Strujni krug vodilice bez transformatora za pouzdane niskotarifne dizajne LED žarulja

Kaže se da su LED žarulje 80% učinkovitije od ostalih konvencionalnih mogućnosti osvjetljenja poput fluorescentnih i žarulja sa žarnom niti. Brza prilagodba LED žarulja već je uočljiva oko nas, a globalna tržišna vrijednost LED žarulja dosegla je oko 5,4 milijarde USD u 2018. Izazov u dizajniranju ovih LED žarulja je ta LED svjetiljka, kao što znamo da djeluje na istosmjerni napon i mrežu napajanje je izmjenično, stoga moramo dizajnirati sklop LED pogona koji bi mogao pretvoriti mrežni napon u odgovarajuću razinu istosmjernog napona potrebnog za LED žarulju. U ovom ćemo članku dizajnirati takav praktični niskotarifni upravljački krug za LED pomoću LNK302 Switching IC za napajanje četiri LED diode (u seriji) koje mogu pružiti 200 lumena koji rade na 13,6 V i troše oko 100-150 mA.

Upozorenje: Prije nego što krenemo dalje, vrlo je važno da radite izuzetno oprezno oko AC mreže. Strujni su krug i detalji ovdje pruženi i njime su rukovali. Svaka nezgoda može dovesti do ozbiljne štete i može biti smrtonosna. Radite na vlastiti rizik. Upozoren si.

Krug napajanja bez transformatora

Vrlo sirovi sklop LED pogonskog sklopa može se izraditi metodom kapaljke kondenzatora, baš kao što smo to radili u našem prethodnom projektu Transformerless napajanja. Iako se ti sklopovi još uvijek koriste u nekim vrlo jeftinim elektroničkim proizvodima, on pati od mnogih nedostataka o kojima ćemo kasnije razgovarati. Stoga u ovom uputstvu nećemo koristiti metodu kapaljke kondenzatora, već ćemo izgraditi pouzdani sklop upravljačkog LED-a pomoću preklopne IC.

Nedostatak kruga napajanja bezfromernog napajanja s padom kondenzatora

Ova vrsta sklopa za napajanje bez transformatora jeftinija je od standardnog napajanja u preklopnom načinu rada zbog malog broja komponenata i odsutnosti magnetike (transformatora). Koristi se kapaljkastim krugom kondenzatora koji koristi reaktanciju kondenzatora za pad ulaznog napona.

Iako se ova vrsta izvedbe bez transformatora pokazuje vrlo korisnom u određenim slučajevima kada proizvodni troškovi određenog proizvoda moraju biti niži, dizajn ne osigurava galvansku izolaciju od izmjeničnog napajanja i stoga bi se trebao koristiti samo u proizvodima koji ne dolaze u izravan kontakt s ljudima. Na primjer, može se koristiti u LED svjetlima velike snage, gdje je kućište izrađeno od tvrde plastike, a niti jedan dio sklopa nije izložen interakciji korisnika nakon instalacije. Problem kod ovih vrsta krugova je da bi, ako jedinica za napajanje ne uspije, mogao odražavati visoki ulazni izmjenični napon na izlazu i to bi moglo postati zamka smrti.

Još jedan nedostatak je taj što su ovi krugovi ograničeni na malu struju. To je zato što izlazna struja ovisi o vrijednosti upotrijebljenog kondenzatora, za veću struju struje mora se koristiti vrlo veliki kondenzator. To je problem jer glomazni kondenzatori također povećavaju prostor na ploči i povećavaju troškove proizvodnje. Također, krug nema zaštitni krug, poput zaštite od kratkog spoja na izlazu, prekostrujne zaštite, toplinske zaštite itd. Ako ih treba dodati, to također povećava troškove i složenost. Čak i ako su sve dobro obavljene, nisu pouzdane.

Dakle, pitanje je postoji li neko rješenje koje može biti jeftinije, učinkovito, jednostavnije i manje veličine, zajedno sa svim zaštitnim krugovima, kako bi se napravio neizolirani upravljački krug LED za izmjeničnu i istosmjernu struju? Odgovor je da i upravo ćemo to izgraditi u ovom vodiču.

Odabir prave LED diode za vašu LED žarulju

Prvi korak u dizajniranju kruga pokretača LED žarulje je odlučivanje o opterećenju, tj. O LED diodi koju ćemo koristiti u našim žaruljama. Oni koje koristimo u ovom projektu prikazani su u nastavku.

LED diode u gornjoj traci imaju 5730 pakiranja 0,5 W hladnih bijelih LED dioda sa svjetlosnim tokom od 57 lm. Napon prema naprijed je najmanje 3,2 V do maksimuma 3,6 V s prednjom strujom od 120 do 150 mA. Stoga se za proizvodnju 200 lumena svjetlosti mogu serijski koristiti 4 LED diode. Potrebni napon ove trake bit će 3,4 x 4 = 13,6 V, a struja od 100-120 mA protječit će kroz svaku led.

Evo sheme LED dioda u seriji -

LNK304 - IC upravljački program za LED

Za ovaj program odabran je upravljački program LNK304. Uspješno može pružiti potrebno opterećenje za ovu aplikaciju, uz automatsko ponovno pokretanje, kratki spoj i toplinsku zaštitu. Značajke se mogu vidjeti na donjoj slici -

Odabir ostalih komponenata

Odabir ostalih komponenata ovisi o odabranom IC upravljačkom programu. U našem slučaju tablice podataka, referentni dizajn koristi poluvalni ispravljač koji koristi dvije standardne diode za oporavak. No, u ovoj smo aplikaciji koristili diodni most za ispravljanje u punom valu. To može povećati proizvodne troškove, ali na kraju su kompromisi kod dizajna također važni za ispravnu isporuku snage preko tereta. Shematski dijagram bez vrijednosti može se vidjeti na donjoj slici, sada razgovarajmo o načinu odabira vrijednosti

Dakle, diodni most BR1 odabran je DB107 za ovu aplikaciju. Međutim, za ovu se primjenu također može odabrati diodni most od 500 mA. Nakon diodnog mosta koristi se pi filter gdje su potrebna dva elektrolitska kondenzatora zajedno s prigušnicom. To će ispraviti istosmjernu struju i ujedno smanjiti EMI. Vrijednosti kondenzatora odabrane za ovu primjenu su elektrolitski kondenzatori od 10 uF 400V. Vrijednosti moraju biti veće od 2.2uF 400V. U svrhu optimizacije troškova, 4,7 uF do 6,8 uF može biti najbolji izbor.

Za prigušnicu preporučuje se više od 560uH s 1,5A trenutne vrijednosti. Stoga su C1 i C2 odabrani da budu 10uF 400V i L1 kao 680uH i 1.5A DB107 diodni most za DB1.

Ispravljeni istosmjerni tok napaja se u upravljački modul IC LNK304. Zaobilazni pin mora biti povezan s izvorom kondenzatorom od 0,1 uF 50V. Stoga je C3 keramički kondenzator od 0,1 uF 50V. D1 je potreban da bi bio ultrabrza dioda s reverznim vremenom oporavka 75 ns. Odabran je kao UF4007.

FB je povratni pin, a otpornici R1 i R2 koriste se za određivanje izlaznog napona. Referentni napon na FB pinu je 1,635V, IC prebacuje izlazni napon dok ne dobije taj referentni napon na svom povratnom pinu. Stoga se pomoću jednostavnog kalkulatora djelitelja napona može odabrati vrijednost otpornika. Dakle, za dobivanje 13,6 V kao izlaza, vrijednost otpornika odabire se na temelju donje formule

Vout = (Napon izvora x R2) / (R1 + R2)

U našem slučaju Vout je 1,635V, napon izvora je 13,6V. Odabrali smo vrijednost R2 kao 2,05 k. Dakle, R1 je 15k. Ovu formulu možete koristiti i za izračunavanje napona izvora. Kondenzator C4 odabran je kao 10uF 50V. D2 je standardna ispravljačka dioda 1N4007. L2 je isti kao L1, ali struja može biti manja. L2 je također 680uH s ocjenom 1,5A.

Kondenzator izlaznog filtra C5 odabran je kao 100uF 25V. R3 je minimalno opterećenje koje se koristi u regulacijske svrhe. Za regulaciju nultog opterećenja vrijednost je odabrana kao 2,4k. Ažurirani shematski prikaz zajedno sa svim vrijednostima prikazan je u nastavku.

Rad bežičnog transformatorskog upravljačkog kruga

Kompletni krug radi u MDCM-u (uglavnom diskontinuirani način vođenja) Topologija prebacivanja induktora. Pretvorbu izmjenične u istosmjernu struju čine diodni most i pi filter. Nakon dobivanja ispravljenog istosmjernog napona, fazu obrade snage obavljaju LNK304 i D1, L2 i C5. Pad napona na D1 i D2 gotovo je jednak, kondenzator C3 provjerava izlazni napon i ovisno o naponu na kondenzatoru C3 LNK304 prepoznaje pomoću razdjelnika napona i regulirajući sklopni izlaz preko izvornih pinova.

Izrada kruga LED pogonskog sklopa

Sve komponente potrebne za konstrukciju sklopa, osim induktora. Stoga vlastiti induktor moramo navijati pomoću emajlirane bakrene žice. Sada postoji matematički pristup za izračunavanje vrste jezgre, debljine žice, broja zavoja itd. Ali radi jednostavnosti napravit ćemo samo neke zavoje s dostupnom špulnom i bakrenom žicom i pomoću LCR mjerača provjeriti jesmo li postigli tražena vrijednost. Sine naš projekt nije vrlo osjetljiv na vrijednost induktora, a trenutna ocjena je niska, ovaj će sirovi način sasvim dobro funkcionirati. Ako nemate LCR mjerač, također možete koristiti osciloskop za mjerenje vrijednosti induktora metodom rezonantne frekvencije.

Gornja slika pokazuje da su induktori provjereni i da je vrijednost veća od 800uH. Koristi se za L1 i L2. Jednostavna ploča presvučena bakrom također je napravljena za LED diode. Krug je konstruiran u ploči za ploču.

Ispitivanje kruga LED upravljačkog programa

Krug se prvo ispituje pomoću VARIAC (varijabilni transformator), a zatim provjerava univerzalni ulazni napon koji je 110V / 220V izmjenični napon. Multimetar s lijeve strane povezan je preko AC ulaza, a drugi multimetar s desne strane preko jedne LED diode za provjeru izlaznog istosmjernog napona.

Očitavanje se uzima u tri različita ulazna napona. Prvi na lijevoj strani prikazuje ulazni napon od 85VAC, a na pojedinom vodilu prikazuje 3,51V, dok se vodeni napon na različitim ulaznim naponima malo mijenja. Detaljan radni videozapis možete pronaći u nastavku.