = 0,02 Вт (20мВт).

Расчет резистора при последовательном соединении светодиодов

В случае расчета резистора при последовательном соединении, все светодиоды должны быть одного типа. Схема подключения светодиодов при последовательном соединении представлена на рис.2.

Рис.2 – Схема подключения светодиодов при последовательном соединении

Например мы хотим подключить к блоку питания 9 В, три зеленых светодиода, каждый по 2,4 В, рабочий ток – 20 мА.

Сопротивление резистора определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3)/Iд = (9В — 2,4В +2,4В +2,4В)/0,02А = 90 Ом.

где:

• Uн.п – напряжение питания, В;
• Uд1…Uд3 — прямое падение напряжения на светодиодах, В;
• Iд – рабочий ток светодиода, А.

Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 91 Ом.

Расчет резисторов при параллельно – последовательном соединении светодиодов

Часто на практике нам нужно подключить к источнику питания большое количество светодиодов, несколько десятков. Если все светодиоды подключить последовательно через один резистор, то в таком случае напряжения на источнике питания нам не хватит. Решением данной проблемы является параллельно-последовательное соединение светодиодов, как это показано на рис.3.

Исходя из напряжения источника питания, определяется максимальное количество светодиодов, которые можно соединить последовательно.

Рис.3 – Схема подключения светодиодов при параллельно — последовательном соединении

Например у нас имеется источник питания 12 В, исходя из напряжения источника питания максимальное количество светодиодов для одной цепи будет равно: 10В/2В = 5 шт, учитывая что на светодиоде (красного цвета) падение напряжения — 2 В.

Почему 10 В, а не 12 В мы взяли, связано это с тем, что на резисторе также будет падение напряжения и мы должны оставить, где то 2 В.

Сопротивление резистора для одной цепи, исходя из рабочего тока светодиодов определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3+ Uд4+ Uд5)/Iд = (12В — 2В + 2В + 2В + 2В + 2В)/0,02А = 100 Ом.

Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 110 Ом.

Количество таких цепочек из пяти светодиодов параллельно соединенных практически не ограничено!

Расчет резистора при параллельном соединении светодиодов

Данное подключение является не желательным и я его не рекомендую применять на практике. Связано это с тем что, у каждого светодиода присутствует технологическое падение напряжения и даже если все светодиоды из одной упаковке – это не является гарантией, что у них падение напряжение будет одинаково из-за технологии производства.

В результате у одного светодиода, ток будет больше чем у других и если он превысить максимально допустимый ток, он выйдет из строя. Следующий светодиод перегорит быстрее, так как через него уже будет проходить оставшийся ток, распределенный между другими светодиодами и так до тех пор, пока все светодиода не выйдут из строя.

Рис.4 – Схема подключения светодиодов при параллельном соединении

Решить данную проблему можно подключив к каждому светодиоду свой резистор, как это показано на рис.5.

Рис.5 – Схема подключения светодиодов и резисторов при параллельном соединении

Ограничение пусковых токов — удешевление на светодиодном монтаже

Светодиодные блоки питания имеют очень высокие пусковые токи. Для того чтобы увеличить количество импульсных источников питания на один автоматический выключатель необходимо ограничение пусковых токов, использовать ограничитель броска тока.

Пусковой ток драйвера многократно превышает номинальный, поэтому срабатывает автоматический выключатель (иначе говоря, выбивает автомат), контакты свариваются, проводка греется. Решение — ограничение пусковых токов ESB.

Электронный ограничитель пускового тока блока питания является идеальным решением для эффективного снижения затрат на монтаж светодиодного освещения. Благодаря точному ограничению пусковых токов, на каждом автоматическом выключателе может работать большее количество блоков питания светодиодных ламп и лент. Низкое значение тока позволяет использовать провода с меньшим сечением и меньше выключателей. Стоимость установки снижается на 70% по сравнению с обычными установками.

Устройство подключается между сетевым выключателем / контактором и нагрузкой. Используется для индуктивных и емкостных нагрузок. В момент включения пусковой ток ограничен в течение определенного времени, независимо от фактического значения пускового тока.

Выбрать ограничитель тока светодиодного драйвера Camtec ESB несложно.

Доступны две основные модели ограничителей пускового тока блока питания Camtec ESB. Стандартная версия (ESB-UNIVERSAL, ограничение пикового тока на уровне 48A) идеально подходит для обычных источников света или сетевого выключателя. Для цепей с реле / контакторами или коммутаторами (KNX / EIB-bus) мы рекомендуем ESB 16 (ограничение пикового тока на уровне 16A), он сохранит контакты переключения и обеспечить длительный срок службы.

Получить консультацию или узнать цену, наличие ограничителя пускового тока блока питания в России вы можете по телефону  (812) 309-98-08 или по эл. почте [email protected]

Технические характеристики ограничителя пускового тока для светодиодного освещения.

Camtec ESB 16A

Ограничение пускового тока на уровне	16,0 A
Емкость нагрузки не более	1500 μF
Рекомендуемый мин. автоматический выключатель	A6A, B4A, Z6A
Диапазон напряжений:	184-265 VAC
Рабочее напряжение:	230 VAC
Частота линии:	16,33 Hz — 440 HZ
Номинальный ток	16 A
Доступный пиковый ток	165 A в течении 20 ms / 800 A в течении 200 μs
Габариты в мм (ш x в x г):	36,5 x 110 x 62
Вес	0,12 кг

Camtec ESB LED-Universal 48A

Ограничение пускового тока на уровне	48,0 A
Емкость нагрузки не более	6000 μF
Рекомендуемый мин. автоматический выключатель	B13A
Диапазон напряжений:	184-265 VAC
Рабочее напряжение:	230 VAC
Частота линии:	16,33 Hz — 440 HZ
Номинальный ток	16 А
Доступный пиковый ток	165 A в течении 20 ms / 800 A в течении 200 μs
Габариты в мм (ш x в x г):	36,5 x 110 x 62
Вес	0,12 кг

 

Максимальное количество импульсных источников питания на один ограничитель пускового тока
*Информация представлена справочно

Camtec ESB 16

10 Watt	80
20 Watt	60
30 Watt	40
40 Watt	40
60 Watt	30
80 Watt	20
100 Watt	16
150 Watt	15
240 Watt	8
320 Watt	6

Camtec ESB LED-Universal 48A

10 Watt	80
20 Watt	60
30 Watt	50
40 Watt	50
60 Watt	40
80 Watt	35
100 Watt	30
150 Watt	20
240 Watt	8
320 Watt	6

Установка. Схема монтажа ограничителя пускового тока для драйвера.

Причина срабатывания автомата при включении света. Демонстрация работы устройства ограничения пускового тока блока питания. Пример использования устройства плавного пуска драйвера.

С этой страницей часто просматривают

Scroll To Top

Ограничитель силы тока в нагрузке

Ограничитель силы тока – устройство, предназначенное для исключения возможного повышения силы тока в схеме выше заданного значения. Самым простым ограничителем является обыкновенный плавкий предохранитель. Конструктивно предохранитель представляет собой плавкую вставку, заключенную в изолятор – корпус. Если в схеме по тем или иным причинам повышается сила тока, потребляемая нагрузкой, плавкая вставка перегорает, и питание нагрузки прекращается.

Виды ограничителей

При всех преимуществах использования предохранителя он обладает одним серьезным недостатком – низким быстродействием, что делает невозможным его применение в некоторых случаях. К недостаткам можно отнести и одноразовость предохранителя – при его перегорании придется искать и устанавливать предохранитель точно такой же, как и перегоревший.

Электронные ограничители

Гораздо более совершенными по сравнению с упомянутыми выше предохранителями являются электронные ограничители. Условно такие устройства можно разделить на два типа:

• восстанавливающиеся автоматически после устранения возникшей неисправности;
• восстанавливающиеся вручную. Например: в схеме ограничителя предусмотрена кнопка, нажатие которой приводи к ее перезапуску.

Отдельно стоит сказать о так называемых пассивных устройствах защиты. Такие устройства предназначены для световой и/или звуковой сигнализации о ситуациях превышения допустимого тока в нагрузке. В большинстве своем такие схемы сигнализации применяются совместно с электронными ограничителями.

Цены на ограничители силы тока

электронные ограничители силы тока

 

Простейшая схема на полевом транзисторе

Самым простым решением при необходимости ограничения постоянного тока в нагрузке является использование схемы на полевом транзисторе. Принципиальная схема этого устройства показана на рис.1:

Рис. 1 – Схема на полевом транзисторе

Ток нагрузки при использовании схемы представленной на рис.1 не может быть больше начального тока стока примененного транзистора. Следовательно, диапазон ограничения напрямую зависит от типа транзистора. Например, при использовании отечественного транзистора КП302 ограничение составит 30-50 мА.

Ограничитель на биполярном транзисторе

Основным недостатком схемы, описанной выше, является сложность изменения пределов ограничения. В более совершенных устройствах для исключения этого недостатка применяют дополнительный элемент, выполняющий функции датчика. Как правило, такой датчик представляет собой мощный резистор, который включается последовательно с нагрузкой. В момент, когда на резисторе падение напряжения достигнет определенной величины, автоматически произойдет ограничение силы тока. Схема такого устройства показана на рисунке 2.

Рис. 2 – Схема на биполярных транзисторах

Как можно заметить, основой схемы являются два биполярных транзистора структуры n – p – n . В качестве датчика используется резистор R 3 с сопротивлением 3,6 Ом.

Принцип действия устройства следующий: напряжение от источника поступает на резистор R 1, а через него и на базу транзистора VT 1. Транзистор открывается, и большая часть напряжения от источника поступает на выход устройства. При этом транзистор VT 2 находится в закрытом состоянии. В момент, когда на датчике (резистор R 3) падение напряжение достигнет порога открытия транзистора VT 2, он откроется, а транзистор VT 1 наоборот – начнет закрываться, ограничивая тем самым ток на выходе устройства. Светодиод HL 1 является индикатором срабатывания ограничителя.

Порог срабатывания зависит от сопротивления резистора R 3 и напряжения открытия транзистора VT 2. Для описанной схемы порог ограничения составляет: 0,7 В/ 3,6 Ом = 0,19 А.

Схема с ручной регулировкой

В некоторых случаях требуется устройство с возможностью ручного изменения величины ограничения тока в нагрузке, например, если речь идет о необходимости заряда автомобильных аккумуляторных батарей. Схема регулируемого устройства показана на рисунке 3.

Рис. 3 – Схема с регулировкой ограничения тока

Технические характеристики устройства:

• напряжение на входе – до 40 В;
• напряжение на выходе – до 32 В;
• диапазон ограничения тока – 0,01…3 А.

Основной особенностью схемы является возможность как изменения величины ограничения тока в нагрузке, так и возможность регулировки напряжения на выходе. Ограничение тока устанавливается переменным резистором R 5, а напряжение на выходе – переменным резистором R 6. Диапазон ограничения тока определяется сопротивлением датчика тока – резистором R2 .

При конструировании такого устройства стоит помнить, что на VT 4 выделяется достаточно большая мощность, поэтому для исключения вероятности перегрева элемента и выхода из строя он должен быть установлен на радиатор. Также отметим, что переменные резисторы R 5 и R 6 должны обладать линейной зависимостью регулировки для более удобного использования устройства. Возможные аналоги используемых деталей :

• Транзисторы КТ815 – ВD139;
• Транзистор КТ814 – ВD140;
• Транзистор КТ803 – 2N5067.

Вместо заключения

Нельзя утверждать, что тот или иной способ ограничения тока лучше или хуже. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. Более того, применение каждого целесообразно или вовсе недопустимо в определенном конкретном случае. Например, применение плавкого предохранителя в выходной цепи импульсного блока питания в большинстве своем нецелесообразно, поскольку предохранитель как элемент защиты обладает недостаточным быстродействием. Говоря более простым языком – предохранитель может сгореть после того, как вследствие перегрузки придут в негодность силовые элементы блока питания.

В общем, выбор в пользу того или иного ограничителя должен производиться с учетом схемотехнических, а порой и конструктивных особенностей источника входного напряжения и особенностей нагрузки.

Что нужно светодиоду — стабилизатор напряжения или тока?

Все светодиоды, независимо от форм-фактора и электрических параметров, питаются током. Правильно заданный ток – это гарантия длительной и стабильной работы осветительного прибора. Так почему же производители светодиодной продукции часто вместо стабилизатора тока устанавливают стабилизатор напряжения? Как это сказывается на работе светодиодных ламп, лент, фонарей и прожекторов? Попробуем разобраться.

Стабилизаторы напряжения

Исходя из названия, эти устройства предназначены для поддержания напряжения в нагрузке на определённом уровне. При этом величина выходного тока зависит от самой нагрузки. Другими словами, сколько потребуется нагрузки, столько она возьмёт, но не более максимально возможного значения. Допустим, стабилизатор напряжения обладает такими выходными параметрами: 12В и 1 А. То есть на выходе всегда будет поддерживаться 12В, а ток потребления может быть в диапазоне от нуля до одного ампера. Существует два вида стабилизаторов напряжения: линейные и импульсные.

Как правило, регулирующим элементом в схеме стабилизатора является биполярный или полевой транзистор. Если этот транзистор работает в активном режиме, то стабилизатор называют линейным. Если же регулирующий транзистор работает в ключевом режиме, то стабилизатор называют импульсным.

Наиболее распространенными и недорогими являются линейные стабилизаторы напряжения, однако они имеют ряд недостатков:

• низкий КПД;
• при большом токе нагрузки нуждаются в теплоотводе;
• имеют достаточно высокое падение напряжения.

Чтобы не сталкиваться с подобными недостатками, рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения импульсного типа. Они бывают трех типов: повышающие, понижающие и универсальные. Импульсные стабилизаторы имеют высокий КПД, не нуждаются в дополнительном отводе тепла при больших токах нагрузки, но имеют более высокую стоимость.

Стабилизаторы тока

Простейший ограничитель тока – резистор. Его часто называют простейшим стабилизатором, что неверно, так как резистор не способен стабилизировать ток при колебании напряжения на своем входе.

Применение резистора в схеме питании светодиода допустимо только при стабилизированном входном напряжении. В противном случае все скачки напряжения передаются в нагрузку и негативно отражаются на работе светодиода. Эффективность резистивных ограничителей тока очень низкая, так как вся потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.

Немного выше КПД у конструкций на базе готовых интегральных микросхем (ИМ) линейных стабилизаторов. Схемы линейных стабилизаторов на базе ИМ выделяющиеся минимальным набором элементов, отсутствием помех и простой настройкой.

Чтобы избежать перегрева регулирующего элемента, разность входного и выходного напряжения должна быть небольшой, но достаточной (3-5 вольт). Иначе корпус микросхемы вынужден будет рассеивать невостребованную энергию, тем самым снижая КПД.

Драйверы для светодиодов на основе готовых ИМ линейных стабилизаторов выделяются дешевизной и доступностью элементов для сборки своими руками.

Наиболее эффективными принято считать токовые драйверы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Их конструируют на базе специализированных микросхем с цепью обратной связи и элементами защиты, что в несколько раз повышает надёжность всего устройства. Наличие в них импульсного трансформатора ведет к удорожанию схемы, но оправдано высоким КПД и сроком службы. Токовые ШИМ стабилизаторы с питанием от источника 12В несложно сделать своими руками, используя специализированную микросхему. Например, ИМС PT4115 от компании PowTech, которая разработана специально для схем питания светодиодов мощностью от 1 до 10 Вт.

Параметры питания светодиодов

У светодиодов, кроме номинального тока существует ещё один важный параметр – прямое падение напряжения. Роль этого параметра также существенна, именно поэтому его указывают в первом ряду технических параметров полупроводникового прибора.

Чтобы через p-n переход начал протекать ток, к нему нужно приложить какое-то минимальное прямое напряжение Uмин.пр.. Значение минимального прямого напряжения указывается в документации светодиода и отражается на графике вольт — амперных характеристик (ВАХ).

На зеленом участке ВАХ светодиода видно, что только при достижении Uмин.пр. начинает протекать ток Iпр. Дальнейший незначительный рост Uпр приводит к резкому росту Iпр. Именно поэтому даже небольшие перепады напряжения свыше Uмакс..пр. губительны для кристалла светодиода. В момент превышения Uмакс.пр. ток достигает своего пика и происходит разрушение кристалла. Для каждого типа светодиодов существует номинальный ток и соответствующее ему напряжение (паспортные данные), при которых прибор должен отработать заявленный срок службы.

Правильное и неправильное включение

Больше всего ошибок допускают автомобилисты, когда пытаются сэкономить на схеме питания светодиодного освещения. Часто автолюбители включают светодиодные приборы напрямую от аккумулятора, а потом жалуются на разные неполадки: моргание, потерю яркости и полное погасание кристалла. Всё это происходит из-за отсутствия промежуточного преобразователя, который должен компенсировать перепады напряжения в интервале от 10 до 14,5В. Ещё одна ошибка владельцев авто – подключение только через резистор, рассчитанный на среднее показание аккумулятора 12В. Резистор – линейный элемент, а значит, ток через него растет пропорционально напряжению. Подключение через резистор допускается при условии его расчета на 14,5В, но тогда придется смириться с неполной светоотдачей светодиодов при низких и средних значениях напряжения в бортовой сети. Поэтому однозначный верный способ подключения светодиодов в автомобиле – это использование стабилизатора тока, желательно импульсного типа.

В различных осветительных конструкциях на основе светодиодов часто используются именно стабилизаторы напряжения. Почему так происходит? Во-первых, они намного дешевле качественных токовых драйверов. Во-вторых, чтобы из стабилизатора напряжения получился более-менее надёжный драйвер достаточно на выходе установить резистор, грамотно рассчитав его мощность и сопротивление. Такое схемотехническое решение часто применяется в недорогих LED лампах и осветительных конструкциях с применением светодиодных лент.

Большинство светодиодных лент питается стабильным напряжением 12В. Если рассмотреть конструкцию ленты более детально, то можно увидеть, что она разделена на небольшие участки. Как правило, каждый участок состоит из трёх SMD­ светодиодов и одного токозадающего резистора. Падение напряжения на одном светоизлучающем элементе в среднем составляет 2,5-3,5 В, то есть максимум 10,5В в сумме. Остаток гасится резистором, номинал которого изготовитель подбирает под тип используемых светодиодов. Поэтому подключение светодиода через связку из стабилизатора напряжения и резистора можно считать правильной.

Выходная мощность стабилизатора должна быть больше потребляемой мощности нагрузки примерно на 30%.

Если использовать простой блок питания без стабилизации (трансформатор, диодный мост и конденсатор), то при небольшом увеличении напряжения сети, его пропорционально уменьшенная часть будет равномерно распределяться на всех четырёх элементах каждого участка ленты. В итоге вырастет ток, температура кристалла и, как следствие, начнется необратимый процесс деградации светодиодов.

Самым правильным схемотехническим решением является применение стабилизатора тока импульсного типа. На сегодняшний день – это оптимальный вариант, который используют все ведущие производители светодиодных изделий. Токовый драйвер с ШИМ регулятором практически не греется, эффективен и надёжен.

Так чему же отдать предпочтение: дешевому стабилизатору напряжения с резистором или более дорогому токовому драйверу? Правильный ответ скрыт в выражении: «Любая экономия должна быть оправдана». Если Вам нужно подключить десяток слаботочных светодиодов или не более одного метра ленты, то выбор в пользу первого варианта нельзя назвать ошибочным.

Но если ваша цель – запитать фирменные светодиоды с мощностью каждого кристалла более 1 Вт, то без качественного токового драйвера не обойтись. Потому что стоимость таких излучающих диодов намного выше цены на драйвер.

Простой стабилизатор тока – диодный ограничитель

Источники тока делятся на две категории: ограничители и стабилизаторы. Самый простой, недорогой способ задать ток в цепи это применить специальный двухконтактный прибор, ограничивающий проходящий сквозь него постоянный ток. Здесь поясняется как устроен и как он работает. Это продолжение статьи http://radio-technica.ru/transformatory/istochnik-fiksirovannogo-toka-ot-teorii-k-praktike.html Различные схемы включения, типы будут рассмотрены в другой статье.

Ограничитель тока соединяется с потребителем. Он позволяет задать ток в цепи, не меняющийся из-за колебаний напряжения питания схемы и изменений характеристик компонентов. Стабилизатор тока – электрический прибор, имеющий два контакта соединения с нагрузкой. В совокупности с обычным блоком питания диодный ограничитель тока образует простой стабилизатор тока. Название сформировалось под влиянием внешнего сходства с диодом.

Батарейка – источник медленно понижающегося  напряжения. Два параллельно соединенных диодных ограничителя фиксируют ток светодиода. Стабилизация тока стабилизирует силу света.
	Если на диодном ограничителе напряжение выше 1,73 B, то ток в его цепи ограничивается и остается постоянным до 100 B, здесь произойдет пробой ограничителя. Номинальное отклонение величины тока ограничения 5 %.

 

Рисунок показывает, как устроить надежное питание светодиода от батарейки. Эта схема лучше, чем схема с применением интегрального стабилизатора напряжения. Важнейшая электрическая характеристика светодиода – номинальный ток, а не напряжение. Поэтому питание стабильным током обеспечивает правильный режим светодиода.

Также следует обратить внимание на важное преимущество. КПД этой схемы выше, а со снижением напряжения батареи устройство прослужит дольше. В отличие от схемы с интегральным стабилизатором напряжения здесь  отсутствует падение напряжения на регулирующем элементе.

График вольт-амперной характеристики полупроводникового прибора подтверждает название диодный ограничитель. Ток ограничивается только при протекании в одном направлении. Ток сквозь диодный ограничитель в обратном направлении у большинства типов допустим до 50 мА и не ограничивается. Это свойство иногда может быть полезным. Существуют типы приборов с погрешностью величины ограничения до 20 %.

Компоненты с током ограничения 10–30 мА имеют с возрастанием напряжения более заметную погрешность ограничения тока чем ограничители, рассчитанные на малые токи. Электрическая цепь из двух параллельно соединенных ограничителей, устанавливающих ток по 6 мА каждый, даст ток точнее, чем один компонент, рассчитанный на 12 мА. При использовании двух штук на 6 мА вместо одного на 12 мА раздвигаются пределы рабочего напряжения, заметно снижается наименьшее напряжение схемы.

Принцип работы диодного ограничителя тока

Ограничитель содержит всего один хорошо знакомый компонент – полевой N канальный транзистор c РN переходом. Зная как работает полевой транзистор легко разобраться в ограничении тока. Затвор и исток у полевика в ограничителе соединены, это один контакт, а сток полевика – другой контакт. Изготовитель проверяет начальный ток стока, являющийся величиной тока ограничения. В зависимости от тока ограничения присваивается тип прибора.

Характеристика транзистора 2П312. Соединение затвора и истока создает условия для протекания по каналу полевика начального тока стока, это изображено на верхних графиках. На остальных кривых стабилизация тока при имеющейся разности потенциалов между стоком и истоком.

Схема ограничителя тока.

Принцип работы ограничителя тока помогают понять графики характеристик полевика в различных режимах. На рисунке представлены характеристики  2П312А и 2П312АБ. Ограничителю требуется напряжение  от величины насыщения транзистора и более по модулю. Различные полевики при такой схеме включения могут ограничивать ток при минимуме напряжения от 0,9 до 2,8 B. При смене полюсов напряжения ток течет через PN переход. Ограничитель тока работает как диод, пропускающий прямой ток.

Ограничитель тока из полевого транзистора 2П312

Резистор между истоком и затвором.

Увеличение разности потенциалов затвора и истока с помощью резистора снижает напряжение насыщения как изображено на графиках характеристик полевика 2П312. При этом снижается ток ограничения, возрастает динамическое сопротивление. Для установки требуемого тока можно сделать ограничитель из полевого транзистора 2П312. По характеристике 2П312 видно, как изменяется ток ограничения с  изменением напряжения между затвором и истоком. Резистор позволяет снизить ток ограничения.

Резистор:

U си нас. – напряжение насыщения между стоком и истоком из характеристики транзистора,

I стаб – ток ограничения,

I сток нач. – ток стока начальный.

Ограничитель тока схема улучшена.

Схема с улучшенными характеристиками сложнее. VT1 стабилизирует потенциал на VT2. Верхний по схеме транзистор должен иметь более высокий I сток нач. по сравнению с VT2. Схемы с применением транзисторов сложнее и дороже, чем с применением диодных ограничителей тока. Полевики не дают точно предсказуемый ограничиваемый ток, по сравнению с отсортированными изготовителем диодными ограничителями тока.

С помощью ограничителей легко обеспечить оптимальный ток для работы элементов электрических цепей. Они входят в электрические схемы, надежно работающие в различных условиях.

Рассказ о различных типах диодных ограничителей массово выпускаемых известными производителями, их применение, описание стабилизаторов на токи порядка ампер в следующих статьях.

Денисов П. К., Симферополь

Правда и вымысел о пусковых токах светильников / Статьи и обзоры / Элек.ру

Светодиодные светильники за последние пять лет превратились из экзотических устройств для сторонников экологического стиля жизни в предметы повседневного обихода. Поэтому не удивительно, что установка таких светильников все чаще осуществляется не инженерами экстра-класса в рамках проектов государственной важности, а в самых обычных офисах рядовыми электриками или вообще людьми, имеющими об электричестве только самые элементарные представления. И каким же бывает разочарование, когда при включении вроде бы «экономичных» светодиодных светильников срабатывает защитный автомат, выбранный, вроде бы, с соблюдением всех правил. Или возникает парадоксальная ситуация, когда при замене люминесцентных светильников на светодиодные срабатывает предохранитель, который ранее без проблем «держал» очень «прожорливые» приборы еще советского производства. Самое время разувериться в экономичности светодиодных светильников. Проблемы возникают потому, что не учитывается важнейший параметр любого светильника — значение пускового тока. Причем такой подход навязывают сами производители светильников, зачастую утверждающие, что у их продукции пусковых токов просто нет.

При включении электрического устройства, как правило, наблюдаются переходные процессы. Кроме этого, для запуска устройства может потребоваться большая мощность, чем в установившемся режиме. Из-за этого наблюдается такое явление как пусковой ток. Значение пускового тока равно максимальному значению входного тока при включении устройства. Пусковой ток выражается либо в абсолютных значениях, либо как кратность максимального значения входного тока к потребляемому току в установившемся режиме. Другим важным значением является длительность пускового тока — время при запуске, в течение которого входной ток устройства превышает потребляемый ток в установившемся режиме.

Наличие пускового тока характерно даже для такого «древнего» и простого источника света как лампа накаливания. Вольфрамовая нить в охлажденном состоянии имеет сопротивление в 10-15 раз меньше, чем в нагретом до температуры, когда она светится. Соответственно, пусковой ток лампы накаливания в 10-15 раз больше потребляемоготокавустановившемся режиме.

Вот, кстати, почему лампы накаливания (и похожи по принципу работы галогенные лампы) выходят из строя чаще всего при включении.

В разрядных источниках света при запуске энергия затрачивается на создание плазмы между электродами, то есть электрического разряда, дающего свечение. К таким источникам света относятся, например, натриевые, металлогалогенные и люминесцентные лампы. Данные по кратности пусковых токов и их продолжительности можно найти в таблице 1.

Таблица 1. Параметры запуска для традиционных источников света

Тип лампы	Кратность пускового тока, не более	Длительность пускового тока, не более, с
Накаливания	15	0,3
Галогенная	15	0,3
Люминесцентная	1,5	3
Металлогалогенная	1,5	600
Натриевая	1,5	900

Из таблицы видно, что лампы накаливания и галогенные лампы имеют наибольшую кратность пусковых токов. Но переходные процессы в них происходят быстрее. Время пуска разрядных ламп, особенно ДНаТ и МГЛ, гораздо больше, что вынуждает закладывать значительные запасы по току при расчете проводки.

Время-токовые характеристики защитных автоматов

Современные защитные автоматы обеспечивают размыкание цепи при наступлении хотя бы одного из двух событий — длительного превышения потребляемого тока I над номинальным значением I_н и коротком замыкании. В первом случае происходит инерционный процесс размыкания биметаллических контактов при нагреве. Размыкание происходит при действии тока 1,13 I_н более 1 часа или тока 1,45 I_н менее одного часа. Во втором случае мгновенно срабатывает электромагнит, размыкающий контакты. График зависимости времени срабатывания t_c от соотношения I/I_н называется время-токовой характеристикой.

Стандартные время-токовые характеристики защитных автоматов

Существующие время-токовые характеристики делятся на три основных группы: В, С и D. Классификация осуществляется по относительному значению тока I_кз, при котором происходит мгновенное срабатывание электромагнитного размыкания, то есть когда автомат обнаруживает короткое замыкание. Для группы В значение I_кз составляет от 3 до 5 I_н, для С — от 5 до 10 I_н и для D — от 10 до 20 I_н. Нижняя граница соответствует времени срабатывания 0,1 с, верхняя — 0,01 с. Применительно к системам освещения используются защитные автоматы с характеристиками В и С, устройства с характеристикой D применяются для защиты мощных электродвигателей, а также на вводе у крупных потребителей электроэнергии.

При проектировании электроустановок обязательным условием является надежная защита от короткого замыкания на концах проводов. Чем меньше сечение проводов, тем больше их сопротивление и, соответственно, меньше отношение I_кз / I_н. В то же время, чем меньше сечение проводов, тем они дешевле. Вот почему при проектировании систем освещения на традиционных источниках раньше, по умолчанию, всегда использовали автоматы с характеристикой В.

Есть ли пусковые токи у светодиодов?

По своему физическому принципу работы светодиод не имеет никаких пусковых токов — он начинает давать свет практически сразу после того, как на него подали электрический ток, без каких-либо переходных процессов. Данное обстоятельство позволяет некоторым производителям светодиодных светильников утверждать о том, что их продукция якобы тоже не имеет пусковых токов. На самом деле, это не всегда так.

Пусковые токи действительно не имеют светодиодные светильники, построенные по так называемой бездрайверной схеме [Л]. Но из-за большого уровня пульсаций светового потока область применения таких светильников ограничена.

Для защиты систем освещения на основе традиционных источников света по умолчанию использовались автоматы с характеристикой В

В светодиодных светильниках, питающихся от сети переменного тока и предназначенных для широкого применения, как правило, устанавливается конденсатор, сглаживающий пульсации. При включении светильника происходит заряд данного конденсатора, вызывающий резкое увеличение потребляемого тока. Именно таким образом понятие пусковых токов становится применимым и к светодиодным светильникам.

Расчеты показывают, что для определенных типов драйверов происходит срабатывание защитного автомата при простой замене люминесцентных светильников на светодиодные, даже если потребляемый ток в установившемся режиме после замены стал меньше. Эту проблему зачастую можно решить заменой автомата с характеристикой В на автомат с характеристикой С.

Это же можно отнести и к светодиодным лампам-ретрофитам, питающимся от сети переменного тока (за исключением самых простых бездрайверных моделей). В том случае, если в светильнике используется драйвер в виде отдельного модуля, кратность пускового тока и время действия пускового тока определяются именно этим узлом. Пусковые характеристики для некоторых драйверов от ведущих производителей приведены в таблице 2.

Таблица 2. Пусковые характеристики некоторых моделей драйверов с входным напряжением 230 В переменного тока

Модель	Номинальный потребляемый ток при полной нагрузке, А	Кратность пускового тока	Рекомендуемый производителем номинальный ток автомата на один драйвер*, А		К
			Для характеристики В	Для характеристики С	Для характеристики В	Для характеристики С
Mean Well LPC-35-1050	0,7	79	4	2,3	5,7	3,3
Mean Well ELN-30-12	0,48	115	4	2	8,3	4,2
Osram Optotronic Fit 50/220	0,3	177	0,57	нет данных	1,9	нет данных
Osram Optotronic Element LD 30/220	0,15	107	0,4	нет данных	2,7	нет данных
Philips Xitanium Constant Current Xtreme	0,21	310	0,76	нет данных	3,6	нет данных

* Равен отношению рекомендуемого номинального тока защитного автомата для группы параллельно соединенных драйверов (светильников) к рекомендуемому количеству драйверов (светильников) в группе.

Из таблицы видно, что кратность пусковых токов у светодиодных светильников с драйверами превосходит традиционные светильники на один-два порядка!

Кратность пусковых токов драйверов светодиодных светильников составляет несколько сотен из-за наличия сглаживающих конденсаторов

К тому же, длительность пускового тока для светодиодных драйверов принято определять на уровне 50% от максимального значения. Это значение, как правило, лежит в пределах 100-500 мкс. Тем не менее, столь короткий импульс способен вызвать срабатывания электромагнитного размыкателя, но рассчитать его действие не так просто, как для пусковых токов традиционных источников света.

Автор предлагает ввести для оценки драйвера следующий коэффициент:

К = I_нд / I_п,

где I_нд — номинальный ток защитного автомата в пересчете на один драйвер, I_п — потребляемый ток драйвера в установившемся режиме при полной нагрузке.

Чем меньше К, тем меньше вероятность возникновения ситуации с ложным срабатыванием защитного автомата. Коэффициент К всегда больше I, он зависит от характеристики автомата. Для защитных автоматов с характеристикой В коэффициент К выше или равен коэффициенту для характеристики С.

А теперь выясним откуда возникает ситуация с «выбиванием пробок» при замене, например, люминесцентных светильников на более экономичные светодиодные. Предположим, что мы решаем задачу замены старых люминесцентных светильников типа ЛПО 4×18 на современные. У нас есть люминесцентный светильник с потребляемым током в установившемся режиме I_л. Проектировщики учли кратность пускового тока 1,5, тот факт, что длительность пускового тока в реальных условиях может достигать десятки секунд (например, лампа разгорается не с первого раза) и взяли дополнительно коэффициент запаса 1,25. Тогда номинальный ток защитного автомата составит

I_нл = 1,5 • 1,25 I_л= 1,875 I_л

При замене люминесцентных светильников на светодиодные с тем же световым потоком энергопотребление уменьшается примерно в 2 раза. Значит, потребляемый ток нового светильника I_с = 0,5 I_л, а номинальный ток защитного автомата I_нс = 0,5 К I_л.

Используем светильник с драйвером средней ценовой категории Mean Well LPC-35-1050. Для него при характеристике В имеем К = 5,7.

I_нс = 0,5 • 5,7 I_л = 2,85 I_л > I_нл

Это означает срабатывание защитного автомата.

Для автомата с характеристикой С имеем К = 3,3, тогда

I_нс = 0,5 • 3,3 I_л = 1,65 I_л < I_нл.

Ложного срабатывания защитного автомата при пуске не произойдет.

То есть проблему с «выбиванием пробок» можно решить, заменив автомат с характеристикой В на автомат с характеристикой С и тем же номинальным током. Но при этом следует убедиться, что после замены автомата будут соблюдаться нормы по току короткого замыкания для имеющихся проводов. Конкретная методика расчета выходит за рамки данной статьи, ее можно найти в справочных пособиях для электриков.

Ведущие производители светильников обычно предоставляют информацию о рекомендуемых типах защитных автоматах и максимальном количестве устройств, подключаемых к одному автомату. При отсутствии такой информации следует узнать модель драйвера, используемого в светильнике, и найти рекомендации на сайте производителя драйвера.

При невозможности замены автомата с характеристикой В на автомат с характеристикой С и частично переложить провода, чтобы выполнить рекомендации производителя драйвера (светильника) по максимальному числу устройств, подключенных к одному автомату.

Выбор защитного автомата

В идеале производитель сам должен указать в документации на светильник рекомендуемый тип защитного автомата и максимальное количество светильников, которые можно подключить к нему параллельно. В реальности так бывает не всегда, мало того, как уже отмечалось, производители зачастую скрывают сам факт наличия каких-либо пусковых токов у светильника. Можно запросить у производителя модель драйвера и узнать данные на сайте производителя данного узла. Производители драйверов все чаще публикуют эту информацию на своих сайтах.

Производитель может предложить на выбор использовать совместно с его драйвером автоматы с характеристиками как В, так и С. Если проект требует подключения максимального количества светильников к одному защитному автомату (например, есть сложности с прокладкой проводов или нет места для установки лишних автоматов), то предпочтение следует отдать характеристике С. Но тогда, как уже отмечалось, придется обеспечить дополнительный запас по толщине проводов.

Наличие рекомендаций производителя светильника или драйвера по защитным автоматам является важным преимуществом

Если для светодиодного светильника не даны рекомендации по выбору и нет возможности получить информацию о модели драйвера, приходится фактически «играть в рулетку» с непредсказуемым результатом. Но существуют всевозможные эмпирические правила, например, не подключать к одному автомату более 8 светодиодных светильников, использовать автоматы с характеристикой С вместо характеристики В и т.п. Данные меры позволяют обеспечить надежную работу системы освещения ценой введения избыточных технологических запасов. Вот почему доступность рекомендаций производителя драйвера или светильника по использованию защитных автоматов является дополнительным конкурентным преимуществом.

Борьба с высокими пусковыми токами

Постоянно обсуждаемая в специализированных интернет-форумах тема срабатывания защитных автоматов при замене светильников с традиционными источниками света на светодиодные уже привлекла внимание производители электроники. За рубежом на рынке появились всевозможные устройства, способные, по утверждению их производителей, ограничить пусковые токи. Обычно принцип работы таких устройств сводится к тому, что на время пуска последовательно со светильником включается резистор, который уменьшает пусковой ток. В результате сглаживающий конденсатор в драйвере заряжается медленнее и время пуска увеличивается, но это практически незаметно для пользователей. Недостатком является то, что такие ограничители тока совместимы далеко не со всеми драйверами.

Другой способ, который, по мнению автора статьи, является более перспективным — использование драйверов с небольшой задержкой пуска, время которой в партии различается от экземпляра к экземпляру. Время задержки для каждого драйвера при их производстве устанавливается случайным образом, либо по определенной закономерности. В результате одновременный пуск двух и более драйверов маловероятен или вообще исключается. Добавление такой функции незначительно увеличивает стоимость драйвера, но за счет экономии на монтажных работах прибавка в цене многократно окупается.

Литература

Васильев А. Бездрайверные системы: когда простота не обманчива // Электротехнический рынок, №1 (73), 2017 г., стр. 16-20.

Алексей ВАСИЛЬЕВ

Источник: Материал размещен в журнале «Электротехнический рынок», №2 (74) Март-Апрель 2017

ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА

ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТОКА Недостаток плавких предохранителей, это их одноразовость и необходимость последующей ручной замены на другой, рассчитанный на тот же ток предохранитель. Когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или ставят самодельные предохранители или просто перемычки из провода, что негативно отражается на надежности работы аппаратуры. Обеспечить автоматическую защиту устройства и одновременно повысить быстродействие можно за счет использования электронного предохранителя. Часто мы пренебрегаем защитой, и в результате имеем немало сгоревших схем из-за неправильного подключения к БП, случайного замыкания, превышения тока нагрузки и т. д. Так что потратьте немного времени и дополните любой блок питания с напряжением 3 — 25 В этой защитой. Встроить его можно в БП или зарядное устройство. В ограничителе тока нагрузки стоят обычные биполярные транзисторы. Входное напряжение через резистор R1 поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Транзистор работает в режиме насыщения, поэтому входное напряжения поступает на выход источника питания. При токе меньше порогового транзистор VT2 закрыт, и светодиод не горит. Резистор R3 выполняет роль датчика тока. Как только падение напряжения на нем превысит порог открывания транзистора VT2, он откроется, включится светодиод, а транзистор VT1, начнет закрываться, и ток через нагрузку ограничится. При указанных на схеме номиналах элементов ток короткого замыкания равен (0,7 В)/(2 Ом)=0,35 А. Меняя номинал этого резистора — получим любое значение токоограничения. Например питая что-то очень слаботочное, ставим сопротивление 8 Ом, ток ограничения будет 0.7/8 =0.1А. Уже точно ничего не сгорит. Следует помнить, что этот резистор берётся для тока более пол-ампера, мощностью 1 — 2 Ватта. Если всё-таки без жучка никак, воспользуйтесь таблицей значений токов плавления для предохранителей из проволоки.      ФОРУМ    Схемы блоков питания

Лабораторный БП 0-30 вольт Драгметаллы в микросхемах Металлоискатель с дискримом Ремонт фонарика с АКБ Восстановление БП ПК ATX

Объяснение 2 лучших схем ограничителя тока

В этом посте объясняются 2 простые универсальные схемы регулятора тока, которые можно использовать для безопасной эксплуатации любого желаемого светодиода высокой мощности.

Описанная здесь универсальная схема ограничителя тока для высокомощных светодиодов может быть интегрирована с любым необработанным источником постоянного тока для получения превосходной защиты от перегрузки по току для подключенных мощных светодиодов.

Почему ограничение тока имеет решающее значение для светодиодов

Мы знаем, что светодиоды являются высокоэффективными устройствами, которые могут производить ослепляющее освещение при относительно низком потреблении, однако эти устройства очень уязвимы, особенно к теплу и току, которые являются дополнительными параметрами и влияют на светодиод. производительность.

Приведенные выше параметры становятся критически важными, особенно при использовании светодиодов высокой мощности, которые выделяют значительное количество тепла.

Если светодиод работает с более высоким током, он будет иметь тенденцию нагреваться сверх допустимых значений и разрушаться, и наоборот, если рассеивание тепла не контролируется, светодиод начнет потреблять больше тока, пока не будет разрушен.

В этом блоге мы изучили несколько универсальных ИС для рабочих лошадок, таких как LM317, LM338, LM196 и т. Д., Которые обладают множеством выдающихся возможностей регулирования мощности.

LM317 разработан для работы с токами до 1,5 ампер, LM338 допускает максимум 5 ампер, а LM196 предназначен для генерации до 10 ампер.

Здесь мы используем эти устройства для ограничения тока для светодиодов самыми простыми из возможных способов:

Первая схема, представленная ниже, сама по себе проста, с использованием только одного рассчитанного резистора IC может быть настроен как точный регулятор или ограничитель тока.

ИЗОБРАЖЕНИЕ ВЫШЕЙ ЦЕПИ

Расчет резистора ограничителя тока

На рисунке показан переменный резистор для настройки контроля тока, однако R1 можно заменить на постоянный резистор, рассчитав его по следующей формуле:

R1 (Ограничение Резистор) = Vref / ток

или R1 = 1.25 / ток.

Ток может быть разным для разных светодиодов и может быть рассчитан путем деления оптимального прямого напряжения на его мощность, например, для светодиода мощностью 1 Вт ток будет 1 / 3,3 = 0,3 ампера или 300 мА, ток для других светодиодов может рассчитываться аналогичным образом.

Приведенный выше рисунок поддерживает максимум 1,5 А, для больших диапазонов тока ИС можно просто заменить на LM338 или LM196 в соответствии со спецификациями светодиодов.

Application Circuits

Изготовление светодиодного трубчатого света с регулируемым током.

Вышеупомянутая схема может быть очень эффективно использована для создания прецизионных цепей светодиодных трубок с регулируемым током.

Ниже показан классический пример, который можно легко изменить в соответствии с требованиями и характеристиками светодиодов.

Схема драйвера светодиода постоянного тока 30 Вт

Последовательный резистор, подключенный к трем светодиодам, рассчитывается по следующей формуле:

R = (напряжение питания — общее прямое напряжение светодиода) / ток светодиода

R = ( 12 — 3.3 + 3,3 + 3,3) / 3 ампера

R = (12 — 9,9) / 3

R = 0,7 Ом

R Вт = V x A = (12-9,9) x 3 = 2,1 x 3 = 6,3 Вт

Ограничение тока светодиода с помощью транзисторов

В случае, если у вас нет доступа к IC LM338 или если устройство недоступно в вашем районе, вы можете просто настроить несколько транзисторов или BJT и сформировать эффективную схему ограничителя тока для вашего светодиода.

Схема цепи управления током с использованием транзисторов приведена ниже:

PNP-версия указанной выше схемы

Как рассчитать резисторы

Для определения R1 вы можете использовать следующую формулу:

R1 = (Нас — 0.7) Hfe / ток нагрузки,

, где Us = напряжение питания, Hfe = коэффициент усиления прямого тока T1, ток нагрузки = ток светодиода = 100 Вт / 35 В = 2,5 А

R1 = (35 — 0,7) 30 / 2,5 = 410 Ом ,

Мощность для вышеуказанного резистора будет P = V ² / R = 35 x 35/410 = 2,98 или 3 Вт

R2 можно рассчитать, как показано ниже:

R2 = 0,7 / светодиод ток
R2 = 0,7 / 2,5 = 0,3 Ом,
Вт можно рассчитать как = 0,7 x 2.5 = 2 Вт

Использование Mosfet

Вышеупомянутая схема ограничения тока на основе BJT может быть улучшена путем замены T1 на mosfet, как показано ниже:

Расчеты останутся такими же, как обсуждалось выше для версии BJT

Схема ограничителя переменного тока

Мы можем легко преобразовать вышеуказанный ограничитель постоянного тока в универсальную схему ограничителя переменного тока.

Использование транзистора Дарлингтона

В этой схеме регулятора тока используется пара Дарлингтона T2 / T3, соединенная с T1 для реализации петли отрицательной обратной связи.

Работу можно понять следующим образом. Допустим, на входе питания ток источника I по какой-то причине начинает расти из-за большого потребления нагрузкой. Это приведет к увеличению потенциала на R3, вызывая повышение потенциала базы / эмиттера T1 и проводимости через его коллектор-эмиттер. Это, в свою очередь, приведет к тому, что базовая предвзятость пары Дарлингтона станет более обоснованной. Из-за этого увеличение тока будет сдерживаться и ограничиваться нагрузкой.

Включение подтягивающего резистора R2 гарантирует, что T1 всегда будет проводить с постоянным значением тока (I), которое задается следующей формулой. Таким образом, колебания напряжения питания не влияют на ограничение тока в цепи.

R3 = 0,6 / I

Здесь I — ограничение тока в амперах, требуемое приложением.

Другая простая схема ограничителя тока

В этой концепции используется простая схема общего коллектора BJT. который получает свое базовое смещение от переменного резистора 5 кОм.

Этот потенциометр помогает пользователю регулировать или устанавливать максимальный ток отключения для выходной нагрузки.

Со значениями, показанными n, выходной ток отключения или ограничение тока может быть установлено от 5 мА до 500 А.

Хотя из графика мы можем понять, что процесс отключения тока не очень резкий, но на самом деле он вполне достаточно, чтобы обеспечить надлежащую защиту выходной нагрузки от перегрузки по току.

Тем не менее, диапазон ограничения и точность могут зависеть от температуры транзистора.

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.Цепи ограничителя тока источника питания

»Электроника

Методы и схемы ограничителей тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.

---

Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

---

Цепи ограничителя тока являются ключевыми для источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других состояний перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки, почти всегда устанавливаются ограничители тока, и они являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемого источника питания.

Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой цепью, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и цепи, на которую подается питание. .

Эти схемы более применимы к линейным источникам питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Виды ограничения тока

Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, есть несколько вариантов, из которых можно выбрать. То же самое и с ограничителями тока, используемыми в регулируемых источниках питания.

Существует два основных типа цепи ограничителя тока:

• Ограничение постоянного тока: При использовании ограничения постоянного тока выходное напряжение поддерживается по мере увеличения тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум.В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.

  Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но она не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, и это может привести к повреждению схемы.

  Один из недостатков заключается в том, что при включении ограничения тока потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на последовательном транзисторе в регулируемом источнике питания повышается напряжение на нем.Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

  В точке, где выходное напряжение почти равно нулю, протекает максимальный ток, а напряжение на нем — это полное входное напряжение от схем сглаживания и выпрямителя. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, что потребует, возможно, большего последовательного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, что увеличивает стоимость и размеры регулируемого источника питания.

• Обратное ограничение тока: В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда ограничение тока начинает действовать. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, он фактически начинает уменьшаться. Таким образом, ток уменьшается по мере увеличения перегрузки, и тем самым снижается риск повреждения.

  Ограничение тока обратной связи в регуляторе напряжения снижает потребление энергии, поскольку при увеличении перегрузки ток уменьшается и общая потребляемая мощность падает, сохраняя тепловыделение последовательного транзистора в более разумных пределах.

  Ограничение тока обратной связи, хотя и немного более сложное, может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемого источника питания, дополнительные затраты на использование ограничения обратной связи по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется ограничение тока обратной связи.

  Ограничитель обратной связи усложняет линейный источник питания, поскольку требует большего количества электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока.Также существует вероятность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, потребляющими постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы помочь избежать проблемы блокировки.

Две разные формы линейного ограничения тока источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Основная схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из простейших схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В цепи ограничителя тока источника питания используется считывающий резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного транзистора. Два диода, помещенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают действие по ограничению тока.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение база-эмиттер транзистора меньше, чем падение на двух диодных переходах, необходимое для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.Однако по мере увеличения тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер для транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает понижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.

Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.

Номинал последовательного резистора можно рассчитать так, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше убедиться, что есть некоторый запас, ограничивая ток от простого регулятора источника питания до достижения абсолютного максимального уровня.

Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейного источника питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечения более точно регулируемого выхода.Если точка измерения выходного напряжения берется после резистора измерения последовательного тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Схема линейного питания с обратной связью и ограничением тока

Транзисторная цепь с ограничением тока обратной связи

Схема ограничения тока обратной связи дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более простых источниках питания.

Транзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока обратной связи

В схеме с обратной связью используется еще несколько электронных компонентов, включая транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и схемы, на которую подается питание.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки увеличивающаяся пропорция напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — по мере уменьшения нагрузки эффект делителя потенциала означает, что большее напряжение падает на R3.

Достигнута точка, когда транзистор Tr3 начинает включаться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, тогда напряжение на R3 увеличивается, включает Tr3 больше, и это дополнительно снижает ток, уменьшая уровень подаваемого тока.

Есть несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы, чтобы обеспечить требуемый максимальный ток для линейного регулятора напряжения, а также уровень обратного тока при коротком замыкании.

Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:

я Максимум знак равно 1 р 3 ( ( 1 + р 1 р 2 ) V БЫТЬ + р 1 р 2 V рег )

Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:

я SC знак равно 1 р 3 ( 1 + р 1 р 2 ) V B

Отношение максимального тока к току короткого замыкания:

я Максимум я SC знак равно 1 + ( р 1 р 1 + р 2 ) V рег V БЫТЬ

Где:
I _max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В _BE = напряжение, при котором транзистор начинает включаться — обычно 0.6V
V _reg = выходное регулируемое напряжение
I _SC = ток при коротком замыкании.

Ввиду того, что точка считывания регулятора находится после резистора считывания тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, так как оно будет компенсироваться регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для правильной регулировки.) Таким образом, резистор считывания тока не вызовет снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничителя тока источника питания может быть включена в различные схемы, использующие транзисторы и полевые транзисторы в качестве последовательного элемента. Операционные усилители могут быть использованы в качестве дифференциальных усилителей с получением требуемого напряжения опорного диска для выходных устройств.

Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками.Например, если бы он управлял лампой накаливания, где сопротивление в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, регулятор напряжения с ограничителем тока обнаружит очень низкое сопротивление и войдет в откидную панель, не допуская лампа для нагрева и запуска. Индуктивные нагрузки могут вызывать схожие проблемы — двигатели и т. Д. Имеют большой пусковой ток. Это означает, что базовое ограничение тока обратной связи в большинстве случаев не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока — ключевая особенность всех источников питания.Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, имеют важное значение в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.

К счастью, ограничение тока легко реализовать, оно не требует включения многих дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

.

Высокий пусковой ток со светодиодной подсветкой — как исправить?

Современные технологии светодиодного освещения очень экономичны. Но при включении на короткое время генерируется очень высокий пик тока. Этот бросок тока вызван емкостным поведением светодиодных ламп. В этой статье вы узнаете, что такое пусковой ток и какие эффекты он может иметь. Вы также найдете способы ограничить пусковой ток.

Пусковой ток светодиода

Возможно, вы сейчас находитесь в следующей ситуации: вы установили новое светодиодное освещение и хотите включить его впервые .После щелчка выключателя света сразу сработает предохранитель . Новые лампы остаются темными. Если пусковой ток слишком велик , это может вызвать срабатывание предохранителя, особенно в цепях с несколькими светодиодными лампами.

Большой пусковой ток или неисправный источник света?

Конечно, неисправная лампа также может вызвать срабатывание предохранителя. Чтобы выявить проблему, по возможности проверьте светодиодные источники света один за другим. Если все лампы работают в одиночном режиме, проблема заключается в высоком пусковом токе.

Технические данные

Пусковой ток — это электрический ток, протекающий сразу после включения лампы . В старых лампах накаливания пусковой ток генерируется холодной нитью накала и может достигать до 15 раз в нормального энергопотребления. Этот высокий ток протекает только сразу после включения и уменьшается в пределах ок. 50 миллисекунд до нормального потребления тока.

Пусковой ток для светодиодных фонарей

Светодиодные лампы очень экономичны в эксплуатации.Однако проблема с пусковым током усугубляется использованием светодиодов. Для правильной работы светодиода требуется небольшое напряжение постоянного тока. Это генерируется в большинстве источников света встроенным блоком питания или драйвером светодиода от сети 120 В. Импульсные источники питания, используемые для этой цели, представляют собой емкостную нагрузку.

Эти импульсные источники питания генерируют пусковые токи от до 100 раз в номинального тока. Однако чрезвычайно высокий ток светодиодных ламп длится всего несколько микросекунд.Эта форма пускового тока обычно не вызывает каких-либо проблем с отключающими характеристиками автоматических выключателей в доме.

Высокий пусковой ток при параллельном подключении

Однако, при параллельном подключении нескольких светодиодных ламп , пусковые токи складываются. Это может привести к описанным здесь проблемам, если определенное количество светодиодов подключено параллельно.

Пусковой ток светодиодных трансформаторов

Светодиодный трансформатор используется для всех низковольтных установок.Обычно у несколько светодиодных источников света питаются от одного блока питания. Каждый светильник содержит собственный светодиодный драйвер. Драйвер содержит конденсаторы, которые должны быть заряжены при включении . Этот зарядный ток отвечает за пусковой ток источника света.

Сам трансформатор также имеет емкостное поведение , что приводит к высокому пусковому току. Эффект также можно наблюдать при использовании многих подключаемых блоков питания. При включении в розетку часто можно заметить искрение или потрескивание.Пусковой ток светодиодного трансформатора вызывается самим трансформатором, а также всеми поставляемыми осветительными приборами. Токи всех светодиодных драйверов и трансформатора в сумме составляют .

Высокий пусковой ток, вызванный трансформатором и источниками света

Пусковые токи суммируются параллельным подключением нескольких светодиодных осветительных приборов к трансформатору. При наличии определенного количества источников света это может привести к описанным проблемам.

Расчет пускового тока

Теоретически пусковой ток может быть рассчитан по омическому закону.Рабочее напряжение для расчета известно. Однако внутреннее сопротивление (сопротивление прямого наклона) светодиодной лампы или трансформатора в момент включения неизвестно. Следовательно, пусковой ток не может быть вычислен из-за отсутствия информации.

Пусковой ток можно измерить только с помощью очень быстрого измерительного устройства на отдельной электрической установке. В этом может помочь более пристальный взгляд на спецификацию драйвера светодиода или источника питания .Но не все производители указывают это значение в своих таблицах данных.

Расчет невозможен

Так как расчет пускового тока в большинстве случаев невозможен, поможет только более внимательный взгляд на технические данные. Если здесь не указан пусковой ток, может помочь запрос к производителю.

Воздействие и побочные эффекты

Высокий пусковой ток не является необычным из-за емкостного поведения светодиодных ламп. В большинстве случаев этот пусковой ток не является проблемой.Сложности обычно возникают при работе большого количества источников света в одной цепи. Это может иметь следующие эффекты.

Сработал предохранитель

Используемые сегодня автоматические выключатели имеют два механизма защиты. С одной стороны, есть защита от перегрузки , которая срабатывает при нагреве в зависимости от времени и силы тока. Второй механизм — это защита от короткого замыкания , которая работает в зависимости от тока и очень быстро срабатывает. Если пусковой ток слишком велик, срабатывает защита от короткого замыкания предохранителя.

Предохранитель срабатывает при включении?

Если предохранитель регулярно срабатывает при переключении переключателя света, причиной является высокий пусковой ток. Описанное здесь ограничение пускового тока должно помочь.

Износ выключателя света

Высокий пусковой ток вызывает механическую нагрузку на контакты внутри выключателя света. Это может привести к повышенному износу и, как следствие, к короткому сроку службы переключателя. На ваш выключатель света может повлиять искрение , видимое при включении или если слышен треск .

Искры или потрескивания выключателя света?

Если на выключателе света внезапно возникают искры или треск после преобразования в светодиод, это означает, что пусковой ток слишком велик. Описанное здесь ограничение пускового тока должно помочь.

Контакты реле слипаются.

Все реже и реже используются классические выключатели света в современных электроустановках. Вместо этого исполнительный механизм управляется кнопкой или дистанционным управлением. Этот исполнительный механизм обычно содержит реле , которое, наконец, включает цепь со светодиодным освещением.Реле, в свою очередь, имеет механические контакты для протекания тока.

Очень высокий пусковой ток вызывает искрение внутри реле. Как и в классическом выключателе света, контакты очень быстро изнашиваются. В худшем случае контакты могут слипнуться даже . В этом случае выключение освещения невозможно. Исполнительный механизм необходимо заменить.

Контакты реле залипают?

Если контакты реле слипаются в исполнительном механизме, пусковой ток слишком велик.Описанное здесь ограничение пускового тока должно помочь.

Ограничение пускового тока

Если возникают проблемы, перечисленные выше, пусковой ток светодиодного освещения определенно слишком велик. В этом случае пусковой ток должен быть ограничен технически. Обычные ограничители пускового тока работают с резистором NTC или переключателем перехода через нуль.

NTC ограничитель пускового тока

NTC резистор — это так называемый термистор. Аббревиатура NTC означает отрицательный температурный коэффициент .В холодном состоянии NTC имеет высокое сопротивление, в нагретом — сопротивление уменьшается. Такое поведение позволяет легко снизить пусковой ток небольших светодиодных установок.

Passvice NTC Ограничители пускового тока

Ограничитель пускового тока с резистором NTC является пассивным элементом. Эти модули недорогие и компактные, их можно устанавливать в распределительных коробках или корпусах ламп.

Переключатель перехода через ноль

Переключатель перехода через ноль — это активный ограничитель пускового тока .Здесь электронная схема обеспечивает включение подключенных светодиодных ламп при переходе через ноль синусоидальной кривой переменного напряжения 120 В. Таким образом можно эффективно снизить пусковой ток с высокой точностью повторения.

Активные переключатели перехода через ноль

Ограничитель пускового тока с переключателем перехода через ноль является активным модулем. Переключатели с нулевым переходом предназначены для более крупных установок и обычно устанавливаются в блоке предохранителей.

Опасно

Любые изменения в электроустановке представляют опасность для жизни.Устранение неисправностей и модификации могут выполняться только квалифицированными специалистами. Для вашей же безопасности вам следует нанять электрика для решения проблемы.

Заключение

Пусковой ток светодиодных ламп часто становится проблемой, когда несколько ламп работают параллельно. Регулярно срабатывают предохранители или контакты переключателя изнашиваются очень быстро. Пусковой ток можно эффективно снизить с помощью описанных ограничителей пускового тока.

.

Следует ли отказаться от токоограничивающего резистора для светодиода? | Блог

Большинство моих друзей-инженеров ведут сбалансированный образ жизни. Однако есть инженеры-трудоголики. Эти инженеры не ограничивают свое рабочее время и постоянно сталкиваются со стрессом. Их образ жизни не сильно отличается от светодиодов, которые напрямую подключаются к источнику питания без токоограничивающего резистора или с неправильным номиналом резистора.Сначала они сильны, но со временем мерцают и выгорают.

В архитектурной индустрии светоизлучающие диоды (LED) обычно используются в архитектурных моделях. Тем не менее, я заметил, что все больше и больше людей подключают свои светодиоды напрямую к источнику питания без токоограничивающего резистора. Хотя изначально они работают, так как напряжение источника питания устанавливается в соответствии с напряжением светодиода, это не лучшая практика, если вы хотите, чтобы светодиоды соответствовали заданным срокам службы печатной платы.

Как работает светодиод

Светодиод — это полупроводниковое устройство, построенное с использованием соединения кремния P-типа и кремния N-типа, подобное диоду. Полупроводники P-типа имеют более высокую концентрацию положительных «дырок», чем электроны, а полупроводники N-типа имеют более высокую концентрацию электронов.

Типичный диод пропускает ток только в одном направлении. Прямое смещение подается на светодиод путем подключения кремния P-типа к положительной клемме источника питания, а кремния N-типа — к земле.Когда прямое напряжение превышает пороговое напряжение P-N перехода, ток начинает течь. Падение напряжения на светодиоде всегда эквивалентно прямому напряжению светодиода. Они могут варьироваться от 1,8 В до 3,3 В в зависимости от цвета и типа светодиода.

Когда светодиод подключен к источнику питания с напряжением выше, чем его прямое напряжение, резистор, ограничивающий ток, подключается последовательно со светодиодом. Токоограничивающий резистор ограничивает ток светодиода и регулирует разницу падений напряжения между светодиодом и источником питания.Конечно, вам нужно будет рассчитать, какой токоограничивающий резистор вам понадобится для вашей печатной платы.

Выбор правильного источника питания для светодиодов

Хотя обычный импульсный источник питания может легко загореться светодиодной системой с токоограничивающим резистором, существуют источники питания, предназначенные для светодиодных приложений. Эти источники питания называются драйверами светодиодов и бывают двух типов: драйверы светодиодов постоянного тока и драйверы светодиодов постоянного падения напряжения.

Драйвер светодиода с постоянным током будет изменять свое напряжение в определенном диапазоне, чтобы гарантировать, что его выходной ток поддерживается на заданном значении.Например, вы можете использовать драйвер светодиодов постоянного тока для 100 параллельно подключенных светодиодов с прямым напряжением 3,3 В и прямым током 10 мА. Драйвер светодиода должен быть способен поддерживать 1 А в соответствии с диапазоном рабочего напряжения, который перекрывает прямое напряжение светодиода. В этом случае токоограничивающий резистор не нужен.

Драйвер светодиода с постоянным падением напряжения работает, регулируя падение и усиление напряжения с заданным значением и скоростью в пределах ограничения по току. В случае светодиодных лент или коммерческого освещения устанавливаются токоограничивающие резисторы, чтобы минимизировать влияние колебаний источника напряжения.Эти светодиодные лампы часто указывают напряжение, при котором они работают, и что для них требуются драйверы светодиодов постоянного напряжения.

Подберите источник питания, подходящий для вашей светодиодной конфигурации.

Отсутствие резистора ограничения тока — стоит ли рисковать?

Имея на рынке ряд светодиодных драйверов, многие компании предпочитают использовать обычный импульсный источник питания и пропускают значения резисторов в своих светодиодных установках. Это связано с тем, что припаивание резисторов к светодиодам вручную требует дополнительных усилий, а обычные импульсные блоки питания дешевле драйверов светодиодов.

Теоретически кажется разумным подключить обычное напряжение питания 3,3 В к сотням светодиодов с таким же прямым напряжением. Отсутствие этого подхода может привести к отказу этих светодиодов задолго до истечения срока их службы. В результате эти светодиоды нередко мигают или перегорают в течение нескольких недель после установки. Это связано с тем, что в обычных импульсных источниках питания возникают проблемы с пусковым током напряжения питания; внезапный всплеск тока при включении питания. Со временем это может повредить светодиоды, если они не защищены токоограничивающими резисторами.Кроме того, усовершенствованные драйверы светодиодов имеют функции, которые устраняют проблемы с пусковым током напряжения питания и помогают избежать ручной пайки.

Некоторые из этих красивых светодиодов начнут мигать через несколько недель после установки, если вы решите сократить расходы вместо того, чтобы следовать лучшим практикам.

Как инженер или поставщик электронного оборудования, лучшее, что мы можем сделать, — это дать разумный совет о том, как действовать в таких сценариях. Однако, когда мы разрабатываем собственные светодиодные приложения, нет оправдания тому, что мы не следуем передовым методам питания светодиодов.Для начала вы можете получить правильные расчеты мощности и текущие расчеты и дважды проверить свои конструкции с помощью PDN Analyzer ™. Это поможет вам устранить области с высокой плотностью тока, которые выделяют слишком много тепла при одновременном включении всех светодиодов. Конечно, вы захотите использовать профессиональное программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как CircuitStudio® от Altium Designer, или чтобы помочь вам приступить к проектированию.

По-прежнему сомневаетесь, включать ли ограничивающие резисторы для ваших светодиодных приложений? Или удалить их, чтобы сэкономить драгоценное пространство? Поговорите со специалистами Altium Designer прямо сейчас.

Оцените Altium Designer® в действии …

Мощный дизайн печатной платы

.