Mạch điều khiển led không biến áp cho các thiết kế bóng đèn led chi phí thấp đáng tin cậy

Bóng đèn LED được cho là hiệu quả hơn 80% so với các lựa chọn chiếu sáng thông thường khác như bóng đèn huỳnh quang và bóng đèn sợi đốt. Khả năng thích ứng nhanh của bóng đèn LED đã được chú ý xung quanh chúng ta và giá trị thị trường bóng đèn LED toàn cầu đã đạt khoảng 5,4 tỷ đô la vào năm 2018. Một thách thức trong việc thiết kế các bóng đèn LED này là ánh sáng LED, như chúng ta biết hoạt động trên điện áp DC và nguồn điện nguồn điện là AC, do đó chúng ta cần thiết kế mạch LED Driver có thể chuyển đổi điện áp nguồn AC thành mức điện áp DC phù hợp cần thiết cho bóng đèn LED. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thiết kế một mạch điều khiển LED chi phí thấp thực tế như vậy sử dụng IC chuyển mạch LNK302 để cấp nguồn cho bốn đèn LED (nối tiếp) có thể cung cấp 200 Lumens hoạt động ở 13,6V và tiêu thụ khoảng 100-150mA.

Cảnh báo: Trước khi chúng tôi tiến hành thêm bất kỳ bước nào, điều rất quan trọng là phải đảm bảo rằng bạn làm việc hết sức thận trọng với nguồn điện AC. Mạch và các chi tiết được cung cấp ở đây đã được các chuyên gia kiểm tra và xử lý. Bất kỳ rủi ro nào có thể dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng và cũng có thể gây chết người. Làm việc với rủi ro của riêng bạn. Bạn đã được cảnh báo.

Mạch cung cấp điện không biến áp

Một mạch điều khiển LED rất thô sơ có thể được xây dựng bằng phương pháp Tụ điện nhỏ giọt, giống như chúng tôi đã làm trong dự án cung cấp điện không biến áp trước đây của mình. Trong khi các mạch này vẫn đang được sử dụng trong một số sản phẩm điện tử giá rất rẻ, nó có rất nhiều nhược điểm mà chúng ta sẽ thảo luận sau. Do đó, trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ không sử dụng phương pháp Capacitor Dropper, thay vào đó xây dựng một mạch điều khiển LED đáng tin cậy bằng cách sử dụng một IC chuyển đổi.

Mặt hạn chế của tụ điện rơi mạch cung cấp điện không điều khiển

Loại mạch cung cấp nguồn không biến áp này rẻ hơn so với nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi tiêu chuẩn do số lượng thành phần thấp và không có từ tính (biến áp). Nó sử dụng một mạch nhỏ giọt tụ điện sử dụng điện trở của tụ điện để giảm điện áp đầu vào.

Mặc dù kiểu thiết kế không có biến áp này tỏ ra rất hữu ích trong một số trường hợp nhất định khi chi phí sản xuất của một sản phẩm cụ thể phải thấp hơn, nhưng thiết kế này không cung cấp Cách ly điện từ nguồn AC và do đó chỉ nên được sử dụng cho các sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp với con người. Ví dụ, nó có thể được sử dụng trong đèn led công suất cao, nơi vỏ được làm bằng nhựa cứng và không có phần mạch nào được tiếp xúc để người dùng tương tác sau khi lắp đặt. Vấn đề với những loại mạch này là nếu bộ cấp nguồn bị lỗi, nó có thể phản xạ điện áp AC đầu vào cao trên đầu ra và điều đó có thể trở thành một cái bẫy chết chóc.

Một nhược điểm khác là các mạch này bị giới hạn ở mức đánh giá dòng điện thấp. Điều này là do dòng điện đầu ra phụ thuộc vào giá trị của tụ điện được sử dụng, để đánh giá dòng điện cao hơn, phải sử dụng tụ điện rất lớn. Đây là một vấn đề vì các tụ điện cồng kềnh cũng làm tăng không gian bo mạch và tăng chi phí sản xuất. Ngoài ra, mạch không có mạch bảo vệ, như bảo vệ ngắn mạch đầu ra, bảo vệ quá dòng, bảo vệ nhiệt,… Nếu chúng cần được thêm vào, nó cũng làm tăng chi phí và phức tạp. Ngay cả khi tất cả được thực hiện tốt, chúng không đáng tin cậy.

Vì vậy, câu hỏi đặt ra là có giải pháp nào có thể rẻ hơn, hiệu quả, đơn giản và kích thước nhỏ hơn cùng với tất cả các mạch bảo vệ để tạo thành mạch điều khiển LED công suất cao AC sang DC không bị cô lập không? Câu trả lời là có và đó chính xác là những gì chúng tôi sẽ xây dựng trong hướng dẫn này.

Chọn đèn LED phù hợp cho bóng đèn LED của bạn

Bước đầu tiên trong việc thiết kế mạch điều khiển bóng đèn LED là quyết định tải tức là đèn LED mà chúng ta sẽ sử dụng trong bóng đèn của mình. Những cái mà chúng tôi sử dụng trong dự án này được hiển thị bên dưới.

Các đèn LED trong dải trên là đèn LED trắng mát 5730 gói 0,5 watt với quang thông 57lm. Các chuyển tiếp điện áp là 3.2V tối thiểu đến mức tối đa 3.6V với một tiền đạo hiện tại của 120-150 mA. Do đó, để tạo ra 200 lumen ánh sáng, 4 đèn LED có thể được sử dụng nối tiếp. Điện áp yêu cầu của dải này sẽ là 3,4 x 4 = 13,6V và dòng điện 100-120mA sẽ chạy qua mỗi con led.

Đây là sơ đồ của các đèn LED trong chuỗi -

LNK304 - IC điều khiển LED

IC trình điều khiển được chọn cho ứng dụng này là LNK304. Nó có thể cung cấp thành công tải cần thiết cho ứng dụng này cùng với tính năng tự động khởi động lại, chống đoản mạch và bảo vệ nhiệt. Các tính năng có thể được nhìn thấy trong hình ảnh dưới đây -

Lựa chọn các thành phần khác

Việc lựa chọn các thành phần khác phụ thuộc vào IC trình điều khiển được chọn. Trong trường hợp của chúng tôi, biểu dữ liệu, thiết kế tham chiếu sử dụng bộ chỉnh lưu nửa sóng sử dụng hai điốt khôi phục tiêu chuẩn. Nhưng trong ứng dụng này, chúng tôi đã sử dụng Diode Bridge để chỉnh lưu toàn sóng. Nó có thể làm tăng chi phí sản xuất, nhưng cuối cùng, sự cân bằng trong thiết kế cũng quan trọng đối với việc phân phối điện thích hợp trên tải. Sơ đồ giản đồ không có giá trị có thể được nhìn thấy trong hình dưới đây, bây giờ chúng ta hãy thảo luận về cách chọn các giá trị

Vì vậy, Cầu Diode BR1 được chọn DB107 cho ứng dụng này. Tuy nhiên, Cầu Diode 500mA cũng có thể được chọn cho ứng dụng này. Sau cầu diode, một bộ lọc pi được sử dụng khi cần có hai tụ điện cùng với một cuộn cảm. Điều này sẽ điều chỉnh DC và cũng làm giảm EMI. Giá trị tụ điện được chọn cho ứng dụng này là tụ điện 10uF 400V. Các giá trị cần phải cao hơn 2,2uF 400V. Đối với mục đích tối ưu hóa chi phí, 4.7uF đến 6.8uF có thể là lựa chọn tốt nhất.

Đối với cuộn cảm, khuyến nghị hơn 560uH với 1,5A của đánh giá hiện tại. Do đó, C1 và C2 được chọn là 10uF 400V và L1 là 680uH và một cầu diode 1.5A DB107 cho DB1.

DC đã chỉnh lưu được đưa vào IC điều khiển LNK304. Chân rẽ nhánh cần được nối với nguồn bằng tụ điện 0,1uF 50V. Do đó C3 là 0,1uF 50V tụ gốm. D1 là cần thiết để trở thành một diode cực nhanh với thời gian khôi phục ngược 75 ns. Nó được chọn là UF4007.

FB là chân phản hồi và điện trở R1 và R2 được sử dụng để xác định điện áp đầu ra. Điện áp tham chiếu qua chân FB là 1.635V, IC chuyển điện áp đầu ra cho đến khi nó nhận được điện áp tham chiếu này trên chân phản hồi của nó. Do đó, bằng cách sử dụng một máy tính phân áp đơn giản, giá trị điện trở có thể được chọn. Vì vậy, để nhận 13,6V làm đầu ra, giá trị điện trở được chọn dựa trên công thức dưới đây

Vout = (Điện áp nguồn x R2) / (R1 + R2)

Trong trường hợp của chúng tôi, Vout là 1.635V, điện áp Nguồn là 13.6V. Chúng tôi chọn giá trị R2 là 2,05k. Vì vậy, R1 là 15k. Ngoài ra, bạn có thể sử dụng công thức này để tính toán điện áp nguồn. Tụ C4 được chọn là 10uF 50V. D2 là một diode chỉnh lưu tiêu chuẩn 1N4007. L2 giống như L1 nhưng dòng điện có thể nhỏ hơn. L2 cũng là 680uH với xếp hạng 1.5A.

Tụ lọc đầu ra C5 được chọn là 100uF 25V. R3 là tải tối thiểu được sử dụng cho mục đích điều chỉnh. Đối với quy định không tải, giá trị được chọn là 2,4k. Sơ đồ được cập nhật cùng với tất cả các giá trị được hiển thị bên dưới.

Hoạt động của mạch điều khiển LED không biến áp

Mạch hoàn chỉnh đang hoạt động trong cấu trúc liên kết chuyển mạch điện dẫn MDCM (Chế độ dẫn điện không liên tục). Việc chuyển đổi AC sang DC được thực hiện bởi cầu diode và bộ lọc pi. Sau khi nhận được DC chỉnh lưu, giai đoạn xử lý nguồn được thực hiện bởi LNK304 và D1, L2 và C5. Điện áp rơi trên D1 và D2 ​​gần như giống nhau, tụ C3 kiểm tra điện áp đầu ra và tùy thuộc vào điện áp trên tụ C3 được cảm nhận bởi LNK304 bằng cách sử dụng bộ phân áp và điều chỉnh đầu ra chuyển đổi qua các chân nguồn.

Xây dựng mạch điều khiển LED

Tất cả các thành phần cần thiết để xây dựng mạch, ngoại trừ cuộn cảm. Do đó, chúng ta phải quấn Cuộn cảm của riêng mình bằng dây đồng tráng men. Bây giờ có một cách tiếp cận toán học để tính toán loại lõi, độ dày của dây, số vòng, v.v. Nhưng vì mục đích đơn giản, chúng tôi sẽ chỉ thực hiện một số vòng với suốt chỉ và dây đồng có sẵn và sử dụng đồng hồ đo LCR để kiểm tra xem chúng tôi đã đạt giá trị cần thiết. Sine dự án của chúng tôi không nhạy cảm lắm với giá trị cuộn cảm và xếp hạng hiện tại thấp, cách thô sơ này sẽ hoạt động tốt. Nếu bạn không có máy đo LCR, bạn cũng có thể sử dụng máy hiện sóng để đo giá trị của cuộn cảm bằng phương pháp tần số cộng hưởng.

Hình ảnh trên cho thấy rằng các cuộn cảm được kiểm tra và giá trị lớn hơn 800uH. Nó được sử dụng cho L1 và L2. Một bảng đồng mạ đơn giản cũng được làm cho đèn LED. Mạch được xây dựng trong một breadboard.

Kiểm tra mạch điều khiển LED

Đầu tiên, mạch được kiểm tra bằng VARIAC (Biến áp) và sau đó được kiểm tra ở điện áp đầu vào phổ quát là điện áp AC 110V / 220V. Đồng hồ vạn năng bên trái được kết nối qua đầu vào AC và một đồng hồ vạn năng khác ở bên phải được kết nối qua một đèn LED duy nhất để kiểm tra điện áp DC đầu ra.

Việc đọc được thực hiện ở ba điện áp đầu vào khác nhau. Hình đầu tiên ở phía bên trái hiển thị điện áp đầu vào 85VAC và trên một đèn LED duy nhất, nó hiển thị 3,51V trong khi điện áp dẫn trên điện áp đầu vào khác nhau hơi thay đổi. Video làm việc chi tiết có thể được tìm thấy bên dưới.