👩🏾‍🤝‍👨🏿 👯 🚸 Pilote LED avec un coût de nomenclature inférieur à 1 $. C'est possible? 🙅🏿 👩‍🏭 🗼

Le développement de pilotes LED est une tâche intéressante et complexe. Le marché dans ce sens est très saturé - il semble parfois que la production de lampes LED soit partout. À partir du garage et se terminant par d'énormes usines. Quant aux conducteurs, des géants comme Philips ou Meanwell d'une part, de beaux chinois comme Moso et Billion de l'autre, des chinois non-nomiques de l'autre ... Dans ces conditions, la tâche d'optimiser le produit pour le prix s'ajoute aux composants d'ingénierie (circuits et design).

Je parle donc du développement de pilotes LED avec une limitation significative du prix des composants.

Dans mon article précédent, j'ai effectué une petite analyse des exigences pour les équipements LED, ainsi que la documentation réglementaire qui décrit ces exigences. Il est temps de parler du développement. Comme vous le savez, "sans savoirs traditionnels - le résultat est imprévisible", nous commencerons par là.

Exigences en matière de savoirs traditionnels

Tension d'alimentation 230 ± 10%
Consommation électrique 15 W
Tension de sortie: 110 - 120V
Isolement galvanique: non requis
Ondulations d'un flux lumineux: pas plus de 5%
Efficacité lumineuse: pas moins de 100lm / W
Facteur de puissance: au moins 0,9 (également travailler sur l'option 0,5)
Restrictions de conception: hauteur de l'élément 14 mm, SMD maximum (si possible).
Le coût des composants du pilote LED: pas plus de 1 $

Analyse des options de circuits du pilote de LED

Considérez les options de mise en œuvre.

Option sans KKM. Dans ce cas, comme la tension de sortie est de 110 à 120 V, vous devez faire un convertisseur abaisseur. À l'entrée du convertisseur abaisseur, d'un redresseur et d'un condensateur de stockage, cela donnera une tension constante (ondulation) d'environ 310 V. Afin de rendre plus clair ce qui est discuté, je donnerai ci-après pour chaque option des exemples de microcircuits sur lesquels il est possible de mettre en œuvre la structure considérée. Exemples de microcircuits pour un convertisseur abaisseur sans KKM: LM3444, HV9910B, HV9961, BP2831.

Stabilisateur combiné KKM / courant à un étage.Une option lorsqu'un étage de la conversion fournit la consommation de courant sinusoïdale d'entrée et la stabilisation du courant de la ligne LED. Exemples de puces: TPS92074, BP2366, PT6917. Il existe des options exotiques comme HV9931.

Pilote de ligne. Une option lorsque la stabilisation du courant est fournie en dissipant une partie de la puissance du régulateur (par analogie avec un stabilisateur linéaire). Exemples de puces NSI45090, FAN5640, PT6913, BCR402, BP5131.

Deux étages: PFC + stabilisateur de courant.Le premier étage est un boost KKM, après quoi une tension constante de 380-400V est obtenue sur le condensateur de stockage. Le convertisseur abaisseur du deuxième étage avec stabilisation du courant. Étant donné que cette solution est généralement utilisée pour les pilotes de LED plus puissants, une puce avec une clé étrangère est généralement utilisée pour le premier étage (KKM), par exemple NCP1650, UCC38051, LT1249.

Un étage avec KKM passif comme "Valley fill". KKM de ce type est un schéma assez bien connu ~~dans les cercles étroits~~ , je vais en parler plus en détail ci-dessous.

Utilisez un filtre actif.Il ne s'agit pas d'une option indépendante, mais d'un ajout à l'une des options, ce qui permet de réduire le courant d'ondulation et, par conséquent, l'ondulation du flux lumineux. Un filtre actif peut être implémenté à la fois sur un effet de champ et sur un transistor bipolaire. Exemple de circuit:

Il existe également des microcircuits spéciaux à cet effet, par exemple BP5609, JW1210.

Il existe d'autres options pour construire des pilotes LED, par exemple, un convertisseur flyback ou un pilote linéaire segmenté, ils ne sont pas pris en compte, car ils ne correspondent évidemment pas aux exigences des savoirs traditionnels.

Pour faciliter l'analyse, les avantages et les inconvénients des options envisagées sont résumés dans le tableau:

Type de pilote	avantages	Moins
Option sans KKM (buck)	Pas beaucoup d'éléments moins cher, plus compact. En présence d'un électrolyte à l'entrée, une faible ondulation de lumière peut être prévue.	PF faible.
(APFC-buck)	➔ , . PF.	20-30%.
	➔ . . .	➔ , . PF.
	➔ . PF. . TRIAC-.	➔ , . 100%.
(boost PFC+buck)	PF. .	Deux convertisseurs ➔ plus d'éléments ➔ plus chers, plus de dimensions.
Étape unique + remplissage de la vallée	Le correcteur VF est plus simple que l'APFC à part entière ➔ moins cher, plus compact que deux étages.	La tension de sortie VF est pulsatoire, avec une valeur minimale de Uin / 2. Il est difficile d'obtenir un PF supérieur à 0,9. Ne convient pas aux solutions puissantes.
Application de filtre actif	Permet de réduire l'ondulation de la lumière.	Dissipe la puissance et aggrave l'efficacité.

Un peu sur le correcteur de remplissage Valley

Avant d'analyser et de choisir des options, vous devez expliquer brièvement ce qu'est un correcteur passif Valley Fill. Le schéma ressemble à ceci:

Les condensateurs C1, C2 sont chargés chacun à la moitié de l'amplitude de tension du réseau. L'essence du circuit est que les condensateurs C1, C2, utilisant les diodes D1, D2, D3, sont commutés de la connexion série (lors de la charge) à la connexion parallèle (lors de la décharge pour la charge). En conséquence, la charge est alimentée par l'énergie des condensateurs uniquement pendant les périodes où la valeur de la tension secteur redressée devient inférieure à la moitié de la valeur d'amplitude. Ainsi, la durée de la consommation de courant du réseau s'allonge et le facteur de puissance augmente. Cependant, le circuit présente un inconvénient important - la tension de sortie a une ondulation importante - jusqu'à la moitié de la tension. Cela affecte le choix de la tension de la ligne LED, elle doit être inférieure à la moitié de la valeur d'amplitude de la tension d'entrée plus une certaine marge.

Pour clarifier le fonctionnement de PFC, Valley-Fill a créé un modèle d'épices dans LTspice:

Le modèle est disponible ici . Vous pouvez télécharger et expérimenter, voir comment cela fonctionne.

Choix de la structure du driver LED

Vous devez d'abord mettre en évidence le problème de l'isolation galvanique. L'appareil (lampe) dans son ensemble est un produit de classe II pour la sécurité électrique. Pourquoi l'isolation galvanique n'est-elle pas requise? Si l'appareil se trouve dans un boîtier en plastique sans éléments métalliques pouvant être touchés par une personne, l'isolation n'est pas nécessaire, car la protection est fournie par le boîtier. Cela peut être vu dans l'exemple des lampes LED - les conducteurs des lampes LED ne sont jamais isolés galvaniquement.

Il est évident que j'ai dû abandonner l'option en deux étapes. Même si je parviens à trouver des microcircuits avec des touches d'alimentation intégrées pour les deux étapes (et pour augmenter le PFC dans la première étape d'examen (rapidement), je n'ai pas pu trouver de tels microcircuits, sauf pour certains monstres dans le boîtier géant de Power Integrations), alors c'est toujours il y aura deux microcircuits de puissance et deux selfs. Pour l'avenir, je dirai que c'est l'accélérateur qui ajoute une part importante au coût de la nomenclature. L'option s'avère chère, en plus, j'ai compris la disposition et j'ai réalisé qu'elle ne tiendrait pas sur une planche d'une taille donnée.

Ensuite, j'ai rejeté les pilotes linéaires. La raison numéro un est la tension de sortie de 120 V, ce qui signifie que plus de la moitié de la puissance devra être dissipée sur la jauge linéaire, ce n'est certainement pas admissible. Même si nous étions d'accord sur l'augmentation de la tension de la ligne LED (et j'ai eu une telle opportunité), alors pour de telles capacités, le pilote linéaire n'est pas très applicable. La grande dissipation de puissance dans un boîtier en plastique compact en fera un appareil de chauffage.

Plus précisément, il est possible d'utiliser un pilote de LED linéaire pour une telle puissance, mais uniquement en sacrifiant un facteur de puissance ou un coefficient d'ondulation de la lumière, ce que je n'allais pas faire. C'est la deuxième raison - il est impossible d'obtenir les caractéristiques spécifiées ni par PF ni par KP de lumière.

Comme vous vous en souvenez des exigences des savoirs traditionnels, je dois proposer deux options: une sans PFC et la seconde avec Pf au moins 0,9. À la suite de l'analyse, le choix de la première option est évident - il s'agit d'un convertisseur abaisseur avec stabilisation du courant de sortie. Autrement dit, le filtre d'entrée, le redresseur, le condensateur électrolytique de grande capacité, le convertisseur abaisseur. Cette option est assez simple et, en général, pas si intéressante à considérer. De plus, je ne considérerai que l'option avec KKM.

Mais pour la deuxième option, je suis tombé sur un choix difficile: {Correcteur de remplissage de vallée + convertisseur abaisseur} ou {APFC-buck + filtre de sortie actif}. Sans le filtre actif, il ne serait pas possible d'obtenir les pulsations de lumière données - c'était évident pour moi.

Il y avait de tels doutes. Un circuit de filtrage actif est un transistor de puissance supplémentaire et, par conséquent, une augmentation de prix, ainsi que des pertes supplémentaires, signifient une diminution de l'efficacité. Dans une autre option, j'étais confus si je pouvais obtenir le Pf requis en utilisant le schéma «Valley fill». D'une part, en note d'IR recevoir un facteur de puissance allant jusqu'à 0,96, mais il y a aussi des nuances. Par exemple, je ne voulais pas augmenter excessivement la résistance de la résistance Rvf. De plus, il y avait un risque qu'il n'y ait pas assez de marge de tension pour une régulation normale du buck. La modélisation a montré qu'il y a suffisamment de stock, mais pas le fait qu'il le sera également dans la réalité.

Ainsi, l'option avec le correcteur «Valley fill» à mon avis a permis d'obtenir un prix inférieur ou identique, avec une augmentation de l'efficacité, cela a été décisif dans mon choix.

Conception de circuits

Le diagramme est illustré dans la figure:

Description des éléments du circuit:

FU1 - fusible, requis par les exigences de sécurité;

RV1 - varistance pour supprimer le bruit pulsé microseconde de haute énergie, ainsi que les interférences pulsées nanosecondes;

R1, R2 - résistances pour la décharge du condensateur d'entrée lorsque l'appareil est déconnecté du réseau;

C1 - condensateur du filtre d'interférence d'entrée (condensateur de classe X2), supprime le bruit conduit dans le réseau, et aussi avec RV1 aide à lutter contre le bruit impulsif;

L1, L3, R3, R4 - éléments du filtre d'interférence d'entrée (conducteur, pulsé);

VD1 - pont redresseur;

C2, C3, VD2 ... VD4, R5 - éléments du correcteur «Valley fill»;

C4 - convertisseur abaisseur de condensateur d'entrée;

R6, R8 - résistances qui alimentent la puce;

R7 - une résistance qui définit le seuil de protection pour dépasser la tension de sortie (lorsque la ligne LED se casse);

C5 - condensateur pour la puissance des microcircuits;

DA1 - un microcircuit convertisseur abaisseur avec un MOSFET de puissance intégré;

R9, R10 - résistances shunt de courant;

VD5 - convertisseur abaisseur à diode de puissance;

L3 - convertisseur abaisseur de convertisseur de puissance;

C6 - capacité de sortie.

Sélection d'articles

Fusible. Je n'ai pas eu à chercher longtemps, le fusible SMD compact 25F-010H de Hollyland pour seulement 0,048 $.

Varistance. Ensuite, j'ai dû transpirer. Il semble maintenant que je connaisse tous les fabricants de varistances CMS en Chine et à Taiwan. À partir de ce qui convient et livré, j'ai fait une liste et cité ces éléments:

En conséquence, même les prix chinois ont été horrifiés, j'ai dû abandonner SMD dans ce cas, et le choix s'est porté sur la varistance TVR05391KSY pour 0,027 $.

J'ai également considéré les fabricants européens, par exemple, Epcos a des varistances SMD, mais encore plus chères, malheureusement.

Condensateur X. Les options CMS pour de tels condensateurs sont très coûteuses, donc 0,1 μF 10% 300V X2 J104K300A100 du ~~plus grand~~ fabricant mondial Chiefcon est le meilleur choix pour 0,036 $.

Condensateurs électrolytiques.Le choix des électrolytes CMS à 200V n'est pas si grand, et ceux qui s'avèrent être de taille gigantesque. Considéré comme la série "VE", "VEJ" de Lelon, "ULR", "UUG", "UUJ" de Nichicon, etc. 10 microfarads au format 12,5x13,5 ne me convenaient pas. En conséquence, je suis tombé sur un fabricant chinois intéressant Ymin, dont le site Web dit "Petit expert". En effet, la série VKM, 12 microfarads au format 8x12,5, est une excellente option et pour seulement 0,046 $ par pièce. Donnez-en deux.

Diodes.Le pont de diodes MB6S (0,028), la diode de puissance a choisi le type ES1J - tout est standard ici, mais je voulais choisir les plus petites diodes pour le remplissage Valley et j'ai trouvé une version très intéressante du GS10xxFL de PANJIT. Diodes pour tensions jusqu'à 1000V dans le boîtier SOD-123, vous plaisantez? Non, ils existent. En conséquence, le GS1006FL n'est que de 0,019 $. Trouver le même ultra-rapide et peut être utilisé comme diode de puissance pour abaissé. J'ai laissé cette idée avant de réaliser des tests thermiques. Si ES1J ne chauffe pas, vous pouvez y penser.

Étouffements.Au départ, je me suis tourné vers Eurobrands, mais la citation a montré que le plus bon marché de ce qui me convient est SRR1208 pour 0,28 $ de Bourns. Même Wurth n'a pas été proposé à moins de 0,3 $. Ceci est un étranglement de puissance. En conséquence, j'ai tourné le vecteur de recherche vers les marques asiatiques. Après avoir examiné et cité les produits de bureaux tels que Ferriwo, ABC Taiwan, Fuantronics, Coilmaster, j'ai opté pour la variante SRI1207 de la société taïwanaise Coremaster. Pour seulement 0,142 $.

Puce.J'ai décidé d'opter pour BPS, car ils ont un large portefeuille dans le domaine des microcircuits pour pilotes LED, j'ai rencontré leurs produits dans de nombreux appareils, et il y a aussi un distributeur en Russie - Platan. J'ai choisi une puce avec un interrupteur d'alimentation intégré BP2832AJ - il a des "frères aînés" (ou "sœurs") compatibles broche à 2 broches BP2833 et BP2836 avec une résistance de canal inférieure du MOSFET intégré (si vous devez soudainement augmenter la puissance) ou obtenir plus d'efficacité). De plus, cette puce peut être achetée en Fédération de Russie.

Nomenclature finale:

0,81 $ est un bon résultat pour la première version. Il y a une petite marge - parce que vous savez comment cela se produit, après avoir testé la première itération de la carte, une sorte de ... décalage apparaît généralement, et vous devez ajouter quelques éléments "magiques" de trois dollars chacun.

Conclusion

Comment réduire le bruit conduit sans ajouter de nouveaux éléments au circuit? Pourquoi les résistances à couches minces ne peuvent-elles pas être utilisées dans le correcteur de remplissage Valley? Comment augmenter l'efficacité lumineuse de la lampe sans augmenter l'efficacité du driver LED? Vous apprendrez les réponses à ces questions et à d'autres dans la deuxième partie de cet article. L'article sera consacré aux tests que l'auteur, ainsi qu'à la première itération de la planche, devront passer, ainsi qu'au développement de la deuxième itération du dispositif.

Le pouvoir est cool - faites-le.

Pilote LED avec un coût de nomenclature inférieur à 1 $. C'est possible?