Блок питания для светодиодной ленты своими руками

Бестрансформаторный блок питания для светодиодов

Суть такого агрегата в использовании балластного (гасящего) конденсатора. На нашем сайте есть подробная статья о таком блоке питания, в которой вы можете найти калькулятор для расчета конденсатора. В целом схема выглядит так:

У этого варианта много недостатков:

1. Нет стабилизации выходного напряжения;
2. без гальванической развязки (трансформатор);
3. на балластном конденсаторе отсутствует разрядное сопротивление, поэтому существует опасность поражения электрическим током от C1.

Приняв данные недочеты и доработав схему, получаем следующий бестрансформаторный блок питания для светодиодов на 12В.

Вместо D1 микросхемы линейного стабилизатора L7812 на необходимое напряжение можно выставить любую другую (7805 и так далее, а также отечественные стабилизаторы КРЕН).

Альтернативный вариант схемы питания светодиодной ленты, при сборке своими руками — вместо линейного стабилизатора использовать стабилитрон или параметрический стабилизатор из стабилитрона и транзистора. Преимущество этого решения — гибкость в установке напряжения стабилизации, потому что, если у вас нет подходящего стабилитрона, вы можете подключить два других последовательно и получить желаемое значение напряжения.

Для изготовления самодельного блока питания светодиодной ленты используется бытовой стабилитрон серии D818D, рассчитанный на напряжение около 12-13 В.

Еще один способ стабилизации — собрать стабилизатор тока на двух транзисторах. Ток стабилизации задается резистором R2.

R2 = 0,7 * Ist; R1 = 3,9 кОм.

Стабилизатор тока пытается выдать определенный ток, это лучший вариант для бестрансформаторного питания отдельных светодиодов.

Переделка готовых БП для работы со светодиодами

Начнем с самых распространенных источников питания: зарядных устройств для сотовых телефонов. Выходное напряжение от 5 до 9 вольт постоянного тока, стабилизированная схема и гальваническая развязка от сети. Это делает использование аналогичных цепей питания для светодиодной ленты более безопасным, чем предыдущий вариант.

Самым простым вариантом будет использование токоограничивающего резистора; для удобства есть онлайн-калькулятор для расчета резистора.

Схемы дешевых блоков питания от зарядок

Во-первых, взгляните на схемы различных зарядных устройств, они выглядят по-разному, но в основном идентичны (вы можете просмотреть изображения).

Большинство зарядных устройств для сотовых телефонов построено на основе блочного генератора или, как его еще называют, автоматического генератора.

Выпрямленное напряжение подается в схему, состоящую из силового транзистора, который управляется через базовую обмотку и резистор смещения базы, трансформатор и цепь обратной связи. Это простейший импульсный блок питания. Подходит как схема для блока питания светодиодной ленты, если немного модернизировать.

Принцип работы

Обмотки трансформатора соединены таким образом, что на основе обмотки транзистора и коллектора напряжения индуцируются в противофазе, другими словами, «наоборот». Когда транзистор полностью открывается через резистор базы, увеличение тока в коллекторной обмотке прекращается и на обмотке базы появляется обратная ЭДС, которая закрывает транзистор. Ток в коллекторной цепи уменьшается, и по достижении нуля процесс повторяется.

Однако это описание очень упрощено, оно дано только для понимания общего принципа возникновения высокочастотных колебаний переменного тока на импульсном трансформаторе.

Вы могли заметить, что в каждой из схем выше я обвел один из элементов красным — это стабилитрон (стабилитрон). Устанавливается только в цепи обратной связи по напряжению. Когда выходное напряжение достигает стабилизирующего напряжения, в работу входит отрицательная обратная связь, которая отключает транзистор.

В более дорогих (см. Вторую схему) обратная связь вводится через оптрон, это увеличивает надежность схемы в целом.

Общая схема блочного генератора представлена ​​на рисунке ниже, все остальные компоненты в зарядных устройствах нужны для стабилизации (обратной связи), индикации, защиты от аварийных режимов работы и т.д.

Делаем блок питания

Поскольку стабилитрон имеет стабилизирующее напряжение, он обеспечивает обратную связь. Это означает, что для изменения выходного напряжения необходимо заменить его другим значением Ustab.

Выходное напряжение зарядного устройства примерно равно номинальной мощности регулятора напряжения. Он отличается от номинала на стабилитроне от 0,3 до 1 В и зависит от некоторых характеристик схемы. Обратите внимание, что в приведенных примерах присутствуют стабилитроны от 5 до 7 В.

По мере изменения выходного напряжения изменяется и ток, который может подавать зарядное устройство. Кроме того, изменение тока обратно пропорционально величине изменения напряжения. У тех, кто увеличивает напряжение вдвое, скажем до 7,5 вольт, ток уменьшится вдвое.

Чтобы сделать блок питания для светодиодов своими руками, нужно определиться, как подключить нагрузку, чтобы сделать выводы о необходимом напряжении.

Если вы собираетесь запитать один или несколько светодиодов, соединенных параллельно, требуется выходное напряжение примерно 3 вольта (как определить напряжение светодиода). Затем выберите необходимый стабилитрон, например аналогичный, на 3,3 В. При параллельном подключении не забудьте проверить напряжение на каждом из светодиодов и отрегулировать его с помощью дополнительного резистора.

По этой схеме изготавливаются многие блоки питания, а не только зарядные устройства для сотовых телефонов. Более мощные и дорогие модели (немного) и модели с другими цепями питания оснащены немного другой обратной связью и легче настраиваются. Часто это делается на микросхеме TL431 (или любой другой букве и «431» в названии).

Эта интегральная схема действует как обычный стабилитрон. Разница в том, что TL431 представляет собой регулируемый стабилитрон и имеет 3-выводный корпус

Выходное напряжение устанавливается изменением соотношения резисторов R1 и R2 (см. Схему ниже), ниже представлена ​​типовая схема питания с TL431. Резисторы, которые необходимо выбрать для регулировки, обведены кружком, формула выбора следующая:

Vout = 1 + (R1 / R2) * Vref, где Vref составляет примерно 2,5 В

Правило мнемоники: в проводке TL431 есть 2 резистора, которые устанавливают напряжение стабилизации. Чем выше чем выше, тем выше напряжение, соответственно чем меньше сопротивление, тем меньшее напряжение будет выдавать блок питания. Чем ниже — наоборот, чем больше сопротивление — тем ниже напряжение (верхнее увеличивается, нижнее уменьшается).

3 варианта блока питания из зарядного

Первый вариант. Сделать регулируемый блок питания можно так: замените один из резисторов потенциометра, в зависимости от того, куда вы его припаяете (вместо верхнего или нижнего), пределы регулировки будут меняться.

Идеальный вариант — поставить последовательно постоянный резистор и потенциометр, выставив за счет постоянного минимального уровня напряжения на выходе блока питания по заданной формуле.

Используя описанные методы, можно сделать блок питания для светодиодной ленты своими руками практически из любого старого блока питания, зарядного устройства и т.д. Однако в некоторых случаях вам придется наматывать вторичную обмотку в несколько витков, этот способ немного сложнее и мы не будем его рассматривать.

Схема вторая. Регулировка такая же на R7 и R5.

Такой блок питания своими руками превосходит бестрансформаторный блок питания светодиодов по всем параметрам. А что касается цены: не забывайте, что порывшись в кладовой, вы обязательно найдете пару заготовок.

Третий вариант — модернизировать или дополнить старые трансформаторные блоки питания.

Если выходное напряжение с диодного моста превышает 14 вольт, установите L7812 по приведенной схеме и получите готовый блок питания для светодиодной ленты, сделанный своими руками.

Если вы хотите сделать блок питания на отдельные светодиоды, схема изменится только на номинал стабилизатора — потребуется установка модели на 3 вольта (7803). Или соберите параметрический стабилизатор, как описано выше. Такой блок питания лучше первого из рассмотренных, но хуже второго. Он больше и имеет меньший КПД.

Читайте также: Двоичная система исчисления: запись цифр 1 и 5

Стабилизатор напряжения LM 7805, LM 7809, LM 7812

Вы наверняка обратили внимание, что напряжение в розетке не 220 В, а колеблется в определенных пределах. Особенно это заметно при подключении мощной нагрузки. Если не принимать никаких специальных мер, он будет изменяться на выходе блока питания в пропорциональном диапазоне. Однако такие колебания крайне нежелательны, а иногда и неприемлемы для многих электронных элементов. Следовательно, напряжение после конденсаторного фильтра необходимо стабилизировать. В зависимости от параметров питаемого устройства используются два варианта стабилизации. В первом случае используется стабилитрон, а во втором — интегрированный стабилизатор напряжения. Рассмотрим применение последнего.

В радиолюбительской практике широко используются стабилизаторы напряжения серий LM78xx и LM79xx. Две буквы обозначают производителя. Поэтому вместо LM могут быть другие буквы, например CM. Маркировка состоит из четырех цифр. Первые два — 78 или 79 — означают положительное или отрицательное напряжение соответственно. Последние две цифры, в данном случае вместо двух x: xx, указывают значение выхода U. Например, если положение двух x равно 12, то этот стабилизатор излучает 12 В; 08 — 8В и так далее

Например, расшифруем следующие приметы:

LM7805 → 5 В положительное напряжение

LM7912 → 12В, U отрицательный

Интегральные стабилизаторы имеют три выхода: входной, общий и выходной; рассчитан на ток 1А.

Если на выходе U намного больше, чем на входе, и при этом потребляется максимальный ток в 1 А, стабилизатор сильно нагревается, то его следует установить на радиатор. Конструкция корпуса предусматривает такую ​​возможность.

Если ток нагрузки намного ниже предельного, устанавливать радиатор не нужно.

Диодный мост

Продолжим сборку простого блока питания своими руками. А для получения постоянного напряжения нам понадобится диодный мост, или по-другому его еще называют диодным выпрямителем. Диодный мост используется для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки в постоянное, поскольку постоянное напряжение в основном используется для питания устройств.

Диодный мост установлен на четырех диодах VD1 — VD4. Рассмотрим работу диодного моста за один период. В первом полупериоде ток течет по обмотке трансформатора, VD3 и VD4 блокируются, а ток проходит через диод VD1 и оставляет диод + 12В на нагрузку. В схеме нагрузкой является светодиод VD5, подключенный через ограничивающий резистор тока R1.

С диода VD1 ток проходит через токоограничивающий резистор R1, через светодиод VD5, проходит через диод VD2 и идет на вторичную обмотку трансформатора. На этом первый семестр закончен.

Второй полупериод также проходит через обмотку трансформатора, но в обратном направлении. С обмотки трансформатора ток теперь течет через диод VD3. Блокируются VD1 и VD2, затем ток через токоограничивающий резистор R1 на светодиод VD5, затем ток через диод VD4 идет на трансформатор.

Здесь мы рассмотрели второй полупериод диодного моста. После диода выходное напряжение гаснет пульсирующе, это видно на рисунке ниже.

С таким пульсирующим напряжением уже можно подключать некоторые устройства, которые не боятся пульсаций, например, для зарядки автомобиля или другого аккумулятора. Но для питания ресивера, усилителя, светодиодной ленты и т.д. Такой блок питания не подойдет, на выходе диода к нему нужно подключить фильтр, сглаживающий пульсации.

Фильтрующий конденсатор

Без этого фильтра устройство, которое будет получать питание от этого источника питания, может работать нестабильно или вообще не работать. Электролитические конденсаторы действуют как фильтр. Конденсаторы имеют два вывода, положительный вывод длиннее отрицательного. Кроме того, возле минусовой клеммы на корпусе нанесен знак «-«

На следующем рисунке показана схема и уровень пульсации в каждой точке

В устройствах, которые также требуют стабильного напряжения без скачков, например в электронике, использующей микроконтроллеры, в схему также добавляется стабилизатор напряжения.

Трансформатор

Входное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора W1 (иногда называемую сетевой обмоткой, так как она подключена к сети 220 вольт). Когда на первичную обмотку подается переменное напряжение, в нашем случае напряжение сети 220В, переменное электромагнитное поле будет течь через магнитопровод. Если на магнитной цепи есть вторая обмотка, электромагнитное поле также будет проходить через вторичную обмотку W2.
В этом случае во вторичной обмотке будет индуцирована электродвижущая сила, а на вторичной обмотке появится выходное напряжение. Со вторичной обмотки трансформатора на силовые устройства выходит переменное напряжение, обычно пониженное, с напряжением 3,3 В, 5 В, 9 В, 12 В и 15 В и т.д. Но есть и повышающие трансформаторы, у них входное напряжение ниже выходного. Но мы посмотрим на понижающие трансформаторы.

Возьмем трансформатор на выходе вторичной обмотки, который будет выдавать 12 вольт.

Такой блок питания уже можно использовать, но только если подключить лампу накаливания на 12 вольт, ведь у нас на выходе переменное напряжение.

Блок питания для LED ленты из зарядного от ноутбука

Источники питания для ноутбуков, мониторов и другого домашнего и компьютерного оборудования имеют напряжение от 12 до 19 вольт и более. Если 12В отлично, это идеально для светодиодной ленты. Но как изменить выходное напряжение, если оно не соответствует вашим потребностям?

Вот такой регулируемый импульсный понижающий преобразователь напряжения выполнен на довольно старой надежной и популярной микросхеме — LM2596. Модель, показанная на фото, имеет регулировку напряжения и тока, что позволяет использовать ее в качестве драйвера для мощных светодиодов, обеспечивая высочайшее качество питания.

На фото в обозначении присутствует аббревиатура ADJ (регулируемый), что означает, что это регулируемая модель. В продаже есть готовые схемы и отдельные интегральные схемы для работы с фиксированным выходным напряжением, а именно: 3В, 5В и 12В. В версиях на ток 2 и 3 Ампера имеют немного упрощенную схему.

Здесь описано назначение элементов, с той лишь разницей, что на схеме выше нет стабилизации тока и нет регулирования напряжения, как на предыдущем фото.

Понижающие преобразователи напряжения LM2596 довольно популярны. Их можно найти в магазинах радиодеталей, но на Aliexpress их можно многократно купить по более низкой цене.

Схема подключения простая, входные и выходные контакты подписаны, некоторые платы снабжены паяными зажимными клеммами. Подключите его к готовому блоку питания на более высокое напряжение (например, от ноутбука) и блок питания для светодиодных ламп готов.

Этот вариант подходит для новичков, если вы не хотите вводить схему с паяльником или если нет возможности дотянуться до элементов блока для модификации схемы (в случае трудно разбираемого корпуса и когда детали залиты компаундом).

Схема блока питания

В схему блока питания в классическом исполнении входят: сетевой трансформатор, диодный мост, конденсаторный фильтр, стабилизатор и светодиод. Последний действует как индикатор и подключается через токоограничивающий резистор.

Поскольку в данной схеме ограничивающим элементом тока является стабилизатор LM7805 (допустимое значение — 1 А), все остальные компоненты необходимо классифицировать на ток не менее 1 А. Поэтому вторичная обмотка трансформатора выбирается на ток один ампер. Его напряжение не должно быть меньше стабилизированного значения. И не зря его следует выбирать из таких соображений, что после выпрямления и сглаживания U должно быть на 2 — 3 В выше стабилизированного, т.е на вход стабилизатора должно подаваться на пару вольт больше, чем на его выходном значении. В противном случае он не будет работать должным образом. Например для входа LM7805 U = 7-8 В; для LM7805 → 15 В. Однако следует учитывать, что при завышении значения U микросхема будет сильно перегреваться, так как на ее внутреннем сопротивлении выходит «избыточное» напряжение.

Диодный мост можно сделать из диодов типа 1N4007 или взять готовый на ток не менее 1 А.

Сглаживающий конденсатор С1 должен иметь большую емкость 100 — 1000 мкФ и U = 16 В.

Конденсаторы C2 и C3 предназначены для ослабления высокочастотных пульсаций, возникающих во время работы LM7805. Они устанавливаются для большей надежности и рекомендуются производителями стабилизаторов аналогичного типа. Без таких конденсаторов схема тоже хорошо работает, но так как они практически ничего не стоят, лучше их установить.