- Napajalno vezje brez transformatorja
- Pomanjkljivost brezžičnega napajalnega vezja s padcem kondenzatorja
- Izbira prave LED za vašo LED žarnico
- LNK304 - LED gonilnik IC
- Izbira drugih komponent
- Delovanje brezgonskega transformatorskega vezja
- Izdelava vezja gonilnikov LED
- Testiranje vezja gonilnika LED
LED žarnice naj bi bile 80% učinkovitejše od drugih običajnih možnosti osvetlitve, kot so fluorescenčne in žarnice z žarilno nitko. Hitro prilagajanje LED žarnic je že opazno pri nas, svetovna tržna vrednost LED žarnic pa je leta 2018 dosegla približno 5,4 milijarde USD. Izziv pri oblikovanju teh LED žarnic je, da LED luč, kot vemo, deluje na enosmerno napetost in omrežje napajanje je izmenično, zato moramo zasnovati vezje LED Driver, ki bi lahko pretvorilo omrežno napetost v primerno raven enosmerne napetosti, ki je potrebna za LED žarnico. V tem članku bomo zasnovali tako praktično nizkocenovno gonilniško vezje LED z uporabo LNK302 Switching IC za napajanje štirih LED (v seriji), ki lahko zagotavljajo 200 lumnov, ki delujejo pri 13,6 V in porabijo približno 100-150 mA.
Opozorilo: Preden nadaljujete, je zelo pomembno, da se zelo previdno ravnate po omrežju AC. Tu zagotovljeno vezje in podrobnosti so preizkusili in obdelali strokovnjaki. Vsaka nezgoda lahko povzroči resno škodo in je lahko tudi smrtna. Delajte na lastno odgovornost. Bili ste opozorjeni.
Napajalno vezje brez transformatorja
Zelo surovo vezje LED-gonilnikov je mogoče izdelati po metodi Capacitor Dropper, tako kot smo to storili v prejšnjem projektu napajanja brez transformatorja. Čeprav se ta vezja še vedno uporabljajo v nekaterih zelo poceni elektronskih izdelkih, ima veliko pomanjkljivosti, o katerih bomo razpravljali kasneje. Zato v tej vadnici ne bomo uporabljali metode Capacitor Dropper, temveč bomo zgradili zanesljivo vezje gonilnikov LED z uporabo preklopne IC.
Pomanjkljivost brezžičnega napajalnega vezja s padcem kondenzatorja
Ta vrsta napajalnega vezja brez transformatorja je zaradi nizkega števila komponent in odsotnosti magnetike (transformatorja) cenejša od običajnega napajanja v stikalnem načinu. Uporablja kondenzatorsko kapalno vezje, ki z reaktanco kondenzatorja spusti vhodno napetost.
Čeprav se ta vrsta brez transformatorjev izkaže za zelo koristno v nekaterih primerih, ko morajo biti proizvodni stroški določenega izdelka nižji, zasnova ne zagotavlja galvanske izolacije iz omrežja AC, zato bi jo bilo treba uporabljati samo pri izdelkih, ki niso v neposrednem stiku z ljudmi. Na primer, lahko se uporablja v luči z visoko močjo, kjer je ohišje izdelano iz trde plastike in noben del vezja ni izpostavljen interakciji uporabnika, ko je nameščen. Težava tovrstnih vezij je, da če napajalna enota odpove, lahko odraža visoko vhodno izmenično napetost na izhodu in to lahko postane smrtna past.
Druga pomanjkljivost je, da so ta vezja omejena na nizko tokovno vrednost. To je zato, ker je izhodni tok odvisen od vrednosti uporabljenega kondenzatorja, za višjo nazivno vrednost je treba uporabiti zelo velik kondenzator. To je težava, ker obsežni kondenzatorji prav tako povečajo prostor na plošči in povečajo proizvodne stroške. Poleg tega vezje nima zaščitnega vezja, kot so zaščita izhodnega kratkega stika, zaščita pred tokom, toplotna zaščita itd. Če jih je treba dodati, to poveča tudi stroške in kompleksnost. Tudi če so vse narejene dobro, niso zanesljive.
Vprašanje je torej, ali obstaja kakšna rešitev, ki je lahko cenejša, učinkovitejša, enostavnejša in manjša po velikosti, skupaj z vsemi zaščitnimi tokokrogi, za izdelavo neizoliranega vezja LED za izmenični in enosmerni tok z visoko močjo? Odgovor je pritrdilen in točno to bomo zgradili v tej vadnici.
Izbira prave LED za vašo LED žarnico
Prvi korak pri oblikovanju vezja gonilnika LED žarnice je odločitev o obremenitvi, to je LED, ki jo bomo uporabili v naših žarnicah. Tisti, ki jih uporabljamo v tem projektu, so prikazani spodaj.
LED v zgornjem traku je 5730 pakiranj 0,5 W hladnih belih LED s svetlobnim tokom 57 lm. Naprej napetost 3.2V najmanjše do največ 3,6 s naprej tokom 120 do 150 mA. Zato lahko za proizvodnjo 200 lumnov svetlobe zaporedno uporabimo 4 LED. Zahtevana napetost tega traku bo 3,4 x 4 = 13,6 V in tok 100-120 mA bo tekel skozi vsako led.
Tu je shema LED v seriji -
LNK304 - LED gonilnik IC
Gonilnik IC, izbran za to aplikacijo, je LNK304. Za to aplikacijo lahko uspešno zagotovi potrebno obremenitev skupaj s samodejnim ponovnim zagonom, kratkim stikom in toplotno zaščito. Funkcije si lahko ogledate na spodnji sliki -
Izbira drugih komponent
Izbira drugih komponent je odvisna od izbrane IC gonilnika. V našem primeru v obrazcu s podatki referenčna zasnova uporablja polvalni usmernik, ki uporablja dve standardni obnovitveni diodi. Toda v tej aplikaciji smo uporabili diodni most za polnovalno rektifikacijo. To lahko poveča proizvodne stroške, toda na koncu so kompromisi pri načrtovanju pomembni tudi za pravilno oddajanje moči v breme. Shematski diagram brez vrednosti je razviden iz spodnje slike, zdaj pa se pogovorimo o izbiri vrednosti
Torej je diodni most BR1 za to aplikacijo izbran DB107. Vendar je za to aplikacijo mogoče izbrati tudi diodni most 500 mA. Po diodnem mostu se uporablja pi filter, kjer sta potrebna dva elektrolitska kondenzatorja skupaj z induktorjem. To bo odpravilo enosmerni tok in zmanjšalo tudi EMI. Vrednosti kondenzatorjev, izbranih za to aplikacijo, so elektrolitski kondenzatorji 10uF 400V. Vrednosti morajo biti višje od 2.2uF 400V. Za optimizacijo stroškov je lahko najboljša izbira od 4,7 do 6,8.
Za induktor priporočamo več kot 560uH z 1,5A trenutne nazivne vrednosti. Zato sta C1 in C2 izbrani kot 10uF 400V in L1 kot 680uH in 1,5A diodni most DB107 za DB1.
Odpravljeni enosmerni tok se napaja v gonilnik IC LNK304. Obvodni zatič mora biti z virom povezan s kondenzatorjem 0,1uF 50V. Zato je C3 keramični kondenzator 0,1uF 50V. D1 je potreben za ultrahitro diodo z obratnim časom obnovitve 75 ns. Izbran je kot UF4007.
FB je povratni zatič, upor R1 in R2 pa se uporabljata za določanje izhodne napetosti. Referenčna napetost na FB zatiču je 1,635V, IC preklopi izhodno napetost, dokler ne doseže te referenčne napetosti na svojem povratnem zatiču. Zato lahko z uporabo preprostega kalkulatorja delilnika napetosti izberemo vrednost uporov. Torej, za pridobitev 13,6 V kot izhodne vrednosti je vrednost upora izbrana na podlagi spodnje formule
Vout = (napetost vira x R2) / (R1 + R2)
V našem primeru je Vout 1,635V, napetost vira pa 13,6V. Izbrali smo vrednost R2 kot 2,05 k. Torej, R1 je 15k. S to formulo lahko uporabite tudi za izračun napetosti vira. Kondenzator C4 je izbran kot 10uF 50V. D2 je standardna usmerniška dioda 1N4007. L2 je enak L1, tok pa je lahko manjši. L2 je tudi 680uH z oceno 1,5A.
Izhodni kondenzator filtra C5 je izbran kot 100uF 25V. R3 je najmanjša obremenitev, ki se uporablja za regulacijo. Za regulacijo ničelne obremenitve je vrednost izbrana kot 2,4 k. Posodobljena shema skupaj z vsemi vrednostmi je prikazana spodaj.
Delovanje brezgonskega transformatorskega vezja
Celotno vezje deluje v topologiji preklopa induktorja v MDCM (večinoma prekinjen prevodni način). Pretvorbo izmeničnega v enosmerni tok izvedeta diodni most in pi filter. Ko dobimo popravljeni enosmerni tok, stopnjo obdelave moči opravijo LNK304 in D1, L2 in C5. Padec napetosti na D1 in D2 je skoraj enak, kondenzator C3 preveri izhodno napetost in odvisno od napetosti na kondenzatorju C3 LNK304 zazna z delilnikom napetosti in uravnavanjem preklopnega izhoda na izvornih zatičih.
Izdelava vezja gonilnikov LED
Vse komponente, potrebne za izdelavo vezja, razen induktorjev. Zato moramo lastni induktor navijati z emajlirano bakreno žico. Zdaj obstaja matematični pristop za izračun vrste jedra, debeline žice, števila zavojev itd. Toda zaradi enostavnosti bomo naredili le nekaj zavojev z razpoložljivo klekljano in bakreno žico in z merilnikom LCR preverili, ali smo dosegli zahtevano vrednost. Sinus je, da naš projekt ni zelo občutljiv na vrednost induktorja in je trenutna ocena nizka, ta surovi način bo deloval povsem v redu. Če nimate merilnika LCR, lahko z osciloskopom izmerite vrednost Induktorja z metodo resonančne frekvence.
Zgornja slika prikazuje, da so induktorji preverjeni in da je vrednost večja od 800uH. Uporablja se za L1 in L2. Za LED diode je narejena tudi preprosta bakreno oblečena plošča. Vezje je zgrajeno v tabli.
Testiranje vezja gonilnika LED
Vezje najprej preizkusite z VARIAC (Variable Transformer) in nato preverite v univerzalni vhodni napetosti, ki je 110V / 220V AC napetost. Multimeter na levi strani je povezan prek AC vhoda, drugi multimeter na desni pa prek ene LED diode, da preveri izhodno enosmerno napetost.
Odčitki so zajeti v treh različnih vhodnih napetostih. Prva na levi strani prikazuje vhodno napetost 85VAC, na enem vodniku pa 3,51V, medtem ko se vodilna napetost na različnih vhodnih napetostih nekoliko spreminja. Podroben delovni video lahko najdete spodaj.