👧 🕑 🕴🏻 $ 1 से कम की BOM लागत वाला एलईडी ड्राइवर। क्या यह संभव है? 🎀 🐘 💅🏾

एलईडी ड्राइवर विकास एक दिलचस्प और जटिल कार्य है। इस दिशा में बाजार बहुत संतृप्त है - कभी-कभी ऐसा लगता है कि एलईडी लैंप का उत्पादन हर जगह है। गैरेज से शुरू और विशाल कारखानों के साथ समाप्त होता है। जैसा कि ड्राइवरों के लिए, एक तरफ फिलिप्स या मीनवेल जैसे दिग्गज, दूसरी तरफ मोसो और बिलियन जैसे अच्छे दिखने वाले चीनी, तीसरे पर चीनी नाम नहीं ... इन शर्तों के तहत, कीमत के लिए उत्पाद के अनुकूलन का कार्य इंजीनियरिंग घटकों (सर्किटरी और डिज़ाइन) में जोड़ा जाता है।

इसलिए, मैं घटकों की कीमत पर एक महत्वपूर्ण सीमा के साथ एलईडी-ड्राइवरों के विकास के बारे में बात कर रहा हूं।

अपने पिछले लेख में, मैंने एलईडी उपकरणों के लिए आवश्यकताओं का एक छोटा सा विश्लेषण किया, साथ ही साथ नियामक प्रलेखन जो इन आवश्यकताओं का वर्णन करता है। यह विकास के बारे में बात करने का समय है। जैसा कि आप जानते हैं, "टीके के बिना - परिणाम अप्रत्याशित है", हम इस से शुरू करेंगे।

टीके आवश्यकताओं

आपूर्ति वोल्टेज 230 ± 10%
बिजली की खपत 15 डब्ल्यू
आउटपुट वोल्टेज: 110 - 120 वी
गैल्वेनिक अलगाव: आवश्यक नहीं है
एक प्रकाश धारा के तरंग: 5% से अधिक नहीं
चमकदार दक्षता: 100lm / W से कम नहीं
पावर फैक्टर: कम से कम 0.9 (0.5 विकल्प को भी पूरा करें)
डिजाइन प्रतिबंध: तत्व ऊंचाई 14 मिमी, अधिकतम एसएमडी (यदि संभव हो)।
एलईडी ड्राइवर के घटकों की लागत: $ 1 से अधिक नहीं

एलईडी ड्राइवर सर्किटरी विकल्पों का विश्लेषण

कार्यान्वयन विकल्पों पर विचार करें।

केकेएम के बिना विकल्प। इस मामले में, चूंकि आउटपुट वोल्टेज 110-120 वी है, आपको हिरन कनवर्टर बनाने की आवश्यकता है। हिरन कन्वर्टर, एक रेक्टिफायर और एक स्टोरेज कैपेसिटर के इनपुट पर, यह लगभग 310V का एक स्थिर (तरंग) वोल्टेज देगा। यह स्पष्ट करने के लिए कि क्या चर्चा की जा रही है, इसके बाद प्रत्येक विकल्प के लिए मैं माइक्रोकैरिस्कुट का उदाहरण दूंगा, जिस पर विचार किए गए ढांचे को लागू करना संभव है। केकेएम के बिना एक चरण-डाउन कनवर्टर के लिए माइक्रोक्रिस्किट के उदाहरण: LM3444, HV9910B, HV9961, BP2831।

एक-चरण संयुक्त KKM / वर्तमान स्टेबलाइजर।एक विकल्प जब रूपांतरण का एक चरण इनपुट साइनसोइडल वर्तमान खपत और एलईडी लाइन के वर्तमान स्थिरीकरण प्रदान करता है। चिप उदाहरण: TPS92074, BP2366, PT6917। एचवी 9931 जैसे विदेशी विकल्प हैं।

लाइन ड्राइवर। एक विकल्प जब नियामक पर बिजली के हिस्से को विघटित करके (एक रैखिक स्टेबलाइजर के साथ सादृश्य द्वारा) वर्तमान स्थिरीकरण प्रदान किया जाता है। NSI45090, FAN5640, PT6913, BCR402, BP5131 चिप्स के उदाहरण हैं।

दो चरण: पीएफसी + वर्तमान स्टेबलाइजर।पहला चरण एक बढ़ावा देने वाला केकेएम है, जिसके बाद भंडारण संधारित्र पर 380-400 वी का एक निरंतर वोल्टेज प्राप्त होता है। वर्तमान स्थिरीकरण के साथ दूसरा चरण हिरन कनवर्टर। चूंकि यह समाधान आमतौर पर अधिक शक्तिशाली एलईडी ड्राइवरों के लिए उपयोग किया जाता है, इसलिए विदेशी कुंजी वाली एक चिप आमतौर पर पहले चरण (केकेएम) के लिए उपयोग की जाती है, उदाहरण के लिए, एनसीपी 1650, यूसीसी 38051, एलटी 1249।

"वैली फिल" जैसे निष्क्रिय केकेएम के साथ एक-चरण। इस प्रकार के केकेएम ~~संकीर्ण सर्कल में~~ एक काफी प्रसिद्ध योजना है , मैं इसके बारे में नीचे और अधिक विस्तार से लिखूंगा।

एक सक्रिय फ़िल्टर का उपयोग करें।यह एक स्वतंत्र विकल्प नहीं है, लेकिन विकल्पों में से एक के अतिरिक्त है, जो तरंग वर्तमान को कम करने की अनुमति देता है, और, परिणामस्वरूप, प्रकाश प्रवाह का तरंग। एक सक्रिय फ़िल्टर को क्षेत्र-प्रभाव और द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर पर दोनों लागू किया जा सकता है। उदाहरण सर्किट:

इस उद्देश्य के लिए विशेष माइक्रोक्रिस्केट्स भी हैं, उदाहरण के लिए, बीपी 5609, जेडब्ल्यू 1210।

एलईडी-ड्राइवरों के निर्माण के लिए अन्य विकल्प हैं, उदाहरण के लिए, फ्लाईबैक कनवर्टर या खंडित रैखिक चालक, उन्हें नहीं माना जाता है, क्योंकि वे स्पष्ट रूप से टीके की आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं हैं।

विश्लेषण में आसानी के लिए, विचार किए गए विकल्पों के पेशेवरों और विपक्षों को तालिका में संक्षेपित किया गया है:

ड्राइवर का प्रकार	पेशेवरों	minuses
केकेएम (हिरन) के बिना विकल्प	नहीं कई तत्वों many सस्ता, अधिक कॉम्पैक्ट। इनपुट पर एक इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में, प्रकाश का एक कम तरंग प्रदान किया जा सकता है।	कम पीएफ।
(APFC-buck)	➔ , . PF.	20-30%.
	➔ . . .	➔ , . PF.
	➔ . PF. . TRIAC-.	➔ , . 100%.
(boost PFC+buck)	PF. .	दो कन्वर्टर्स convert अधिक तत्व expensive अधिक महंगे, अधिक आयाम।
सिंगल स्टेज + वैली फिल	VF सुधारक पूर्ण विकसित APFC ➔ सस्ता, दो-चरण से अधिक कॉम्पैक्ट की तुलना में सरल है।	आउटपुट वोल्टेज VF पल्सेटिंग है, जिसमें न्यूनतम मूल्य Uin / 2 है। 0.9 से बेहतर पीएफ मिलना मुश्किल है। शक्तिशाली समाधान के लिए उपयुक्त नहीं है।
सक्रिय फ़िल्टर अनुप्रयोग	प्रकाश के तरंग को कम करने की अनुमति देता है।	शक्ति को ख़राब करना ➔ बिगड़ती दक्षता।

वैली के बारे में थोड़ा सुधारक भरें

विकल्पों का विश्लेषण और चयन करने से पहले, आपको संक्षेप में यह बताने की जरूरत है कि एक वैली फिल पैसिव करेक्टर क्या है। योजना इस प्रकार है:

कैपेसिटर सी 1, सी 2 प्रत्येक को नेटवर्क के आधे वोल्टेज आयाम के लिए चार्ज किया जाता है। सर्किट का सार यह है कि डायोड डी 1, डी 2, डी 3 का उपयोग करने वाले कैपेसिटर सी 1, सी 2, धारावाहिक (जब चार्ज) से समानांतर (जब लोड करने के लिए निर्वहन) के लिए स्विच किए जाते हैं। नतीजतन, लोड केवल कैपेसिटर की ऊर्जा द्वारा अवधि के दौरान संचालित होता है जब सुधारित साधन वोल्टेज का मान आयाम आयाम से आधे से कम हो जाता है। इस प्रकार, नेटवर्क से वर्तमान खपत की अवधि का विस्तार होता है और पावर फैक्टर बढ़ता है। हालांकि, सर्किट में एक महत्वपूर्ण खामी है - आउटपुट वोल्टेज में एक महत्वपूर्ण लहर है - आधे वोल्टेज तक। यह एलईडी लाइन के वोल्टेज की पसंद को प्रभावित करता है, यह इनपुट वोल्टेज के आधे से अधिक आयाम मूल्य और एक निश्चित मार्जिन से कम होना चाहिए।

PFC कैसे काम करता है, यह स्पष्ट करने के लिए, Valley-Fill ने LTspice में एक मसाला मॉडल बनाया:

मॉडल यहां उपलब्ध है । आप डाउनलोड और प्रयोग कर सकते हैं, देखें कि यह कैसे काम करता है।

एलईडी ड्राइवर संरचना की पसंद

सबसे पहले आपको गैल्वेनिक अलगाव के मुद्दे को उजागर करने की आवश्यकता है। एक पूरे के रूप में डिवाइस (दीपक) विद्युत सुरक्षा के लिए द्वितीय श्रेणी का उत्पाद है। गैल्वेनिक अलगाव की आवश्यकता क्यों नहीं है? यदि डिवाइस धातु के तत्वों के बिना एक प्लास्टिक के मामले में है जिसे किसी व्यक्ति द्वारा छुआ जा सकता है, तो अलगाव आवश्यक नहीं है, क्योंकि मामले द्वारा सुरक्षा प्रदान की जाती है। यह एलईडी लैंप के उदाहरण में देखा जा सकता है - एलईडी लैंप में ड्राइवरों को गैल्वेनिक रूप से पृथक नहीं किया जाता है।

यह स्पष्ट है कि मुझे दो-चरण के विकल्प को छोड़ना पड़ा। यहां तक कि अगर मैं दोनों चरणों के लिए बिल्ट-इन पावर कुंजियों के साथ (और पहले समीक्षा चरण में पीएफसी को बढ़ावा देने के लिए माइक्रोक्रिस्किट्स पा सकता हूं) तो मुझे ऐसे माइक्रोक्रिस्केट्स नहीं मिल सकते हैं, पावर इंटीग्रेशन से विशाल मामले में कुछ राक्षस को छोड़कर), फिर भी यह है इसमें दो पावर माइक्रोकिरेट्स और दो चोक होंगे। आगे देखते हुए, मैं कहता हूँ कि यह थ्रॉटल है जो BOM की लागत में एक महत्वपूर्ण हिस्सा जोड़ता है। विकल्प महंगा हो जाता है, इसके अलावा, मैंने लेआउट का पता लगाया और महसूस किया कि यह किसी दिए गए आकार के बोर्ड पर फिट नहीं होगा।

अगला, मैंने रैखिक ड्राइवरों को वापस फेंक दिया। कारण संख्या एक 120V का आउटपुट वोल्टेज है, जिसका अर्थ है कि रैखिक गेज पर आधे से अधिक बिजली को विघटित करने की आवश्यकता होगी, यह निश्चित रूप से स्वीकार्य नहीं है। यहां तक कि अगर हम एलईडी लाइन के वोल्टेज में वृद्धि पर सहमत हुए (और मेरे पास ऐसा अवसर था), तो ऐसी क्षमताओं के लिए रैखिक चालक बहुत लागू नहीं है। एक कॉम्पैक्ट प्लास्टिक के मामले में बड़ी शक्ति का अपव्यय इसे हीटिंग डिवाइस में बदल देगा।

अधिक सटीक रूप से, ऐसी शक्ति के लिए एक रैखिक एलईडी ड्राइवर का उपयोग करना संभव है, लेकिन केवल एक पावर फैक्टर या प्रकाश के एक गुणांक का त्याग करके, जो मैं करने वाला नहीं था। यह दूसरा कारण है - पीएफ या प्रकाश के केपी द्वारा निर्दिष्ट विशेषताओं को प्राप्त करना असंभव है।

जैसा कि आप टीके की आवश्यकताओं से याद करते हैं, मुझे दो विकल्पों की पेशकश करने की आवश्यकता है: एक पीएफसी के बिना, और दूसरा पीएफ के साथ कम से कम 0.9। विश्लेषण के परिणामस्वरूप, पहले विकल्प के लिए विकल्प स्पष्ट है - यह आउटपुट वर्तमान स्थिरीकरण के साथ एक हिरन कनवर्टर है। यही है, इनपुट फिल्टर ifier रेक्टिफायर electro बड़ी क्षमता इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर the हिर कनवर्टर। यह विकल्प काफी सरल है, और, सामान्य तौर पर, विचार करने के लिए इतना दिलचस्प नहीं है। आगे मैं केकेएम के साथ केवल विकल्प पर विचार करूंगा।

लेकिन दूसरे विकल्प के लिए, मुझे एक मुश्किल विकल्प मिला: {वैली फिल करेक्टर + स्टेप-डाउन कन्वर्टर} या {एपीएफसी-बक + एक्टिव आउटपुट फ़िल्टर}। सक्रिय फिल्टर के बिना, दिए गए प्रकाश स्पंदनों को प्राप्त करना संभव नहीं होगा - यह मेरे लिए स्पष्ट था।

इस तरह के संदेह थे। एक सक्रिय फिल्टर सर्किट एक अतिरिक्त बिजली ट्रांजिस्टर है, और, परिणामस्वरूप, मूल्य में वृद्धि, साथ ही साथ अतिरिक्त नुकसान का मतलब दक्षता में कमी है। एक अन्य विकल्प में, मैं उलझन में था कि क्या मुझे "वैली फिल" योजना का उपयोग करके आवश्यक Pf मिल सकता है। एक तरफ, IR से अपॉइंटमेंट में 0.96 तक का पावर फैक्टर प्राप्त होता है, लेकिन इसकी बारीकियां भी हैं। उदाहरण के लिए, मैं प्रतिरोधक आरवीएफ के प्रतिरोध को अत्यधिक बढ़ाना नहीं चाहता था। इसके अलावा, एक जोखिम था कि सामान्य हिरन के विनियमन के लिए पर्याप्त वोल्टेज मार्जिन नहीं होगा। मॉडलिंग से पता चला कि पर्याप्त स्टॉक है, लेकिन इस तथ्य से नहीं कि यह वास्तविकता में भी होगा।

इसलिए, मेरे अनुमान में "वैली फिल" सुधारक के विकल्प ने दक्षता में वृद्धि के साथ कम या समान मूल्य प्राप्त करना संभव बना दिया, यह मेरी पसंद में निर्णायक था।

सर्किट डिज़ाइन

चित्र में दिखाया गया है:

सर्किट तत्वों का वर्णन:

एफयू 1 - फ्यूज, सुरक्षा आवश्यकताओं के लिए आवश्यक;

RV1 - उच्च ऊर्जा के microsecond स्पंदित शोर को दबाने के लिए varistor, साथ ही nanosecond स्पंदित हस्तक्षेप;

आर 1, आर 2 - नेटवर्क से डिवाइस डिस्कनेक्ट होने पर इनपुट कैपेसिटर के निर्वहन के लिए प्रतिरोधक;

सी 1 - इनपुट हस्तक्षेप फिल्टर (एक्स 2-क्लास कैपेसिटर) के संधारित्र, नेटवर्क में शोर का संचालन करता है, और आरवी 1 के साथ मिलकर आवेग शोर के खिलाफ लड़ाई में मदद करता है;

एल 1, एल 3, आर 3, आर 4 - इनपुट हस्तक्षेप फिल्टर (प्रवाहकीय, स्पंदित) के तत्व;

VD1 - सुधारक पुल;

C2, C3, VD2 ... VD4, R5 - "वैली फिल" सुधारक के तत्व;

सी 4 - इनपुट कैपेसिटर हिरन कनवर्टर;

आर 6, आर 8 - प्रतिरोधक जो चिप को शक्ति प्रदान करते हैं;

आर 7 - एक अवरोधक जो आउटपुट वोल्टेज से अधिक के लिए सुरक्षा सीमा निर्धारित करता है (जब एलईडी लाइन टूट जाती है);

सी 5 - माइक्रोकिरिट पावर के लिए संधारित्र;

डीए 1 - एक अंतर्निहित पावर माइक्रोसेफट के साथ एक स्टेप-डाउन कनवर्टर माइक्रोक्रिट;

आर 9, आर 10 - वर्तमान शंट प्रतिरोध;

VD5 - पावर डायोड बक कन्वर्टर;

L3 - पावर कनवर्टर हिरन कनवर्टर;

सी 6 - आउटपुट क्षमता।

आइटम चयन

फ्यूज। मुझे लंबे समय तक नहीं देखना पड़ा, कॉम्पैक्ट एसएमडी फ्यूजलैंड से 25F-010H केवल $ 0.048 के लिए।

Varistor। फिर मुझे चुदना पड़ा। ऐसा लगता है कि अब मुझे चीन और ताइवान के सभी SMD वैरिएस्टर निर्माता मालूम हैं। क्या फिट बैठता है और वितरित से, मैंने एक सूची बनाई और ऐसे तत्वों को उद्धृत किया:

नतीजतन, यहां तक कि चीनी की कीमतें भी भयावह थीं, मुझे इस मामले में एसएमडी को छोड़ना पड़ा, और विकल्प $ 0.027 के लिए TVR05391KSY varistor पर गिर गया।

मैंने यूरोपीय निर्माताओं पर भी विचार किया, उदाहरण के लिए, एपकोस में एसएमडी संस्करण हैं, लेकिन इससे भी अधिक महंगा, दुर्भाग्य से।

एक्स संधारित्र। ऐसे कैपेसिटर के लिए एसएमडी विकल्प बहुत महंगे हैं, इसलिए ~~दुनिया के प्रमुख~~ निर्माता चीफकॉन से 0.1 μF 10% 300V X2 J104K300A100 $ 0.036 के लिए सबसे अच्छा विकल्प है।

इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर।200V में SMD इलेक्ट्रोलाइट्स का विकल्प इतना बढ़िया नहीं है, और जो कि विशाल आकार के हैं। श्रृंखला "वीई", लीलोन से "वीईजे", "यूएलआर", "यूयूजी", निकिकॉन से "यूयूजे" आदि पर विचार किया। 12.5x13.5 के आकार में 10 माइक्रोफ़ारड्स मेरे अनुरूप नहीं थे। नतीजतन, मैं एक दिलचस्प चीनी निर्माता यमिन के पास आया, जिसकी वेबसाइट "लघु विशेषज्ञ" कहती है। वास्तव में, VKM श्रृंखला, 8x12.5 के आकार में 12 माइक्रोफ़ारड्स, एक उत्कृष्ट विकल्प है और केवल $ 0.046 प्रति टुकड़ा है। दो दे दो।

डायोड।MB6S डायोड ब्रिज (0.028), पावर डायोड ने ES1J प्रकार को चुना - यहां सब कुछ मानक है, लेकिन मैं वैली फिल के लिए छोटे डायोड चुनना चाहता था और मुझे PANJIT के GS10xxFL का एक बहुत ही दिलचस्प संस्करण मिला। SOD-123 पैकेज में 1000V तक के वोल्टेज के लिए डायोड, क्या आप मजाक कर रहे हैं? नहीं, वे मौजूद हैं। नतीजतन, GS1006FL केवल $ 0.019 है। उसी अल्ट्राफास्ट का पता लगाएं और इसे कम करने के लिए पावर डायोड के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। थर्मल परीक्षण करने से पहले मैंने इस विचार को छोड़ दिया। यदि ES1J गर्म नहीं होता है, तो आप इसके बारे में सोच सकते हैं।

Chokes।प्रारंभ में, मैं यूरोब्रैन्ड्स की ओर मुड़ गया, लेकिन उद्धृत करने से पता चला कि मुझे जो सबसे ज्यादा सूट करता है, वह SRR1208 बॉर्न से $ 0.28 के लिए है। यहां तक कि Wurth को भी $ 0.3 से सस्ता नहीं पेश किया गया है। यह एक पावर चोक है। परिणामस्वरूप, मैंने खोज वेक्टर को एशियाई ब्रांडों की ओर मोड़ दिया। फेर्रीओ, एबीसी ताइवान, फ़ुंट्रोनिक्स, कोइलमास्टर जैसे कार्यालयों के उत्पादों की समीक्षा और उद्धृत करने के बाद, मैं ताइवान की कंपनी कोरमास्टर से SRI1207 संस्करण पर बस गया। केवल $ 0.142 के लिए।

टुकड़ा।मैंने बीपीएस के लिए चयन करने का फैसला किया, क्योंकि उनके पास एलईडी ड्राइवरों के लिए माइक्रोक्रिस्केट के क्षेत्र में एक बड़ा पोर्टफोलियो है, मैंने कई उपकरणों में उनके उत्पादों से मुलाकात की, और रूस में एक वितरक भी है - प्लैटन। मैंने एक बिल्ट-इन पावर स्विच BP2832AJ के साथ एक चिप को चुना - इसमें पिन-2-पिन संगत "पुराने भाइयों" (या "बहनों", मेरे लिंग अज्ञान को माफ करें) BP2833 और BP2836 में अंतर्निहित MOSFET के निचले चैनल प्रतिरोध के साथ (यदि आपको अचानक शक्ति बढ़ाने की आवश्यकता है या अधिक दक्षता प्राप्त करें)। इसके अलावा, इस चिप को रूसी संघ में खरीदा जा सकता है ।

अंतिम BOM:

$ 0.81 पहले संस्करण के लिए एक अच्छा परिणाम है। एक छोटा सा मार्जिन है - क्योंकि आप जानते हैं कि यह कैसे होता है, बोर्ड के पहले पुनरावृत्ति का परीक्षण करने के बाद, किसी प्रकार का ... बेमेल आमतौर पर बाहर आता है, और आपको कुछ "जादू" तत्वों को प्रत्येक तीन रुपये जोड़ना होगा।

निष्कर्ष

सर्किट में नए तत्वों को जोड़ने के बिना आयोजित शोर को कैसे कम करें? घाटी भरने वाले दुरूपयोग में पतली-फिल्म प्रतिरोधों का उपयोग क्यों नहीं किया जा सकता है? एलईडी चालक की दक्षता में वृद्धि के बिना दीपक की चमकदार दक्षता कैसे बढ़ाएं? आप इस लेख के दूसरे भाग से इन और अन्य सवालों के जवाब जानेंगे। लेख उन परीक्षणों के लिए समर्पित होगा जिन्हें लेखक को बोर्ड के पहले पुनरावृत्ति के साथ पारित करना होगा, साथ ही साथ डिवाइस के दूसरे पुनरावृत्ति के विकास के लिए भी।

पावर कूल है - इससे निपटें।

$ 1 से कम की BOM लागत वाला एलईडी ड्राइवर। क्या यह संभव है?