Muuntajaton led-ohjainpiiri luotettaviin edullisiin led-lamppuihin

LED-lamppujen sanotaan olevan 80% tehokkaampia kuin muut tavanomaiset valaistusvaihtoehdot, kuten loistelamput ja hehkulamput. LED-lamppujen nopea sopeutuminen on jo havaittavissa ympärillämme ja maailmanlaajuinen LED-lamppujen markkina-arvo on noussut noin 5,4 miljardiin dollariin vuonna 2018. Haasteena näiden LED-lamppujen suunnittelussa on, että tiedämme, että LED-valo toimii tasajännitteellä ja verkkovirralla virtalähde on vaihtovirta, joten meidän on suunniteltava LED-ohjainpiiri, joka voisi muuntaa vaihtovirtajännitteen sopivaksi tasajännitteeksi, jota tarvitaan LED-lampulle. Tässä artikkelissa suunnittelemme tällaisen käytännöllisen edullisen LED-ohjainpiirin käyttämällä LNK302-kytkentäpiiriä neljän LEDin (sarjaan) virran saamiseksi, jotka voivat tuottaa 200 lumenia, jotka toimivat 13,6 V: lla ja kuluttavat noin 100-150 mA.

Varoitus: Ennen kuin siirrymme eteenpäin, on erittäin tärkeää varmistaa, että työskentelet erittäin varovasti verkkovirran ympärillä. Asiantuntijat testasivat ja käsittelivät tässä annetut piirit ja yksityiskohdat. Mahdolliset vahingot voivat johtaa vakaviin vahinkoihin ja olla myös tappavia. Työskentele omalla vastuullasi. Sinua on varoitettu.

Muuntajaton virtalähde

Erittäin karkea LED-ohjainpiiri voidaan rakentaa kondensaattoripisaramenetelmällä, aivan kuten teimme edellisessä Transformerless-virtalähdeprojektissamme. Vaikka näitä piirejä käytetään edelleen joissakin erittäin halvoissa elektronisissa tuotteissa, sillä on paljon haittoja, joista keskustelemme myöhemmin. Siksi tässä opetusohjelmassa emme käytä kondensaattoripisaramenetelmää, vaan rakennamme luotettavan LED-ohjainpiirin kytkentäpiirillä.

Kondensaattorin pudotuksen transfromeriton virtalähde

Tämäntyyppinen muuntajaton virtalähde on halvempi kuin tavallinen kytkinmoodin virtalähde komponenttien vähäisen määrän ja magneettisten ominaisuuksien (muuntaja) puuttuessa. Se käyttää kondensaattorin tiputuspiiriä, joka käyttää kondensaattorin reaktanssia syöttöjännitteen pudottamiseen.

Vaikka tämäntyyppiset muuntajaton malli osoittautuu erittäin hyödylliseksi tietyissä tapauksissa, joissa tietyn tuotteen tuotantokustannusten on oltava alhaisemmat, suunnittelu ei tarjoa galvaanista eristystä verkkovirrasta, joten sitä tulisi käyttää vain tuotteissa, jotka eivät ole suoraan yhteydessä ihmisten kanssa. Esimerkiksi sitä voidaan käyttää suuritehoisissa led-valoissa, joissa kotelo on valmistettu kovasta muovista, eikä mikään piirin osa ole alttiina käyttäjän vuorovaikutukselle asennuksen jälkeen. Tämän tyyppisten piirien ongelmana on, että jos virtalähde vikaantuu, se voi heijastaa korkeaa sisäänmenovirtalähteen jännitettä ulostulossa ja siitä voi tulla kuolemanloukku.

Toinen haittapuoli on, että nämä piirit rajoittuvat matalavirtaiseen luokitukseen. Tämä johtuu siitä, että lähtövirta riippuu käytetyn kondensaattorin arvosta, korkeamman virran nimellisarvon saavuttamiseksi on käytettävä erittäin suurta kondensaattoria. Tämä on ongelma, koska isot kondensaattorit lisäävät myös levytilaa ja lisäävät tuotantokustannuksia. Piirissä ei myöskään ole suojapiiriä, kuten ulostulon oikosulkusuojaus, ylivirtasuoja, lämpösuoja jne. Jos ne on lisättävä, se lisää myös kustannuksia ja monimutkaisuutta. Vaikka kaikki tehdään hyvin, ne eivät ole luotettavia.

Joten kysymys on, onko olemassa ratkaisua, joka voi olla halvempi, tehokas, yksinkertainen ja pienempi kooltaan yhdessä kaikkien suojapiirien kanssa eristämättömän vaihtovirta-DC-suuritehoisen LED-ohjainpiirin tekemiseksi? Vastaus on kyllä, ja juuri sen aiomme rakentaa tässä opetusohjelmassa.

Oikean LED-valon valitseminen LED-lampulle

Ensimmäinen vaihe LED-polttimon ohjainpiirin suunnittelussa on päättää kuormasta eli LEDistä, jota aiomme käyttää lampuissamme. Ne, joita käytämme tässä projektissa, on esitetty alla.

Yllä olevan kaistaleen LEDit ovat 5730, ja ne sisältävät 0,5 watin viileitä valkoisia LED-valoja, joiden valovirta on 57 lm. Eteenpäin jännite on 3.2V minimi 3.6V maksimi eteenpäin virran 120-150 mA. Siksi 200 lumeenin valon tuottamiseksi voidaan käyttää neljää LEDiä sarjana. Tämän nauhan vaadittu jännite on 3,4 x 4 = 13,6 V ja virta 100-120 mA virtaa jokaisen ledin läpi.

Tässä on kaavio LED-sarjoista -

LNK304 - LED-ohjainpiiri

Tälle sovellukselle valittu ohjaimen IC on LNK304. Se tarjoaa onnistuneesti tarvittavan kuormituksen tälle sovellukselle sekä automaattisen uudelleenkäynnistyksen, oikosulun ja lämpösuojauksen. Ominaisuudet näkyvät alla olevassa kuvassa -

Muiden komponenttien valitseminen

Muiden komponenttien valinta riippuu valitusta ohjaimen IC: stä. Meidän tapauksessamme tietolomake, viitesuunnittelu käyttää puoliaallon tasasuuntaajaa, joka käyttää kahta tavallista palautusdiodia. Mutta tässä sovelluksessa käytimme Diodisillaa täyden aallon tasaamiseen. Se voi lisätä tuotantokustannuksia, mutta loppujen lopuksi suunnittelupoikkeamilla on merkitystä myös sähkön asianmukaiselle toimittamiselle koko kuormalla. Kaavamainen kaavio ilman arvoja näkyy alla olevassa kuvassa, keskustellaan nyt arvojen valitsemisesta

Joten Diodisilta BR1 on valittu DB107 tälle sovellukselle. Tälle sovellukselle voidaan kuitenkin valita myös 500 mA: n diodisilta. Diodisillan jälkeen käytetään pi-suodatinta, jossa tarvitaan kaksi elektrolyyttikondensaattoria induktorin ohella. Tämä korjaa tasavirran ja vähentää myös EMI: tä. Tätä sovellusta varten valitut kondensaattorien arvot ovat 10uF 400 V: n elektrolyyttikondensaattorit. Arvojen on oltava suurempia kuin 2,2uF 400V. Kustannusten optimoimiseksi 4,7-6,8 uF voi olla paras valinta.

Induktorille suositellaan yli 560uH ja 1,5A nykyisellä arvolla. Siksi C1 ja C2 valitaan 10uF 400V: ksi ja L1 680uH: ksi ja 1,5 A: n DB107-diodisillaksi DB1: lle.

Tasasuuntainen tasavirta syötetään ohjainpiiriin LNK304. Ohitustappi on kytkettävä lähteeseen 0,1uF 50V kondensaattorilla. Siksi C3 on 0,1uF 50 V keraaminen kondensaattori. D1: n on oltava erittäin nopea diodi, jonka palautumisaika on käänteinen 75 ns. Se on valittu UF4007.

FB on takaisinkytkentätappi ja vastusta R1 ja R2 käytetään lähtöjännitteen määrittämiseen. FB-nastan vertailujännite on 1,635 V, IC kytkee lähtöjännitteen, kunnes se saa tämän vertailujännitteen takaisinkytkentätapilleen. Siksi vastusten arvo voidaan valita käyttämällä yksinkertaista jännitteenjakajan laskinta. Joten 13,6 V: n lähtöä varten vastuksen arvo valitaan alla olevan kaavan perusteella

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

Meidän tapauksessamme Vout on 1.635V, lähdejännite on 13.6V. Valitsimme R2-arvoksi 2,05 kt. Joten R1 on 15k. Vaihtoehtoisesti voit käyttää tätä kaavaa myös lähdejännitteen laskemiseen. Kondensaattori C4 valitaan 10uF 50V. D2 on tavallinen tasasuuntaajadiodi 1N4007. L2 on sama kuin L1, mutta virta voi olla pienempi. L2 on myös 680uH 1,5A-luokituksella.

Lähtösuodattimen kondensaattori C5 valitaan 100uF 25V. R3 on vähimmäiskuorma, jota käytetään säätötarkoituksiin. Nollakuormitusta varten arvoksi valitaan 2,4 k. Päivitetty kaavio yhdessä kaikkien arvojen kanssa on esitetty alla.

Muuntajattoman LED-ohjainpiirin toiminta

Koko piiri toimii MDCM: ssä (useimmiten keskeytymätön johtamistila) induktorikytkentäopologiassa. AC-DC-muunnos tapahtuu diodisillalla ja pi-suodattimella. Tasasuuntaisen tasavirran saamisen jälkeen tehonkäsittelyvaiheen suorittavat LNK304 ja D1, L2 ja C5. Jännitteen pudotus D1: n ja D2: n yli on melkein sama, kondensaattori C3 tarkistaa lähtöjännitteen ja riippuen kondensaattorin C3 jännitteestä LNK304 havaitsee jännitteenjakajan ja säätämällä kytkentälähdettä lähdetappien yli.

LED-ohjainpiirin rakentaminen

Kaikki piirin rakentamiseen tarvittavat komponentit, paitsi induktorit. Siksi meidän on kelattava oma induktori emaloidulla kuparilangalla. Nyt on olemassa matemaattinen lähestymistapa ytimen tyypin, langan paksuuden, kierrosten lukumäärän jne. Laskemiseksi. Mutta yksinkertaisuuden vuoksi teemme vain joitain käännöksiä käytettävissä olevalla puolalla ja kuparilangalla ja tarkistamme LCR-mittarilla, onko saavutettu vaadittu arvo. Sine projektissamme ei ole kovin herkkä induktoriarvolle ja nykyinen luokitus on alhainen, tämä raaka tapa toimii hienosti. Jos sinulla ei ole LCR-mittaria, voit myös mitata induktorin arvon oskilloskoopilla resonanssitaajuusmenetelmällä.

Yllä oleva kuva osoittaa, että induktorit on tarkistettu ja arvo on yli 800uH. Sitä käytetään L1: lle ja L2: lle. LED-valoja varten tehdään myös yksinkertainen kuparipinnoitettu levy. Piiri on rakennettu leipälautaan.

LED-ohjainpiirin testaus

Piiri testataan ensin VARIAC: lla (Variable Transformer) ja sitten yleinen tulojännite, joka on 110 V / 220 V vaihtojännite. Vasemmanpuoleinen yleismittari on kytketty AC-tuloon ja toinen oikealla oleva yleismittari on kytketty yhden LEDin yli ulostulovirran tarkistamiseksi.

Luku otetaan kolmella eri tulojännitteellä. Ensimmäinen vasemmalla puolella, jonka tulojännite on 85 VAC, ja yhden ledin poikki näyttää 3,51 V, kun taas led-jännite eri tulojännitteellä muuttuu hieman. Yksityiskohtainen työvideo löytyy alla.