Transformerløst ledet driverkredsløb til pålidelige billige LED-pæredesigner

LED-pærer siges at være 80% mere effektive end andre konventionelle belysningsmuligheder som lysstofrør og glødepærer. Den hurtige tilpasning af LED-pærer er allerede mærkbar omkring os, og den globale markedsværdi for LED-pærer er nået til omkring $ 5,4 mia. I 2018. En udfordring i designet af disse LED-pærer er, at LED-lys, som vi kender, fungerer på jævnstrømsspænding og lysnettet strømforsyningen er vekselstrøm, og derfor er vi nødt til at designe et LED-driverkredsløb, der kan konvertere vekselstrømsnetspændingen til et passende niveau af jævnspænding, der kræves til LED-pæren. I denne artikel vil vi designe et sådant praktisk, billigt LED-driverkredsløb ved hjælp af LNK302 Switching IC til at drive fire lysdioder (i serie), som kan give 200 lumen, der fungerer ved 13,6V og forbruger omkring 100-150mA.

Advarsel: Før vi går videre, er det meget vigtigt at sikre, at du arbejder med ekstrem forsigtighed omkring lysnettet. Kredsløbet og detaljerne her blev testet og håndteret af eksperter. Ethvert uheld kan føre til alvorlige skader og kan også være dødelig. Arbejd på egen risiko. Du er blevet advaret.

Transformerløs strømforsyningskreds

Et meget rå LED-driver-kredsløb kan bygges ved hjælp af Capacitor Dropper-metoden, ligesom vi gjorde i vores tidligere transformerløse strømforsyningsprojekt. Mens disse kredsløb stadig bruges i nogle meget billige elektroniske produkter, lider det af en stor ulempe, som vi vil diskutere senere. Derfor bruger vi i denne vejledning ikke Capacitor Dropper-metoden, men bygger i stedet et pålideligt LED-driverkredsløb ved hjælp af en switch IC.

Ulempe med kondensatorstrømstrømforsyningskredsløb

Denne type transformerfri strømforsyningskredsløb er billigere end standard switch-mode strømforsyning på grund af det lave komponentantal og fraværet af magnetik (transformer). Det bruger et kondensator-dropper-kredsløb, der bruger reaktansen fra en kondensator til at droppe indgangsspændingen.

Selvom denne type transformerløse designs viser sig at være meget nyttige i visse tilfælde, hvor produktionsomkostningerne for et bestemt produkt skal være lavere, giver designet ikke galvanisk isolering fra lysnettet og bør derfor kun bruges i produkter, der ikke kommer i direkte kontakt med mennesker. For eksempel kan den bruges i højeffektive LED-lys, hvor kabinettet er lavet med hård plastik, og ingen kredsløbsdel udsættes for brugerens interaktion, når den er installeret. Problemet med disse typer kredsløb er, at hvis strømforsyningsenheden svigter, kan den afspejle den høje indgangsspænding på tværs af udgangen, og det kan blive en dødsfælde.

En anden ulempe er, at disse kredsløb er begrænset til lav strømvurdering. Dette skyldes, at udgangsstrømmen afhænger af værdien af ​​den anvendte kondensator. For en højere strømværdi skal der anvendes en meget stor kondensator. Dette er et problem, fordi voluminøse kondensatorer også øger kortets plads og øger produktionsomkostningerne. Desuden har kredsløbet intet beskyttelseskredsløb, som f.eks. Outputkortslutningsbeskyttelse, beskyttelse mod overstrøm, termisk beskyttelse osv. Hvis de skal tilføjes, øger det også omkostninger og kompleksitet. Selvom alt er gjort godt, er de ikke pålidelige.

Så spørgsmålet er, er der nogen løsning, der kan være billigere, effektiv, enkel og mindre i størrelse sammen med alle beskyttelseskredsløb for at skabe et ikke-isoleret AC til DC højeffekt LED driver kredsløb? Svaret er ja, og det er præcis, hvad vi skal bygge i denne vejledning.

Valg af den rigtige LED til din LED-pære

Det første trin i designet af et LED-pæredriverkredsløb er at beslutte belastningen, dvs. den LED, som vi skal bruge i vores pærer. Dem, vi bruger i dette projekt, er vist nedenfor.

Lysdioderne i ovenstående strimmel er en 5730 pakke 0,5 watt kølige hvide lysdioder med en lysstrøm på 57 lm. Den forreste spænding er 3.2V minimum til 3.6V maksimum med en forreste strøm på 120 til 150 mA. Derfor, for at producere 200 lumen lys, kan 4 LED'er bruges i serie. Den krævede spænding på denne strimmel er 3,4 x 4 = 13,6V, og den nuværende 100-120mA vil strømme gennem hver lysdiode.

Her er skemaet over lysdioder i serie -

LNK304 - LED Driver IC

Driver IC valgt til denne applikation er LNK304. Det kan med succes levere den krævede belastning til denne applikation sammen med automatisk genstart, kortslutning og termisk beskyttelse. Funktionerne kan ses i nedenstående billede -

Valg af de andre komponenter

Valget af andre komponenter afhænger af den valgte driver-IC. I vores tilfælde bruger databladet, referencedesign, en halvbølge-ensretter ved hjælp af to standardgendannelsesdioder. Men i denne applikation brugte vi Diode Bridge til fuldbølge-afhjælpning. Det kan øge produktionsomkostningerne, men i sidste ende betyder designkompromiserne også for korrekt strøm, der leverer over lasten. Det skematiske diagram uden værdier kan ses i nedenstående billede, lad os nu diskutere, hvordan man vælger værdierne

Så Diode Bridge BR1 er valgt DB107 til denne applikation. Dog kan 500mA Diode Bridge også vælges til denne applikation. Efter diodebroen anvendes et pi-filter, hvor der kræves to elektrolytkondensatorer sammen med en induktor. Dette vil rette DC og også reducere EMI. Kondensatorværdierne, der er valgt til denne applikation, er en 10uF 400V elektrolytkondensatorer. Værdierne skal være højere end 2,2uF 400V. Til omkostningsoptimeringsformål kan 4.7uF til 6.8uF være det bedste valg.

Til induktoren anbefales mere end 560uH med 1,5A af den aktuelle vurdering. Derfor er C1 og C2 valgt til at være 10uF 400V og L1 som 680uH og en 1,5A DB107-diode-bro til DB1.

Den udbedrede jævnstrøm føres ind i driveren IC LNK304. Bypassstiften skal forbindes med kilden ved hjælp af en 0.1uF 50V kondensator. Derfor er C3 0.1uF 50V keramisk kondensator. D1 er nødvendig for at være en ultrahurtig diode med en omvendt genopretningstid på 75 ns. Det er valgt som UF4007.

FB er feedbackstiften, og modstanden R1 og R2 bruges til at bestemme udgangsspændingen. Referencespændingen over FB-stiften er 1.635V, IC skifter udgangsspændingen, indtil den opnår denne referencespænding på sin feedback-pin. Derfor kan modstandsværdien vælges ved hjælp af en simpel spændingsdelerberegner. Så for at få 13,6V som output vælges modstandsværdien baseret på nedenstående formel

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

I vores tilfælde er Vout 1.635V, kildespændingen er 13.6V. Vi valgte R2-værdien som 2,05k. Så R1 er 15k. Alternativt kan du bruge denne formel til også at beregne kildespændingen. Kondensatoren C4 er valgt som 10uF 50V. D2 er en standard ensretterdiode 1N4007. L2 er den samme som L1, men strømmen kan være mindre. L2 er også 680uH med 1,5A rating.

Udgangsfilterkondensatoren C5 er valgt som 100uF 25V. R3 er en minimumsbelastning, der bruges til reguleringsformål. For nul belastningsregulering vælges værdien som 2,4k. Den opdaterede skema sammen med alle værdier er vist nedenfor.

Arbejd af transformerløs LED Driver Circuit

Det komplette kredsløb fungerer i MDCM (Mostly Discontinuous Conduction Mode) Inductor switching Topology. AC til DC-konvertering foretages af diodebroen og pi-filteret. Efter at have fået det rettet DC, udføres strømbehandlingsfasen af ​​LNK304 og D1, L2 og C5. Spændingsfaldet over D1 og D2 er næsten det samme, kondensatoren C3 kontrollerer udgangsspændingen, og afhængigt af spændingen over kondensatoren C3 registreres af LNK304 ved hjælp af spændingsdeleren og regulerer skifteoutputtet over kildestifterne.

Opbygning af LED Driver Circuit

Alle nødvendige komponenter til konstruktion af kredsløbet bortset fra induktorer. Derfor er vi nødt til at vinde vores egen induktor ved hjælp af emaljeret kobbertråd. Nu er der en matematisk tilgang til at beregne kernetypen, tykkelsen på ledningen, antallet af drejninger osv. Men for enkelheds skyld vil vi bare lave nogle drejninger med den tilgængelige undertråd og kobbertråd og bruge en LCR-måler til at kontrollere, om vi har nået den krævede værdi. Sine, vores projekt er ikke særlig følsomt over for induktorværdi, og den nuværende vurdering er lav, denne rå måde fungerer fint. Hvis du ikke har et LCR-meter, kan du også bruge et oscilloskop til at måle induktorens værdi ved hjælp af resonansfrekvensmetoden.

Ovenstående billede viser, at induktorerne kontrolleres, og værdien er mere end 800uH. Det bruges til L1 og L2. Et simpelt kobberbelagt bord er også lavet til LED'er. Kredsløbet er konstrueret i et brødbræt.

Test af LED-driverkredsen

Kredsløbet testes først ved hjælp af en VARIAC (variabel transformer) og kontrolleres derefter i universel indgangsspænding, der er 110V / 220V vekselstrøm. Multimeteret til venstre er forbundet over AC-indgangen, og et andet multimeter til højre er forbundet over en enkelt LED for at kontrollere DC-udgangsspændingen.

Aflæsningen tages i tre forskellige indgangsspændinger. Den første i venstre side viser en indgangsspænding på 85VAC og over en enkelt ledning viser den 3,51V, mens den ledede spænding over forskellige indgangsspændinger ændrer sig lidt. Den detaljerede arbejdsvideo kan findes nedenfor.