Стабилизация напряжения ДХО

Стабилизатор напряжения для светодиодных ламп в авто

Итак, почему же так быстро перегорают габаритные, светодиодные лампочки или другие светодиодные лампочки, которые стоят в автомобиле, потому что в них используется в качестве драйвера обычный токоограничивающий резистор.

Как правило, светодиодные световые приборы, мощностью от 10 Вт и выше используют уже качественный импульсный стабилизатор — драйвер и такой болезнью не страдают в отличие от габаритных, дешевых светодиодных ламп.

Сначала эти лампочки начинают мерцать, то есть это уже первые признаки деградация кристалла, ну и потом они попросту перегорают. В среднем простой, светодиодной лампочки продолжительность жизни составляет один год, где-то меньше, где-то чуть больше.

Почему же так происходит?

А происходит это потому, что данный токоограничивающий резистор рассчитывается по специализированной формуле, (таких калькуляторов онлайн много в интернете) и подключается на соответствующие напряжение.

И вот тут производитель очень хитро делает, на некоторых цоколях написано 12 вольт,то есть токоограничивающий резистор для данной лампочки заточен под 12 вольт. А в автомобильной цепи, как мы знаем напряжение бывает не только 12 вольт, а доходит и до 14.5 вольт. То есть из этого делаем вывод, что светодиодная лампочка при 12 вольтах уже работает на максимальной мощности, а уже более 12 вольт идёт сильный износ кристалла светодиода, одним словом сильный перегруз.

Так, как же сделать так, чтобы они у нас не перегорали, я тоже в своё время замучился их менять, поэтому и решил этот вопрос изучить досконально и сделать преобразователь при котором светодиодная лампочка становилась практически вечной.

Есть конечно на али экспрессе такие преобразователи, которые уже рассчитаны для этих целей,

но есть одно НО…. они выдают высокочастотные импульсные помехи, но это присуще всем импульсным источникам питания. Это даёт большие наводки, например, при использовании FM модуляторов, особенно при прослушивании радио, да даже просто наводки в акустическую систему, с этой точки зрения нужно стараться, как можно меньше наполнять свой автомобиль импульсными источниками питания.

Поэтому мы будем с вами делать линейный стабилизатор с фиксированным напряжением, который имеет большие преимущества. Первое достоинство — он стоит сущие копейки по сравнению с импульсными. Второе, то что стабилизатор линейный и не даёт вообще никаких помех и высокочастотных наводок.

Для этого нам понадобится, сам стабилизатор L7812cv,

он у нас будет рассчитан на 1.5 Ампера и пара конденсаторов на 100 n.

Изучаем популярные схемы стабилизатора напряжения

В первую очередь надо выбрать схему устройства. В глобальной сети много рекомендаций собирать такие блоки на интегральных линейных стабилизаторах 7812 (КР142ЕН8Б).

Схема стабилизатора на 7812 из интернета (явная ошибка – на входе должно быть не менее 14,5 вольта).

Те, кто публикует такие схемы, обращают внимание на их простоту и отсутствие необходимости настройки, совершенно забывая об одной проблеме. Для нормальной работы на таком стабилизаторе должно падать не менее 2,5 вольт – об этом написано в любом даташите

Попросту, для хоть сколько-нибудь эффективной стабилизации на выходе, на входе должно быть не менее 14,5 вольт. В автомобиле с исправным генератором такого напряжения быть не должно, а при более низком значении применять такую схему бессмысленно. В качестве компромисса можно использовать девятивольтовый стабилизатор (LM7809), его работоспособность начнется от 11,5 вольт на входе, но при этом упадет яркость свечения фонарей. По требованиям ГОСТ минимальная сила света должна составлять 400 кд, и ниже этого предела опускаться нельзя.

Еще более бездумными выглядят рекомендации ставить на входе диод.

Схема из сети – микросхема 7812 с диодом на входе.

Его назначение весьма сомнительно – защищать микросхему от обратной полярности при стабильном монтаже не надо. Но на кремниевом p-n переходе дополнительно упадет еще 0,6 вольта, и для нормальной работы понадобится не менее 15 вольт.

Схемы с интегральным линейником на 12 вольт (с диодом или без него) пригодны разве что для среза высоковольтных всплесков по шине +12 вольт (если таковые на самом деле присутствуют). То есть они могут служить своеобразным «барьером Зенера», но такой барьер можно сделать гораздо проще. Надо включить параллельно цепочке светодиодов стабилитрон Uст, немного превышающее рабочее напряжение. В нормальном режиме его сопротивление велико, он не окажет влияния на работу осветительного прибора. При превышении напряжения стабилизации (например, 15 вольт) он откроется и «срежет» излишек.

Подключение стабилитрона параллельно фонарю.

Немного лучше работают стабилизаторы на микросхемах LDO (low drop out). Они выглядят подобно обычным линейным регуляторам, но им для нормальной работы необходимо падение всего в 1,2 вольта, и эффективная стабилизация начнется уже при 13,2 вольтах. Что уже лучше, но все равно недостаточно для нормального функционирования. Для работы в такой схеме подойдут микросхемы LM1084 и LM1085, но схема их включения несколько сложнее.

Схема включения LDO LM1084.

Для получения выходного напряжения 12 вольт сопротивление резистора R1 должно быть 240 Ом, а R2 – 2,2 кОм. Имеется принципиальное препятствие для дальнейшего снижения падения – регулятор выполнен на биполярном транзисторе, и на его эмиттерном и коллекторном переходах должно упасть не менее 1,2 вольт. Это легко обходится применением полевого транзистора в качестве регулирующего элемента. Интегральные микросхемы, построенные по такому принципу, найти сложно, еще сложнее подобрать по нужным параметрам и они стоят дороже. А вот сделать самому такое устройство на дискретных элементах по силам даже радиолюбителю средней квалификации.

Схема линейного регулятора на мощном полевом транзисторе.

Номиналы элементов:

R1 — 68 кОм;
R2 — 10 кОм;
R3 — 1 кОм;
R4,R5 — 4,7 кОм;
R6 — 25 кОм;
VD1 — BZX84C6V2L;
VT1 — AO3401;
VT2,VT3 — 2N5550.

Выходное напряжение задается соотношением R5/R6. При указанных номиналах на выходе будет 12 вольт, на входе понадобится не более 12,5. Это cерьезное улучшение. Но принципиального скачка можно добиться только применением импульсного источника питания. Такой преобразователь по схеме Step-Up можно собрать на микросхеме XL6009.

Схема импульсника на XL6009.

Такой стабилизатор в готовом виде можно заказать на популярных интернет-площадках. Но есть проблема – производители из экономии часто устанавливают элементы, рассчитанные на ток не более 1 А (хотя микросхема способна выдать ток до 3 А). Или, например, могут быть не установлены входные или выходные оксидные конденсаторы. Даже диод Шоттки N5824, указанный в даташите, при токах выше 1,5 А начинает греться. Вместо него надо применить более мощный диод, например SR560. Все эти замены и упрощения ведут к перегреву платы и выходу ее из строя.

Какими бывают 12-вольтовые стабилизаторы

Любой стабилизатор напряжения на 12 вольт можно классифицировать по одной из модификаций, как импульсный или линейный. То есть, выход у них будет одинаковым, но способ поддержки и конструкции – разными.

Импульсные стабилизаторы

Любые импульсные стабилизаторы состоят из одинаковых запчастей: интегратора и ключа, то есть, это электролит большей емкости и транзистор соответственно. Напряжение в заданном интервале поддерживается следующим образом: происходит цикл быстрого накопления, и отдачи энергии интегратором пока ключ находится в открытом состоянии. Данные стабилизаторы различают по конструктивным особенностям ключей, где они могут быть широтно-импульсные, частотно-импульсными и с триггером Шмитта.

Линейные стабилизаторы

Суть принципа работы линейного стабилизатора заключается в последовательном подключении микросхем или стабилитронов – именно такая схема позволяет регулировать напряжение. Но у таких устройств есть основной недостаток – низкий КПД и для увеличения эффективности приходится усложнять схему. Тем не менее, благодаря дешевизне и простоте сборки, линейные стабилизаторы пользуются большой популярностью у автолюбителей. Кроме того, по сравнению с импульсными моделями, они значительно реже выходят из строя.

Классика жанра

К классическим стабилитронам можно отнести ряд устройств, которые собираются на основе полупроводниковых деталей, например, биполярные транзисторы и стабилитроны. Основная функция по выводу 12 вольт лежит на тех же стабилитронах, как разновидности диодов, которые подключаются в обратной полярности, то есть, на катод идет положительный заряд, а на анод – отрицательный.

Примечательно, что в тех случаях, когда на входе в стабилизатор меньше 12 вольт, ключ остается закрытым и устройство не участвует в цепи питания, то есть, никак не влияет на характеристики напряжения. А вот при превышении 12 вольт ключ срабатывает и поддерживает нужный 12-вольтовый режим. В принципе, используя эту схему, можно собрать стабилизатор напряжения 12 вольт без особых проблем.

Технические характеристики

7812 ещё называют регулятором с фиксированным напряжением в 12 В. При этом на вход микросхемы должно подаваться питание на 2-3 В больше, чем на выходе, иначе на нём не будет заявленных 12 В. Максимальный выходной ток может достигать 1,5 А с применением хорошего радиатора. Устройство технологически защищено: от теплового пробоя, короткого замыкания и превышения режимов безопасной работы (SOA). Что делает его практически «неубиваемым».

Максимальные параметры

Максимальными значениями характеристик для LM7812 считаются:

предельное напряжение на входе микросхемы не более 35 В;
сила тока на выходе до 1.5 А;
температура кристалла при работе может достигать +150 ОС;
температура хранения от -65 до +150 ОС;
допустимый нагрев припоя не более +230ОС, с интервалом до 10 сек.

Рассеиваемая мощность ограничена внутренней защитой (Internally limited), корпусным исполнением изделия и применением теплоотвода.

При расчёте максимальной рассеиваемой мощности работающего устройства применяют стандартную формулу PDmax = (TJmax — ТА) / θJA. Где TJmax – предельная температура кристалла, а ТА – предполагаемая для окружающего воздуха. θJA – это тепловое сопротивление к внешней среде, которое напрямую зависит от корпусного исполнения.

Например, для распространенных устройств в пластиковых ТО-220 θJA=54ОC/Вт. В случае использования радиатора, необходимо учитывать величину теплового сопротивления кристалла (θJC), которая составляет порядка 4ОC/Вт для такого корпуса.

Электрические параметры

Несмотря на то, что рассеиваемая мощность не приводится производителями в даташит вместе с максимальными параметрами, её рекомендованное значение прослеживается в электрических характеристиках LM7812. В столбце «условия тестирования» указана допустимая величина PD не более 15 Вт, при изменении напряжения на входе до 27 В и токе на выходе до 1 А. Температура кристалла, при этом, должна находится в диапазоне от 0 до +125ОС.

Данные представленные в этой таблице получены путем тестирования с двумя сглаживающими конденсаторами на входе (до 0,22 мкФ) и выходе (до 0,1 мкФ).

Использование для подключения габаритных огней и фар ближнего света

Следующий вариант подключение – задействование в схеме габаритных огней и фар ближнего света, которые сами по себе завязаны в цепь питания.

Для реализации такой схемы ДХО своими руками нужно провод со знаком «плюс», взяв его от ходовых огней, присоединить к плюсу аккумулятора, а минус соединить (тут внимательно!) с плюсом (!) габаритов. Почему так? Дело в том, что при подключении плюса ДХО к аккумулятору, мы делаем плюс аккумулятора нейтральным из положительного. Таким образом получается новая цепь аккумулятор-светодиоды-габариты-лампочка-корпус. А минусом в такой цепи будет последнее звено – корпус.

Потребление тока в такой реализации очень небольшое (исчисляется в мА), поэтому светодиоды излучают свет при включении автомобиля, а вот спираль от ходовых не загорается.

Если же водитель включает габариты, то тогда напряжение увеличивается, разница потенциалов наоборот уменьшается, светодиоды отключаются, а вот сами ДХО включаются.

Схема подключения дневных ходовых огней к габаритам тоже имеет ряд недостатков, и не всегда ими можно пренебречь.

Ходовые не зависят от двигателя и при выключенном двигателе продолжают работать. Это противоречит ГОСТу.
Эта схема не работает в том случае, если ваши ДХО имеют собственные светодиоды.
Схема будет работать некорректно при использовании очень мощных светодиодов.
Для того, чтобы схема работала корректно и не случилось короткого замыкания необходимо установить дополнительно предохранитель на схему.

Ряд недостатков можно уравнять, использовав несколько хитростей. Например, если вы возьмете плюсовой провод, который относится к LED-модулю, не напрямую с плюсом аккумулятора, а через плюс зажигания, то первый пункт станет недействительным и ходовые не будут работать при выключенном двигателе.

Другой вариант, похожий на подключение через габаритные огни, – подключение в схему с лампой ближнего света. Работает она так: если загорается ближний свет (водитель включает его вручную), то ДХО в тот же момент гаснут. Всё остальное время они работают.

Такая схема хуже, чем подключение в схему с габаритными огнями, потому что помимо того, что в ней сохраняются все пункты недостатков из списка выше, в добавок это прямое нарушение не только ГОСТов, но и ПДД.

По правилам дорожного движения запрещено использовать ДХО при стоянке, для этой функции используются только габаритные огни.

Классический стабилизатор

Большинство систем питания построено по схеме линейного стабилизатора напряжения на 12 вольт, которая может иметь несколько вариантов исполнения:

Параллельный – регулировка с помощью включённого параллельно управляющего элемента;
Последовательный – включение элемента регулировки последовательно с нагрузкой.

Простейшим стабилизатором напряжения является стабилитрон, также называемый диодом Зенера – это диод, работающий постоянно в режиме пробоя. Напряжение, при котором наступает пробой, – это напряжение стабилизации, основной параметр стабилитрона. При параллельном включении нагрузки получается элементарный стабилизатор напряжения, примерно равного напряжению стабилизации.

Балластное сопротивление R определяет ток стабилитрона, указанный в спецификации. Такое решение отличается низким коэффициентом стабилизации, зависимостью от температуры и применяется при малых токах нагрузки для питания отдельных компонентов основной схемы. Возможно значительно увеличить выходной ток, если последовательно с нагрузкой установить мощный транзистор.

Линейный стабилизатор с транзистором

В этой схеме транзистор подключён последовательно с нагрузкой как эмиттерный повторитель, весь ток течёт через его переход. Уровнем на базе управляет стабилитрон: при возрастании тока на выходе на базу подаётся большее напряжение, проводимость транзистора увеличивается, и выходное напряжение восстанавливается. Мощность такого стабилизатора определяется типом транзистора и может достигать десятков ватт.

Важно отметить! В таком виде стабилизатор не защищён от перегрузки и короткого замыкания, при котором мгновенно выходит из строя. Для практического применения схема значительно усложняется: вводятся элементы ограничения тока и различные защитные функции

Нюансы использования огней

Существует специальный ГОСТ, который определяет и регламентирует установки, технические параметры и само подключение дневных ходовиков.

В регламенте указывается, что схема должна применяться такая, дабы ходовики включались автоматически, когда происходит поворот ключа в замке зажигания. То есть при пуске силовой установки. Но также ДХО обязаны в автоматическом режиме выключаться, как только в работу вступают фары основного света. Здесь, как вы понимаете, речь идет о блоке головных фар (ближний или дальний свет). Также есть правило, указывающее на то, что головной свет должен включаться лишь тогда, когда включаются габариты. Исключением являются кратковременные сигналы для предупреждения других водителей.

Исходя из сказанного выше, можно смело говорить, что через кнопку ДХО выводить не стоит. Так же как и через ручник. А вот в поворотники вмонтировать можно, но тут потребуется подключить 2 дополнительных провода от каждого поворотника.

Все это крайне важно учитывать, подключая ходовики. Ведь вас должно волновать не только то, чтобы не перегорали лампочки

Хотя и это крайне значимый момент.

Без продуманной и грамотной схемы самостоятельно поставить ДХО точно не получится. Ведь все должно работать с отключением при включении дальнего или ближнего света.

Существует целый ряд схем, по которым в теории можно поставить на свою машину ДХО при их отсутствии в штатной комплектации своего автотранспортного средства. Вопрос лишь в том, какую именно схему лучше задействовать.

Немаловажную роль играет стабилизатор напряжения, о котором ходит много споров при использовании диодных ходовых огней. Сами ДХО оснащаются резисторами, которые выполняют функцию ограничителя тока. Но при перепадах напряжения они не способны удерживать напряжение на едином уровне. Потому правильно считать, что применение стабилизатора в такой схеме будет обязательным и необходимым. В противном случае срок службы ДХО существенно сократится из-за регулярных перепадов напряжения. Хотя некоторые до сих пор считают, что подключение можно выполнить без стабилизатора.

Стоит рассмотреть отдельно несколько схем, сделать по ним соответствующие выводы и принять для себя окончательное решение.

Выбираем ленту для машины

Постараюсь не лить воду, а кратко разберем на что обращать внимание при выборе светодиодной ленты

Тип светодиодной матрицы

Светодиодная подсветка салона. Для подсветки салона автомобиля, включая багажник выбирайте — SMD 3528 60шт/м (размер одного светодиодного кристалла — 3,5×2,8мм). Почему она?

Во-первых мы получаем среднюю мощность 4,4-4,8 Вт на погонный метр со световым потоком порядка 250-300 Лм. При такой мощности светодиоды не требуют теплоотвода и светодиодная лента спокойно монтируется на пластиковые элементы. А светового потока достаточно для полноценного освещения любых элементов салона.

Во-вторых это самая распространенная лента в продаже, покупаем в первом попавшемся магазине.

Варианты типа SMD 5050, 5630, 5730 не подойдут ввиду высокой мощности. Неприятно высокая яркость и необходимость монтировать но теплоотвод, делает их не самым удачным выбором для светодиодной подсветки салона машины.

Наружное освещение автомобиля. Тут включаем голову. Если LED подсветка под днищем авто, можно выбрать светодиоды помощнее — SMD 5050 30/60 шт/м. Алюминиевый профиль будет нашим теплоотводом (про монтаж дальше). Для светодиодной подсветки номера машины или (не дай бог) фар головного света — это плохой выбор. Подобная светодиодная подсветка будет приманкой для инспекторов ГИБДД (про правила установки и штрафы читайте в конце статьи).

Обычные светодиоды или RGB — разницы нет. RGB чуть дороже, ее сложнее подключать и требует дополнительно контроллера управления (подробнее про подключение RGB ленты). Зато она позволяет менять цвет подсветки.

Класс защиты

В продаже преимущественно три класса защиты – IP20, IP65, IP68.

IP20 – открытая лента без защитных покрытий, подходит для использования внутри сухих помещений. Боится влаги, пыли, любых механических воздействий.
IP65 – с защитным силиконовым слоем, способным защитить от конденсата.
IP68 – герметичные водонепроницаемая светодиоды, которые можно размещать на днище автомобиля.

Класс LED IP68 Для светодиодной подсветки бардачка или низа торпеды подойдет и IP20, если ее никто не будет дергать и поливать водой. Для подсветки остальных элементов желателен класс IP 65-68.

Обзор известных моделей

Большинство микросхем для питания светодиодов выполнены в виде импульсных преобразователей напряжения. Преобразователи, в которых роль накопителя электрической энергии выполняет катушка индуктивности (дроссель) называются бустерами. В бустерах преобразование напряжения происходит за счет явления самоиндукции. Одна из типичных схем бустера приведена на рисунке.

Схема стабилизатора тока работает следующим образом. Транзисторный ключ находящийся внутри микросхемы периодически замыкает дроссель на общий провод. В момент размыкания ключа в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая выпрямляется диодом. Характерно то, что ЭДС самоиндукции может значительно превышать напряжение источника питания.

Как видно из схемы для изготовления бустера на TPS61160 производства фирмы Texas Instruments требуется совсем немного компонентов. Главными навесными деталями являются дроссель L1, диод Шоттки D1, выпрямляющий импульсное напряжение на выходе преобразователя, и Rset.

Резистор выполняет две функции. Во-первых, резистор ограничивает ток, протекающий через светодиоды, а во-вторых, резистор служит элементом обратной связи (своего рода датчиком). С него снимается измерительное напряжение, и внутренние схемы чипа стабилизируют ток, протекающий через LED, на заданном уровне. Изменяя номинал резистора можно изменять ток светодиодов.

Преобразователь на TPS61160 работает на частоте 1.2 МГц, максимальный выходной ток может составлять 1.2 А. С помощью микросхемы можно питать до десяти светодиодов включенных последовательно

Яркость светодиодов можно изменять путем подачи на вход «контроль яркости» сигнала ШИМ переменной скважности. КПД приведенной схемы составляет около 80%. Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания

В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке

Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания. В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке.

Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора Rsens и подается на схему управления полевиком. Так как полевой транзистор работает в линейном режиме, КПД подобных схем заметно ниже, чем у схем импульсных преобразователей.

Микросхемы линейки MAX16xxx часто применяются в автомобильных приложениях. Максимальное входное напряжение чипов составляет 40 В, выходной ток – 350 мА. Они, как и импульсные стабилизаторы, допускают ШИМ-диммирование.

Четырёхконтактное реле в схеме подключения дневных ходовых огней

Следующий рассматриваемый нами способ – более продвинутый. При его использовании вы получите отключение ходовых огней будет происходить сразу после выключения двигателя, а включаться они будут одновременно.

Несмотря на то, что звучит такая схема сложно, разобраться при желании может каждый. Сама схема основана на том, чтобы задействовать переключение четырёхконтактного реле и геркона. Итак, чтобы использовать подключение ДХО через реле, нужно:

Плюс LED DRL на плюсы обоих светодиодных модулей.
Выход на корпус к плюсам габариток.
Второй выход на любой выход геркона.
Второй выход геркона к плюсу зажигания.

После того, как было произведено соединение всех проводов, нужно провести ряд небольших настроек. Обязательно делать это при включенном двигателе автомобиля. После того, как автомобиль будет заведён, нужно подвигать геркон рядом с генератором и определить его оптимальное положение – такое, чтобы он вовремя срабатывал, а дневные ходовые огни стабильно излучали свет. После того, как нужное положение было найдено, нужно повесить геркон в термотрубку, а саму термотрубку зафиксировать в найденном до этого положение.

Что должно происходить в момент запуска двигателя? Сначала должен включиться генератор, а после этого ток пойдет по присоединённым клеммам реле и геркона на светодиоды. Лампы габаритов в этот момент выключены, потому что подаваемый ток очень мал.

Если геркона нет – всё равно есть выход. Используйте вместо него датчик масла. Просто используйте вместо геркона датчик давления и его клеммы – ничего сложного.

Итак, где подвох и почему это не универсальная схема? Всё просто – она в любой реализации (с герконом или датчиком давления масла) не реализует возможность подключения светодиодов к самим ДХО.

Источник: ledsshop.ru