Как ограничить ток в цепи

Как ограничить ток на выходе блока питания?

купил на али экспресс светодиодный драйвер 12 вольт 10 Вт для питания светодиодного модуля 12 вольт на 10 Вт. Однако драйвер оказался блоком питания без ограничения выходного тока и при включении в сеть, модуль сильно греется, а потребление при старте 22 Вт, плавно доходит до 26 Вт примерно. Дальше не рискнул держать, чтобы не спалить, так как очень высокая температура модуля. Мощность на приборе увеличивается на глазах. Подскажите, форумчане, как ограничить ток в данной цепи, или вообще что делать?

Изображения

	драйвер.jpg (291.2 Кб, 0 просмотров)
	модуль.jpg (312.1 Кб, 0 просмотров)

Внутреннее сопротивление – один из наиболее значимых параметров, от которого напрямую зависят другие характеристики литиевого аккумулятора. От этого параметра напрямую зависят такие характеристики источника питания, как напряжение на выходе под нагрузкой, максимальный выходной ток и коэффициент полезного действия (КПД). Рассмотрим как измерить действительное значение внутреннего сопротивления АКБ, используя определенные методики.

Регистрация: 28.06.2012
Сообщений: 4,494
Репутация: 1009

01.07.2019 23:05

Никак.
Точнее, ток можно ограничить резистором. А можно сделать источник тока на чем-то вроде LM317 и включить его м/у светодиодами и вашим БП. Но это все баловство. Купите себе настоящий драйвер светодиодов, именно драйвер, а не БП. Чем они отличаются ? Драйвер — источник тока, БП — источник напряжения. Вот, для справки:

Регистрация: 01.07.2019
Сообщений: 2
Репутация: 10

01.07.2019 23:15

а как же угадать, что это будет именно драйвер. Там тоже было указано, что драйвер https://ru.aliexpress.com/item/32803. 274233eduOQG38

Регистрация: 28.06.2012
Сообщений: 4,494
Репутация: 1009

01.07.2019 23:33

Гадать — это из области магии, а не электроники. Идете в ближайший радиомагазин и говорите, что вам нужно. Там этих драйверов — куча.
А вообще, я бы на вашем месте купил автомобильную светодиодную лампочку на 12В, и все. Там драйвер уже внутри .

DmitriyVDN
DmitriyVDN
Регистрация: 08.11.2009
Сообщений: 2,301
Репутация: 620

02.07.2019 15:10

Сообщение от bogomol78

это драйвер для светодиодных лент, с напряжением питания 12в ,
для мощных светодиодов или светодиодных матриц на драйвере указывается диапозон выходного напряжения и максимальный ток(или константа)

Регистрация: 17.03.2018
Адрес: Курган РОССИЯ
Сообщений: 1,079
Репутация: 16

02.07.2019 20:25

Ну можно ещё дополнить (собрать или купить готовый ) твой блок питания преобразователем DC-DC с ограничением тока. Но это уже дополнительные расходы, время, и увеличенный объём всей конструкции.

Регистрация: 20.12.2011
Адрес: Новосибирск
Сообщений: 426
Репутация: 61

04.07.2019 12:05

Явно завышенное напряжение драйвера! Меряли? Сколько вольт?
Регистрация: 12.09.2009
Сообщений: 133
Репутация: 34

05.07.2019 06:33

Гадать не нужно, тем более верить что там китаец написал (указано), а смотреть что написано на корпусе (хотя тоже бывает. ). На корпусе написано, водонепроницаемый светодиодный источник питания и в отличии от описания ни слова про драйвер.

has a little shameless behaviour in the past
Регистрация: 13.02.2019
Сообщений: 758
Репутация: -30

05.07.2019 07:59

Я считаю . наколка именно в полосках светодиодных . там нет ограничительных резисторов . просто матрицы по 4 светика последовательно .
То что китаёдза примерно пишет 12-14 вольтов при 900мА . говорит отом шо . при 13 вольтах оно приемлемо светило . померяли ток . справились .

Когда читаю про увеличение мощнсти на блоке . это начинают выходить из строя светодиоды .

Придётся вместо дяди сяо . взять лабораторничек с измерителем току . покрутить и поглядеть . где находится приемлемый баланс меж нагревом ленты и светоотдачей .

Полученное значение тока и будет определяющим в выборе дров .

Потом , если купленный блок питания стабильно держит напругу . поставьте резюк соответствующей мощности и ограничте ток ленты до вами вычисленного значения .

Простые электронные ограничители тока

Любое электронное устройство имеет источник питания, за счет энергии которого оно выполняет свои функции. И неудивительно, что в печати значительное место отводится их описаниям, рекомендациям по конструированию, рассмотрению работы отдельных узлов, предложениям по их улучшению.

Как измерить внутреннее сопротивление литиевого аккумулятора

Следует отметить, что современные источники питания, как правило, обладают довольно низким выходным сопротивлением. И по этой причине в нештатных ситуациях, даже при низких напряжениях на их выходе, не исключены значительные токовые перегрузки, приводящие к повреждению источника или самого устройства. В связи с этим источники питания, как правило, снабжаются системами защиты. Они достаточно разнообразны, обладают большей или меньшей автономностью относительно конструкции самого источника.

Один из вариантов такого устройства, которое можно использовать в виде самостоятельного узла, предлагается в [1]. Его принцип действия основан на ограничении потребляемого тока, в качестве датчика которого применяется низкоомный резистор, включенный последовательно в один из проводов между источником питания и нагрузкой. Напряжение с датчика, пропорциональное потребляемому току, после усиления используется для управления проходным транзистором. Изменением в нужный момент режима его работы и выполняется непосредственная защита от перегрузки.

В указанной статье в качестве прототипа приводится хорошо известная структура на двух биполярных транзисторах (Рисунок 1). Основной недостаток устройства – значительное падение напряжения на нем, которое достигает максимального значения при предельном рабочем токе. По данным автора, оно составляет примерно 1.6 В, причем на проходном транзисторе VT1 падает около 1 В, а на токовом датчике Rs – остальные 0.6 В. В связи с чем автором предлагается другая схема, которая позволяет снизить падение напряжения на нем до 0.235 В при токе ограничения в 1.3 А. Это значение достаточно мало, правда достигается оно использованием более сложной схемы, содержащей около 20 элементов [1].

Рисунок 1.

Принципиальная схема прототипа
ограничителя тока.

С другой стороны, эта конструкция, по сравнению с предложенной автором, привлекает своей простотой. И в связи с этим возникает вопрос: а можно ли, оставаясь в рамках такой простой структуры, добиться снижения падения напряжения на подобном предохранителе без ее заметного усложнения? И каким образом?

Как следует из приведенных числовых данных по прототипу, наибольшее падение напряжения приходится на проходной биполярный транзистор VT1. Анализ показывает, что при подобном включении добиться его насыщения, и тем самым достичь малых значений падения напряжения, невозможно без дополнительного источника питания. Но его введение только для этой цели было бы накладным. И хотя можно было бы, наверное, предложить и какие-то другие способы уменьшения этих потерь на VT1, будет рациональнее сразу произвести замену биполярного транзистора на полевой с низким значением сопротивления канала. Это позволит уменьшить как падение напряжения на регулирующем транзисторе, так и собственное потребление ограничителя за счет снижения токов управления. Кроме того, целесообразно изменить связи между транзисторами так, чтобы преобразовать ограничитель в систему двух усилительных каскадов, вместо лишь одного в исходной структуре. В конечном итоге принципиальная схема исследуемого ограничителя будет выглядеть уже так (Рисунок 2), которую можно рассматривать и как упрощенный вариант устройства, приведенного в [2].

Рисунок 2.

Принципиальная схема преобразованного
ограничителя тока.

Проверка работоспособности предлагаемого ограничителя, а также выполнение измерений, проводились на макете, в котором использовались в качестве VT1 полевой транзистор IRF9540, установленный на радиаторе, VT2 – транзистор SS8550 с β ≈ 300, R_S – резистор 1.2 Ом, R1 – 4.2 кОм, а нагрузкой являлся набор переменных проволочных резисторов необходимой мощности. Напряжение на входе ограничителя составляло 12 В. Результаты измерений приведены на Рисунке 3.

Рисунок 3.

Зависимость падений напряжения на датчике
тока R_S и проходном транзисторе VT1 на
начальной стадии ограничения.

Испытание ограничителя коротким замыканием показало, что при выполнении этой манипуляции ток через проходной транзистор устанавливается на уровне 0.5 А при напряжении на токовом датчике 0.60 В. И, таким образом, подобный ограничитель тока вполне работоспособен. Можно также отметить его довольно высокое выходное сопротивление в режиме ограничения тока – при изменении напряжения на его выходе в интервале 0…11.3 В ток через нагрузку практически остается равным 0.5 А. Кроме того, в связи с известной зависимостью параметров транзисторов от температуры, была проконтролирована зависимость значения ограничения тока от нагрева VT2. Как оказалось, ее величина составила всего около –0.2% относительной погрешности на градус.

Из анализа графиков следует, что падение напряжения на проходном транзисторе этой конструкции уже достаточно мало и даже на краю токового диапазона не превышает 0.1 В. Можно так же отметить, что на графике зависимости падения напряжения на VT1 визуально можно выделить два интервала. На первом из них, при токах от 0 до 0.45 А, рост падения напряжения является его линейной функцией, что указывает на насыщение транзистора в этой части диапазона. И действительно, вычисленное по этим данным сопротивление канала транзистора составляет приблизительно 0.125 Ом, что практически совпадает с паспортными данными используемого транзистора VT1. При бóльших же токах, в интервале 0.45 – 0.5 А, происходит сначала медленный, а затем резкий нелинейный рост этой величины, связанный уже с включением механизма ограничения тока.

Таким образом, из приведенных выше данных следует, что общее падение напряжения на ограничителе заметно снизилось, и уже определяется в основном не падением напряжения на VT1, а напряжением датчика R_S. Каким же образом можно уменьшить последнюю величину?

Ответ напрашивается сам собой – нужно уменьшить значение R_S, как это и сделано в [1], а для компенсации снижения уровня сигнала датчика использовать дополнительный усилитель. Но с другой стороны, и в рассмотренной выше схеме (Рисунок 2) такой усилитель, выполненный на транзисторе VT2, уже есть. Тем не менее, его параметры не позволяют снизить падение напряжения R_S до меньших значений, хотя он и обладает достаточно высоким коэффициентом усиления. В связи с этой проблемой рассмотрим подробнее особенности работы VT2 в роли предварительного усилителя сигнала с датчика тока.

Как следует из принципиальной схемы (Рисунок 2), ограничение тока через VT1 происходит за счет изменения напряжения на его затворе, возникающего при изменении коллекторного тока транзистора VT2. Управление же его режимом осуществляется напряжением с резистора датчика тока R_S. И, как следует из данных последних измерений (Рисунок 3), выход устройства на полное ограничение тока происходит только при напряжениях около 0.6 В на его базе относительно эмиттера. Этим обстоятельством и определяется величина сопротивления резистора R_S.

Но характерно, что часть напряжения на датчике в диапазоне от 0 до 0.55 В можно считать «лишней», поскольку в этом интервале VT2 практически не «чувствует» его, а по настоящему «рабочим» для него будет только интервал 0.55 — 0.6 В. Сдвинув же нижнюю границу чувствительности усилителя, визуально составляющую 0.55 В, к нулю, можно будет решить проблему снижения значения R_S.

Технически этого результата можно достичь, например, вводом в цепь между базой VT2 и правым выводом R_S отдельного вспомогательного источника напряжением 0.55 В. Но удобнее сформировать его применением делителя из двух резисторов, включенных между общим проводом и эмиттером транзистора VT1 (резисторы R2, R3, Рисунок 4). И его параметры должны обеспечивать падение напряжения на R2, равное 0.55 В. Для меньшей зависимости этой величины от входного тока транзистора ток этого делителя желательно выдерживать в пределах 0.5 — 1 мА. При этих условиях уже незначительное напряжение на R_S переведет транзистор VT2 в активный режим начала ограничения, а полное ограничение тока произойдет при падения напряжения на R_S всего лишь немногим более 0.05 В. Понятно, что изменением этих резисторов можно будет изменять порог ограничения тока. И это будет удобнее, чем подбирать величину R_S.

Рисунок 4.

Принципиальная схема ограничителя
тока со сниженным падением напряжения
на резистивном датчике.

Новая редакция принципиальной схемы ограничителя, уже с учетом изложенных соображений, представлена на Рисунке 4. Его макет для испытаний был выполнен с сохранением деталей устройства предыдущей версии с изменением сопротивления R_S на 0.2 Ом, а установленные дополнительные резисторы R2 и R3 имеют значения, соответственно, 680 Ом и 15 кОм. Условия проведения испытаний и измерений сохранены теми же, что и ранее.

Основные результаты испытаний, как следует из представленных графиков (Рисунок 5), сводятся к следующему. Как и ранее, ток короткого замыкания устройства составляет 0.5 А. Точнее, реально при указанных значениях резисторов R2, R3, он составил 0.48 А, но это значение было скорректировано включением последовательно с R3 дополнительного переменного резистора. Что касается максимального значения падения напряжения на датчике R_S, то оно упало пропорционально уменьшению величины установленного R_S и составило всего около 0.1 В. График падения напряжения на регулирующем транзисторе, по сравнению с аналогичным параметром предыдущей схемы, в общем, сохранил свои черты, хотя и несколько изменился. Так, например, следует обратить внимание на то, что в этот раз область резко нелинейного роста падения напряжения на проходном транзисторе сместилась в диапазон 0.4 — 0.5 А, а в остальной – растет практически линейно. Из этого следует, что определенный резерв по снижению падения напряжения на датчике тока R_S еще есть.

Рисунок 5.

Зависимость падения напряжения на R_S и
проходном транзисторе VT1.

Как уже отмечалось, незначительная коррекция тока ограничения в этой конструкции была проведена изменением сопротивления R3, но когда требуется его значительное изменение, удобнее пользоваться R2. При расчете его величины целесообразно предварительно задаться величиной максимального падения напряжения V_SM на датчике тока R_S в режиме ограничения. В принципе, это значение может быть любым из интервала от 0 до 0.6 В. Но нужно иметь в виду, что с его уменьшением ухудшается температурная стабильность предложенного решения. Так при V_SM = 0.6 В температурный коэффициент зависимости изменения предела ограничения тока в области комнатных температур не превышает значения 0.2% на градус, а при V_SM = 0.1 В этот показатель возрастает уже до 1.5% . Эта величина в ряде случаев может оказаться еще приемлемой, и ее условно можно принять за нижнюю границу интервала допустимых значений V_SM, верхняя же будет обусловлена максимальным падением напряжения на базе транзистора VT2 в режиме ограничения тока. Если для расчета выбрать V_SM равным 0.15 В, то из этого условия при заданном токе ограничения I_M, например, 1.5 А, определится величина

Далее, допустив, что в режиме ограничения сумма падений напряжения на R_S и R2 будет равняться 0.6 В, как это следует из результатов предшествующих измерений (Рисунок 3), получим уравнение:

из которого следует, что

При V_ВХ = 12 В и R3 = 15 кОм получаем, что R2 = 0.58 кОм.

При необходимости этим резистором, если его заменить на переменный, можно будет оперативно менять ток ограничения в значительных пределах, что, правда, будет сопровождаться изменением величины максимального падения напряжения V_SM и соответствующего ему изменения температурного коэффициента нестабильности.

Подводя итог обсуждению вопроса о конструкции простого ограничителя тока (Рисунок 4), можно сделать вывод о том, что изменения, внесенные в структуру прототипа (Рисунок 1), в конечном итоге, позволили снизить потери напряжения на нем до десятых долей вольта. Следует также добавить, что его работа выборочно была проверена и в других режимах, не отраженных в статье. В частности, при токах ограничения в диапазоне от 10 мА до 5 А и входных напряжениях 7, 12 и 20 В. Для адаптации к этим условиям изменялись лишь значения R_S ( 0.05, 0.2 и 1.2 Ом), а для задания тока ограничения в качестве R2 использовался переменный резистор на 1 кОм, сопротивление которого устанавливалось в соответствии с расчетом по (2). Все остальные элементы, включая и транзисторы, оставались прежними.

Ссылки

Ограничитель тока нагрузки с низким падением напряжения
Adjustable Low Drop Current Limiter

Материалы по теме

Datasheet Infineon IRF9540N
Datasheet ON Semiconductor SS8550

Токоограничивающая цепь: Объяснение электронных схем

Токоограничивающая цепь тока помогает в источниках питания, обеспечивая общую защиту в случае перегрузки или короткого замыкания.

Как правило, вы найдете ограничители тока, установленные в электронных компонентах, чтобы предотвратить будущие повреждения во время питания. Они входят в число стандартных функций, необходимых для регулирования источников питания интегральных схем (ИС).

Вышесказанное и многое другое — это то, что мы собираемся изложить в этой статье.

1. Что такое токоограничивающая цепь?

Проще говоря, ограничители тока предотвращают повреждение цепей, ограничивая токи от регулируемого источника питания. Таким образом, единственный максимальный уровень тока, который может определить электронная схема, будет применим в долгосрочной перспективе.

Итак, зачем же тогда нужен текущий ограничитель?

Поскольку вы можете использовать ограничители тока в нескольких приложениях, лучше всего обеспечить долговечность и безопасность электронных компонентов. В конце концов, у вас будет текущая защита на устройствах.

Часто вы будете использовать Токоограничивающая цепь в линейных источниках питания или даже применять методы зондирования в импульсных источниках питания. В других случаях вы можете использовать схему контроллера тока при работе с высоковаттным светодиодом.

Мы коснемся обеих заявок по мере продвижения.

2. Типы Токоограничивающая цепь

Существует множество текущих ограничителей, которые вы можете выбрать в соответствии с вашим проектом. Тем не менее, наиболее часто используемыми являются типы ниже.

Ограничение постоянного тока

Технологи считают ограничение постоянного тока наиболее основной формой ограничения тока при регулировании источников питания.

Ограничитель постоянного тока работает, поддерживая выходное напряжение, когда ток поднимается до максимального уровня. Когда ток достигнет своего пика, он будет находиться на постоянном обслуживании. Тогда произойдет падение напряжения с возрастающей нагрузкой.

Некоторые из его преимуществ включают в себя:

Это простая схема с понятной схемой.

Кроме того, для этого требуется только несколько электронных компонентов.

Что касается недостатков;

Всякий раз, когда происходит короткое замыкание, оно не уменьшает ток. Он поддерживает ток цепи на максимальном уровне, что может привести к некоторым повреждениям схемы.

(короткое замыкание, приводящее к повреждениям)

Более того, когда ограничение тока начнет свое действие, вам удастся вытянуть максимальный ток. В процессе, однако, выходное напряжение падает, что приводит к увеличению напряжения на последовательном проходном транзисторе в регулировании источника питания. Впоследствии происходит увеличение рассеивания мощности внутри электронного устройства.

В-третьих, когда оно достигает почти нулевого выходного напряжения и потребляемого максимального тока, напряжение почти всегда равно начальному входному напряжению от выпрямительных цепей и сглаживания.

К сожалению, такое состояние на этапе проектирования электронной схемы не рекомендуется. Это связано с тем, что не будет сделано разрешение, что приведет к включению более крупного последовательного проходного транзистора.

Кроме того, вам может понадобиться дополнительная возможность теплоотвода, которая впоследствии увеличивает размер и стоимость регулируемого питания.

Токоограничивающая цепь

(теплоотвод для рассеивания тепла в печатной электропроводке)

Ограничение откидного тока

Ограничение откидного тока обеспечивает поддержание выходного напряжения до начала действия ограничения тока. При этом ток начинает снижаться, наряду с ограничением тока. Обычно более высокая перегрузка приводит к снижению тока, что снижает вероятность повреждения электрической цепи.

Некоторые из его достоинств включают:

Во-первых, это снижает энергопотребление, поскольку увеличение перегрузки приводит к падению тока. По мере того, как это происходит, энергопотребление уменьшается, а рассеивание тепла последовательного проходного транзистора находится на похвальном пределе.

Затем вы можете реализовать его использование в нескольких электронных компонентах.

Кроме того, это экономически выгодно. В основном, включение ограничения тока с откидной спиной в интегральные схемы регулируемых источников питания является неизбежной особенностью. Таким образом, будучи требованием, стоимость становится почти незаметной.

Недостатки;

Откидной ограничитель более сложен по сравнению с ограничителем постоянного тока, поскольку он требует больше электронных компонентов. Это также означает дополнительную сложность линейного источника питания.

Во-вторых, он плохо работает с нелинейными нагрузками.

Кроме того, блокировка может произойти при использовании ограничителя с негомическим устройством. В то же время устройства, как правило, потребляют непрерывные уровни тока независимо от напряжения питания.

Н/Б – Чтобы избежать блокировки, коврик ограничителя тока с откидным током включает переходную задержку.

3. Расчет резистора ограничителя тока

(применение резисторов в электрических компонентах)

Чтобы рассчитать резистор ограничителя тока, нам нужно будет посмотреть на рисунок ниже. На рисунке показан переменный резистор, который можно использовать для установки текущего элемента управления.

Для R1 можно заменить его фиксированным резистором, вычислив его по указанной формуле:

R1 (ограничивающий резистор) = Vref/ток

Мощность R1 = 1,25 x ток

Примечание: разные светодиоды могут иметь разные токи, и вы можете рассчитать его, разделив оптимальное прямое напряжение на его мощность (ватт стандартного напряжения (при 3,3 В)).

Например, 2-ваттный светодиод будет иметь 2/3,3 В = 0,6 ампера или 300 мач.

Расчет также применим к другим светодиодам.

В этой части статьи обсуждается использование ограничения тока для проектирования цепи скорости тока светодиода.

Важность схемы скорости тока для светодиодов

Светодиоды производят освещение эффективно и при низком потреблении. Но иногда на их производительность могут влиять ток и жара. Это особенно верно при рассмотрении высоковаттных светодиодов, поскольку они производят много тепла.

Светодиод, приводимый в движение высокими токами, нагревается выше своего допуска, а затем повреждается. С другой стороны, неконтролируемое рассеивание тепла в конечном итоге начнет потреблять больше тока, а также подвергнется разрушению.

Таким образом, текущее ограничение помогает обуздать имеющиеся проблемы.

Схемы применения – проектирование управляемой током светодиодной трубки-лампы

Вы можете использовать схему скорости тока, чтобы эффективно создавать управляемые током световые цепи светодиодных ламп с высокой точностью. Например, при подключении 30-ваттной цепи светодиодного драйвера постоянного тока вы будете использовать приведенную ниже формулу для расчета подключенного последовательного резистора.

R = (напряжение питания – Общее прямое напряжение светодиода)/ Ток светодиода

R (Вт) = (напряжение питания – Общее прямое напряжение светодиода) x Ток светодиода

Если у вас нет ИС, вы можете настроить биполярные переходные транзисторы или несколько транзисторов для формирования схемы контроллера рабочего тока для вашего светодиода.

Токоограничивающая цепь

(Светодиодный контроллер с транзистором)

Практические способы, с помощью которых вы можете проектировать, включают;

Использование двух диодов и резистора

типы диодов в качестве электрических компонентов.

Схема питания будет использовать излучатель транзистора выходного прохода с сенсорным резистором, найденным в серии. Затем вы поместите два диода между основанием транзистора и выходом схемы для достижения цепь эффекта Токоограничивающая.

Поскольку схема работает в нормальном диапазоне, на последовательном резисторе существует небольшое напряжение.

Небольшое напряжение и напряжение базового излучателя часто слишком малы, чтобы включить два диодных тока, так как два диодных перехода падают — тем не менее, увеличение тока приводит к увеличению напряжения на резисторе.

Должно быть равное падение перехода основания-эмиттера и резистор для двух диодов для проведения тока, который в конечном итоге равен двум каплям диодного перехода.

Расчет резисторов

Вы определите R1 по следующей формуле:

R1 = (Us – 0.7) Hfe/Ток нагрузки

Us = напряжение питания

Hfe = коэффициент усиления прямого тока T1

Ток нагрузки = Ток светодиода = 100 Вт/35 В = 2,5 А

Что касается R2:

R2 = ток 0,7/светодиод

Заключение

Таким образом, электронные устройства с постоянным питанием требуют мер безопасности, чтобы продолжать работать в течение длительного времени. Кроме того, мера безопасности должна использовать меньше дополнительных электронных компонентов, быть дешевой и простой в реализации в устройствах. Текущий ограничитель подходит для всех категорий, упомянутых здесь.

Более того, вы можете интегрировать его самостоятельно, когда вы устанавливаете свой проект. Однако, если у вас могут возникнуть какие-либо вопросы, свяжитесь с нами. Мы будем рады помочь.

Hommer Zhao

Привет, я Хоммер, основатель WellPCB. На сегодняшний день у нас более 4000 клиентов по всему миру. Если у вас возникнут какие-либо вопросы, вы можете связаться со мной. Заранее спасибо.

Ограничитель силы тока в нагрузке — схемотехнические решения

Применение токоограничивающего резистора для светодиода

Резистор применяют для ограничения силы тока

Для декоративного украшения, обеспечения хорошей видимости в затемненном коридоре и решения других практических задач используют светодиоды. Они намного экономичнее по сравнению с классическими лампами накаливания. Высокая прочность предотвращает заражение окружающей среды вредными химическими соединениями, что не исключено после повреждения колбы газоразрядного источника света.

С учетом односторонней проводимости полупроводникового перехода понятна необходимость подключения светодиода к аккумуляторной батарее, другому источнику питания постоянного тока. Напряжение стандартной бытовой сети выпрямляют, снижают до номинального уровня. Резистором ограничивают силу тока.

Особенности работы и расчеты

Использование резистора при проверке светодиода

Несмотря на существенные преимущества, внимательные пользователи рекомендуют обращать внимание на существенные недостатки светодиодных приборов:

Читайте также: Автоматическая защита сетевой радиоаппаратуры

полупроводниковые технологии определяют нелинейные вольт-амперные характеристики (ВАХ);
повышение напряжения выше определенного порога сопровождается деградацией p-n перехода;
на определенном уровне (при прямом или обратном включении) резкое увеличение силы тока повреждает изделие.

Особое значение имеет собственное небольшое сопротивление в рабочем режиме. Относительно небольшое изменение основных параметров источника питания способно повредить полупроводниковый переход. По этой причине в цепь добавляют токоограничительный резистор.

Дополнительный пассивный элемент увеличивает потребление энергии. По этой причине рекомендуется применять такие решения в комбинации со светодиодами небольшой мощности, либо для создания устройств с небольшими рабочими циклами.

Математический расчет

Таблица зависимости напряжения светодиода от его цвета

В простейшей цепи к источнику постоянного тока (I) с определенным напряжением (Uи) на выходных клеммах подключают последовательно токоограничивающий резистор (R) и светодиод. Рассчитать электрическое сопротивление можно с применением известной формулы закона Ома (I = U/R).

Также пригодится второй постулат Кирхгофа. В данном примере он определяет следующее равенство: Uи = Ur + Uc, где Ur (Uc) напряжение на резисторе (светодиоде) соответственно. Простым преобразованием этих выражений можно получить базовые зависимости:

Uи = I*R + I*Rc;
R = (Uи Uc)/ I.

Здесь Rc обозначает дифференциальное сопротивление полупроводникового прибора, которое изменяется по нелинейному закону в зависимости от напряжения и тока. На обратной части вольт-амперной характеристики можно выделить область запирания. Существенное увеличение Rc на этом участке предотвращает движение электронов (Iобр = 0). Однако при последующем увеличении напряжения на определенном уровне (Uобр-м) возникает пробой p-n перехода.

Расчет сопротивления резистора для светодиода при 5 В

Так как драйвер обеспечивает питание постоянным током, особо внимательно нужно изучить соответствующее «прямое» включение. Особенности ВАХ:

на первом участке до Uн плавно уменьшается сопротивление и соответствующим образом увеличивается ток;
от Uн до Uм рабочая зона (излучение в световом диапазоне);
далее резкое уменьшение сопротивление провоцирует экспоненциальный рост силы тока с последующим выходом изделия из строя.

Расчет светодиодов выполняют на основе значения рабочего напряжения Uc. Этот параметр производители указывают в сопроводительной документации. Для вычисления электрического сопротивления подходящего токоограничивающего резистора применяют формулу: R = (Uи Uc)/ I.

Графический расчет

Вольтамперная характеристика светодиодов

Если взять ВАХ, можно применить графическую методику. Исходную графическую и цифровую информацию берут из паспорта, либо на официальном сайте производителя. Алгоритм действий (пример):

по исходным данным номинальный ток светодиода (In) составляет 25 мА;
от соответствующей точки (1) на вертикальной оси ординат проводят пунктир до пересечения с кривой ВАХ (2);
отмечают напряжение источника питания (Uи = 5,5 V) на оси абсцисс (3);
проводят линию через точки (2) и (3);
пересечение с осью ординат покажет значение максимально допустимого тока (Im = 60 мА).

Расчет сопротивления резистора для обеспечения диоду тока величиной 100 мА при напряжении источника питания 5 вольт

Далее по классической формуле не сложно рассчитать, какой резистор нужен для светодиода в этом случае: R = Uи /Im = 5,5/ 0,06 H 91,7. В серийном ряду надо выбрать ближайший номинал с небольшим запасом 100 Ом. Это решение несколько уменьшит КПД. Но в щадящем режиме функциональные компоненты будут меньше греться. Соответствующим образом снизятся нагрузки на полупроводниковый переход. Следует рассчитывать на увеличение длительности срока службы источника света.

Для корректного выбора резистора надо знать мощность (P). Стандартные значения (Вт): 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5. Вычисления можно сделать по любым известным параметрам с применением формул: P = Im2 * R = Ur2 / R. Если взять исходные данные рассматриваемого примера: P = 0,06 * 0,06 * 100 = 0, 36 Вт. С учетом типового модельного ряда выбирать надо резистор сопротивлением 100 Ом с мощностью рассеивания 0,5 Вт.

Допуски по точности электрического сопротивления резисторов составляют от 0,001 до 30% от номинала. В маркировке по международным стандартам соответствующие классы обозначают латинскими буквами (D 0,5%; G 2%; J 5%).

Схема ограничителя тока

На примере простейшей схемы устройства для ограничения тока можно понять, как работает «электронный предохранитель». Схема собрана на двух биполярных транзисторах и позволяет регулировать силу электричества в низковольтных блоках питания.

Читайте также: Прокладка Кабеля По Подвалу Жилого Дома: Советы Профи

Назначение компонентов схемы:

VT1 транзистор проходной;
VT2 усилитель сигнала управления проходного транзистора;
Rs датчик уровня тока (резистор низкоомный);
R резистор токоограничивающий.

Протекание в схеме тока допустимой величины сопровождается падением напряжения на Rs, значение которого после усиления на VT2 поддерживает проходной транзистор в полностью открытом состоянии. Как только сила электричества превысила пороговый предел, переход транзистора VT1 начинает прикрываться пропорционально увеличению электричества. Отличительной особенностью такого исполнения устройства являются большие потери (падение напряжения до 1,6 В) на датчике и проходном элементе, что нежелательно для питания низковольтных приборов.

Аналогом описанной выше схемы является более совершенная, где уменьшения падения напряжения на переходе добиваются путем замены проходного элемента с биполярного на полевой транзистор с малым сопротивлением перехода. На полевике потери составляют всего 0,1 В.

Подключение светодиода через резистор

Схема подключения светодиода

С учетом представленных данных можно сделать несколько важных промежуточных выводов:

резистивные защитные схемы применяют при маленькой мощности;
они не выполняют функции стабилизации;
пассивный элемент не способен гасить импульсные броски напряжения.

Приемлемые показатели эффективности можно получить при создании:

датчиков;
индикаторов;
сигнализаторов.

Для маленькой локальной подсветки аквариума такое решение подойдет. Однако вряд ли будет приемлемым длительное потребление большого количества энергии. Отсутствие стабилизации проявляется заметным изменением яркости при увеличении/уменьшении напряжения.

Специалисты рекомендуют при суммарном потреблении больше 1,5-2 Вт использовать источники питания с надежной стабилизацией по току. Эти устройства (диммеры) применяют для подключения групп осветительных приборов и полупроводниковых приборов высокой мощности.

Расчет резистора для светодиода

Программа расчета сопротивления резистора для светодиода

Сделать необходимые вычисления можно в режиме онлайн с помощью специализированного калькулятора. Полноценное использование таких программ предлагается бесплатно.

Однако не всегда имеется доступ к сети Интернет. После изучения достаточно простой методики любой человек сможет оперативно подобрать резистор для светодиода без поиска соответствующего программного обеспечения.

Читайте также: Автономные светодиодные светильники на батарейках для дома, дачи, квартиры

Для наглядной демонстрации алгоритма нужно рассмотреть подключение защитного резистора в цепь питания (5 В) определенного светодиода (Epistar 1W HP).

мощность рассеивания, Вт 1;
ток, мА 350;
прямое напряжение (типовое/макс.), В 2,35/2,6.

Для ограничения тока светодиода с учетом рекомендаций производителя подойдет резистор с электрическим сопротивлением R = (5-2,35)/0,35 = 7,57 Ом. По стандарту E24 ближайшие значения 7,5 и 8,2 Ом. Если воспользоваться стандартными правилами придется выбрать больше значение, которое отличается от расчетного почти на 8,5%. Дополнительную погрешность создаст 5% допуск серийных недорогих изделий. При таком отклонении трудно получить приемлемые по защитным функциям и потребляемой мощности характеристики цепи.

Первый способ решения проблемы выбор нескольких резисторов с меньшими номиналами. Далее применяют последовательный, параллельный или комбинированный вариант соединения для получения необходимого эквивалентного сопротивления участка цепи. Второй метод добавление подстроечного резистора.

Как правильно найти и посчитать формулой сопротивление цепи

Сперва следует разобрать понятия и формулы. Индуктивный тип считается так: XL= ЙL, где L индуктивность цепи, а Й круговая частота переменного тока, равная 2Аf (f частота переменного тока). Чем больше частота сети, тем большим R для нее становится какая-либо катушка индуктивности.

Вам это будет интересно Особенности химических источников

Емкостный тип можно рассчитать по формуле: Xc = 1/ ЙC, где С емкость радиоэлемента. Здесь все наоборот. Если происходит увеличение частоты, то сопротивляемость конденсатора напряжению уменьшается. Из этого исходит то, что для сети постоянного тока конденсатор бесконечно большое R.

Высчитать характеристику можно и с помощи других величин

Но не только вид сопротивления и радиоэлементы, обеспечивающие его, влияют на общее значение цепи. Особую роль играет также и способ соединения элементов в электроцепь. Существует два варианта:

Последовательный;
Параллельный.

В последовательном подключении

Это самый простой тип для практического и теоретического рассмотрения. В нем элементы резисторного типа соединяются, очевидно, последовательно, образуя подобие «змейки» после чего электрическая цепь замыкается. Посчитать общее значение в таком случае довольно просто: требуется последовательно сложить все значения, выдаваемые каждым из резисторов. Например, если подключено 5 резисторов по 5 Ом каждый, то общий параметр будет равен 5 на 5 25 Ом.

Формула последовательной сети

В параллельном подключении

Немного сложнее все устроено в параллельных сетях. Если при последовательном способе току нужно пройти все резисторы, то тут он вправе выбрать любой. На самом деле он просто будет разделен между ними. Суть в том, что есть характеристика, схожая для всех радиоэлементов, например, величина в 5 Ом означает, что для нахождения общего R необходимо разделить его на количество всех подключенных резисторов: 5/5 = 1 Ом.

Важно! Из-за того, что напряжение на параллельных участках одинаково, а токи складываются, то есть сумма токов в участках равна неразветвленному току, то Rобщ будет высчитываться формуле: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + & + 1/Rn.

Формула параллельной сети

Расчет мощности рассеивания

Условные обозначения резисторов на схемах

В любом из вариантов при выборе электрического сопротивления цепи следует устанавливать несколько меньший ток, чтобы продлить срок службы светодиода. Чтобы предотвратить повреждение нагревом, изделие применяют в рекомендованном температурном диапазоне. Для Epistar 1W HP от -40°C до +80°C. При необходимости применяют монтаж на специализированном радиаторе «звезда». Это дополнение увеличивает эффективную площадь рассеивания тепла.

Для точного подбора оценивают рассеиваемую мощность резистора: P = I2 * R = (0,35)2 * 7,57 = 0,1225 * 7,57 H0,93 Вт. Запас по этому параметру делают не менее 20-25%. Номинала 1 Вт недостаточно, поэтому выбирают следующий номинал в стандартном ряду 2Вт.

Экономичность собранной схемы проверяют отношением Uc/Uи = 2,35/5 = 0,47 (47%). Итоговый результат показывает, что более половины электроэнергии в данном случае используется впустую. На самом деле показатель еще хуже, так как не вся мощность потребления расходуется светодиодом на излучение в видимой части спектра. Значительная часть электромагнитные волны ИК диапазона.

Параллельное соединение

Параллельное соединение светодиодов

В любой точке последовательной цепи сила тока одинаковая. Это упрощает расчет, предотвращает аварийные ситуации. При выходе одного элемента из строя отключаются все светодиоды. Поэтому исключено повреждение повышением напряжения. Отмеченные причины объясняют популярность применения данного способа при создании ленточных светильников, иных конструкций.

Определенные преимущества предоставляет применение параллельного соединения. В этом варианте изделие сохраняет частичную работоспособность при повреждении одной цепи. Такое решение обеспечивает одинаковое напряжение в местах подсоединения к источнику питания каждой ветки.

Параллельное подключение подходит для организации независимых схем управления. На этой технологии основаны принципы работы новогодних гирлянд. Отдельные ветки подключаются к источнику питания по заданному программой алгоритму.

Использовать один резистор для нескольких параллельных диодов нельзя. Тщательный выбор сопротивления объясняется необходимостью точной регулировки тока. В некоторых ситуациях ошибки на 0,1-0,5 А становятся причиной поломок, радикального сокращения ресурса.

Реальные технические характеристики светодиодов значительно отличаются даже в одной товарной партии. По этой причине каждую цепь защищают отдельным резистором.

Что такое общее сопротивление цепи

Если говорить простыми словами, общее сопротивление электрической цепи это такое R, которое она оказывает на напряжение в ее проводниках и приборах. Существует два типа напряжения (исходя из силы тока) постоянное и переменное. Так же и сопротивление делится на активное и реактивное, которое, в свою очередь, подразделяется на индуктивное и емкостное. Активный тип не зависит от частот сети. Также для него абсолютно не важно, какой ток протекает по проводникам. Реактивный же, наоборот, зависит от частоты, причем емкостная характеристика в конденсаторах и индуктивная в трансформаторах ведут себя по-разному.

Читайте также: Что такое контрольные кабели и где они применяются

Помимо сопротивления подключенных в сеть электроприборов, на общее состояние оказывают влияние даже промежуточные провода, также имеющие сопротивляемость напряжению.

Резистор основной элемент сопротивляемости цепи