Безтрансформаторна схема світлодіодного драйвера для надійних недорогих конструкцій світлодіодних ламп

Кажуть, що світлодіодні лампи на 80% ефективніші, ніж інші звичайні варіанти освітлення, такі як люмінесцентні та лампи розжарювання. Швидка адаптація світлодіодних лампочок вже помітна навколо нас, а ринкова вартість світлодіодних лампочок у 2018 році досягла приблизно $ 5,4 млрд. Завданням у проектуванні цих світлодіодних ламп є те, що світлодіодне світло, як ми знаємо, працює на напругу постійного струму та мережу джерело живлення - змінне, тому нам потрібно розробити схему світлодіодного драйвера, яка могла б перетворити мережеву напругу змінного струму на відповідний рівень постійної напруги, необхідний для світлодіодної лампочки. У цій статті ми розробимо таку практичну недорогу схему драйвера для світлодіодів, використовуючи LNK302 комутаційну мікросхему для живлення чотирьох світлодіодів (послідовно), які можуть забезпечити 200 люменів, що працюють при 13,6 В і споживають близько 100-150 мА.

Попередження: Перш ніж рухатися далі, дуже важливо переконатись, що ви працюєте з особливою обережністю біля мережі електромережі. Наведені тут схеми та деталі перевірені та оброблені експертами. Будь-які нещасні випадки можуть призвести до серйозних збитків, а також можуть бути летальними. Працюйте на свій страх і ризик. Вас попередили.

Безтрансформаторний ланцюг живлення

Дуже грубу схему світлодіодного драйвера можна побудувати методом конденсаторної крапельниці, як і в попередньому проекті без трансформаторів. Хоча ці схеми все ще використовуються в деяких дуже дешевих електронних продуктах, це страждає від багатьох недоліків, про які ми поговоримо пізніше. Отже, у цьому підручнику ми не будемо використовувати метод конденсаторної крапельниці, замість цього побудуємо надійну схему драйвера світлодіода за допомогою комутуючої ІС.

Недолік конденсаторної трансформаторної ланцюга живлення

Цей тип безтрансформаторного ланцюга живлення дешевший за стандартне імпульсне джерело живлення через низьку кількість компонентів та відсутність магнітних елементів (трансформатор). Він використовує конденсаторну крапельну ланцюг, яка використовує опір конденсатора для падіння вхідної напруги.

Хоча цей тип безтрансформаторних конструкцій виявляється дуже корисним у певних випадках, коли виробнича собівартість певного виробу повинна бути нижчою, конструкція не передбачає гальванічної ізоляції від мережі змінного струму і, отже, повинна використовуватися лише у виробах, які не контактують безпосередньо з людьми. Наприклад, його можна використовувати у потужних світлодіодних світильниках, де корпус виконаний з твердого пластику, і жодна частина ланцюга не піддається взаємодії користувача після встановлення. Проблема цих типів схем полягає в тому, що якщо блок живлення виходить з ладу, він може відображати високу вхідну напругу змінного струму на виході, і це може стати пасткою смерті.

Іншим недоліком є ​​те, що ці схеми обмежені низьким струмом. Це пов’язано з тим, що вихідний струм залежить від величини використовуваного конденсатора, для вищого номіналу струму потрібно використовувати дуже великий конденсатор. Це проблема, оскільки громіздкі конденсатори також збільшують простір плати та збільшують собівартість продукції. Крім того, схема не має схеми захисту, як захист від короткого замикання на виході, захист від струму, тепловий захист тощо. Якщо їх потрібно додати, це також збільшує вартість і складність. Навіть якщо все зроблено добре, вони не надійні.

Отже, питання полягає в тому, чи існує якесь рішення, яке може бути дешевшим, ефективним, простим і меншим за розміром разом із усіма схемами захисту, щоб зробити неізольовану схему драйверів світлодіодів змінного та постійного струму? Відповідь - так, і саме це ми збираємося побудувати в цьому підручнику.

Вибір правильного світлодіода для світлодіодної лампочки

Першим кроком у розробці схеми драйвера світлодіодної лампи є прийняття рішення щодо навантаження, тобто світлодіода, який ми збираємось використовувати в наших лампочках. Ті, які ми використовуємо в цьому проекті, показані нижче.

Світлодіоди у вищезазначеній смузі - це 5730 упаковок 0,5 Вт холодних білих світлодіодів зі світловим потоком 57 лм. Уперед напруга 3.2V мінімальної до максимальної 3.6V з переднім струму від 120 до 150 мА. Тому для отримання 200 люменів світла можна послідовно використовувати 4 світлодіоди. Необхідна напруга цієї смуги становитиме 3,4 х 4 = 13,6 В, а струм 100-120 мА буде проходити через кожен світлодіод.

Ось схема світлодіодів у серії -

LNK304 - Світлодіодна схема драйвера

Схема драйвера, вибрана для цієї програми, - LNK304. Він може успішно забезпечити необхідне навантаження для цього додатка разом із автоматичним перезапуском, коротким замиканням та тепловим захистом. Особливості можна побачити на зображенні нижче -

Вибір інших компонентів

Вибір інших компонентів залежить від обраної мікросхеми драйвера. У нашому випадку в таблиці даних, в еталонній конструкції використовується напівхвильовий випрямляч із використанням двох стандартних діодів відновлення. Але в цій програмі ми використовували діодний міст для повноволнового випрямлення. Це може збільшити виробничі витрати, але врешті-решт, компроміси при проектуванні також мають значення для належної потужності, що надходить на вантаж. Принципову схему без значень можна побачити на зображенні нижче, тепер давайте обговоримо, як вибрати значення

Отже, діодний міст BR1 для цього додатка обраний DB107. Однак для цього додатка також можна вибрати діодний міст 500 мА. Після діодного моста використовується фільтр pi, де потрібні два електролітичні конденсатори разом з індуктором. Це випрямить постійний струм, а також зменшить EMI. Значення конденсаторів, вибраних для цього застосування, - це електролітичні конденсатори потужністю 10 мкФ 400 В. Значення повинні бути вище, ніж 2,2 мкФ 400 В. Для цілей оптимізації витрат найкращим вибором може бути від 4,7 до 6,8 мкФ.

Для котушки індуктивності рекомендується більше 560uH з 1,5А поточного значення. Отже, C1 і C2 обрані як 10 мкФ 400 В і L1 як 680 мкГн і 1,5 А діодний міст DB107 для DB1.

Випрямлений постійний струм подається у драйвер IC LNK304. Обвідний штифт потрібно з'єднати з джерелом конденсатором 0,1 мкФ 50 В. Тому C3 - це керамічний конденсатор 0,1 мкФ 50 В. D1 необхідний, щоб бути надшвидким діодом із зворотним часом відновлення 75 нс. Вибрано як UF4007.

FB - штифт зворотного зв'язку, а резистори R1 і R2 використовуються для визначення вихідної напруги. Опорна напруга на штирі FB становить 1,635 В, мікросхема перемикає вихідну напругу, поки вона не отримає цю опорну напругу на своєму штифті зворотного зв'язку. Отже, за допомогою простого калькулятора дільника напруги можна вибрати значення резисторів. Отже, для отримання 13,6 В на виході значення резистора вибирається на основі наведеної нижче формули

Vout = (Напруга джерела x R2) / (R1 + R2)

У нашому випадку Vout становить 1,635 В, напруга джерела - 13,6 В. Ми вибрали значення R2 як 2.05k. Отже, R1 - 15k. Крім того, ви можете використовувати цю формулу для обчислення напруги джерела. Конденсатор С4 вибирається як 10 мкФ 50 В. D2 - це стандартний випрямний діод 1N4007. L2 такий же, як L1, але сила струму може бути меншою. L2 також становить 680uH з рейтингом 1,5A.

Вихідний конденсатор фільтра C5 вибирається як 100 мкФ 25 В. R3 - це мінімальне навантаження, яке використовується для регулювання. Для регулювання нульового навантаження значення вибирається як 2,4k. Оновлена ​​схема разом із усіма значеннями показана нижче.

Працює схема бездротового світлодіодного драйвера

Повна схема працює в MDCM (режим переважно з розривною провідністю) Топологія перемикання індуктора. Перетворення змінного та постійного струму здійснюється діодним мостом та фільтром pi. Після отримання випрямленого постійного струму, етап обробки потужності виконується LNK304 і D1, L2 і C5. Падіння напруги на D1 і D2 майже однакове, конденсатор C3 перевіряє вихідну напругу і залежно від напруги на конденсаторі C3 LNK304 визначає за допомогою дільника напруги та регулювання вихідної напруги на вихідних контактах.

Створення схеми світлодіодного драйвера

Всі компоненти, необхідні для побудови схеми, крім дроселів. Отже, нам доводиться намотувати власний індуктор, використовуючи емальований мідний дріт. Зараз існує математичний підхід для розрахунку типу сердечника, товщини дроту, кількості витків і т. Д. Але для простоти ми просто зробимо декілька обертів із наявною шпулькою та мідним дротом і за допомогою вимірювача LCR перевіримо, чи досягли ми необхідне значення. Синус наш проект не дуже чутливий до значення індуктивності, а поточний рейтинг низький, цей сирий спосіб буде працювати чудово. Якщо у вас немає вимірювача LCR, ви також можете використовувати осцилограф для вимірювання значення індуктора за допомогою методу резонансної частоти.

Наведене вище зображення показує, що індуктори перевірені, і значення перевищує 800 мкГн. Він використовується для L1 та L2. Для світлодіодів також виготовляється проста плата, оброблена міддю. Схема побудована в макетній дошці.

Тестування схеми світлодіодного драйвера

Схема спочатку тестується за допомогою VARIAC (змінний трансформатор), а потім перевіряється на універсальній вхідній напрузі, яка становить 110 В / 220 В змінної напруги. Мультиметр зліва підключений через вхід змінного струму, а інший мультиметр праворуч підключений через один світлодіод для перевірки вихідної напруги постійного струму.

Показання приймаються за трьома різними вхідними напругами. Перший на лівій стороні показує вхідну напругу 85 В змінного струму, а на одному світлодіоді він показує 3,51 В, тоді як світлодіодна напруга на різній вхідній напрузі трохи змінюється. Детальне робоче відео можна знайти нижче.