Transformerløs ledet driverkrets for pålitelig lavpris-ledet pære

LED-pærer sies å være 80% mer effektive enn andre konvensjonelle lysalternativer som lysrør og glødelamper. Den raske tilpasningen av LED-pærer er allerede merkbar rundt oss, og den globale markedsverdien for LED-pærer har nådd til rundt $ 5,4 milliarder dollar i 2018. En utfordring med å designe disse LED-pærene er at LED-lys, som vi vet, fungerer på DC-spenning og strømnettet strømforsyningen er vekselstrøm, derfor må vi designe en LED-driverkrets som kan konvertere vekselstrømspenningen til et passende nivå av likestrøm som kreves for LED-pæren. I denne artikkelen vil vi designe en slik praktisk billig LED-driverkrets ved hjelp av LNK302 Switching IC for å drive fire lysdioder (i serie) som kan gi 200 lumen som fungerer ved 13,6V og bruker rundt 100-150mA.

Advarsel: Før vi går videre er det veldig viktig å sørge for at du arbeider med ekstrem forsiktighet rundt strømnettet. Kretsen og detaljene som er gitt her ble testet og håndtert av eksperter. Uhell kan føre til alvorlige skader og kan også være dødelig. Arbeid på egen risiko. Du har blitt advart.

Transformerfri strømforsyningskrets

En veldig rå LED-driverkrets kan bygges ved hjelp av Capacitor Dropper-metoden, akkurat som vi gjorde i vårt forrige Transformerless strømforsyningsprosjekt. Mens disse kretsene fortsatt brukes i noen veldig billige elektroniske produkter, lider det av en stor ulempe som vi vil diskutere senere. Derfor vil vi i denne opplæringen ikke bruke Capacitor Dropper-metoden, men i stedet bygge en pålitelig LED-driverkrets ved hjelp av en bryter-IC.

Ulempe med kondensatorfallstrømløs strømforsyningskrets

Denne typen transformatorfri strømforsyningskrets er billigere enn standard strømforsyning i brytermodus på grunn av lavt antall komponenter og fravær av magnetikk (transformator). Den bruker en kondensator dropper krets som bruker reaktansen til en kondensator for å slippe inngangsspenningen.

Selv om denne typen transformerløse design viser seg å være veldig nyttig i visse tilfeller der produksjonskostnadene til et bestemt produkt må være lavere, gir designet ikke galvanisk isolasjon fra vekselstrøm og bør derfor bare brukes i produkter som ikke kommer i direkte kontakt med mennesker. For eksempel kan den brukes i kraftige LED-lys, der kabinettet er laget av hard plast, og ingen kretsdeler blir utsatt for brukerens interaksjon når den er installert. Problemet med denne typen kretser er at hvis strømforsyningsenheten svikter, kan den gjenspeile den høye inngangsstrømmen over utgangen, og det kan bli en dødsfelle.

En annen ulempe er at disse kretsene er begrenset til lav strømstyrke. Dette er fordi utgangsstrømmen avhenger av verdien på kondensatoren som brukes, for høyere strømstyrke må en veldig stor kondensator brukes. Dette er et problem fordi store kondensatorer også øker bordplassen og øker produksjonskostnadene. Dessuten har kretsen ingen beskyttelseskrets, som utgang kortslutningsbeskyttelse, overstrømsbeskyttelse, termisk beskyttelse, etc. Hvis de må legges til, øker det også kostnader og kompleksitet. Selv om alt er gjort bra, er de ikke pålitelige.

Så er spørsmålet, er det noen løsning som kan være billigere, effektiv, enkel og mindre i størrelse sammen med alle beskyttelseskretser for å lage en ikke-isolert AC til DC LED-krets med høy effekt? Svaret er ja, og det er akkurat det vi skal bygge i denne opplæringen.

Velge riktig LED for LED-pæren

Det første trinnet i å designe en LED-pæredriverkrets er å bestemme belastningen, dvs. LED-en som vi skal bruke i våre pærer. De vi bruker i dette prosjektet er vist nedenfor.

Lysdiodene i stripen ovenfor er en 5730-pakke, 0,5 watt, kule, hvite lysdioder med en lysstrøm på 57 lm. Den fremre spenning er 3.2V minimum til maksimum 3.6V med en foroverstrøm på 120 til 150 mA. Derfor, for å produsere 200 lumen lys, kan 4 lysdioder brukes i serie. Den nødvendige spenningen til denne stripen vil være 3,4 x 4 = 13,6V, og strømmen 100-120mA vil strømme gjennom hver lysdiode.

Her er skjematisk lysdioder i serie -

LNK304 - LED Driver IC

Driver IC valgt for dette programmet er LNK304. Det kan med hell gi den nødvendige belastningen for denne applikasjonen sammen med automatisk omstart, kortslutning og termisk beskyttelse. Funksjonene kan sees i bildet nedenfor -

Velge de andre komponentene

Valget av andre komponenter avhenger av hvilken driver-IC som er valgt. I vårt tilfelle bruker databladet referanseutforming en halvbølge-likeretter ved bruk av to standard gjenopprettingsdioder. Men i denne applikasjonen brukte vi Diode Bridge for fullbølgeretting. Det kan øke produksjonskostnadene, men til slutt har designutvekslingene også betydning for riktig kraft som leveres over lasten. Skjematisk diagram uten verdier kan sees i bildet nedenfor, la oss nå diskutere hvordan du velger verdiene

Så Diode Bridge BR1 er valgt DB107 for denne applikasjonen. Imidlertid kan 500mA Diode Bridge også velges for denne applikasjonen. Etter diodebroen brukes et pi-filter der det kreves to elektrolytiske kondensatorer sammen med en induktor. Dette vil rette DC og også redusere EMI. Kondensatorverdiene valgt for denne applikasjonen er 10uF 400V elektrolytkondensatorer. Verdiene må være høyere enn 2,2uF 400V. For kostnadsoptimaliseringsformål kan 4.7uF til 6.8uF være det beste valget.

For induktoren anbefales mer enn 560uH med 1,5A av gjeldende vurdering. Derfor er C1 og C2 valgt til å være 10uF 400V og L1 som 680uH og en 1,5A DB107 diode bro for DB1.

Den utbedrede likestrømmen mates inn i driveren IC LNK304. Bypassstiften må kobles til kilden ved hjelp av en 0.1uF 50V kondensator. Derfor er C3 0.1uF 50V keramisk kondensator. D1 er nødvendig for å være en ultrafast diode med omvendt gjenopprettingstid 75 ns. Den er valgt som UF4007.

FB er tilbakemeldingstappen, og motstanden R1 og R2 brukes til å bestemme utgangsspenningen. Referansespenningen over FB-pinnen er 1.635V, IC bytter utgangsspenningen til den oppnår denne referansespenningen på tilbakemeldingspinnen. Derfor kan motstandsverdien velges ved å bruke en enkel spenningsdeler-kalkulator. For å få 13,6 V som utgang, velges motstandsverdien basert på formelen nedenfor

Vout = (kildespenning x R2) / (R1 + R2)

I vårt tilfelle er Vout 1.635V, kildespenningen er 13.6V. Vi valgte R2-verdien som 2,05k. Så, R1 er 15k. Alternativt kan du bruke denne formelen til å beregne kildespenningen. Kondensatoren C4 er valgt som 10uF 50V. D2 er en standard likeretterdiode 1N4007. L2 er den samme som L1, men strømmen kan være mindre. L2 er også 680uH med 1,5A vurdering.

Utgangsfilterkondensatoren C5 er valgt som 100uF 25V. R3 er en minimumsbelastning som brukes til reguleringsformål. For nulllastregulering er verdien valgt som 2,4k. Den oppdaterte skjemaet sammen med alle verdiene er vist nedenfor.

Arbeid av Transformerless LED Driver Circuit

Hele kretsen fungerer i MDCM (Mostly Discontinuous Conduction Mode) Inductor switching Topology. AC til DC-konvertering er laget av diodebroen og pi-filteret. Etter å ha fått den utbedrede likestrømmen, blir prosesseringstrinnet utført av LNK304 og D1, L2 og C5. Spenningsfallet over D1 og D2 er nesten det samme, kondensatoren C3 sjekker utgangsspenningen, og avhengig av spenningen over kondensatoren C3 registreres av LNK304 ved hjelp av spenningsdeleren og regulerer bryterutgangen over kildepinnene.

Bygg LED-førerkretsen

Alle komponentene som kreves for å konstruere kretsen, unntatt induktorer. Derfor må vi vikle vår egen induktor ved hjelp av emaljert kobbertråd. Nå er det en matematisk tilnærming for å beregne typen kjerne, tykkelse på ledningen, antall svinger etc. Men for enkelhets skyld vil vi bare gjøre noen svinger med den tilgjengelige spolen og kobbertråden og bruke en LCR-måler for å sjekke om vi har nådd ønsket verdi. Sine prosjektet vårt er ikke veldig følsomt for induktorverdi og nåværende vurdering er lav, denne rå måten vil fungere helt fint. Hvis du ikke har en LCR-måler, kan du også bruke et oscilloskop for å måle verdien på induktoren ved hjelp av resonansfrekvensmetoden.

Ovenstående bilde viser at induktorene er sjekket og verdien er mer enn 800uH. Den brukes til L1 og L2. Et enkelt kobberkledd bord er også laget for lysdioder. Kretsen er konstruert i et brødbrett.

Testing av LED-driverkretsen

Kretsen ble først testet ved hjelp av en VARIAC (Variable Transformer) og deretter sjekket inn universell inngangsspenning som er 110V / 220V vekselstrøm. Multimeteret til venstre er koblet over vekselstrøminngangen, og et annet multimeter til høyre er koblet over en enkelt lysdiode for å kontrollere utgangsspenningen.

Avlesningen er tatt i tre forskjellige inngangsspenninger. Den første på venstre side viser en inngangsspenning på 85VAC, og over en enkelt ledning viser den 3,51V mens ledespenningen over forskjellige inngangsspenninger endres litt. Den detaljerte arbeidsvideoen finner du nedenfor.