Transformatorloos led-stuurcircuit voor betrouwbare, goedkope led-lampontwerpen

Van led-lampen wordt gezegd dat ze 80% efficiënter zijn dan andere conventionele verlichtingsopties zoals fluorescentie- en gloeilampen. De snelle aanpassing van LED-lampen is om ons heen al merkbaar en de wereldwijde marktwaarde voor LED-lampen bedroeg in 2018 ongeveer $ 5,4 miljard. Een uitdaging bij het ontwerpen van deze LED-lampen is dat LED-licht, zoals we weten, werkt op gelijkspanning en het lichtnet. voeding is wisselstroom, daarom moeten we een LED-drivercircuit ontwerpen dat de wisselstroomnetspanning kan omzetten in een geschikt niveau van gelijkspanning dat nodig is voor de LED-lamp. In dit artikel zullen we zo'n praktisch goedkoop LED-stuurcircuit ontwerpen met behulp van de LNK302 Switching IC om vier LED's (in serie) van stroom te voorzien die 200 lumen kunnen leveren die werken op 13,6 V en ongeveer 100-150 mA verbruiken.

Waarschuwing: Voordat we verder gaan, is het erg belangrijk om ervoor te zorgen dat u uiterst voorzichtig werkt in de buurt van wisselstroom. Het circuit en de details die hier worden verstrekt, zijn getest en afgehandeld door experts. Elk ongeluk kan leiden tot ernstige schade en kan ook dodelijk zijn. Werk op eigen risico. Je bent gewaarschuwd.

Transformatorloze voedingsschakeling

Een zeer ruw LED-drivercircuit kan worden gebouwd met behulp van de Capacitor Dropper-methode, net zoals we deden in ons vorige Transformerless-voedingsproject. Hoewel deze schakelingen nog steeds in een aantal zeer goedkope elektronische producten worden gebruikt, hebben ze veel nadelen die we later zullen bespreken. Daarom zullen we in deze tutorial niet de Capacitor Dropper-methode gebruiken, maar in plaats daarvan een betrouwbaar LED-stuurcircuit bouwen met behulp van een schakel-IC.

Nadeel van stroomvoorzieningscircuit zonder condensatorval

Dit type transformatorloze voedingscircuit is goedkoper dan een standaard schakelende voeding vanwege het lage aantal componenten en de afwezigheid van magnetisme (transformator). Het gebruikt een condensator druppelaar circuit dat de reactantie van een condensator gebruikt om de ingangsspanning te laten vallen.

Hoewel dit type transformatorloze ontwerpen erg handig blijkt in bepaalde gevallen waarin de productiekosten van een bepaald product lager moeten zijn, biedt het ontwerp geen galvanische scheiding van het wisselstroomnet en mag het daarom alleen worden gebruikt in producten die niet in direct contact komen. met mensen. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt in high-power led-lampen, waarbij de behuizing is gemaakt van hard plastic en er geen circuitonderdeel wordt blootgesteld voor interactie van de gebruiker na installatie. Het probleem met dit soort circuits is dat als de voedingseenheid uitvalt, deze de hoge AC-ingangsspanning over de uitgang kan reflecteren en dat dit een dodelijke val kan worden.

Een ander nadeel is dat deze circuits beperkt zijn tot een lage stroomsterkte. Dit komt omdat de uitgangsstroom afhankelijk is van de waarde van de gebruikte condensator, voor een hogere stroombelasting moet een zeer grote condensator worden gebruikt. Dit is een probleem omdat omvangrijke condensatoren ook de bordruimte vergroten en de productiekosten verhogen. Ook heeft het circuit geen beveiligingscircuit, zoals bescherming tegen kortsluiting, overstroombeveiliging, thermische beveiliging, enz. Als ze moeten worden toegevoegd, verhoogt dit ook de kosten en complexiteit. Zelfs als ze allemaal goed worden gedaan, zijn ze niet betrouwbaar.

Dus de vraag is: is er een oplossing die goedkoper, efficiënter, eenvoudiger en kleiner van formaat kan zijn, samen met alle beveiligingscircuits om een ​​niet-geïsoleerd AC naar DC high power LED driver circuit te maken? Het antwoord is ja en dat is precies wat we gaan bouwen in deze tutorial.

De juiste LED selecteren voor uw LED-lamp

De eerste stap bij het ontwerpen van een drivercircuit voor een LED-lamp is het bepalen van de belasting, dwz de LED die we in onze lampen gaan gebruiken. Degenen die we in dit project gebruiken, worden hieronder weergegeven.

De leds in bovenstaande strip is een 5730 pakjes 0,5 watt koelwitte leds met een lichtstroom van 57lm. De voorwaartse spanning is minimaal 3,2 V tot het maximum van 3,6 V met een voorwaartse stroom van 120 tot 150 mA. Om 200 lumen licht te produceren kunnen dus 4 LED's in serie worden gebruikt. De vereiste spanning van deze strip is 3,4 x 4 = 13,6 V en de stroom zal 100-120 mA door elke led lopen.

Hier is het schema van LED's in serie -

LNK304 - LED-stuurprogramma IC

Het stuurprogramma-IC dat voor deze toepassing is geselecteerd, is LNK304. Het kan met succes de vereiste belasting voor deze toepassing leveren, samen met automatische herstart, kortsluiting en thermische beveiliging. De kenmerken zijn te zien in de onderstaande afbeelding -

De andere componenten selecteren

De selectie van andere componenten is afhankelijk van de geselecteerde driver-IC. In ons geval gebruikt het gegevensblad het referentieontwerp een halfgolfgelijkrichter met behulp van twee standaard hersteldiodes. Maar in deze toepassing hebben we Diode Bridge gebruikt voor dubbelzijdige rectificatie. Het kan de productiekosten verhogen, maar uiteindelijk zijn de ontwerpafwegingen ook van belang voor de juiste stroomvoorziening over de belasting. Het schematische diagram zonder waarden is te zien in de onderstaande afbeelding, laten we nu bespreken hoe we de waarden kunnen selecteren

Dus de Diode Bridge BR1 is DB107 geselecteerd voor deze toepassing. Voor deze toepassing kan echter ook een 500mA Diodebrug worden geselecteerd. Na de diodebrug wordt een pi-filter gebruikt waar twee elektrolytische condensatoren nodig zijn, samen met een inductor. Dit zal de DC corrigeren en ook de EMI verminderen. De condensatorwaarden die voor deze toepassing zijn geselecteerd, zijn elektrolytische condensatoren van 10uF 400V. De waarden moeten hoger zijn dan de 2.2uF 400V. Voor kostenoptimalisatiedoeleinden kan 4.7uF tot 6.8uF de beste keuze zijn.

Voor de inductor wordt meer dan 560uH aanbevolen met 1.5A van de huidige beoordeling. Daarom zijn C1 en C2 geselecteerd als 10uF 400V en L1 als 680uH en een 1.5A DB107 diodebrug voor DB1.

De gelijkgerichte DC wordt ingevoerd in de driver IC LNK304. De bypass-pin moet worden verbonden met de bron door een condensator van 0.1uF 50V. Daarom is C3 0.1uF 50V keramische condensator. D1 is nodig om een ​​ultrasnelle diode te zijn met een omgekeerde hersteltijd van 75 ns. Het is geselecteerd als UF4007.

FB is de feedbackpin en de weerstand R1 en R2 worden gebruikt voor het bepalen van de uitgangsspanning. De referentiespanning over de FB-pin is 1,635V, de IC schakelt de uitgangsspanning totdat deze deze referentiespanning op zijn feedbackpin krijgt. Daarom kan met behulp van een eenvoudige spanningsdelercalculator de waarde van de weerstanden worden geselecteerd. Dus om 13,6V als uitvoer te krijgen, wordt de weerstandswaarde geselecteerd op basis van de onderstaande formule

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

In ons geval is Vout 1,635V, de bronspanning is 13,6V. We hebben de R2-waarde geselecteerd als 2,05 k. Dus de R1 is 15k. Als alternatief kunt u deze formule gebruiken om ook de bronspanning te berekenen. De condensator C4 is geselecteerd als 10uF 50V. D2 is een standaard gelijkrichterdiode 1N4007. De L2 is hetzelfde als L1 maar de stroom kan lager zijn. L2 is ook 680uH met 1.5A-classificatie.

De uitgangsfiltercondensator C5 is geselecteerd als 100uF 25V. R3 is een minimale belasting die wordt gebruikt voor regelingsdoeleinden. Voor nullastregeling wordt de waarde geselecteerd als 2,4k. Het bijgewerkte schema samen met alle waarden wordt hieronder weergegeven.

Werking van Transformerless LED Driver Circuit

Het volledige circuit werkt in MDCM (Mostly Discontinuous Conduction Mode) Inductor-schakeltopologie. De AC naar DC-conversie wordt gemaakt door de diodebrug en het pi-filter. Na het verkrijgen van de gelijkgerichte DC, wordt de stroomverwerkingstrap gedaan door de LNK304 en D1, L2 en C5. De spanningsval over de D1 en D2 is bijna hetzelfde, de condensator C3 controleert de uitgangsspanning en wordt afhankelijk van de spanning over de condensator C3 gedetecteerd door de LNK304 met behulp van de spanningsdeler en het regelen van de schakeluitgang over de bronpennen.

Bouwen aan het LED Driver Circuit

Alle componenten die nodig zijn voor het construeren van het circuit, behalve inductoren. Daarom moeten we onze eigen inductor winden met geëmailleerd koperdraad. Nu is er een wiskundige benadering om het type kern, de dikte van de draad, het aantal windingen enz. Te berekenen. Maar voor de eenvoud zullen we gewoon wat omwentelingen maken met de beschikbare spoel en koperdraad en een LCR-meter gebruiken om te controleren of we hebben bereikt de gewenste waarde. Omdat ons project niet erg gevoelig is voor de waarde van de inductor en de stroomsterkte laag is, zal deze ruwe manier prima werken. Als u geen LCR-meter heeft, kunt u ook een oscilloscoop gebruiken om de waarde van Inductor te meten met behulp van de resonantiefrequentiemethode.

De bovenstaande afbeelding laat zien dat de inductoren zijn gecontroleerd en dat de waarde hoger is dan de 800uH. Het wordt gebruikt voor L1 en L2. Er is ook een eenvoudig met koper bekleed bord gemaakt voor LED's. Het circuit is opgebouwd uit een breadboard.

Het circuit van de LED-driver testen

Het circuit wordt eerst getest met een VARIAC (Variable Transformer) en vervolgens gecontroleerd op universele ingangsspanning die 110V / 220V wisselspanning is. De multimeter aan de linkerkant is verbonden met de AC-ingang en een andere multimeter aan de rechterkant is verbonden met een enkele LED om de DC-uitgangsspanning te controleren.

De aflezing vindt plaats in drie verschillende ingangsspanningen. De eerste aan de linkerkant toont een ingangsspanning van 85VAC en over een enkele led toont hij 3,51V terwijl de led-spanning over verschillende ingangsspanning enigszins verandert. De gedetailleerde werkvideo vindt u hieronder.