Circuit conducător auto fără transformator pentru proiecte fiabile de becuri cu led reduse

Se spune că becurile cu LED sunt cu 80% mai eficiente decât alte opțiuni convenționale de iluminat, cum ar fi becurile fluorescente și incandescente. Adaptarea rapidă a becurilor cu LED-uri este deja vizibilă în jurul nostru, iar valoarea de piață globală a becurilor cu LED-uri a ajuns la aproximativ 5,4 miliarde de dolari în 2018. O provocare, în proiectarea acestor becuri cu LED-uri, este că lumina LED, așa cum știm, funcționează la tensiunea continuă și la rețea. sursa de alimentare este de curent alternativ, deci trebuie să proiectăm un circuit de driver LED care ar putea converti tensiunea de rețea alternativă într-un nivel adecvat de tensiune continuă necesar becului cu LED-uri. În acest articol vom proiecta un astfel de circuit practic de șofer LED cu cost redus folosind LNK302 Comutarea IC pentru alimentarea a patru LED-uri (în serie) care pot furniza 200 de lumeni care funcționează la 13,6 V și consumă în jur de 100-150 mA.

Avertisment: Înainte de a trece mai departe, este foarte important să vă asigurați că lucrați cu extremă precauție în jurul rețelei de curent alternativ. Circuitul și detaliile furnizate aici au fost testate și gestionate de experți. Orice nefericire poate duce la daune grave și poate fi, de asemenea, letală. Lucrați pe propriul risc. Ai fost avertizat.

Circuit de alimentare fără transformator

Un circuit de driver LED foarte gros poate fi construit folosind metoda Capacator Dropper, la fel cum am făcut în proiectul nostru anterior de alimentare fără transformator. În timp ce aceste circuite sunt încă utilizate în unele produse electronice foarte ieftine, acesta suferă de multe dezavantaje pe care le vom discuta mai târziu. Prin urmare, în acest tutorial nu vom folosi metoda Capacator Dropper, ci vom construi un circuit de driver LED fiabil folosind un circuit de comutare.

Dezavantajul circuitului de alimentare cu energie electrică fără cadru fără condensator

Acest tip de circuit de alimentare fără transformator este mai ieftin decât alimentarea standard cu comutare, datorită numărului redus de componente și absenței magnetice (transformator). Acesta folosește un circuit condensator care utilizează reactanța unui condensator pentru a scădea tensiunea de intrare.

Deși acest tip de design fără transformator se dovedește foarte util în anumite cazuri în care costul de producție al unui anumit produs trebuie să fie mai mic, designul nu asigură izolarea galvanică de la rețeaua de curent alternativ și, prin urmare, trebuie utilizat numai în produsele care nu intră în contact direct cu oamenii. De exemplu, poate fi utilizat în lumini cu LED-uri de mare putere, unde carcasa este realizată din plastic dur și nu este expusă nicio parte a circuitului pentru interacțiunea utilizatorului odată instalată. Problema cu aceste tipuri de circuite este că, dacă unitatea de alimentare nu funcționează, aceasta ar putea reflecta tensiunea de intrare CA ridicată la ieșire și care poate deveni o capcană de moarte.

Un alt dezavantaj este că aceste circuite sunt limitate la un curent scăzut. Acest lucru se datorează faptului că curentul de ieșire depinde de valoarea condensatorului utilizat, pentru un curent mai mare trebuie utilizat un condensator foarte mare. Aceasta este o problemă, deoarece condensatorii voluminoși cresc, de asemenea, spațiul plăcii și măresc costurile de producție. De asemenea, circuitul nu are circuit de protecție, cum ar fi protecția împotriva scurtcircuitului de ieșire, protecția împotriva supracurentului, protecția termică etc. Dacă trebuie adăugate, crește și costul și complexitatea. Chiar dacă toate sunt făcute bine, ele nu sunt fiabile.

Deci, întrebarea este, există vreo soluție care poate fi mai ieftină, eficientă, simplă și de dimensiuni mai mici, împreună cu toate circuitele de protecție, pentru a crea un circuit de driver LED cu putere mare de la AC la DC neizolat? Răspunsul este da și exact asta vom construi în acest tutorial.

Selectarea LED-ului potrivit pentru becul LED

Primul pas în proiectarea unui circuit de conducere a becului cu LED-uri este alegerea sarcinii, adică LED-ul pe care îl vom folosi în becurile noastre. Cele pe care le folosim în acest proiect sunt prezentate mai jos.

LED-urile din banda de mai sus sunt un pachet 5730 LED-uri albe de 0,5 wați, cu un flux luminos de 57lm. Transmite tensiunea este 3,2V minim la maxim 3,6V cu un atacant curent de 120 până la 150 mA. Prin urmare, pentru a produce 200 de lumeni de lumină, 4 LED-uri pot fi utilizate în serie. Tensiunea necesară a acestei benzi va fi de 3,4 x 4 = 13,6 V, iar curentul de 100-120 mA va curge prin fiecare led.

Iată schema LED-urilor din serie -

LNK304 - IC driver LED

IC-ul driverului selectat pentru această aplicație este LNK304. Poate furniza cu succes sarcina necesară pentru această aplicație, împreună cu repornirea automată, scurtcircuitul și protecția termică. Caracteristicile pot fi văzute în imaginea de mai jos -

Selectarea celorlalte componente

Selectarea altor componente depinde de IC-ul driverului selectat. În cazul nostru, foaia tehnică, proiectarea de referință utilizează un redresor pe jumătate de undă care utilizează două diode de recuperare standard. Dar în această aplicație, am folosit Diode Bridge pentru rectificarea undelor complete. Poate crește costul de producție, dar, în cele din urmă, compromisurile de proiectare contează, de asemenea, pentru livrarea corectă a energiei în sarcină. Diagrama schematică fără valori poate fi văzută în imaginea de mai jos, acum să discutăm cum să selectăm valorile

Deci, Diode Bridge BR1 este selectat DB107 pentru această aplicație. Cu toate acestea, 500mA Diode Bridge poate fi selectat și pentru această aplicație. După puntea diodei, se folosește un filtru pi unde sunt necesari doi condensatori electrolitici împreună cu un inductor. Acest lucru va corecta DC și, de asemenea, va reduce EMI. Valorile condensatoarelor selectate pentru această aplicație sunt condensatori electrolitici 10uF 400V. Valorile trebuie să fie mai mari decât 2.2uF 400V. În scopul optimizării costurilor, 4,7 uF până la 6,8 uF poate fi cea mai bună alegere.

Pentru inductor, se recomandă mai mult de 560uH cu 1,5A din valoarea curentă. Prin urmare, C1 și C2 sunt selectate pentru a fi 10uF 400V și L1 ca 680uH și o punte de diodă 1.5A DB107 pentru DB1.

DC-ul rectificat este alimentat în driverul IC LNK304. Pinul de bypass trebuie să fie conectat la sursă de un condensator 0,1uF 50V. Prin urmare, C3 este 0,1uF 50V condensator ceramic. D1 este necesar pentru a fi o diodă ultrarapidă cu un timp de recuperare inversă de 75 ns. Este selectat ca UF4007.

FB este pinul de feedback și rezistorul R1 și R2 sunt utilizate pentru determinarea tensiunii de ieșire. Tensiunea de referință de pe pinul FB este de 1,635V, IC comută tensiunea de ieșire până când obține această tensiune de referință pe pinul său de feedback. Prin urmare, utilizând un calculator simplu de divizare a tensiunii, se poate selecta valoarea rezistențelor. Deci, pentru a obține 13,6V ca ieșire, valoarea rezistorului este selectată pe baza formulei de mai jos

Vout = (tensiunea sursei x R2) / (R1 + R2)

În cazul nostru Vout este de 1.635V, tensiunea sursei este de 13.6V. Am selectat valoarea R2 ca 2.05k. Deci, R1 este de 15k. Alternativ, puteți utiliza această formulă pentru a calcula și tensiunea sursei. Condensatorul C4 este selectat ca 10uF 50V. D2 este o diodă redresoare standard 1N4007. L2 este același cu L1, dar curentul poate fi mai mic. L2 este, de asemenea, 680uH cu un rating de 1,5A.

Condensatorul filtrului de ieșire C5 este selectat ca 100uF 25V. R3 este o sarcină minimă care este utilizată în scopuri de reglementare. Pentru reglarea sarcinii zero, valoarea este selectată ca 2.4k. Schema actualizată împreună cu toate valorile sunt prezentate mai jos.

Funcționarea circuitului driverului LED fără transformator

Circuitul complet funcționează în topologie de comutare a inductorului MDCM (în principal modul de conducere discontinuă). Conversia de la AC la CC se face prin puntea diodei și filtrul pi. După obținerea DC-ului rectificat, etapa de procesare a puterii este realizată de LNK304 și D1, L2 și C5. Căderea de tensiune pe D1 și D2 este aproape aceeași, condensatorul C3 verifică tensiunea de ieșire și, în funcție de tensiunea pe condensatorul C3, este detectată de LNK304 utilizând divizorul de tensiune și reglând ieșirea de comutare pe pinii sursei.

Construirea circuitului driverului LED

Toate componentele necesare construirii circuitului, cu excepția inductoarelor. Prin urmare, trebuie să înfășurăm propriul nostru inductor folosind sârmă de cupru emailată. Acum există o abordare matematică pentru a calcula tipul miezului, grosimea firului, numărul de rotații etc. Dar, pentru simplificare, vom face doar câteva rotații cu bobina disponibilă și sârmă de cupru și vom folosi un contor LCR pentru a verifica dacă am ajuns valoarea cerută. Sine, proiectul nostru nu este foarte sensibil la valoarea inductorului și ratingul curent este scăzut, acest mod brut va funcționa foarte bine. Dacă nu aveți un contor LCR, puteți utiliza și un osciloscop pentru a măsura valoarea inductorului utilizând metoda frecvenței rezonante.

Imaginea de mai sus arată că inductoarele sunt verificate și valoarea depășește 800uH. Se folosește pentru L1 și L2. O placă simplă îmbrăcată în cupru este, de asemenea, făcută pentru LED-uri. Circuitul este construit într-o placă de calcul.

Testarea circuitului driverului LED

Circuitul este testat mai întâi folosind un VARIAC (Variable Transformer) și apoi verificat în tensiunea de intrare universală care este de 110V / 220V AC. Multimetrul din stânga este conectat la intrarea de curent alternativ și un alt multimetru din dreapta este conectat la un singur LED pentru a verifica tensiunea DC de ieșire.

Citirea se face în trei tensiuni de intrare diferite. Primul din partea stângă prezintă o tensiune de intrare de 85VAC și pe un singur led arată 3,51V, în timp ce tensiunea ledului la diferite tensiuni de intrare se modifică ușor. Videoclipul de lucru detaliat poate fi găsit mai jos.