Transformer nélküli led meghajtó áramkör a megbízható, alacsony költségű led izzó kialakításhoz

A LED-izzókról azt mondják, hogy 80% -kal hatékonyabbak, mint más hagyományos világítási lehetőségek, például a fénycsövek és az izzók. A LED-izzók gyors adaptációja már észrevehető körülöttünk, és a globális LED-izzók piaci értéke 2018-ban elérte az 5,4 milliárd USD-t. Kihívás ezen LED-izzók tervezésében az, hogy a LED-fény, mivel tudjuk, egyenfeszültségen és a hálózaton működik az áramellátás váltóáramú, ezért meg kell terveznünk egy LED meghajtó áramkört, amely átalakíthatja a váltóáramú hálózati feszültséget a LED izzóhoz szükséges megfelelő egyenfeszültség szintjére. Ebben a cikkben egy ilyen praktikus, alacsony költségű LED-meghajtó áramkört tervezünk az LNK302 Switch IC segítségével négy (soros) LED táplálására, amelyek 200 Lumen-t képesek működtetni 13,6 V feszültségen és körülbelül 100-150 mA-t fogyasztanak.

Figyelem: Mielőtt továbblépnénk, nagyon fontos megbizonyosodni arról, hogy rendkívül körültekintően dolgozik a váltóáramú hálózat körül. Az itt megadott áramkört és részleteket szakértők tesztelték és kezelték. Bármely baleset súlyos károkat okozhat, és halálos is lehet. Dolgozzon saját felelősségére. Figyelmeztetve lettél.

Transzformátor nélküli tápegység áramköre

Nagyon durva LED-meghajtó áramkör építhető fel a Kondenzátor Cseppentő módszerrel, ahogyan azt előző Transformerless áramellátási projektünkben tettük. Míg ezeket az áramköröket még mindig használják néhány nagyon olcsó elektronikai termékben, sok hátránya van, amelyet később megbeszélünk. Ezért ebben az oktatóanyagban nem a Capacitor Dropper módszert használjuk, hanem egy megbízható LED meghajtó áramkört építünk egy kapcsoló IC segítségével.

A kondenzátor csepp transzfer nélküli tápegység áramkörének hátránya

Ez a típusú transzformátor nélküli áramellátási áramkör olcsóbb, mint a szokásos kapcsolóüzemű tápegység, az alacsony alkatrészszám és a mágneses elemek hiánya miatt (transzformátor). Ez használ egy kondenzátor csepegtetős áramkör, amely a reaktancia egy kondenzátor csökken a bemeneti feszültség.

Bár ez a típusú transzformátor nélküli kivitel nagyon hasznosnak bizonyul bizonyos esetekben, amikor egy adott termék előállítási költségének alacsonyabbnak kell lennie, a kialakítás nem biztosítja a galvanikus leválasztást a váltóáramú hálózatról, ezért csak olyan termékekben szabad használni, amelyek nem érintkeznek közvetlenül emberekkel. Például nagy teljesítményű led lámpákban használható, ahol a burkolat kemény műanyagból készül, és a telepítés után egyetlen áramköri rész sincs kitéve a felhasználó interakciójának. Az ilyen típusú áramkörök problémája az, hogy ha a tápegység meghibásodik, az tükrözheti a kimeneten lévő nagy bemenő váltakozó feszültséget, és ez halálcsapdává válhat.

További hátrány, hogy ezek az áramkörök alacsony áramerősségre korlátozódnak. A kimeneti áram ugyanis az alkalmazott kondenzátor értékétől függ, a nagyobb áramerősség eléréséhez nagyon nagy kondenzátort kell használni. Ez azért jelent problémát, mert a terjedelmes kondenzátorok is megnövelik az alaplap terét és növelik a gyártási költségeket. Ezenkívül az áramkörnek nincs védelmi áramköre, például kimeneti rövidzárlat-védelem, túláramvédelem, hővédelem stb. Ha ezeket hozzá kell adni, akkor ez növeli a költségeket és a bonyolultságot is. Még akkor is, ha minden jól sikerült, nem megbízhatóak.

Tehát a kérdés az, hogy létezik-e olyan megoldás, amely olcsóbb, hatékonyabb, egyszerűbb és kisebb méretű lehet az összes védelmi áramkörrel együtt, hogy nem különálló AC-DC nagy teljesítményű LED-meghajtó áramkört készítsen? A válasz igen, és pontosan ezt fogjuk építeni ebben az oktatóanyagban.

A megfelelő LED kiválasztása a LED izzó számára

A LED izzó meghajtó áramkörének tervezésének első lépése a terhelésről, azaz a LED-ről való döntés, amelyet izzókban használni fogunk. Az alábbiakban bemutatjuk azokat, amelyeket ebben a projektben használunk.

A fenti szalagban lévő LED-ek egy 5730-as csomagolásúak, 0,5 wattos hideg fehér LED-ek, 57lm fényárammal. Az előremenő feszültség legalább 3,2 V, a maximum 3,6 V , 120 és 150 mA közötti előremenő áram mellett. Ezért 200 lumen fény előállításához 4 LED használható sorosan. Ennek a szalagnak a szükséges feszültsége 3,4 x 4 = 13,6 V lesz, és az egyes ledeken át a 100-120mA áram folyik.

Itt található a soros LED-ek vázlata -

LNK304 - LED meghajtó IC

Az alkalmazáshoz kiválasztott illesztőprogram IC LN3030. Sikeresen képes biztosítani az alkalmazáshoz szükséges terhelést az automatikus újraindítással, rövidzárlattal és hővédelemmel együtt. A funkciók az alábbi képen láthatók -

A többi komponens kiválasztása

A többi alkatrész kiválasztása a kiválasztott meghajtó IC-től függ. Esetünkben az adatlap, a referenciatervezés félhullámú egyenirányítót használ két standard helyreállítási dióda segítségével. De ebben az alkalmazásban a Diode Bridge-t használtuk a teljes hullámú egyenirányításhoz. Ez növelheti az előállítási költségeket, de végül a tervezési kompromisszumok is fontosak a terhelés teljes áramellátása szempontjából. Az értékek nélküli vázlatos ábra az alábbi képen látható, most beszéljük meg az értékek kiválasztásának módját

Tehát a diódahíd BR1 van kiválasztva DB107 ehhez az alkalmazáshoz. Ehhez az alkalmazáshoz azonban 500mA diódahíd is választható. A diódahíd után egy pi szűrőt használnak, ahol két elektrolit kondenzátorra van szükség egy induktorral együtt. Ez kijavítja a DC-t és csökkenti az EMI-t is. Az erre az alkalmazásra kiválasztott kondenzátorok értéke 10uF 400V elektrolit kondenzátor. Az értékeknek magasabbnak kell lenniük, mint a 2,2uF 400V. Költségoptimalizálás céljából a 4,7–6,8 uF lehet a legjobb választás.

Az induktorhoz ajánlott több mint 560uH, az aktuális névleges 1,5A-val. Ezért C1-t és C2-t 10uF 400V-nak és L1-nek 680uH-nak és 1,5A DB107 diódahídnak választják a DB1-hez.

Az egyenirányított egyenáramot az LNK304 meghajtó IC-be táplálják. A bypass csapot 0,1uF 50V kondenzátorral kell összekötni a forrással. Ezért a C3 0,1uF 50V kerámia kondenzátor. A D1 ultragyors diódára van szükség, amelynek fordított helyreállítási ideje 75 ns. UF4007 néven van kiválasztva.

FB a visszacsatoló csap, és az R1 és R2 ellenállást használják a kimeneti feszültség meghatározásához. A referenciafeszültség az FB csapon 1,635 V, az IC addig kapcsolja a kimeneti feszültséget, amíg ezt a referencia feszültséget nem kapja meg visszacsatoló érintkezőjén. Ezért egy egyszerű feszültségosztó számológép segítségével kiválasztható az ellenállások értéke. Tehát, hogy kimenetként 13,6 V-ot kapjunk, az ellenállás értékét az alábbi képlet alapján választjuk meg

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

Esetünkben a Vout értéke 1,635 V, a forrás feszültsége 13,6 V. Az R2 értéket 2,05k-nak választottuk. Tehát az R1 15 ezer. Alternatív megoldásként használhatja ezt a képletet a forrásfeszültség kiszámításához is. A C4 kondenzátort 10uF 50V-nak választják. A D2 az 1N4007 szabványos egyenirányító dióda. Az L2 megegyezik az L1-vel, de az áram kisebb lehet. Az L2 szintén 680uH, 1,5A besorolással.

A C5 kimeneti szűrő kondenzátort 100uF 25V értékre választják. R3 egy minimális terhelés, amelyet szabályozási célokra használnak. A nulla terhelés szabályozásához az érték 2,4k. A frissített vázlatot az összes értékkel együtt az alábbiakban mutatjuk be.

A transzformátor nélküli LED meghajtó áramkörének működése

A teljes áramkör MDCM-ben (többnyire folytonos vezetési módban) működik. Induktor kapcsolási topológia. Az AC-DC átalakítást a diódahíd és a pi szűrő végzi. A egyenirányított egyenáram megszerzése után az energia-feldolgozási lépést az LNK304 és D1, L2 és C5 végzi. A D1 és D2 feszültségesés majdnem megegyezik, a C3 kondenzátor ellenőrzi a kimeneti feszültséget, és a C3 kondenzátoron átmenő feszültségtől függően az LNK304 érzékeli a feszültségosztót és szabályozza a kapcsolási kimenetet a forrás csapok között.

A LED meghajtó áramkör kiépítése

Az áramkör felépítéséhez szükséges összes alkatrész, kivéve az induktorokat. Ezért zománcozott rézhuzallal kell feltekernünk saját induktivitásunkat. Most matematikai megközelítés van a mag típusának, a huzal vastagságának, a fordulatok számának stb. Kiszámítására. Az egyszerűség kedvéért csak néhány fordulatot teszünk a rendelkezésre álló orsóval és rézhuzallal, és LCR mérővel ellenőrizzük, hogy elértük-e. a szükséges értéket. Sine projektünk nem túl érzékeny az induktivitás értékére, és a jelenlegi névleges érték alacsony, ez a durva mód remekül fog működni. Ha még nincs LCR mérője, oszcilloszkóp segítségével is mérheti az Induktor értékét a rezonanciafrekvencia módszerrel.

A fenti kép azt mutatja, hogy az induktorok ellenőrzése megtörtént, és az érték meghaladja a 800uH értéket. L1 és L2 esetén alkalmazzák. A LED-ekhez egy egyszerű rézburkolatú tábla is készül. Az áramkört kenyérlemezbe építik.

A LED meghajtó áramkörének tesztelése

Az áramkört először VARIAC (Változtatható transzformátor) segítségével tesztelik, majd univerzális bemeneti feszültséget vizsgálnak, amely 110 V / 220 V AC feszültség. A bal oldali multiméter az AC bemeneten keresztül csatlakozik, a jobb oldali multiméter pedig egyetlen LED-en keresztül van csatlakoztatva a kimeneti egyenfeszültség ellenőrzéséhez.

A leolvasást három különböző bemeneti feszültségben vesszük fel. Az első a bal oldalon 85VAC bemeneti feszültséget mutat, és egyetlen vezetéken 3,51V, míg a különböző bemeneti feszültségeken a led feszültség kissé változik. A részletesen működő videó az alábbiakban található.