Безтрансформаторна верига на драйвера за надеждни дизайни на led крушки

Твърди се, че LED крушките са с 80% по-ефективни от другите конвенционални опции за осветление като флуоресцентни и лампи с нажежаема жичка. Бързата адаптация на LED крушки вече е забележима около нас и пазарната стойност на светодиодните крушки достигна до около $ 5,4 милиарда през 2018 г. Предизвикателство при проектирането на тези LED крушки е, че LED светлината, както знаем, работи върху постояннотоково напрежение и мрежата захранването е променливо, поради което трябва да проектираме схема на LED драйвер, която да преобразува мрежовото напрежение в подходящо ниво на постояннотоково напрежение, необходимо за LED крушката. В тази статия ще проектираме такава практична евтина схема за драйвери на LED, използвайки LNK302 Switching IC за захранване на четири светодиода (последователно), които могат да осигурят 200 лумена, работещи при 13.6V и консумиращи около 100-150mA.

Предупреждение: Преди да продължим напред, много е важно да се уверите, че работите с повишено внимание около електрическата мрежа. Схемата и подробностите, предоставени тук, бяха тествани и обработени от експерти. Всяко злополука може да доведе до сериозни щети и може да бъде и смъртоносно. Работете на свой риск. Предупреден си.

Безтрансформаторна верига за захранване

Много груба схема на драйвера за LED може да бъде изградена с помощта на метода Capacitor Dropper, точно както направихме в предишния ни проект за захранване без трансформатори. Въпреки че тези схеми все още се използват в някои много евтини електронни продукти, той страда от много недостатъци, които ще обсъдим по-късно. Следователно в този урок няма да използваме метода Capacitor Dropper, а вместо това ще изградим надеждна схема на LED драйвер, използвайки превключваща интегрална схема.

Недостатък на кондензаторна трансформаторна верига за захранване

Този тип трансформаторна схема на захранване е по-евтина от стандартното захранване в режим на превключване поради ниския брой компоненти и отсъствието на магнитни елементи (трансформатор). Използва кондензаторна верига-капкомер, която използва реактивно съпротивление на кондензатор, за да спадне входното напрежение.

Въпреки че този тип безтрансформаторни конструкции се оказва много полезен в определени случаи, когато производствените разходи на даден продукт трябва да бъдат по-ниски, дизайнът не осигурява галванична изолация от променливотоковото захранване и следователно трябва да се използва само в продукти, които не влизат в пряк контакт с хората. Например, той може да се използва в светлини с висока мощност, където корпусът е направен от твърда пластмаса и нито една част от веригата не е изложена за взаимодействие на потребителя, след като бъде инсталирана. Проблемът с тези типове вериги е, че ако захранващият блок не успее, той може да отразява високото входно променливо напрежение през изхода и това може да се превърне в капан за смърт.

Друг недостатък е, че тези вериги са ограничени до ниска номинална мощност. Това е така, защото изходният ток зависи от стойността на използвания кондензатор, за по-висок ток трябва да се използва много голям кондензатор. Това е проблем, защото обемните кондензатори също увеличават пространството на платката и увеличават производствените разходи. Също така, веригата няма защитна верига, като защита от късо съединение на изхода, защита срещу ток, термична защита и др. Ако те трябва да бъдат добавени, това също увеличава разходите и сложността. Дори ако всичко е направено добре, те не са надеждни.

И така, въпросът е, има ли някакво решение, което може да бъде по-евтино, ефективно, просто и с по-малки размери, заедно с всички защитни вериги, за да се направи неизолирана верига за LED мощност с променлив ток към постоянен ток? Отговорът е да и точно това ще изградим в този урок.

Избор на подходящия светодиод за вашата LED крушка

Първата стъпка при проектирането на верига за драйвери на LED крушки е вземането на решение относно натоварването, т.е. светодиода, който ще използваме в нашите крушки. Тези, които използваме в този проект, са показани по-долу.

Светодиодите в горната лента са 5730 пакета 0,5 вата студено бели светодиоди със светлинен поток от 57lm. Най- напред напрежението е 3.2V минимум до максимум на 3.6V с нетърпение ток от 120 до 150 mA. Следователно, за да се получат 200 лумена светлина, могат да се използват последователно 4 светодиода. Необходимото напрежение на тази лента ще бъде 3,4 x 4 = 13,6V и токът 100-120mA ще тече през всеки светодиод.

Ето схемата на светодиодите в серия -

LNK304 - LED драйвер IC

Избраният за това приложение драйвер IC е LNK304. Той може успешно да осигури необходимия товар за това приложение, заедно с автоматично рестартиране, късо съединение и термична защита. Характеристиките могат да се видят на изображението по-долу -

Избор на другите компоненти

Изборът на други компоненти зависи от избраната интегрална схема. В нашия случай таблицата с данни, референтният дизайн използва изправител с половин вълна, използващ два стандартни диода за възстановяване. Но в това приложение ние използвахме диоден мост за поправка на пълни вълни. Това може да увеличи производствените разходи, но в крайна сметка компромисите при проектирането също са от значение за правилното доставяне на мощност спрямо товара. Схематичната диаграма без стойности може да се види на изображението по-долу, сега нека обсъдим как да изберем стойностите

И така, диодният мост BR1 е избран DB107 за това приложение. Въпреки това, 500mA диоден мост също може да бъде избран за това приложение. След диодния мост се използва пи филтър, където са необходими два електролитни кондензатора заедно с индуктор. Това ще коригира DC и също така ще намали EMI. Стойностите на кондензаторите, избрани за това приложение, са 10uF 400V електролитни кондензатори. Стойностите трябва да бъдат по-високи от 2.2uF 400V. За целите на оптимизацията на разходите, 4.7uF до 6.8uF могат да бъдат най-добрият избор.

За индуктора се препоръчват повече от 560uH с 1,5A от текущия рейтинг. Следователно, C1 и C2 са избрани да бъдат 10uF 400V и L1 като 680uH и 1.5A DB107 диоден мост за DB1.

Изправеният DC се подава в интегралната схема на драйвера LNK304. Байпасният щифт трябва да бъде свързан с източника чрез кондензатор 0.1uF 50V. Следователно C3 е 0.1uF 50V керамичен кондензатор. D1 е необходим, за да бъде свръх бърз диод с обратно време на възстановяване 75 ns. Избран е като UF4007.

FB е щифтът за обратна връзка и резисторът R1 и R2 се използват за определяне на изходното напрежение. Референтното напрежение на FB щифта е 1.635V, IC превключва изходното напрежение, докато получи това референтно напрежение на своя щифт за обратна връзка. Следователно, като се използва прост калкулатор на делителя на напрежението, стойността на резисторите може да бъде избрана. И така, за получаване на 13,6V като изходна стойност, стойността на резистора се избира въз основа на формулата по-долу

Vout = (Напрежение на източника x R2) / (R1 + R2)

В нашия случай Vout е 1.635V, напрежението на източника е 13.6V. Избрахме стойността на R2 като 2.05k. И така, R1 е 15k. Като алтернатива можете да използвате тази формула и за изчисляване на напрежението на източника. Кондензаторът C4 е избран като 10uF 50V. D2 е стандартен токоизправител диод 1N4007. L2 е същият като L1, но токът може да бъде по-малък. L2 също е 680uH с 1.5A рейтинг.

Кондензаторът на изходния филтър C5 е избран като 100uF 25V. R3 е минимално натоварване, което се използва за регулиране. За регулиране на нулево натоварване стойността е избрана като 2.4k. Актуализираната схема заедно с всички стойности е показана по-долу.

Работа на безтрансформаторна верига за драйвери на LED

Цялата верига работи в MDCM (режим на прекъсване на непрекъснатата проводимост) Топология на превключване на индуктора. Преобразуването от AC в DC се извършва от диодния мост и pi филтъра. След получаване на коригирания DC, етапът на обработка на мощността се извършва от LNK304 и D1, L2 и C5. Спадът на напрежението на D1 и D2 е почти еднакъв, кондензаторът C3 проверява изходното напрежение и в зависимост от напрежението на кондензатора C3 се усеща от LNK304 с помощта на делителя на напрежението и регулиране на превключващия изход през изходните изводи

Изграждане на верига за светодиоден драйвер

Всички компоненти, необходими за изграждането на веригата, с изключение на индукторите. Следователно трябва да навием свой собствен индуктор, като използваме емайлирана медна тел. Сега има математически подход за изчисляване на вида на сърцевината, дебелината на телта, броя на завъртанията и т.н. Но за улеснение просто ще направим няколко завоя с наличните калерчета и медна тел и ще използваме LCR метър, за да проверим дали сме достигнали необходимата стойност. Нашият проект не е много чувствителен към стойността на индуктора и текущата оценка е ниска, този суров начин ще работи добре. Ако нямате LCR метър, можете също да използвате осцилоскоп за измерване на стойността на индуктора с помощта на метода на резонансната честота.

Горното изображение показва, че индукторите са проверени и стойността е по-голяма от 800uH. Използва се за L1 и L2. За светодиодите е направена и обикновена медна платка. Веригата е изградена в макет.

Тестване на веригата на светодиодния драйвер

Веригата първо се тества с помощта на VARIAC (променлив трансформатор) и след това се проверява в универсално входно напрежение, което е 110V / 220V AC напрежение. Мултиметърът отляво е свързан през променливотоковия вход, а друг мултицет отдясно е свързан през един светодиод, за да провери изходното постояннотоково напрежение.

Отчитането се взема в три различни входни напрежения. Първият от лявата страна показва входно напрежение от 85VAC, а през един светодиод показва 3,51V, докато светодиодното напрежение в различното входно напрежение леко се променя. Подробното работно видео може да бъде намерено по-долу.