Liniowy driver do diod Power LED 3W

Lepsze wrogiem dobrego. W październiku 2012 pisałem o oświetleniu w moim garażu, do budowy którego wykorzystałem 3 watowe diody power LED i stary akumulator samochodowy – Power LED jako oświetlenie wnętrza garażu. Układ był bardzo prosty – rolę ogranicznika prądu diod spełniały rezystory. Wadą tego rozwiązania była mniejsza jasność wraz ze spadkiem napięcia akumulatora. Dodatkowo układ był zmontowany w pająku i nie mógł się doczekać montażu w obudowie. Od dłuższego czasu nosiłem się z zamiarem uporządkowania i modernizacji całości. By uniezależnić się od napięcia akumulatora. postanowiłem wykonać stabilizator prądu – czyli ledy będą świecić cały czas tak samo jasno, bez znaczenia czy napięcie na akumulatorze wynosi 10 czy 12,5V.

Jaki driver do 3 watowych Power LED?

Zastanawiając się, jaki stabilizator prądu zbudować, brałem pod uwagę części które już posiadam, jak i ewentualny koszt, który poniosę dokupując nowe elementy. Najlepszym rozwiązaniem jest oczywiście driver impulsowy o wysokiej, nawet 90% sprawności, tym bardziej, że diody są zasilane z akumulatora. Jednak takie rozwiązanie odrzuciłem – musiałbym zakupić gotowe moduły lub eksperymentować z budową własnych stabilizatorów. Posiadam w garażu akumulator o dużej pojemności, a światło jest zapalane sporadycznie i na krótko, więc sprawność jest w tym wypadku drugoplanowa. Zdecydowałem się na stabilizator liniowy, zbudowany w oparciu o genialny scalony regulator napięcia LM317. Nie chciałem zbytnio przerabiać istniejącej już instalacji, więc musiałem wykonać cztery stabilizatory – po jednym dla każdej gałęzi z dwiema diodami LED. Postanowiłem również zostać przy rozwiązaniu przełącznika i przekaźnika. Dzięki temu, wystarczyło zdemontować poprzedni układ i podłączyć przewody do nowego drivera.

Liniowy stabilizator prądu do 3 watowych ledów

Rysując schemat stabilizatora prądu, bazowałem na jednym z układów, które znalazły się w nocie aplikacyjnej układu LM317. Zasada działania jest niezwykle prosta: LM317 tak reguluje napięciem wyjściowym, by spadek na rezystorze był stały i wynosił 1,25V. Niezmienne w czasie napięcie na stałej wartości tego rezystora to stały prąd. Schemat zaczerpnięty z datasheet wygląda tak:

Wartość tego rezystora dobiera się ze wzoru R=1,25[v]/oczekiwany_prąd[A]. Ja przyjąłem prąd 700mA dla ledów, czyli rezystor musi mieć 1,8Ω.

Schemat całego układu to przekaźnik załączający i cztery identyczne moduły oparte na LM317:

Do wejść i wyjść stabilizatorów LM317 dodałem kondensatory ceramiczne (C1-C8) zapobiegające wzbudzaniu się układu, które mogłoby być zabójcze dla ledów. Przekaźnik, identycznie jak w poprzednim rozwiązaniu załączany jest masą zasilania. Dodałem również kondensatory elektrolityczne C9 i C10 oraz diody prostownicze D1 i D2, ponieważ do akumulatora podłączane są również urządzenia z elementami indukcyjnymi, które generują spore zakłócenia. Diody są dwie ze względu na łączny pobór prądu przez ledy – blisko 3A i jedna popularna dioda 1N5401 pracowałaby blisko granicy swoich możliwości. Elektrolity wprowadziły dodatkowo ciekawy efekt – po wyłączeniu oświetlenia, diody gasną płynnie – jak w autach średniej klasy ;).

Do układu zaprojektowałem na szybko płytkę drukowaną. Jak widać na poniższym zrzucie, jest ona sporych rozmiarów, ale zostało to podyktowane posiadaną już obudową i kawałkiem laminatu, który miałem pod ręką o takich gabarytach:

Spis elementów:

R1-R4 – 1,8Ω/2 lub 4W;

C1-C8 – 100nF ceramiczne;
C9, C10 – 1000μF/25V;

D1, D2 – 1N5401 lub inne 3A;
D3 – 1N4148 lub 1N4001;

U1-U4 – LM317 TO220;

PK1 – przekaźnik 12V

P1-P3 – ARK2;
P4 – ARK3;

Dokumentacja zawierająca schemat i pliki umożliwiające wykonanie płytki drukowanej w pdf i ps: dokumentacja_driver_LED.

Montaż i uruchomienie drivera do Power LED

Układ nie posiada wiele elementów, więc montaż trwa tylko chwilę. Rezystory będą się nagrzewać, więc można je zamontować na nieco dłuższych wyprowadzeniach, by były ok. 10mm nad płytką. Stabilizatory muszą posiadać dodatkowe chłodzenie, a każdy układ musi być konieczne odizolowany od drugiego. Jeśli ma to być jeden wspólny radiator, koniecznie trzeba zastosować podkładki izolujące (np. odzyskane z demontażu zasilacza ATX: Darmowe części elektroniczne ze starych zasilaczy ATX). Ja zdecydowałem się na montaż układów LM317 poza płytką, co spowodowało konieczność dolutowania do ich końcówek przewodów o odpowiedniej długości:

Przy montażu układów LM317 należy zwrócić uwagę na ich biegunowość: U1, U2 i U4 mają blaszki skierowane do wewnątrz obudowy, a U3 do zewnątrz. Zasilanie układu należy doprowadzić do złącza P4 – do zacisku 2 +12V, do zacisku 3 masę. Przewody włącznika również należy doprowadzić do P4 – zaciski 1 i 3. Gałęzie z diodami LED należy podłączyć do P1 i P3, a ich ujemne bieguny do złącza P2. Ja zamontowałem całość w niewielkiej obudowie z tworzywa z serii KM z odzysku, w której wcześniej były już 3 inne układy elektroniczne, radiatory wykorzystałem ze starego, uszkodzonego UPS’a:

Jeśli układ ma zasilać dwie białe diody w jednej gałęzi (przypadające na jeden stabiizator), to minimalne napięcie zasilania musi wynosić 10V, by prąd ledów był stabilizowany. Diod w gałęzi może być więcej, ale wtedy też napięcie zasilania musi być odpowiednio wyższe, w przybliżeniu Uzas=liczba_led*3,5[V]+3[V]. Mój układ, posiadający 4 gałęzie po dwa ledy pobiera w sumie prawie 3A, a zmierzony prąd to 710-715mA w trzech sekcjach i 730mA w czwartej. Różnica wynika pewnie z rozbieżności parametrów układów LM317 – każdy pochodził z wylutu z innego urządzenia.

Efekt końcowy – znacznie lepszy niż w przypadku poprzedniego układu z ograniczeniem prądu zrealizowanym na rezystorach. Prąd ledów jest większy i w garażu jest zauważalnie jaśniej. Poprzednio, przy rozładowanym akumulatorze, którego napięcie pod obciążeniem wynosiło 10V, diody świeciły już słabo i w pomieszczeniu panował półmrok. Teraz jest nadał bardzo jasno – tak jak na w pełni naładowanej baterii. Reasumując – warto było poświęcić dwa popołudnia na modernizację.