دائرة سائق LED غير محولة لتصميمات لمبة LED موثوقة منخفضة التكلفة

يقال إن مصابيح LED أكثر كفاءة بنسبة 80٪ من خيارات الإضاءة التقليدية الأخرى مثل المصابيح الفلورية والمصابيح المتوهجة. إن التكيف السريع لمصابيح LED ملحوظ بالفعل من حولنا وقد وصلت القيمة السوقية لمصابيح LED العالمية إلى حوالي 5.4 مليار دولار في عام 2018. التحدي ، في تصميم مصابيح LED هذه هو أن ضوء LED ، كما نعلم ، يعمل على الجهد المستمر والتيار الكهربائي مصدر الطاقة هو التيار المتردد ، ومن ثم نحتاج إلى تصميم دائرة تشغيل LED يمكنها تحويل جهد التيار المتردد الرئيسي إلى مستوى مناسب من جهد التيار المستمر المطلوب لمصباح LED. في هذه المقالة سوف نصمم دائرة تشغيل LED عملية منخفضة التكلفة باستخدام LNK302 Switching IC لتشغيل أربعة مصابيح LED (في سلسلة) والتي يمكن أن توفر 200 لومن تعمل عند 13.6 فولت وتستهلك حوالي 100-150 مللي أمبير.

تحذير: قبل المضي قدمًا ، من المهم جدًا التأكد من أنك تعمل بحذر شديد حول أنابيب التيار المتردد. تم اختبار الدائرة والتفاصيل الواردة هنا والتعامل معها من قبل الخبراء. يمكن أن تؤدي أي حوادث مؤسفة إلى أضرار جسيمة وقد تكون قاتلة أيضًا. العمل على مسؤوليتك الخاصة. لقد تم تحذيرك.

دائرة إمداد الطاقة غير المحولة

يمكن إنشاء دائرة تشغيل LED بدائية للغاية باستخدام طريقة Capacitor Dropper ، تمامًا كما فعلنا في مشروعنا السابق لإمداد الطاقة غير المحول. بينما لا تزال هذه الدوائر تستخدم في بعض المنتجات الإلكترونية الرخيصة جدًا ، فإنها تعاني من الكثير من العيوب التي سنناقشها لاحقًا. ومن ثم في هذا البرنامج التعليمي ، لن نستخدم طريقة Capacitor Dropper ، وبدلاً من ذلك نبني دائرة تشغيل LED موثوقة باستخدام مفتاح التبديل IC.

عيب دائرة إمداد الطاقة غير المحولة للمكثفات

هذا النوع من دارات إمداد الطاقة غير المحولة أرخص من مصدر طاقة وضع التبديل القياسي نظرًا لانخفاض عدد المكونات وغياب العناصر المغناطيسية (المحولات). إنها تستخدم دائرة قطارة مكثف تستخدم مفاعلة مكثف لإسقاط جهد الدخل.

على الرغم من أن هذا النوع من التصميمات الخالية من المحولات يثبت أنه مفيد جدًا في حالات معينة حيث يجب أن تكون تكلفة إنتاج منتج معين أقل ، إلا أن التصميم لا يوفر عزلًا كلفانيًا من أنابيب التيار المتردد وبالتالي يجب استخدامه فقط في المنتجات التي لا تتلامس بشكل مباشر مع البشر. على سبيل المثال ، يمكن استخدامه في مصابيح LED عالية الطاقة ، حيث يكون الغلاف مصنوعًا من البلاستيك الصلب ، ولا يتعرض أي جزء من الدائرة لتفاعل المستخدم بمجرد تثبيته. تكمن مشكلة هذه الأنواع من الدوائر في أنه في حالة فشل وحدة الإمداد بالطاقة ، فقد تعكس الجهد العالي للتيار المتردد عبر الخرج ويمكن أن يصبح فخًا للموت.

عيب آخر هو أن هذه الدوائر تقتصر على التصنيف الحالي المنخفض. هذا لأن تيار الخرج يعتمد على قيمة المكثف المستخدم ، لتصنيف التيار العالي ، يجب استخدام مكثف كبير جدًا. هذه مشكلة لأن المكثفات الضخمة تزيد أيضًا من مساحة اللوحة وتزيد من تكلفة الإنتاج. أيضًا ، لا تحتوي الدائرة على دائرة حماية ، مثل حماية الدائرة القصيرة للإخراج ، والحماية من التيار الزائد ، والحماية الحرارية ، وما إلى ذلك. إذا كانت هناك حاجة إلى إضافتها ، فإنها تزيد أيضًا من التكلفة والتعقيد. حتى لو تم كل شيء بشكل جيد ، فهي غير موثوقة.

لذا ، فإن السؤال هو ، هل هناك أي حل يمكن أن يكون أرخص وفعالًا وبسيطًا وأصغر حجمًا جنبًا إلى جنب مع جميع دوائر الحماية لإنشاء دائرة تشغيل تيار متردد غير معزولة إلى دائرة تشغيل LED عالية الطاقة؟ الجواب نعم وهذا بالضبط ما سنقوم ببنائه في هذا البرنامج التعليمي.

اختيار الصمام المناسب لمصباح LED الخاص بك

تتمثل الخطوة الأولى في تصميم دائرة تشغيل لمبة LED في تحديد الحمل ، أي مؤشر LED الذي سنستخدمه في مصابيحنا. يتم عرض العناصر التي نستخدمها في هذا المشروع أدناه.

المصابيح الموجودة في الشريط أعلاه عبارة عن 5730 عبوة 0.5 وات من المصابيح البيضاء الباردة بتدفق ضوئي يبلغ 57 لومن. و الجهد إلى الأمام هو 3.2V الحد الأدنى إلى الحد الأقصى 3.6V مع الأمام الحالية 120 إلى 150 مللي أمبير. لذلك ، لإنتاج 200 لومن من الضوء ، يمكن استخدام 4 مصابيح LED في سلسلة. سيكون الجهد المطلوب لهذا الشريط 3.4 × 4 = 13.6 فولت وسيتدفق التيار 100-120 مللي أمبير عبر كل مصباح.

هنا هو التخطيطي لمصابيح LED في سلسلة -

LNK304 - سائق الصمام IC

برنامج التشغيل IC المحدد لهذا التطبيق هو LNK304. يمكنه توفير الحمل المطلوب بنجاح لهذا التطبيق إلى جانب إعادة التشغيل التلقائي والدارة القصيرة والحماية الحرارية. يمكن رؤية الميزات في الصورة أدناه -

اختيار المكونات الأخرى

يعتمد اختيار المكونات الأخرى على برنامج التشغيل IC المحدد. في حالتنا ورقة البيانات ، يستخدم التصميم المرجعي مقومًا نصف موجة باستخدام ثنائيات استرداد قياسية. ولكن في هذا التطبيق ، استخدمنا جسر الصمام الثنائي لتصحيح الموجة الكاملة. قد يزيد من تكلفة الإنتاج ، ولكن في النهاية ، فإن مقايضات التصميم مهمة أيضًا لتوصيل الطاقة المناسبة عبر الحمل. يمكن رؤية الرسم التخطيطي بدون قيم في الصورة أدناه ، والآن دعنا نناقش كيفية تحديد القيم

لذلك ، يتم تحديد Diode Bridge BR1 DB107 لهذا التطبيق. ومع ذلك ، يمكن أيضًا اختيار 500mA Diode Bridge لهذا التطبيق. بعد جسر الصمام الثنائي ، يتم استخدام مرشح pi حيث يلزم وجود مكثفتين كهربائيتين مع محث. سيؤدي ذلك إلى تصحيح التيار المستمر وتقليل EMI أيضًا. قيم المكثفات المحددة لهذا التطبيق هي 10 فائق التوهج 400V إلكتروليت المكثفات. يجب أن تكون القيم أعلى من 2.2 فائق التوهج 400 فولت. لأغراض تحسين التكلفة ، يمكن أن يكون 4.7 فائق التوهج إلى 6.8 فائق التوهج هو الخيار الأفضل.

بالنسبة للمحث ، يوصى باستخدام أكثر من 560 درجة مئوية مع 1.5A من التصنيف الحالي. لذلك ، يتم تحديد C1 و C2 ليكونا 10 فائق التوهج 400 فولت و L1 كـ 680 فائق التوهج وجسر ديود 1.5 أمبير DB107 لـ DB1.

يتم تغذية DC المعدل في برنامج التشغيل IC LNK304. يجب توصيل دبوس التجاوز بالمصدر بواسطة مكثف 0.1 فائق التوهج 50 فولت. لذلك C3 هو مكثف سيراميك 0.1 فائق التوهج 50 فولت. مطلوب D1 ليكون ديود فائق السرعة مع وقت استرداد عكسي 75 نانوثانية. تم تحديده كـ UF4007.

FB هو دبوس التغذية المرتدة ويستخدم المقاوم R1 و R2 لتحديد جهد الخرج. الجهد المرجعي عبر دبوس FB هو 1.635 فولت ، يقوم IC بتبديل جهد الخرج حتى يحصل على هذا الجهد المرجعي على دبوس التغذية المرتدة الخاص به. لذلك ، باستخدام حاسبة بسيطة لمقسم الجهد ، يمكن تحديد قيمة المقاومات. لذلك ، للحصول على 13.6 فولت كناتج ، يتم تحديد قيمة المقاوم بناءً على الصيغة أدناه

Vout = (مصدر الجهد x R2) / (R1 + R2)

في حالتنا Vout هو 1.635V ، جهد المصدر هو 13.6V. اخترنا قيمة R2 كـ 2.05 كيلو. إذن ، R1 هو 15 كيلو. بدلاً من ذلك ، يمكنك استخدام هذه الصيغة لحساب جهد المصدر أيضًا. يتم تحديد المكثف C4 على أنه 10 فائق التوهج 50 فولت. D2 هو مقوم قياسي للديود 1N4007. L2 هو نفسه L1 لكن التيار يمكن أن يكون أقل. L2 هي أيضًا 680uH بتصنيف 1.5A.

يتم تحديد مكثف مرشح الخرج C5 على أنه 100 فائق التوهج 25 فولت. R3 هو الحد الأدنى للحمل الذي يستخدم لأغراض التنظيم. لتنظيم الحمل الصفري ، يتم تحديد القيمة على أنها 2.4 كيلو. يتم عرض التخطيطي المحدث مع جميع القيم أدناه.

عمل حلبة سائق LED غير قابلة للتحويل

الدائرة الكاملة تعمل في MDCM (وضع التوصيل المتقطع في الغالب) طوبولوجيا تبديل الحث. يتم إجراء التحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر بواسطة جسر الصمام الثنائي ومرشح باي. بعد الحصول على DC المعدل ، تتم مرحلة معالجة الطاقة بواسطة LNK304 و D1 و L2 و C5. يكون انخفاض الجهد عبر D1 و D2 متماثلًا تقريبًا ، حيث يتحقق المكثف C3 من جهد الخرج واعتمادًا على الجهد عبر المكثف C3 يتم استشعاره بواسطة LNK304 باستخدام مقسم الجهد وتنظيم خرج التبديل عبر دبابيس المصدر.

بناء حلبة سائق LED

جميع المكونات المطلوبة لإنشاء الدائرة ، باستثناء المحاثات. ومن ثم علينا أن نلف محثنا باستخدام سلك نحاسي مطلي بالمينا. يوجد الآن نهج رياضي لحساب نوع اللب ، وسمك السلك ، وعدد الدورات وما إلى ذلك. ولكن لغرض التبسيط ، سنقوم فقط ببعض المنعطفات باستخدام البكرة المتاحة والأسلاك النحاسية ونستخدم مقياس LCR للتحقق مما إذا كنا قد وصلنا القيمة المطلوبة. بشرط أن مشروعنا ليس حساسًا للغاية لقيمة المحرِّض والتصنيف الحالي منخفض ، هذه الطريقة الخام ستعمل بشكل جيد. إذا لم يكن لديك مقياس LCR ، يمكنك أيضًا استخدام راسم الذبذبات لقياس قيمة المحرِّض باستخدام طريقة تردد الطنين.

توضح الصورة أعلاه أنه تم فحص المحاثات وأن القيمة أكبر من 800 درجة مئوية. يتم استخدامه مع L1 و L2. لوح نحاسي بسيط مصنوع أيضًا لمصابيح LED. الدائرة مبنية في لوح التجارب.

اختبار حلبة السائق LED

يتم اختبار الدائرة أولاً باستخدام VARIAC (محول متغير) ثم التحقق من جهد الدخل العالمي الذي هو 110 فولت / 220 فولت تيار متردد. يتم توصيل المتر المتعدد الموجود على اليسار عبر إدخال التيار المتردد ويتم توصيل مقياس متعدد آخر على اليمين عبر مؤشر LED واحد للتحقق من جهد الخرج DC.

يتم أخذ القراءة بثلاثة جهد إدخال مختلف. أول واحد في الجانب الأيسر يظهر جهد إدخال يبلغ 85VAC وعبر مصباح واحد يظهر 3.51 فولت بينما يتغير جهد الصمام عبر جهد إدخال مختلف قليلاً. يمكن العثور على فيديو العمل بالتفصيل أدناه.