Sirkuit driver led tanpa transformator untuk desain bohlam led berbiaya rendah yang andal

Bohlam LED dikatakan 80% lebih efisien daripada opsi pencahayaan konvensional lainnya seperti lampu fluorescent dan lampu pijar. Adaptasi cepat dari bohlam LED sudah terlihat di sekitar kita dan nilai pasar bohlam LED global telah mencapai sekitar $ 5,4 Miliar pada tahun 2018. Sebuah tantangan, dalam merancang bohlam LED ini adalah lampu LED, seperti yang kita ketahui bekerja pada tegangan DC dan listrik. Catu daya tersebut adalah AC, oleh karena itu perlu dirancang rangkaian Driver LED yang dapat mengubah tegangan listrik AC menjadi tegangan DC yang sesuai dengan kebutuhan lampu LED tersebut. Pada artikel ini kami akan merancang rangkaian driver LED berbiaya rendah yang praktis menggunakan LNK302 Switching IC untuk menyalakan empat LED (dalam seri) yang dapat menghasilkan 200 Lumens yang beroperasi pada 13.6V dan memakan sekitar 100-150mA.

Peringatan: Sebelum kita melangkah lebih jauh, sangat penting untuk memastikan bahwa Anda bekerja dengan sangat hati-hati di sekitar sumber listrik AC. Sirkuit dan detail yang diberikan di sini telah diuji dan ditangani oleh para ahli. Kecelakaan apa pun dapat menyebabkan kerusakan serius dan mungkin juga mematikan. Bekerja dengan resiko Anda sendiri. Anda telah diperingatkan.

Sirkuit Catu Daya Transformerless

Sirkuit driver LED yang sangat kasar dapat dibuat menggunakan metode Capacitor Dropper, seperti yang kami lakukan di proyek catu daya Transformerless sebelumnya. Sementara sirkuit ini masih digunakan di beberapa produk elektronik yang sangat murah, ia menderita banyak kekurangan yang akan kita bahas nanti. Karenanya dalam tutorial ini kita tidak akan menggunakan metode Capacitor Dropper, melainkan membangun rangkaian driver LED yang andal menggunakan IC switching.

Kekurangan Rangkaian Catu Daya Transfromerless Drop Kapasitor

Jenis rangkaian catu daya tanpa transformator ini lebih murah daripada catu daya mode sakelar standar karena jumlah komponen yang rendah dan tidak adanya magnet (transformator). Ini menggunakan rangkaian penetes kapasitor yang menggunakan reaktansi kapasitor untuk menjatuhkan tegangan input.

Meskipun jenis desain tanpa trafo ini terbukti sangat berguna dalam kasus-kasus tertentu di mana biaya produksi produk tertentu harus lebih rendah, desain tersebut tidak menyediakan Isolasi Galvanik dari sumber listrik AC dan oleh karena itu hanya boleh digunakan pada produk yang tidak bersentuhan langsung. dengan manusia. Misalnya, dapat digunakan pada lampu led berdaya tinggi, yang penutupnya terbuat dari plastik keras, dan tidak ada bagian sirkuit yang terbuka untuk interaksi pengguna setelah dipasang. Masalah dengan jenis sirkuit ini adalah jika unit catu daya gagal, itu dapat mencerminkan tegangan AC input tinggi di output dan itu bisa menjadi perangkap kematian.

Kelemahan lainnya adalah rangkaian ini terbatas pada peringkat arus rendah. Hal ini dikarenakan arus keluaran bergantung pada nilai kapasitor yang digunakan, untuk arus yang lebih tinggi maka harus digunakan kapasitor yang sangat besar. Ini menjadi masalah karena kapasitor besar juga meningkatkan ruang papan dan meningkatkan biaya produksi. Juga, sirkuit tidak memiliki sirkuit perlindungan, seperti proteksi hubung singkat keluaran, proteksi arus berlebih, proteksi termal, dll. Jika perlu ditambahkan, ini juga meningkatkan biaya dan kompleksitas. Sekalipun semuanya dilakukan dengan baik, mereka tidak dapat diandalkan.

Lantas, pertanyaannya adalah, adakah solusi yang bisa lebih murah, efisien, sederhana, dan berukuran lebih kecil beserta semua rangkaian proteksi untuk membuat rangkaian driver LED berdaya tinggi non-isolator AC ke DC? Jawabannya adalah ya dan itulah yang akan kita buat dalam tutorial ini.

Memilih LED yang tepat untuk bohlam LED Anda

Langkah pertama dalam mendesain rangkaian driver bohlam LED adalah menentukan beban, yaitu LED yang akan kita gunakan di bohlam kita. Yang kami gunakan dalam proyek ini ditunjukkan di bawah ini.

LED pada strip di atas adalah LED putih dingin 5730 paket 0,5 watt dengan fluks bercahaya 57lm. The tegangan maju 3.2V minimum ke 3.6V maksimal dengan maju saat ini 120 sampai 150 mA. Oleh karena itu, untuk menghasilkan cahaya 200 lumens, 4 LED dapat digunakan secara seri. Tegangan yang diperlukan untuk strip ini adalah 3.4 x 4 = 13.6V dan arus 100-120mA akan mengalir melalui setiap led.

Berikut adalah skema LED secara seri -

LNK304 - IC Driver LED

IC driver yang dipilih untuk aplikasi ini adalah LNK304. Itu berhasil dapat memberikan beban yang diperlukan untuk aplikasi ini bersama dengan restart otomatis, korsleting, dan perlindungan termal. Fiturnya bisa dilihat pada gambar di bawah ini -

Memilih komponen lainnya

Pemilihan komponen lain tergantung pada IC driver yang dipilih. Dalam kasus kami, lembar data, desain referensi menggunakan penyearah setengah gelombang menggunakan dua dioda pemulihan standar. Namun dalam aplikasi ini, kami menggunakan Diode Bridge untuk penyearah gelombang penuh. Ini dapat meningkatkan biaya produksi, tetapi pada akhirnya, pengorbanan desain juga penting untuk pengiriman daya yang tepat melintasi beban. Diagram skematik tanpa nilai dapat dilihat pada gambar di bawah ini, sekarang mari kita bahas cara memilih nilainya

Jadi, Diode Bridge BR1 dipilih DB107 untuk aplikasi ini. Namun, Jembatan Diode 500mA juga dapat dipilih untuk aplikasi ini. Setelah jembatan dioda, filter pi digunakan di mana dua kapasitor elektrolitik diperlukan bersama dengan induktor. Ini akan memperbaiki DC dan juga mengurangi EMI. Nilai kapasitor yang dipilih untuk aplikasi ini adalah kapasitor elektrolitik 10uF 400V. Nilainya harus lebih tinggi dari 2.2uF 400V. Untuk tujuan pengoptimalan biaya, 4.7uF hingga 6.8uF bisa menjadi pilihan terbaik.

Untuk induktor, direkomendasikan lebih dari 560uH dengan nilai arus 1,5A. Oleh karena itu, C1 dan C2 dipilih menjadi 10uF 400V dan L1 sebagai 680uH dan jembatan dioda 1.5A DB107 untuk DB1.

DC yang diperbaiki dimasukkan ke dalam IC driver LNK304. Pin bypass harus dihubungkan ke sumber dengan kapasitor 0.1uF 50V. Oleh karena itu C3 adalah kapasitor keramik 0.1uF 50V. D1 diperlukan untuk menjadi dioda ultrafast dengan waktu pemulihan terbalik 75 ns. Itu dipilih sebagai UF4007.

FB adalah pin umpan balik dan resistor R1 dan R2 digunakan untuk menentukan tegangan keluaran. Tegangan referensi di pin FB adalah 1.635V, IC mengalihkan tegangan output sampai memperoleh tegangan referensi ini pada pin umpan baliknya. Oleh karena itu, dengan menggunakan kalkulator pembagi tegangan sederhana, nilai resistor dapat dipilih. Jadi, untuk mendapatkan 13.6V sebagai keluaran, nilai resistor dipilih berdasarkan rumus di bawah ini

Vout = (Sumber tegangan x R2) / (R1 + R2)

Dalam kasus kami Vout adalah 1.635V, tegangan Sumber adalah 13.6V. Kami memilih nilai R2 sebagai 2.05k. Jadi, R1 adalah 15k. Alternatifnya, Anda dapat menggunakan rumus ini untuk juga menghitung tegangan sumber. Kapasitor C4 dipilih sebagai 10uF 50V. D2 adalah dioda penyearah standar 1N4007. L2 sama dengan L1 tetapi arusnya bisa lebih kecil. L2 juga 680uH dengan rating 1.5A.

Kapasitor filter keluaran C5 dipilih sebagai 100uF 25V. R3 adalah beban minimum yang digunakan untuk keperluan regulasi. Untuk regulasi beban nol, nilainya dipilih sebagai 2.4k. Skema yang diperbarui bersama dengan semua nilai ditampilkan di bawah ini.

Cara Kerja Sirkuit Driver LED Transformerless

Sirkuit lengkap bekerja di MDCM (Mostly Discontinuous Conduction Mode) Inductor switching Topology. Konversi AC ke DC dilakukan oleh jembatan dioda dan filter pi. Setelah mendapatkan DC yang diperbaiki, tahap pemrosesan daya dilakukan oleh LNK304 dan D1, L2 dan C5. Penurunan tegangan di D1 dan D2 hampir sama, kapasitor C3 memeriksa tegangan output dan tergantung pada tegangan kapasitor C3 yang dirasakan oleh LNK304 menggunakan pembagi tegangan dan mengatur output switching di pin sumber.

Membangun Sirkuit Driver LED

Semua komponen yang diperlukan untuk membangun rangkaian, kecuali induktor. Oleh karena itu kita harus memutar Induktor kita sendiri menggunakan kawat tembaga berenamel. Sekarang ada pendekatan matematis untuk menghitung jenis inti, ketebalan kawat, jumlah lilitan, dll. Tetapi untuk tujuan kesederhanaan kita hanya akan membuat beberapa putaran dengan kumparan dan kawat tembaga yang tersedia dan menggunakan pengukur LCR untuk memeriksa apakah kita telah mencapai nilai yang dibutuhkan. Karena proyek kami tidak terlalu sensitif terhadap nilai induktor dan peringkat saat ini rendah, cara kasar ini akan bekerja dengan baik. Jika Anda tidak memiliki pengukur LCR, Anda juga dapat menggunakan osiloskop untuk mengukur nilai Induktor menggunakan metode frekuensi resonansi.

Gambar di atas menunjukkan bahwa Induktor diperiksa dan nilainya lebih dari 800uH. Ini digunakan untuk L1 dan L2. Papan berlapis tembaga sederhana juga dibuat untuk LED. Sirkuit dibuat di papan tempat memotong roti.

Menguji Sirkuit driver LED

Rangkaian ini terlebih dahulu diuji menggunakan VARIAC (Variable Transformer) kemudian dicek tegangan input universal yaitu tegangan AC 110V / 220V. Multimeter di sebelah kiri terhubung melintasi input AC dan multimeter lain di sebelah kanan terhubung melintasi satu LED untuk memeriksa tegangan DC output.

Pembacaan dilakukan dalam tiga tegangan input yang berbeda. Yang pertama di sisi kiri menunjukkan tegangan input 85VAC dan di satu led itu menunjukkan 3.51V sedangkan tegangan led di tegangan input yang berbeda sedikit berubah. Video kerja secara rinci dapat ditemukan di bawah.