чем снизить напряжение с 14 в до 12

11.04.202211.04.2022 admin 0 Comments

Решение проблемы перегорающих светодиодов. Стабилизация напряжения бортовой сети

Увы, бортовая сеть автомобилей B-класса редко подготовлена должным образом для светодиодного освещения. Изложенное ниже является еще одной возможной вариацией решения проблемы сгорающих светодиодных ламп.

Наверняка каждый автовладелец Hyundai Solaris если и не из личного опыта, то со слов других знаком с проблемой постоянно перегорающих светодиодных ламп. К сожалению, штатно нашему автомобилю не полагаются диодные лампы, а значит и бортовая сеть на них не рассчитана. Я лично столкнулся с этой проблемой после установки диодной подсветки заднего номера.

Суть проблемы
На рынке автоэлектрики уже довольно давно изобилуют светодиодные лампы самых разных мощностей под разные цоколи и цели, ассортимент постоянно расширяется, но, увы, это не сильно влияет на качество самих ламп и их адаптацию под автомобили с повышенным напряжением бортовой сети.

Основных причин, по которым светодиодные лампы сначала начинают мерцать, а потом и вовсе сгорают, три:
1. Некачественная пропайка контактов, что приводит к перегреву и выгоранию. Решить эту проблему можно самому подручными средствами (хотя зачастую перепаивание контактов оказывается лишь временной мерой) или просто искать более качественную продукцию от европейских производителей. Всё чаще на рынке встречаются светодиодные лампы с микроконтроллерами, стабилизирующими напряжение. Такие, например, я ставил себе в задний ход.
2. Повышенная температура окружающей среды. Высокая температура может быть вызвана особенностью расположение ламп в осветительном приборе и непосредственной близостью к источнику большого тепла, такого как, например, галогеновая лампа головного света или двигатель. Например, в нелинзованной фаре Hyundai Solaris габаритная лампа близко соседствует с бигалогеновой лампой головного света. При этом температура внутри фары вблизи лампы достигает 90 градусов, что губительно для диодов. Решением такой проблемы может стать только использование термостойких сравнительно дорогих COB-диодов или же термоизоляция от лампы головного света, что крайне сложно реализовать.
3. Повышенное напряжение бортовой сети. Как известно, чем свежее (новее) аккумулятор, тем выше на нём напряжение. На моём годовалом аккумуляторе напряжение 12,75 В, а при запущенном двигателе благодаря генератору оно возрастает аж до 14,55 В. На всех диодных лампах, подходящих нам, вполне четко указано рабочее напряжение 12 В. Увы, зачастую, это не просто рабочее напряжение, а максимально допустимое напряжение. Особенно для китайских и тайваньских ламп, производители которых в буквальном смысле выжимают все соки из несчастных светодиодов, работающих при 12 В на пределе своих возможностей. Ну, а как уже вы догадались, напряжение более 12 В приводит к избыточному току, который убивает светодиоды. Так, за месяц можно успеть поменять несколько ламп и снова обнаружить, что очередной светодиод начал мерцать. Как же быть? Решение именно этой проблемы я хочу осветить подробнее.

Решение
Проблема ясна, теперь о решении. Банально доставив нагрузку в бортовую сеть, тем самым понизив напряжение, мы получим сомнительный эффект, т.к. у светодиодов очень малый диапазон рабочего напряжения (амплитуда составляет в среднем 3-4 В). Таким образом, подобрать нагрузку так, чтобы лампы нормально светили как при запущенном двигателе, так и при заглушенном практически невозможно. В лучшем случае получится крайне тусклый свет при заглушенном и умеренно яркий при включенном, что неприемлемо, а значит нам нужна стабилизация. И в этом случае нам поможет микросхема со стабилизатором напряжения. Эту идею мне подкинул wattawaara, а так же помог с реализацией, за что ему огромное спасибо.

Для тестирования микросхемы я использовал COB-светодиодные лампы (2 Вт, 200 Люменов), заказанные на DealExtreme.

В микросхеме использовался проверенный годами отечественный стабилизатор КР142ЕН8Б, позволяющий стабилизировать напряжение до 12 В при входящем напряжении до 35 В. Обратите внимание, что для этого стабилизатора максимальный ток нагрузки не должен превышать 1.5 А. Кстати, при нагрузке более 1 А стабилизатор начинает существенно греться, а значит на минусовую петлю нужно вешать пассивный радиатор.

Использованные металлоплёночные конденсаторы К73-17 номиналами 0,1 и 0,33 мкФ служат фильтрами, сглаживающими кратковременные пики и шумы, а выпрямительный диод 1N5408 (да-да, он до 1000 В, уж что было под рукой) препятствует возможному обратному паразитному току. Собрать такую схему несложно, все элементы доступны в любом магазине радиоэлектронике. Я все компоненты нашёл в интернет-магазине Чип и Дип. Платой для сборки послужила самая обыкновенная пластина текстолита, найденная на работе. 😉

В моём случае распиновка следующая:
1 (желтый) – входящий «+»;
2 (черный) – входящий «–»;
3 (черный) – выходящий «–»;
4 (красный) – выходящий «+».
Для удобства установки/демонтажа использовался обыкновенный компьютерный разъем питания. Микросхема ставится последовательно в цепь перед конечным потребителем. Продублировал минус сознательно, чтобы при необходимости легко демонтировать всю плату, заменив её заглушкой.

Как видно на фото выше, нужный эффект достигнут – напряжение стабилизированно с 14,1 В до рабочих 11,89 В, что обеспечивает светодиодам продолжительный срок жизни и достаточный уровень яркости. Кстати, потребление этих COB-диодных ламп в сумме не превышает 100 мА при напряжении

12 В. На этом всё, спасибо за внимание!

P.S. Обновление от 02.02.2015

После комментария Дмитрия я всерьез обеспокоился вопросом нестабильности и стал тщательно проверять выходное напряжение. После нескольких часов тестирования могу с уверенностью сказать, что напряжение постоянное, не плавает. Более того, внимательно ознакомившись со спецификацией КР142ЕН8Б (подробнее тут и тут) не нашёл ни единого упоминания о нижнем пороге входного напряжения, меньше которого наблюдается нестабильная работа, есть только ограничение по входному напряжению не более 35 В. Единственный нюанс: при входном напряжении =12 В выходное получается менее 12 В (от 11,55 В до 11,95 В). Сводная таблица результатов тестирования ниже.

P.P.S. Обновление от 12.04.2015
Как оказалось, нет смысла заниматься самостоятельным изобретением плат стабилизации напряжения, всё уже давно сделано качественно и дёшево в Китае. Для стабилизации напряжения бортовой сети продается модуль LM2596 CL2122 (DC-DC конвертер). За счёт фильтров и возможности точной подстройки этот модуль можно считать однозначно лучше самоделки, о которой я писал выше.

Технические характеристики:
Допустимое входное напряжение: 4 В — 35 В;
Выходное напряжение: 1.23 В — 30 В;
Максимальный входной ток: 3 А (рекомендуется подключать потребителя на не более 2,5 А, иначе требуется дополнительное охлаждение);
Эффективность преобразования: 92% (наивысшая);
Частота переключения: 150 кГц;
Максимальная пульсация выходного сигнала: 30 мА (опять же лучше не допускать боле 25 мА);
Производитель: Leivin (Китай).

Как видно по фотографиям качество изготовления вполне приемлемое, достойная заводская пайка, а цена в два раза ниже (на момент покупки

60 р/шт), чем собирать самому плату из компонентов, купленных в розничном магазине радиодеталей. По точности стабилизации нареканий нет.
Сводная таблица результатов тестирования ниже.

Тест проводился следующим образом: подавалось входное напряжение 15 В, регулятор выходного напряжения выставлен так, чтобы выходное напряжение было точно 12 В. Далее с шагом 0,2 В входное напряжение постепенно понижалось до 12 В. Нагрузка была минимальная и обусловлена только сопротивлением мультиметра.
Как видно из сводной таблицы стабилизация заводского модуля куда плавнее и точнее самодельного, а значит рекомендован к внедрению в проводку автомобиля.

Удачи в освещении! Сделаем этот мир чуточку ярче! 😉

Источник

Как понизить постоянное и переменное напряжение — обзор способов

Понижаем переменное напряжение

Рассмотрим типовые ситуации, когда нужно опустить напряжение, чтобы подключить прибор, который работает от переменного тока, но напряжение его питания не соответствует привычным 220 Вольтам. Это может быть, как различная бытовая техника, инструмент, так и упомянутые выше светильники.

Подключение бытовой техники из США на 110 В к сети 220 В

Пожалуй, самая частая ситуация возникает, когда человек покупает из зарубежных интернет-магазинов какой-то прибор, а по его получении определяет, что он рассчитан на питание от 110 Вольт. Первый вариант – это перемотать трансформатор питающий устройство, но большинство приборов работают от импульсного источника питания, а для подключения электроинструмента – лучше вообще обойтись без перемотки. Для этого нужно использовать понижающий трансформатор. Кроме этого вы можете понизить напряжение в сети с помощью автотрансформатора или обычного трансформатора с отводами от первичной обмотки на 110-127В – такие часто встречались в советских телевизорах и других электроприборах.

Однако при использовании такого включения трансформатора, если произойдет, обрыв части обмотки после отвода 110 Вольт (см. рисунок ниже) все 220В подойдут на прибор, и он выйдет из строя.

Если говорить о готовых устройствах, то можно обратить внимание на автотрансформаторы «ШТИЛЬ».

Важно! При покупке трансформаторов или автотрансформаторов учитывайте номинальный ток его обмоток и мощность, которую он выдержит.

Более надежным вариантом решения проблемы будет понизить напряжение с 220 до 110В или с 220 до 127В с помощью трансформатора. На рынке есть множество компаний, которые продают такие изделия, в основном это тороидальные трансформаторы. Они бывают в металлических боксах или корпусах меньших размеров со встроенной розеткой, а также в виде адаптеров в пластиковых корпусах.

Подведём итоги, перечислив основные требования к трансформатору для питания 110В приборов:

Понижаем напряжение для питания низковольтных светильников

В начале статьи мы упомянули о том, что переносной светильник должен питаться от пониженного напряжения. В быту этот вопрос будет особо актуален для автолюбителей при ремонте автомобиля в гараже. Такие же светильники используются и в качестве местного источника света на станках (сверлильных, токарных, заточных и прочих).

Для того чтобы понизить напряжение с 220 до 36В, можно использовать трансформаторы марки:

Для понижения напряжения с 220 до 12В можно использовать трансформаторы марки:

Понижение напряжения в доме

Наряду со скачками в электросети часто возникает проблема с повышенным и пониженным напряжением. Это приводит к преждевременному выходу из строя нагревательных приборов, ламп и других устройств у потребителя. Допустим вам нужно понизить напряжение с 260 до 220В, значит ваш выбор – использование стабилизатора напряжения. Они бывают разных типов, самый дешевый из них – релейный, по сути это автотрансформатор, в котором реле автоматически переключают отводы от обмотки.

Если вам нужно защитить конкретный прибор, например, компьютер – используйте маломощные модели мощностью порядка 1000 ВА (1 кВа), такие, как SVEN VR-L1000, его стоимость 17-20 долларов. Но учтите, что активная выходная мощность у них меньше указанной полной в Вольт-Амперах. К примеру, модель на 1 кВА, может питать нагрузку до 0,3-0,4 кВт. Также смотрите на характеристики. Указанная модель выдерживает до 285 Вольт, но большинство моделей упираются в 260 В.

Чтобы защитить весь дом в большинстве случаев хватит модели RUCELF SRWII-12000-L её полная мощность 12000 ВА, а нагрузочная способность по активной мощности – 10000 Вт. Он выдерживает входное напряжение вплоть до 270В.

Более подробно узнать о том, как выбрать стабилизатор напряжения и какие бывают стабилизаторы, мы рассказывали в статьях:

Балластный конденсатор для питания маломощных устройств

Для питания маломощных устройств можно обойтись без трансформатора – одним конденсатором. Такая схема называется бестрансфторматорный блок питания на балластном конденсаторе. Принцип его работы основан на ограничении тока с помощью реактивного сопротивления ёмкости. Ниже вы видите варианты её реализации.

Расчёт ёмкости балластного конденсатора для бестранформаторного питания производится исходя из потребления тока нагрузкой и напряжения её питания.

Или по такой формуле, результат они дают приблизительно одинаковый:

Кстати, выражение под корнем в результате при расчётах конденсаторов для питания устройств от 5-20В даёт примерно 220, или значение равное Uвходному.

Такой источник питания подходит для подключения приёмников, светодиодов, ночников, зарядки небольших аккумуляторов и других маломощных потребителей.

Понижаем постоянное напряжение

При конструировании электроники часто возникает необходимость понижения напряжения имеющегося блока питания. Мы также рассмотрим несколько типовых ситуаций.

Если вы работаете с микроконтроллерами – могли заметить, что некоторые из них работают от 3 Вольт. Найти соответствующие блоки питания бывает непросто, поэтому можно использовать зарядное устройство для телефона. Тогда вам нужно понизить его выход с 5 до 3 Вольт (3,3В). Это можно сделать, если опустить выходное напряжение блока питания путём замены стабилитрона в цепи обратной связи. Вы можете добиться любого напряжения как повышенного, так и пониженного – установив стабилитрон нужного номинала. Определить его можно методом подбора, на схеме ниже он выделен красным эллипсом.

А на плате он выглядит следующим образом:

На следующем видео автор демонстрирует такую переделку, только не на понижение, а на повышение выходных параметров.

На зарядных устройствах более совершенной конструкции используется регулируемый стабилитрон TL431, тогда регулировка возможна заменой резистора или соотношением пары резисторов, в зависимости от схемотехники. На схеме ниже они обозначены красным.

Кроме замены стабилитрона на плате ЗУ, можно опустить напряжение с помощью резистора и стабилитрона – это называется параметрический стабилизатор.

Еще один вариант – установить в разрыв цепи цепочку из диодов. На каждом кремниевом диоде упадёт около 0,6-0,7 Вольт. Так опустить напряжение до нужного уровня можно, набрав нужное количество диодов.

Часто возникает необходимость подключить устройство к бортовой сети автомобиля, оно колеблется от 12 до 14,3-14,7 Вольт. Чтобы понизить напряжение постоянного тока с 12 до 9 Вольт можно использовать линейный стабилизатор типа L7809, а, чтобы опустить с 12 до 5 Вольт – используйте L7805. Или их аналоги ams1117-5.0 или ams1117-9.0 или amsr-7805-nz и подобные на любое нужное напряжение. Схема подключения таких стабилизаторов изображена ниже.

Для питания более мощных потребителей удобно использовать импульсные преобразователи для понижения и регулировки напряжения от источника питания. Примером таких устройств являются платы на LM2596, а в англо-язычных интернет-магазинах их можно найти по запросам «DC-DC step down» или «DC-DC buck converter».

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно рассмотрены способы понижения напряжения:

Вот и все наиболее рациональные варианты, позволяющие понизить напряжение постоянного и переменного тока. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

Источник

Как понизить напряжение?

За счет наличия большого количества международных стандартов и технических решений питание электронных устройств может осуществляться от различных номиналов. Но, далеко не все они присутствуют в свободном доступе, поэтому для получения нужной разности потенциалов придется использовать преобразователь. Такие устройства можно найти как в свободной продаже, так и собрать самостоятельно из радиодеталей.

В связи с наличием двух родов электрического тока: постоянного и переменного, вопрос, как понизить напряжение, следует рассматривать в ключе каждого из них отдельно.

Понижение напряжения постоянного тока

В практике питания бытовых приборов существует масса примеров работы электрических устройств от постоянного тока. Но номинал рабочего напряжения может существенно отличаться, к примеру, если из 36 В вам нужно получить 12 В, или в ситуациях, когда от USB разъема персонального компьютера нужно запитать прибор от 3 В вместо имеющихся 5 вольт.

Для снижения такого уровня от блока питания или другого источника почти вполовину можно использовать как простые методы – включение в цепь дополнительного сопротивления, так и более эффективные – заменить стабилизатор напряжения в ветке обратной связи.

Рис. 1. Замена резистора или стабилитрона

На рисунке выше приведен пример схемы блока питания, в котором вы можете понизить вольтаж путем изменения параметров резистора и стабилитрона. Этот узел на рисунке обведен красным кругом, но в других моделях место установки, как и способ подсоединения, может отличаться. На некоторых схемах, чтобы понизить напряжение вы сможете воспользоваться лишь одним стабилитроном.

Если у вас нет возможности подключаться к блоку питания – можно обойтись и менее изящными методами. К примеру, вы можете понизить напряжение за счет включения в цепь резистора или подобрать диоды, второй вариант является более практичным для цепей постоянного тока. Этот принцип основан на падении напряжения за счет внутреннего сопротивления элементов. В зависимости от соотношения проводимости рабочей нагрузки и полупроводникового элемента может понадобиться около 3 – 4 диодов.

На рисунке выше показана принципиальная схема понижения напряжения при помощи диодов. Для этого они включаются в цепь последовательно по отношению к нагрузке. При этом выходное напряжение окажется ниже входного ровно на такую величину, которая будет падать на каждом диоде в цепи. Это довольно простой и доступный способ, позволяющий понизить напряжение, но его основной недостаток – расход мощности для каждого диода, что приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

Если вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.

Источник