Сетевой драйвер мощного светодиода из китайского зарядного устройства

Как я уже рассказывал, мною были приобретены несколько китайских сетевых зарядных устройств для мобильных телефонов всего за 33 рубля штучка. Я провел небольшие исследования этих устройств, чтобы разобраться, насколько они хороши (или ужасны). Измеренные параметры оказались следующими:

• Выходное напряжение без нагрузки - 5,65В
• Ток короткого замыкания - 680 мА

Короткое замыкание я делал непосредственно амперметром, т.е. "настоящее короткое" - зарядное устройство прекрасно выдержало этот режим, нагрева или т.п. побочных эффектов не было обнаружено. В общем, я остался вполне удовлетворен их характеристиками.

Возникла мысль сделать на их основе сетевой драйвер для питания мощного белого светодиода. Готовые драйверы стоят немалых денег, а тут - всего 33 рубля! Сказано - сделано.

Прежде всего, я составил схему устройства. Она оказалась до смешного простой и минималистичной (просто в моем вкусе):

Слева - питание 220 вольт, справа - выход. Параметры резисторов я определил по цветовому коду, а вот емкости керамических конденсаторов C2 и C3 определять не стал, т.к. не намеревался хоть каким-то образом их менять (помня, что в имульсных схемах емкости - очень важная вещь). Резистор R предусмотрен, но не установлен на плате. Начало обмоток трансформатора на схеме показано условно, т.е. я не определял фактическое их начало и конец.

{ads2}

Как видим, схема проста: ключевой транзистор Q1 (все обозначения соответствуют тем, что нанесены на печатной плате)  нагружен непосредственно на первичную обмотку трансформатора (с зазором!). Резистор R1 - это датчик тока транзистора, как только ток в обмотке трансформатора достигнет примерно 70 мА, напряжение на этом резисторе станет достаточным для открывания транзистора Q2, который шунтирует базовый переход Q1, тем самым запирая его. После запирания Q1 происходит передача запасенной в трансформаторе энергии во вторичную обмотку, где происходит заряд выходного конденсатора C5. На плате имеется еще светодиод с балластным резистром, но на схеме я не стал его показывать, т.к. никакой роли он не играет.

Одновременно с зарядом C5 происходит и зарядка C4 с обмотки обратной связи трансформатора. По мере поступления импульсов конденсаторы заряжаются и, как только напряжение на C4 достигнет напряжения стабилизации ZD (если я не ошибаюсь. стабилитрон там стоит на 5,6 вольт - разобрать надпись невозможно, увы), через стабилитрон потечет ток, что приведет к отпиранию Q2 и запиранию Q1 - то есть начнется ограничение длительности импульса накачки энергии. В общем, хоть и простейшая, но классическая схема обратноходового преобразователя с ШИМ стабилизацией напряжения.

{ads1}

Итак, мы имеем стабилизатор напряжения, а для питания светодиода, особенно мощного, необходимо обеспечить стабильный ток. У меня имелось несколько безымянных светодиодов белого свечения мощностью 1 Вт, т.е. при токе порядка 300 мА на них падает около 3,3В.Стабилизатор тока необходим, т.к. мощный светодиод неслабо греется, а от нагрева его параметры меняются, и, если не обеспечивать стабильный ток, от нагрева он может возрасти, что приведет к порче светодиода. Линейный стабилизатор не очень хорош, т.к. рассеивает приличное количество тепла, поэтому надо обдумать, как ограничить ток при минимальном вмешательстве в уже имеющуюся схему ШИМ-регулирования.

Сделать это оказалось очень просто. На схеме показаны красным добавленные 2 компонента, превращающие стабилизатор напряжения в стабилизатор (точнее, ограничитель) тока:

Rш - это шунт, датчик тока нагрузки. Параллельно ему включается светодиод транзисторного оптрона. Если на шунте будет падать напряжение порядка 1 вольта, светодиод начнет светиться, транзистор оптрона станет открываться и тем самым запирать Q1 - процесс будет точно такой же, как при стабилизации напряжения, но только для тока.

{ads2}

Ток нагрузки будет ограничен уровнем, при котором на шунте будет около 1 вольта - это по расчету. В действительности напряжение на светодиоде неизвестно точно, поэтому существует нкоторая вероятность отклонения тока от расчетного - это минус данной схемы. Если применить оптрон, вв котором от базы транзистора сделан вывод, то можно немного подкорректировать порог срабатывания транзистора, управляя током базы, но я взял самый примитивный оптрон, и положился на расчет.

Расчет же был таким: при токе 300 мА на Rш должно быть около 1В, значит, сопротивление Rш должно быть 3,3 Ома. У меня не оказалось такого сопротивления, и я соединил параллельно два резистора по 8,2 Ома, т.е. получил 4,1 Ом в итоге. Включение устройства "на амперметр" показало, что ток ограничивается на уровне 260 мА - практически четко в соответствии с расчетом! После этого я рискнул подключить и светодиод, ток через который был равен 250 мА - чуть меньше, видимо, из-за того, что разница между напряжение холостого хода источника и падением на светодиоде была невелика. Однако, такой ток обеспечил очень хорошую яркость светодиоа, а то, что он меньше номинала - лишь на пользу, т.к. срок службы светодиода при таком токе будет почти бесконечным.

Вот так, за 33 рубля с хвостиком (оптрон с резистором - копейки) я получил вполне приличный сетевой драйвер для питания мощного светодиода, который я планирую использовать в качестве компьютеной настольной лампы для освещения клавиатуры ночью - света более чем достаточно.

Чтобы убедиться, что мое решение не привело к нарушению рабочих режимов схемы, я оставил нагруженный драйвер включенным более чем на 3,5 часа - нагрев его корпуса был очень слабым, не более 40 градусов. То есть все нормально в пожарном плане.

{ads1}