Transformatorlös ledd drivkrets för pålitlig lågkostnadslampa med glödlampor

LED-lampor sägs vara 80% effektivare än andra konventionella belysningsalternativ som lysrör och glödlampor. Den snabba anpassningen av LED-lampor märks redan runt oss och det globala LED-lampans marknadsvärde har nått cirka 5,4 miljarder USD 2018. En utmaning att utforma dessa LED-lampor är att LED-lampa, som vi vet fungerar på likspänning och el strömförsörjningen är växelström, därför måste vi utforma en LED-drivkrets som kan omvandla växelspänningen till en lämplig nivå av likspänning som krävs för LED-lampan. I den här artikeln kommer vi att utforma en sådan praktisk billig LED-drivkrets med hjälp av LNK302 Switching IC för att driva fyra lysdioder (i serie) som kan ge 200 lumen som arbetar vid 13,6 V och förbrukar cirka 100-150 mA.

Varning: Innan vi går vidare är det mycket viktigt att du arbetar med extrem försiktighet kring nätström. Kretsen och detaljerna som tillhandahålls här testades och hanterades av experter. Eventuella missöden kan leda till allvarliga skador och kan också vara dödliga. Arbeta på egen risk. Du har blivit varnad.

Transformatorlös strömförsörjningskrets

En mycket rå LED-drivkrets kan byggas med Capacitor Dropper-metoden, precis som vi gjorde i vårt tidigare transformatorlösa strömförsörjningsprojekt. Medan dessa kretsar fortfarande används i några mycket billiga elektroniska produkter lider det av en stor nackdel som vi kommer att diskutera senare. Därför kommer vi inte att använda Capacitor Dropper-metoden i den här handledningen, utan istället bygga en pålitlig LED-drivkrets med en växlings-IC.

Nackdel med kondensatorns nedströmsfria strömförsörjningskrets

Denna typ av transformatorlös strömförsörjningskrets är billigare än standard strömbrytare för switchläge på grund av det låga komponentantalet och frånvaron av magnetik (transformator). Den använder en kondensatordroppkrets som använder reaktansen hos en kondensator för att släppa ingångsspänningen.

Även om denna typ av transformatorlösa konstruktioner visar sig vara mycket användbar i vissa fall där produktionskostnaden för en viss produkt måste vara lägre, ger designen inte galvanisk isolering från nätströmmen och bör därför endast användas i produkter som inte kommer i direktkontakt med människor. Till exempel kan den användas i högeffektiva ledlampor, där höljet är tillverkat av hårdplast och ingen kretsdel exponeras för användarens interaktion när den har installerats. Problemet med dessa typer av kretsar är att om strömförsörjningsenheten misslyckas kan den återspegla den höga ingångsströmmen över utgången och det kan bli en dödsfälla.

En annan nackdel är att dessa kretsar är begränsade till låg strömklassificering. Detta beror på att utströmmen beror på värdet på kondensatorn som används, för högre strömklassificering måste en mycket stor kondensator användas. Detta är ett problem eftersom skrymmande kondensatorer också ökar kortutrymmet och ökar produktionskostnaden. Dessutom har kretsen ingen skyddskrets, som utgående kortslutningsskydd, överströmsskydd, termiskt skydd etc. Om de behöver läggas till ökar det också kostnad och komplexitet. Även om allt är gjort bra är de inte tillförlitliga.

Så frågan är, finns det någon lösning som kan vara billigare, effektiv, enkel och mindre i storlek tillsammans med alla skyddskretsar för att skapa en icke-isolerad AC till DC högeffekt LED-drivkrets? Svaret är ja och det är precis vad vi ska bygga i denna handledning.

Välja rätt LED för din LED-lampa

Det första steget i utformningen av en LED-lampa-drivkrets är att bestämma belastningen, dvs. den LED som vi ska använda i våra glödlampor. De som vi använder i detta projekt visas nedan.

Lysdioderna i ovanstående remsa är en 5730-förpackning 0,5 watt svala vita lysdioder med ett ljusflöde på 57 lm. Den framspänningen är 3.2V minimum till maximum på 3.6V med en framström av 120 till 150 mA. För att producera 200 lumen ljus kan därför fyra lysdioder användas i serie. Den erforderliga spänningen för denna remsa är 3,4 x 4 = 13,6 V och strömmen 100-120 mA flödar genom varje lysdiod.

Här är schemat över LED-lampor i serie -

LNK304 - LED Driver IC

Driver IC som valts för denna applikation är LNK304. Det kan framgångsrikt tillhandahålla den erforderliga belastningen för denna applikation tillsammans med automatisk omstart, kortslutning och termiskt skydd. Funktionerna kan ses i bilden nedan -

Välja andra komponenter

Valet av andra komponenter beror på den valda drivrutinen. I vårt fall använder databladet referensdesign en halvvågslikriktare med två standardåterställningsdioder. Men i den här applikationen använde vi Diode Bridge för korrigering av fullvåg. Det kan öka produktionskostnaden, men i slutändan betyder konstruktionsavvägningarna också för korrekt kraft som levereras över lasten. Det schematiska diagrammet utan värden kan ses i bilden nedan, låt oss nu diskutera hur man väljer värdena

Så Diode Bridge BR1 är valt DB107 för denna applikation. Emellertid kan 500mA Diode Bridge också väljas för denna applikation. Efter diodbryggan används ett pi-filter där två elektrolytkondensatorer krävs tillsammans med en induktor. Detta kommer att rätta till DC och också minska EMI. Kondensatorvärdena som valts för denna applikation är 10uF 400V elektrolytkondensatorer. Värdena måste vara högre än 2.2uF 400V. För kostnadsoptimeringsändamål kan 4.7uF till 6.8uF vara det bästa valet.

För induktorn rekommenderas mer än 560uH med 1,5A av det aktuella värdet. Därför väljs C1 och C2 till att vara 10uF 400V och L1 som 680uH och en 1,5A DB107-diodbro för DB1.

Den rättade likströmmen matas in i drivrutinen IC LNK304. Bypassstiften måste anslutas till källan med en 0.1uF 50V kondensator. Därför är C3 0.1uF 50V keramisk kondensator. D1 behövs för att vara en ultrasnabb diod med en omvänd återhämtningstid 75 ns. Den väljs som UF4007.

FB är återkopplingsstiftet och motståndet R1 och R2 används för att bestämma utspänningen. Referensspänningen över FB-stiftet är 1.635V, IC växlar utspänningen tills den får denna referensspänning på sin återkopplingsstift. Därför kan motståndsvärdet väljas genom att använda en enkel spänningsdelare. Så, för att få 13,6 V som utgång, väljs motståndsvärdet baserat på nedanstående formel

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

I vårt fall är Vout 1.635V, källspänningen är 13,6V. Vi valde R2-värdet som 2,05k. Så R1 är 15k. Alternativt kan du använda denna formel för att också beräkna källspänningen. Kondensatorn C4 väljs som 10uF 50V. D2 är en standardlikriktardiod 1N4007. L2 är samma som L1 men strömmen kan vara mindre. L2 är också 680uH med 1,5A-betyg.

Utgångsfilterkondensatorn C5 väljs som 100uF 25V. R3 är en minsta belastning som används för regleringsändamål. För nollastreglering väljs värdet till 2,4k. Den uppdaterade schemat tillsammans med alla värden visas nedan.

Arbetar med Transformerless LED Driver Circuit

Hela kretsen fungerar i MDCM (Mostly Discontinuous Conduction Mode) Induktorväxling Topologi. AC till DC-omvandlingen görs av diodbryggan och pi-filtret. Efter att ha fått den rättade likströmmen utförs effektbehandlingssteget av LNK304 och D1, L2 och C5. Spänningsfallet över D1 och D2 är nästan detsamma, kondensatorn C3 kontrollerar utspänningen och beror på spänningen över kondensatorn C3 avkänns av LNK304 med hjälp av spänningsdelaren och reglerar kopplingsutgången över källstiften.

Bygga LED Driver Circuit

Alla komponenter som krävs för att konstruera kretsen, utom induktorer. Därför måste vi linda vår egen induktor med emaljerad koppartråd. Nu finns det ett matematiskt tillvägagångssätt för att beräkna typen av kärna, trådtjocklek, antal varv etc. Men för enkelhets skull gör vi bara några varv med den tillgängliga spolen och koppartråden och använder en LCR-mätare för att kontrollera om vi har nått önskat värde. Sine vårt projekt är inte särskilt känsligt för induktansvärde och nuvarande betyg är lågt, detta råa sätt kommer att fungera bra. Om du inte har en LCR-mätare kan du också använda ett oscilloskop för att mäta induktorns värde med resonansfrekvensmetoden.

Bilden ovan visar att induktorerna är kontrollerade och att värdet är mer än 800uH. Den används för L1 och L2. Ett enkelt kopparklädt kort är också gjort för lysdioder. Kretsen är konstruerad i ett brödbräda.

Testa LED-drivkretsen

Kretsen testas först med en VARIAC (variabel transformator) och kontrolleras sedan i universell ingångsspänning som är 110V / 220V växelspänning. Multimetern till vänster är ansluten över AC-ingången och en annan multimeter till höger är ansluten över en enda lysdiod för att kontrollera DC-utgångsspänningen.

Avläsningen tas i tre olika ingångsspänningar. Den första på vänster sida visar en ingångsspänning på 85VAC och över en enda ledning visar den 3,51V medan ledningsspänningen över olika ingångsspänningar förändras något. Den detaljerade arbetsvideon hittar du nedan.