Litar pemacu tanpa transformer untuk reka bentuk mentol kos rendah yang boleh dipercayai

Mentol LED dikatakan 80% lebih cekap daripada pilihan pencahayaan konvensional lain seperti mentol pendarfluor dan pijar. Penyesuaian lampu LED yang pantas sudah dapat dilihat di sekitar kita dan nilai pasaran mentol LED global telah mencecah sekitar $ 5.4 Bilion pada tahun 2018. Satu cabaran, dalam merancang mentol LED ini adalah lampu LED, seperti yang kita tahu berfungsi pada voltan DC dan arus bekalan kuasa adalah AC, oleh itu kita perlu merancang litar Pemacu LED yang dapat menukar voltan sesalur AC ke tahap voltan DC yang sesuai yang diperlukan untuk mentol LED. Dalam artikel ini, kami akan merancang rangkaian pemandu LED kos rendah praktikal menggunakan LNK302 Switching IC untuk menghidupkan empat LED (dalam siri) yang dapat menyediakan 200 Lumens yang beroperasi pada 13.6V dan memakan sekitar 100-150mA.

Amaran: Sebelum kita melangkah lebih jauh, sangat penting untuk memastikan bahawa anda bekerja dengan sangat berhati-hati di sekitar rangkaian AC. Litar dan perincian yang disediakan di sini diuji dan dikendalikan oleh pakar. Kesalahan yang berlaku boleh menyebabkan kerosakan serius dan juga boleh membawa maut. Bekerja dengan risiko anda sendiri. Anda telah diberi amaran.

Litar Bekalan Kuasa Transformer

Litar pemacu LED yang sangat kasar dapat dibina menggunakan kaedah Capacitor Dropper, seperti yang kita lakukan dalam projek bekalan kuasa Transformerless sebelumnya. Walaupun rangkaian ini masih digunakan dalam beberapa produk elektronik yang sangat murah, ia mengalami banyak kekurangan yang akan kita bincangkan kemudian. Oleh itu, dalam tutorial ini kita tidak akan menggunakan kaedah Capacitor Dropper, sebaliknya membina litar pemacu LED yang boleh dipercayai menggunakan IC beralih.

Kelemahan Litar Bekalan Kuasa Transfromer Tanpa Capacitor

Litar bekalan kuasa tanpa transformer jenis ini lebih murah daripada bekalan kuasa mod suis standard kerana bilangan komponen yang rendah dan ketiadaan magnet (pengubah). Ia menggunakan litar penurunan kapasitor yang menggunakan reaktansi kapasitor untuk menurunkan voltan masukan.

Walaupun jenis reka bentuk tanpa transformer ini terbukti sangat berguna dalam kes tertentu di mana kos pengeluaran produk tertentu harus lebih rendah, reka bentuknya tidak memberikan Pengasingan Galvanik dari sesalur AC dan oleh itu hanya boleh digunakan pada produk yang tidak bersentuhan langsung dengan manusia. Sebagai contoh, ia boleh digunakan dalam lampu led kuasa tinggi, di mana kandang dibuat dengan plastik keras, dan tidak ada bahagian litar yang terdedah untuk interaksi pengguna setelah dipasang. Masalah dengan jenis litar ini ialah jika unit bekalan kuasa gagal, ia dapat mencerminkan voltan AC input tinggi di seluruh output dan yang boleh menjadi perangkap kematian.

Kelemahan lain ialah litar ini terhad kepada penilaian arus rendah. Ini kerana arus keluaran bergantung pada nilai kapasitor yang digunakan, untuk penilaian arus yang lebih tinggi, kapasitor yang sangat besar harus digunakan. Ini menjadi masalah kerana kapasitor besar juga meningkatkan ruang papan dan meningkatkan kos pengeluaran. Juga, litar ini tidak mempunyai litar perlindungan, seperti perlindungan litar pintas output, perlindungan arus lebih, perlindungan termal, dll. Sekiranya perlu ditambahkan, ia juga akan meningkatkan kos dan kerumitan. Walaupun semuanya dilakukan dengan baik, ia tidak boleh dipercayai.

Oleh itu, persoalannya adalah, adakah jalan penyelesaian yang lebih murah, cekap, sederhana, dan lebih kecil berserta semua litar perlindungan untuk membuat litar pemacu LED berkuasa tinggi AC ke DC yang tidak terpencil? Jawapannya adalah ya dan itulah yang akan kita bina dalam tutorial ini.

Memilih LED yang tepat untuk mentol LED anda

Langkah pertama dalam merancang litar pemacu mentol LED adalah menentukan beban iaitu LED yang akan kita gunakan dalam mentol kita. Yang kami gunakan dalam projek ini ditunjukkan di bawah.

LED di jalur di atas adalah 5730 pakej LED putih sejuk 0.5 watt dengan fluks bercahaya 57lm. The voltan hadapan adalah 3.2V minimum kepada maksimum 3.6V dengan ke hadapan semasa 120 hingga 150 mA. Oleh itu, untuk menghasilkan 200 lumen cahaya, 4 LED dapat digunakan secara bersiri. Voltan yang diperlukan jalur ini ialah 3.4 x 4 = 13.6V dan arus 100-120mA akan mengalir melalui setiap led.

Berikut adalah skema LED secara bersiri -

LNK304 - IC Pemacu LED

IC pemacu yang dipilih untuk aplikasi ini adalah LNK304. Ia berjaya memberikan beban yang diperlukan untuk aplikasi ini bersama dengan restart auto, litar pintas, dan perlindungan terma Ciri-ciri tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah -

Memilih komponen lain

Pemilihan komponen lain bergantung pada IC pemandu yang dipilih. Dalam lembar data kami, reka bentuk rujukan menggunakan penerus separuh gelombang menggunakan dua diod pemulihan standard. Tetapi dalam aplikasi ini, kami menggunakan Diode Bridge untuk pembetulan gelombang penuh. Ini mungkin meningkatkan kos pengeluaran, tetapi pada akhirnya, pertukaran reka bentuk juga penting untuk penyampaian kuasa yang tepat di seluruh beban. Gambar rajah skematik tanpa nilai dapat dilihat pada gambar di bawah, sekarang mari kita bincangkan bagaimana memilih nilai

Jadi, Diode Bridge BR1 dipilih DB107 untuk aplikasi ini. Walau bagaimanapun, Jambatan Diod 500mA juga boleh dipilih untuk aplikasi ini. Selepas jambatan dioda, penapis pi digunakan di mana dua kapasitor elektrolit diperlukan bersama dengan induktor. Ini akan membetulkan DC dan juga mengurangkan EMI. Nilai kapasitor yang dipilih untuk aplikasi ini ialah kapasitor elektrolitik 10uF 400V. Nilai harus lebih tinggi daripada 2.2uF 400V. Untuk tujuan pengoptimuman kos, 4.7uF hingga 6.8uF boleh menjadi pilihan terbaik.

Untuk induktor, disyorkan lebih daripada 560uH dengan penarafan 1.5A semasa. Oleh itu, C1 dan C2 dipilih menjadi 10uF 400V dan L1 sebagai 680uH dan jambatan dioda 1.510 DB107 untuk DB1.

DC yang dibetulkan dimasukkan ke dalam IC pemandu LNK304. Pin pintasan perlu dihubungkan dengan sumbernya dengan kapasitor 0.1uF 50V. Oleh itu C3 adalah kapasitor seramik 0.1uF 50V. D1 diperlukan untuk menjadi diod ultrafast dengan masa pemulihan terbalik 75 ns. Ia dipilih sebagai UF4007.

FB adalah pin maklum balas dan perintang R1 dan R2 digunakan untuk menentukan voltan keluaran. Voltan rujukan melintasi pin FB adalah 1.635V, IC menukar voltan output sehingga mendapat voltan rujukan ini pada pin maklum balasnya. Oleh itu, dengan menggunakan kalkulator pembahagi voltan sederhana, nilai perintang dapat dipilih. Jadi, untuk mendapatkan 13.6V sebagai output, nilai perintang dipilih berdasarkan formula di bawah

Vout = (Voltan sumber x R2) / (R1 + R2)

Dalam kes kami Vout adalah 1.635V, voltan Sumber adalah 13.6V. Kami memilih nilai R2 sebagai 2.05k. Jadi, R1 adalah 15k. Sebagai alternatif, anda boleh menggunakan formula ini untuk mengira voltan sumber. Kapasitor C4 dipilih sebagai 10uF 50V. D2 adalah diod penerus piawai 1N4007. L2 sama dengan L1 tetapi arus boleh kurang. L2 juga 680uH dengan penarafan 1.5A.

Kapasitor penapis output C5 dipilih sebagai 100uF 25V. R3 adalah beban minimum yang digunakan untuk tujuan peraturan. Untuk peraturan beban sifar, nilainya dipilih sebagai 2.4k. Skema yang dikemas kini bersama dengan semua nilai ditunjukkan di bawah.

Mengendalikan Litar Pemandu LED Transformerless

Litar lengkap berfungsi dalam Topologi peralihan Induktor MDCM. Penukaran AC ke DC dibuat oleh jambatan dioda dan penapis pi. Setelah mendapat DC yang diperbaiki, tahap pemprosesan kuasa dilakukan oleh LNK304 dan D1, L2 dan C5. Penurunan voltan melintasi D1 dan D2 hampir sama, kapasitor C3 memeriksa voltan keluaran dan bergantung pada voltan merentasi kapasitor C3 dideteksi oleh LNK304 menggunakan pembahagi voltan dan mengatur output beralih di pin sumber.

Membina Litar Pemacu LED

Semua komponen yang diperlukan untuk membina litar, kecuali induktor. Oleh itu kita harus menggulung Induktor kita sendiri dengan menggunakan wayar tembaga enamel. Sekarang ada pendekatan matematik untuk mengira jenis teras, ketebalan wayar, jumlah lilitan dll. Tetapi untuk tujuan kesederhanaan kita hanya akan membuat beberapa putaran dengan wayar gelendong dan tembaga yang ada dan menggunakan meter LCR untuk memeriksa sama ada kita telah mencapai nilai yang diperlukan. Sudah tentu projek kami tidak begitu sensitif terhadap nilai induktor dan penilaian semasa rendah, cara kasar ini akan berfungsi dengan baik. Sekiranya anda tidak mempunyai meter LCR, anda juga boleh menggunakan osiloskop untuk mengukur nilai Induktor menggunakan kaedah frekuensi resonan.

Gambar di atas menunjukkan bahawa Induktor diperiksa dan nilainya lebih daripada 800uH. Ia digunakan untuk L1 dan L2. Papan berpakaian tembaga sederhana juga dibuat untuk LED. Litar dibina di papan roti.

Menguji Litar pemacu LED

Litar ini pertama kali diuji menggunakan VARIAC (Variable Transformer) dan kemudian diperiksa voltan input sejagat iaitu voltan AC 110V / 220V. Multimeter di sebelah kiri disambungkan ke input AC dan multimeter lain di sebelah kanan disambungkan di satu LED tunggal untuk memeriksa voltan DC output.

Pembacaan diambil dalam tiga voltan input yang berbeza. Yang pertama di sebelah kiri menunjukkan voltan input 85VAC dan melintasi satu LED ia menunjukkan 3.51V sedangkan voltan yang dipimpin melintasi voltan input yang berbeza sedikit berubah. Video kerja secara terperinci boleh didapati di bawah.