Пару недель назад я писал статью про свои попытки запитать пару мощных светодиодов для БАНО. И хотя решение получилось вполне приемлемым и решало поставленую задачу, оно оказалось концептуально неправильным. А значит я написал еще одну статью в море других таких же статей с неверными выводами. Я не люблю кидать дело на полдороги, поэтому я продолжил копать в поисках правильного решения.

Напомню вкратце содержание предыдущих серий.

Задача: запитать 2 мощных светодиода (1 Вт, макс. ток 350мА) от батареи 3S

Решения 1, 2 и 3 были основаны на использовании линейных стабилизаторов и токоограничивающих резисторов. Минус такого подхода - низкий КПД и, как следствие, сильный нагрев элементов.

Решения 4 и 5 использовали импульсный стабилизатор, который производил ровно столько электричества сколько нужно. Итог - ничего не греется.

Так что же, собственно, неправильно? А неправильно то, что я использовал стабилизатор напряжения а не тока. Дело в том, что параметры светодиодов (такие как внутреннее сопротивление, и, как следствие, падающее на нем напряжение) сильно варьируются даже в пределах одной партии. Более того они плавают во время работы, например, от температурного нагрева.

Представьте, что мы настроили несколько последовательно соединенных резисторов на некоторое стабильное напряжение. Через некоторое время диод нагревается и его сопротивление падает. Исходя из закона Ома ток растет. Как следствие уже перегреваются все диоды в цепочке (повышенный ток через них тоже протекает), у них сопротивление тоже уменьшается и ток растет еще больше. Таким образом ток может легко выйти за пределы допустимого и светодиоды сгорят. Ну или не сгорят, но срок их службы сильно уменьшится. А источник тем временем честно держит заданное напряжение.

Такой подход отлично работает с лампочкам накаливания, но недопустим для светодиодов. Для них единственным параметром за который нужно бороться это ток. Если держать его в допустимых пределах, то диод не будет перегреваться, а срок службы многократно возрастет. И неважно, что другие параметры плавают. Стабилизатор тока для светодиодов еще часто называют драйвером.

Чем же отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока? Да, по сути, почти ничем (если мы говорим об импульсных стабилизаторах). Только первый стабилизирует напряжение на нагрузке, а второй - на маленьком резисторе включенном последовательно с нагрузкой. Поскольку сопротивление постоянно, то стабильное напряжение означает стабильный ток.

В остальном эти источники работают одинаково: в схеме присуствует элемент, который накапливает энергию (катушка индуктивности). Источник короткими импульсами заряжает катушку, а когда она заряжена до необходимого уровня источник отключается.

От слов к делу.

Поскольку у меня валяласть пара микросхем MC34063, то я сначала искал стабилизаторы именно на этой микросхеме. Оказалось ее можно включить в режим стабилизации тока, но нужно собирать схему из двух десятков деталей.

Наткнулся на крутую статью как можно нестандартно включить эту микросхему с минумумом деталей и с целой кучей других плюшек. Но, если честно, прочитав статью 2 раза я так ее и ниасилил. Судя по всему такое включение возможно, но оно сильно зависит от производителя микросхемы. Нужно хорошенько посидеть за наладкой, подбирая номиналы деталей из довольно большого диапазона.

Но это все равно не совсем то что нужно мне. Дело в том, что после того как я разберусь с подключением постоянно работающих диодов я возьмусть за мигающие. А значит мне будет нужен способ включать и выключать источник. К сожалению у схем на MC34063 эта возможность не заложена штатно (стабилизатор напряжения, все таки). Придется городить еще дополнительную обвязку на мощных транзисторах, а это деньги и вес. Хотя в вышеупомянутой статье это тоже решалось.

Копая дальше я понял, что нечего изобретать велосипед, если можно просто взять микросхему заточенную под стабилизацию тока. Более того - под стабилизацию тока для светодиодов. Выбор пал на микросхему ZXLD1350. Она рассчитана как раз на ток 350мА и работу с одноваттными светодиодами.

Схема из даташита

Поскольку эта микросхема работает на бОльшей частоте, чем предыдущая, то размеры деталей (в частности катушки) будут меньше. В итоге платка получилась всего размером 9х19мм. Сама микросхема это маленький черный прямоугольничек между диодом и катушкой.

Слева плата на MC34063 (весом 6г), справа на ZXLD1350 (2г)

Плата

Почти все детали как на схеме. Диод я поставил SS14, конденсатор под рукой был на 10мкФ. Схема заводится сразу, наладки не требует.

Цена вопроса в пределах $1.5-$2

Со стандартными номиналами схема честно держит ток 300мА. Почему 300мА, если светодиоды рассчитаны на 350мА? Ответ кроется в том же даташите. Дело в том, что за время одного импульса ток меняется ±15% от номинального.  300мА+15%=348мА – как раз на границе допустимого тока. К тому же светодиоды у меня жутко китайские, лучше не рисковать. Эти 15% по светимости на глаз не заметны.

Ну а если уж очень хочется рискнуть, то ток задается резистором по формуле Iout= 0.1V/R. Т.е. если взять резистор, скажем, не 0.33Ом, а 0.3Ом, то средний ток увеличится до 333мА, но пиковый будет уже 383мА.

Приятно то, что сама схема вместе со светодиодами потребляет только 170мА при питании от 3S.

Токоограничивающий резистор теперь не нужен – источник дает ровно столько вольт и милиампер сколько нужно (точнее источник регулирует напряжение так, что бы через светодиоды протекал заданый ток). Это дало возможность укоротить радиатор.

Прикидки по весу

- драйвер – 2г

- провода – 2г

- радиаторы – 3г

- светодиоды – 1г

Итого на одну модель получается 8г

На этом плюшки не заканчиваются

У микросхемы есть вход ADJ, через который можно включать и выключать светодиод. Более того можно даже плавно регулировать его светимость подавая постоянное напряжение в пределах 0.3-1.25В или же ШИМ сигнал с амплитудой 1.25В.

Если одноваттные светодиоды слишком тусклые, то можно взять микросхему ZXLD1360. Схема включения, цоколевка и даже размер микрухи такой же. Разница только в выходном токе, который у этой микросхемы до 1А.

Итак, что же мы имеем в сравнении со схемой на MC34063. Плюсы налицо: стабильный ток, меньший размер и вес, чуть проще схема. Из минусов можно сказать разве что чуть меньшую распространенность ZXLD1350.

Выводы

Стабилизатор напряжения штука в хозяйстве, безусловно, полезная. Но светодиодам нужено не напряжение, а стабильный ток. Нечего изобретать велосипед – китайцы уже все изобрели. Есть специально заточенные микросхемы которые обеспечивают стабильный ток для светодиодов.

Я предпочитаю копийные БАНО на одинарных светодиодах, но вы можете обвешать свою модель и светодиодными лентами. Просто помните, что в светодиодных лентах присутствуют токоограничивающие резисторы, которые будут превращать ваши миллиамперчасы в тепло. Наконец, как одиночные светодиоды так и ленты требуют стабильного тока. Поэтому есть смысл задуматься об источнике стабильного тока.

Как всегда можно не паять, а купить готовый драйвер на нужный ток. На ебее их валом. Можно найти меньше бакса за штуку.