Bez transformatora vadīta vadītāja shēma uzticamām zemu izmaksu LED spuldžu konstrukcijām

Tiek teikts, ka LED spuldzes ir par 80% efektīvākas nekā citas parastās apgaismojuma iespējas, piemēram, dienasgaismas un kvēlspuldzes. Ātrā LED spuldžu pielāgošanās jau ir manāma ap mums, un globālā LED spuldžu tirgus vērtība 2018. gadā ir sasniegusi aptuveni 5,4 miljardus USD. Izaicinājums šo LED spuldžu projektēšanā ir tas, ka LED gaisma, kā mēs zinām, darbojas uz līdzstrāvas spriegumu un elektrotīklu barošanas avots ir maiņstrāva, tāpēc mums jāprojektē LED draivera shēma, kas spētu pārveidot maiņstrāvas tīkla spriegumu piemērotā līdzstrāvas sprieguma līmenī, kas nepieciešams LED spuldzei. Šajā rakstā mēs izstrādāsim tik praktisku zemu izmaksu LED draiveru shēmu, izmantojot LNK302 Switching IC, lai darbinātu četras gaismas diodes (sērijveidā), kas var nodrošināt 200 lūmenus, kas darbojas pie 13.6V un patērē aptuveni 100-150mA.

Brīdinājums: Pirms mēs virzāmies tālāk, ir ļoti svarīgi pārliecināties, ka strādājat ar ļoti piesardzīgi pie maiņstrāvas tīkla. Šeit sniegto shēmu un detaļas pārbaudīja un apstrādāja eksperti. Jebkuras neveiksmes var izraisīt nopietnus zaudējumus un var būt arī letālas. Strādājiet uz savu risku. Tu esi ticis brīdināts.

Beztransformatora barošanas ķēde

Ļoti neapstrādātu LED draiveru shēmu var izveidot, izmantojot kondensatora pilinātāja metodi, tāpat kā mēs to darījām iepriekšējā enerģijas pārveidotāja bez transformatora projektā. Kaut arī šīs shēmas joprojām tiek izmantotas dažos ļoti lētos elektroniskajos izstrādājumos, tas cieš no daudziem trūkumiem, kurus mēs apspriedīsim vēlāk. Tāpēc šajā apmācībā mēs neizmantosim kondensatora pilinātāja metodi, tā vietā izveidosim uzticamu LED draivera shēmu, izmantojot komutācijas IC.

Kondensatora pilienu pārnesumkārbas barošanas ķēdes trūkums

Šāda veida beztransformatora barošanas ķēde ir lētāka nekā standarta komutācijas režīma strāvas padeve zemā komponentu skaita un magnētisko līdzekļu (transformatora) trūkuma dēļ. Tas izmanto kondensatora pilinātāja ķēdi, kas izmanto kondensatora reaktivitāti, lai pazeminātu ieejas spriegumu.

Kaut arī šāda veida beztransformatoru modeļi izrādās ļoti noderīgi dažos gadījumos, kad konkrēta produkta ražošanas izmaksām ir jābūt zemākām, konstrukcija nenodrošina galvanisko izolāciju no maiņstrāvas tīkla un tāpēc to vajadzētu izmantot tikai izstrādājumos, kas nav tiešā saskarē. ar cilvēkiem. Piemēram, to var izmantot lieljaudas LED lukturos, kur korpuss ir izgatavots no cietas plastmasas, un pēc uzstādīšanas lietotāja mijiedarbībai netiek pakļauta neviena ķēdes daļa. Šāda veida ķēžu problēma ir tāda, ka, ja barošanas bloks neizdodas, tas var atspoguļot augstu ieejas maiņstrāvas spriegumu izejā un tas var kļūt par nāves slazdu.

Vēl viens trūkums ir tas, ka šīs shēmas ir ierobežotas ar zemu strāvas stiprumu. Tas ir tāpēc, ka izejas strāva ir atkarīga no izmantotā kondensatora vērtības, augstākai strāvas vērtībai jāizmanto ļoti liels kondensators. Tā ir problēma, jo lielgabarīta kondensatori palielina arī kuģa platību un palielina ražošanas izmaksas. Arī ķēdei nav aizsardzības ķēdes, piemēram, izejas īssavienojuma aizsardzība, strāvas aizsardzība, termiskā aizsardzība utt. Ja tie jāpievieno, tas arī palielina izmaksas un sarežģītību. Pat ja visi ir izdarīti labi, tie nav uzticami.

Tātad, jautājums ir, vai ir kāds risinājums, kas var būt lētāks, efektīvāks, vienkāršāks un mazāks izmērs kopā ar visām aizsardzības ķēdēm, lai izveidotu neizolētu maiņstrāvas līdz līdzstrāvas lieljaudas LED draivera shēmu? Atbilde ir jā, un tieši to mēs gatavosim veidot šajā apmācībā.

Izvēloties pareizo LED spuldzei

Pirmais solis LED spuldzes vadītāja shēmas projektēšanā ir lēmums par slodzi, ti, LED, kuru mēs izmantosim mūsu spuldzēs. Tie, kurus mēs izmantojam šajā projektā, ir parādīti zemāk.

Gaismas diodes, kas atrodas iepriekš minētajā joslā, ir 5730 iepakojumi 0,5 vatu vēsas baltas gaismas diodes ar gaismas plūsmu 57 lm. Priekšu spriegums ir 3.2V minimums uz 3.6V maksimāli ar priekšu strāvas 120 līdz 150 mA. Tāpēc 200 gaismas lūmenu ražošanai sērijveidā var izmantot 4 gaismas diodes. Nepieciešamais šīs sloksnes spriegums būs 3,4 x 4 = 13,6 V, un strāvas stiprums 100-120mA plūst caur katru LED.

Šeit ir virknes LED shēma -

LNK304 - LED draivera IC

Šai lietojumprogrammai izvēlētais draivera IC ir LNK304. Tas var veiksmīgi nodrošināt nepieciešamo slodzi šai lietojumprogrammai kopā ar automātisko restartēšanu, īssavienojumu un termisko aizsardzību. Funkcijas var redzēt zemāk esošajā attēlā -

Pārējo komponentu izvēle

Citu komponentu izvēle ir atkarīga no izvēlētā draivera IC. Mūsu gadījumā datu lapā atsauces dizains izmanto pusviļņu taisngriezi, izmantojot divas standarta atkopšanas diodes. Bet šajā lietojumprogrammā mēs izmantojām Diode Bridge pilnīgu viļņu labošanai. Tas var palielināt ražošanas izmaksas, bet galu galā dizaina kompromisiem ir nozīme arī pareizai enerģijas piegādei visā slodzē. Shematiskā diagramma bez vērtībām ir redzama zemāk esošajā attēlā, tagad apspriedīsim, kā atlasīt vērtības

Tātad šai lietojumprogrammai ir izvēlēts Diode Bridge BR1 DB107. Tomēr šai lietojumprogrammai var izvēlēties arī 500mA diodes tiltu. Pēc diodes tilta tiek izmantots pi filtrs, kur nepieciešami divi elektrolītiskie kondensatori kopā ar induktoru. Tas novērsīs līdzstrāvu un samazinās arī EMI. Šai lietošanai izvēlētās kondensatoru vērtības ir 10uF 400V elektrolītiskie kondensatori. Vērtībām jābūt augstākām par 2,2uF 400V. Izmaksu optimizācijas nolūkos labākā izvēle var būt 4,7–6,8 uF.

Induktoram ieteicams izmantot vairāk nekā 560uH ar pašreizējo vērtējumu 1,5A. Tāpēc C1 un C2 ir izvēlēti kā 10uF 400V un L1 kā 680uH un 1,5A DB107 diode tilts DB1.

Rektificētā līdzstrāva tiek ievadīta draivera IC LNK304. Apvedceļš ir jāpieslēdz avotam ar 0,1uF 50V kondensatoru. Tāpēc C3 ir 0,1uF 50V keramikas kondensators. D1 ir nepieciešams, lai tas būtu īpaši ātrs diode ar apgrieztu atjaunošanās laiku 75 ns. Tas ir atlasīts kā UF4007.

FB ir atgriezeniskās saites tapa, un izejas sprieguma noteikšanai izmanto rezistoru R1 un R2. Atskaites spriegums FB tapā ir 1,635V, IC pārslēdz izejas spriegumu, līdz tas iegūst šo atsauces spriegumu uz atgriezeniskās saites tapas. Tāpēc, izmantojot vienkāršu sprieguma dalītāja kalkulatoru, var izvēlēties rezistoru vērtību. Tātad, lai iegūtu 13,6 V kā izeju, rezistora vērtība tiek izvēlēta, pamatojoties uz šo formulu

Vout = (avota spriegums x R2) / (R1 + R2)

Mūsu gadījumā Vout ir 1.635V, avota spriegums ir 13.6V. Mēs izvēlējāmies R2 vērtību kā 2,05 000. Tātad, R1 ir 15 tūkstoši. Alternatīvi jūs varat izmantot šo formulu, lai aprēķinātu arī avota spriegumu. Kondensators C4 ir izvēlēts kā 10uF 50V. D2 ir standarta taisngrieža diode 1N4007. L2 ir tāds pats kā L1, bet strāva var būt mazāka. L2 ir arī 680uH ar 1.5A vērtējumu.

Izejas filtra kondensators C5 ir izvēlēts kā 100uF 25V. R3 ir minimālā slodze, ko izmanto regulēšanas vajadzībām. Nulles slodzes regulēšanai vērtība tiek izvēlēta kā 2,4k. Atjauninātā shēma kopā ar visām vērtībām ir parādīta zemāk.

Beztransformatoru LED vadītāja shēmas darbība

Visa ķēde darbojas MDCM (galvenokārt nepārtrauktas vadīšanas režīmā) induktora pārslēgšanas topoloģijā. Maiņstrāvas un līdzstrāvas pārveidošanu veic diodes tilts un pi filtrs. Pēc rektificētās līdzstrāvas iegūšanas strāvas apstrādes posmu veic LNK304 un D1, L2 un C5. Sprieguma kritums pāri D1 un D2 ir gandrīz vienāds, kondensators C3 pārbauda izejas spriegumu un atkarībā no sprieguma pāri kondensatoram C3 uztver LNK304, izmantojot sprieguma dalītāju un regulējot komutācijas izeju pāri avota tapām.

LED draiveru shēmas izveide

Visi komponenti, kas nepieciešami ķēdes izveidošanai, izņemot induktorus. Tāpēc mums ir jāvelk savs induktors, izmantojot emaljētu vara stiepli. Tagad ir matemātiska pieeja, lai aprēķinātu serdes veidu, stieples biezumu, pagriezienu skaitu utt. Vienkāršības labad mēs vienkārši veiksim dažus pagriezienus ar pieejamo spoli un vara stiepli un izmantosim LCR skaitītāju, lai pārbaudītu, vai esam sasnieguši nepieciešamo vērtību. Sine mūsu projekts nav ļoti jutīgs pret induktora vērtību, un pašreizējais vērtējums ir zems, šis neapstrādātais veids darbosies lieliski. Ja jums nav LCR mērītāja, varat arī izmantot osciloskopu, lai izmērītu induktora vērtību, izmantojot rezonanses frekvences metodi.

Iepriekš redzamais attēls parāda, ka induktori ir pārbaudīti un vērtība ir lielāka par 800uH. To lieto L1 un L2. Gaismas diodēm ir izgatavota arī vienkārša vara plātne. Kontūra ir izveidota maizes dēlī.

LED draivera shēmas pārbaude

Ķēde vispirms tiek pārbaudīta, izmantojot VARIAC (mainīgais transformators), un pēc tam tiek pārbaudīts universālais ieejas spriegums, kas ir 110 V / 220 V maiņstrāvas spriegums. Kreisajā pusē esošais multimetrs ir pievienots maiņstrāvas ieejai, un vēl viens multimetrs labajā pusē ir savienots pa vienu gaismas diodi, lai pārbaudītu izejas līdzstrāvas spriegumu.

Lasījums tiek ņemts trīs dažādos ieejas spriegumos. Pirmais kreisajā pusē parāda ieejas spriegumu 85 VAC un vienā vadā tas parāda 3,51 V, savukārt dažādu spriegumu ievades spriegums nedaudz mainās. Detalizēti darba video atrodams zemāk.