Güvenilir düşük maliyetli led ampul tasarımları için transformatörsüz led sürücü devresi

LED ampullerin, floresan ve akkor ampuller gibi diğer geleneksel aydınlatma seçeneklerinden% 80 daha verimli olduğu söyleniyor. LED ampullerin hızlı adaptasyonu zaten çevremizde fark ediliyor ve küresel LED ampul pazar değeri 2018'de yaklaşık 5,4 Milyar $ 'a ulaştı. Bu LED ampulleri tasarlarken karşılaşılan bir zorluk, DC voltajı ve şebeke üzerinde çalıştığını bildiğimiz gibi LED ışıktır. güç kaynağı AC'dir, bu nedenle AC ana voltajını LED ampul için gereken uygun DC voltaj seviyesine dönüştürebilecek bir LED Sürücü devresi tasarlamamız gerekir. Bu yazıda, 13.6V'de çalışan ve yaklaşık 100-150mA tüketen 200 Lümen sağlayabilen dört LED'e (seri olarak) güç sağlamak için LNK302 Anahtarlama IC'yi kullanarak böyle pratik, düşük maliyetli bir LED sürücü devresi tasarlayacağız.

Uyarı: Daha fazla ilerlemeden önce, AC şebekesi çevresinde son derece dikkatli çalıştığınızdan emin olmak çok önemlidir. Burada sağlanan devre ve ayrıntılar, uzmanlar tarafından test edildi ve işlendi. Herhangi bir aksilik ciddi hasarlara yol açabilir ve ayrıca ölümcül olabilir. Kendi sorumluluğunuzda çalışın. Uyarıldın.

Transformatörsüz Güç Kaynağı devresi

Önceki Trafosuz güç kaynağı projemizde yaptığımız gibi, Kapasitör Damlalığı yöntemi kullanılarak çok kaba bir LED sürücü devresi oluşturulabilir. Bu devreler hala bazı çok ucuz elektronik ürünlerde kullanılırken, daha sonra tartışacağımız birçok dezavantajı vardır. Bu nedenle, bu eğitimde Kapasitör Damlalığı yöntemini kullanmayacağız, bunun yerine bir anahtarlama IC kullanarak güvenilir bir LED sürücü devresi oluşturacağız.

Kondansatör Düşürme Transfromersiz Güç Kaynağı Devresinin Dezavantajı

Bu tip transformatörsüz güç kaynağı devresi, düşük bileşen sayısı ve manyetiklerin (transformatör) olmaması nedeniyle standart anahtarlamalı güç kaynağından daha ucuzdur. Giriş voltajını düşürmek için bir kapasitörün reaktansını kullanan bir kapasitör damlalık devresi kullanır.

Bu tip transformatörsüz tasarımlar, belirli bir ürünün üretim maliyetinin daha düşük olması gereken bazı durumlarda çok yararlı olduğunu kanıtlasa da, tasarım AC şebekesinden Galvanik İzolasyon sağlamaz ve bu nedenle sadece doğrudan temas etmeyen ürünlerde kullanılmalıdır. insanlarla. Örneğin, muhafazanın sert plastikten yapıldığı ve kurulduktan sonra kullanıcının etkileşimi için hiçbir devre parçasının açıkta olmadığı yüksek güçlü led ışıklarda kullanılabilir. Bu tür devrelerle ilgili sorun, güç kaynağı ünitesi arızalanırsa, çıkış boyunca yüksek giriş AC voltajını yansıtabilir ve bu bir ölüm tuzağı haline gelebilir.

Diğer bir dezavantaj, bu devrelerin düşük akım derecesiyle sınırlı olmasıdır. Bunun nedeni, çıkış akımının kullanılan kapasitörün değerine bağlı olmasıdır, daha yüksek akım değeri için çok büyük bir kapasitör kullanılması gerekir. Bu bir sorundur çünkü hacimli kapasitörler aynı zamanda pano alanını ve üretim maliyetini arttırır. Ayrıca devrede, çıkış kısa devre koruması, aşırı akım koruması, termal koruma vb. Gibi koruma devresi yoktur. Eklenmeleri gerekirse, maliyeti ve karmaşıklığı da artırır. Her şey iyi yapılsa bile güvenilir değildir.

Öyleyse, soru şu ki, izole edilmemiş bir AC'den DC'ye yüksek güçlü LED sürücü devresi yapmak için tüm koruma devreleriyle birlikte daha ucuz, verimli, basit ve daha küçük boyutta olabilecek herhangi bir çözüm var mı? Cevap evet ve bu eğitimde tam olarak inşa edeceğimiz şey bu.

LED ampulünüz için doğru LED'i seçme

Bir LED ampul sürücü devresi tasarlamanın ilk adımı, yüke, yani ampullerimizde kullanacağımız LED'e karar vermektir. Bu projede kullandıklarımız aşağıda gösterilmiştir.

Yukarıdaki şeritteki LED'ler, 57lm ışık akısına sahip 5730 paket 0.5 watt soğuk beyaz LED'lerdir. İleri gerilim 3,2V olan bir ileri ile 3.6V maksimum en az 150 mA 120 akım. Bu nedenle 200 lümen ışık üretmek için seri olarak 4 LED kullanılabilir. Bu şeridin gerekli voltajı 3.4 x 4 = 13.6V olacak ve 100-120mA akım her ledden geçecektir.

İşte serideki LED'lerin şeması -

LNK304 - LED Sürücü IC

Bu uygulama için seçilen sürücü IC'si LNK304'tür. Otomatik yeniden başlatma, kısa devre ve termal koruma ile birlikte bu uygulama için gerekli yükü başarıyla sağlayabilir. Özellikler aşağıdaki resimde görülebilir -

Diğer bileşenlerin seçilmesi

Diğer bileşenlerin seçimi, seçilen sürücü IC'sine bağlıdır. Bizim durumumuzda veri sayfası, referans tasarımı iki standart kurtarma diyotu kullanan bir yarım dalga doğrultucu kullanır. Ancak bu uygulamada, tam dalga düzeltme için Diyot Köprü kullandık. Üretim maliyetini artırabilir, ancak sonunda tasarım ödünleri, yük boyunca uygun güç dağıtımı için de önemlidir. Değerlerin olmadığı şematik diyagram aşağıdaki görselde görülebilir, şimdi değerlerin nasıl seçileceğini tartışalım.

Bu nedenle, Diode Bridge BR1 bu uygulama için DB107 olarak seçilmiştir. Ancak bu uygulama için 500mA Diode Bridge de seçilebilir. Diyot köprüsünden sonra, bir indüktörle birlikte iki elektrolitik kapasitörün gerekli olduğu bir pi filtresi kullanılır. Bu, DC'yi düzeltir ve ayrıca EMI'yi azaltır. Bu uygulama için seçilen kapasitör değerleri 10uF 400V elektrolitik kapasitörlerdir. Değerlerin 2.2uF 400V'den daha yüksek olması gerekir. Maliyet optimizasyonu amacıyla 4,7 uF ila 6,8 uF en iyi seçim olabilir.

İndüktör için, akım değerinin 1.5A değeriyle 560uH'den fazlası önerilir. Bu nedenle C1 ve C2, 680uH olarak 10uF 400V ve L1 ve DB1 için 1.5A DB107 diyot köprüsü olarak seçilir.

Düzeltilmiş DC, IC LNK304 sürücüsüne beslenir. Baypas pininin kaynağa 0.1uF 50V kapasitör ile bağlanması gerekir. Bu nedenle C3, 0.1uF 50V seramik kapasitördür. D1'in 75 ns geri toparlanma süresine sahip ultra hızlı bir diyot olması gerekir. UF4007 olarak seçilmiştir.

FB geri besleme pinidir ve direnç R1 ve R2 çıkış voltajını belirlemek için kullanılır. FB pini boyunca referans voltajı 1.635V'dir, IC, geri besleme pimi üzerinde bu referans voltajını elde edene kadar çıkış voltajını değiştirir. Bu nedenle, basit bir voltaj bölücü hesap makinesi kullanılarak direnç değeri seçilebilir. Dolayısıyla, çıkış olarak 13.6V elde etmek için direnç değeri aşağıdaki formüle göre seçilir.

Vout = (Kaynak voltajı x R2) / (R1 + R2)

Bizim durumumuzda Vout 1.635V, Kaynak voltajı 13.6V. R2 değerini 2.05k olarak seçtik. Yani, R1 15k. Alternatif olarak, bu formülü kaynak voltajını hesaplamak için de kullanabilirsiniz. C4 kondansatörü 10uF 50V olarak seçilmiştir. D2, standart bir doğrultucu diyot 1N4007'dir. L2, L1 ile aynıdır ancak akım daha az olabilir. L2 ayrıca 1.5A dereceli 680uH'dir.

Çıkış filtre kondansatörü C5, 100 uF 25V olarak seçilmiştir. R3, düzenleme amacıyla kullanılan minimum bir yüktür. Sıfır yük regülasyonu için değer 2.4k olarak seçilir. Güncellenen şema tüm değerlerle birlikte aşağıda gösterilmiştir.

Transformatörsüz LED Sürücü Devresinin Çalışması

Devrenin tamamı MDCM'de (Çoğunlukla Kesintili İletim Modu) İndüktör anahtarlama Topolojisinde çalışıyor. AC'den DC'ye dönüşüm, diyot köprüsü ve pi filtresi tarafından yapılır. Düzeltilmiş DC'yi aldıktan sonra, güç işleme aşaması LNK304 ve D1, L2 ve C5 tarafından yapılır. D1 ve D2 boyunca voltaj düşüşü hemen hemen aynıdır, C3 kondansatörü çıkış voltajını kontrol eder ve C3 kondansatöründeki voltaja bağlı olarak voltaj bölücüyü kullanarak ve kaynak pimleri boyunca anahtarlama çıkışını düzenleyerek LNK304 tarafından algılanır.

LED Sürücü Devresini Oluşturmak

İndüktörler dışında devreyi oluşturmak için gerekli tüm bileşenler. Bu nedenle , kendi İndüktörümüzü emaye bakır tel kullanarak sarmak zorundayız. Şimdi çekirdek tipini, telin kalınlığını, dönüş sayısını vb. Hesaplamak için matematiksel bir yaklaşım var. Ancak basitlik amacıyla, mevcut bobin ve bakır telle biraz dönüş yapacağız ve ulaşıp ulaşmadığımızı kontrol etmek için bir LCR metre kullanacağız gerekli değer. Sine projemiz indüktör değerine çok duyarlı değil ve akım derecesi düşük, bu kaba yol gayet iyi çalışacak. Bir LCR ölçüm cihazınız yoksa, rezonans frekansı yöntemini kullanarak İndüktör değerini ölçmek için bir osiloskop da kullanabilirsiniz.

Yukarıdaki görüntü, Endüktörlerin kontrol edildiğini ve değerin 800uH'den fazla olduğunu göstermektedir. L1 ve L2 için kullanılır. LED'ler için basit bir bakır kaplama pano da yapılmıştır. Devre, bir devre tahtasında inşa edilmiştir.

LED Sürücü Devresinin Test Edilmesi

Devre önce bir VARIAC (Değişken Transformatör) kullanılarak test edilir ve ardından 110V / 220V AC voltaj olan evrensel giriş voltajında kontrol edilir. Soldaki multimetre, AC girişine bağlanır ve sağdaki başka bir multimetre, çıkış DC voltajını kontrol etmek için tek bir LED'e bağlanır.

Okuma, üç farklı giriş geriliminde alınır. Sol taraftaki birincisi 85VAC giriş voltajını ve tek bir led boyunca 3.51V gösterirken, farklı giriş voltajındaki led voltajı biraz değişiyor. Ayrıntılı olarak çalışan video aşağıda bulunabilir.