👈🏼 🤰🏾 🧗🏻 Driver LED dengan biaya BOM kurang dari $ 1. Apa itu mungkin? 🤳🏿 📺 🍸

Pengembangan driver LED adalah tugas yang menarik dan kompleks. Pasar ke arah ini sangat jenuh - terkadang sepertinya produksi lampu LED ada di mana-mana. Mulai dari garasi dan diakhiri dengan pabrik besar. Sedangkan untuk pembalap, raksasa seperti Philips atau Meanwell di satu sisi, Cina tampan seperti Moso dan Billion di sisi lain, noname Chinese di pihak ketiga ... Dalam kondisi ini, tugas mengoptimalkan produk untuk harga ditambahkan ke komponen teknik (sirkuit dan desain).

Jadi, saya berbicara tentang pengembangan driver-LED dengan batasan signifikan pada harga komponen.

Dalam artikel saya sebelumnya, saya melakukan analisis kecil tentang persyaratan untuk peralatan LED, serta dokumentasi peraturan yang menjelaskan persyaratan ini. Saatnya berbicara tentang perkembangan. Seperti yang Anda ketahui, "tanpa TK - hasilnya tidak dapat diprediksi", kami akan mulai dari ini.

Persyaratan TK

Tegangan pasokan 230 ± 10%
Konsumsi Daya 15 W
Tegangan output: 110 - 120V
Isolasi galvanik: tidak diperlukan
Riak dari aliran cahaya: tidak lebih dari 5%
Efisiensi bercahaya: tidak kurang dari 100lm / W
Faktor daya: setidaknya 0,9 (juga menghitung opsi 0,5)
Batasan desain: Tinggi elemen 14mm, SMD maksimum (jika mungkin).
Biaya komponen driver LED: tidak lebih dari $ 1

Analisis opsi sirkuit driver LED

Pertimbangkan opsi implementasi.

Opsi tanpa KKM. Dalam hal ini, karena tegangan output 110-120V, Anda perlu membuat konverter buck. Pada input buck converter, penyearah dan kapasitor penyimpanan, ini akan memberikan tegangan (riak) konstan sekitar 310V. Untuk memperjelas apa yang sedang dibahas, selanjutnya untuk setiap opsi saya akan memberikan contoh-contoh rangkaian mikro yang memungkinkan untuk mengimplementasikan struktur yang dipertimbangkan. Contoh sirkuit mikro untuk konverter step-down tanpa KKM: LM3444, HV9910B, HV9961, BP2831.

Gabungan stabilisator KKM / arus satu tahap.Opsi ketika satu tahap konversi memberikan input konsumsi arus sinusoidal dan stabilisasi arus LED. Contoh chip: TPS92074, BP2366, PT6917. Ada pilihan eksotis seperti HV9931.

Pengemudi jalur. Opsi ketika stabilisasi saat ini disediakan dengan menghilangkan sebagian daya pada regulator (dengan analogi dengan stabilizer linier). Contoh chip NSI45090, FAN5640, PT6913, BCR402, BP5131.

Dua tahap: PFC + stabilizer saat ini.Tahap pertama adalah dorongan KKM, setelah itu tegangan konstan 380-400V diperoleh pada kapasitor penyimpanan. Konverter buck tahap kedua dengan stabilisasi saat ini. Karena solusi ini biasanya digunakan untuk driver LED yang lebih kuat, sebuah chip dengan kunci asing biasanya digunakan untuk tahap pertama (KKM), misalnya, NCP1650, UCC38051, LT1249.

Satu tahap dengan KKM pasif seperti "Lembah isi". KKM jenis ini adalah skema yang cukup terkenal ~~di kalangan sempit~~ , saya akan menulis lebih banyak tentang hal ini di bawah ini.

Gunakan filter aktif.Ini bukan opsi independen, tetapi tambahan untuk salah satu opsi, yang memungkinkan untuk mengurangi arus riak, dan, akibatnya, riak dari fluks cahaya. Filter aktif dapat diimplementasikan baik pada efek medan dan pada transistor bipolar. Contoh rangkaian:

Ada juga sirkuit mikro khusus untuk tujuan ini, misalnya, BP5609, JW1210.

Ada opsi lain untuk membangun driver LED, misalnya, flyback converter atau driver linear tersegmentasi, mereka tidak dipertimbangkan, karena mereka jelas tidak sesuai dengan persyaratan TK.

Untuk memudahkan analisis, pro dan kontra dari opsi yang dipertimbangkan dirangkum dalam tabel:

Jenis driver	pro	Minus
Opsi tanpa KKM (buck)	Tidak banyak elemen lebih murah, lebih kompak. Di hadapan elektrolit pada input, riak rendah cahaya dapat disediakan.	PF rendah.
(APFC-buck)	➔ , . PF.	20-30%.
	➔ . . .	➔ , . PF.
	➔ . PF. . TRIAC-.	➔ , . 100%.
(boost PFC+buck)	PF. .	Dua konverter ➔ lebih banyak elemen ➔ lebih mahal, lebih banyak dimensi.
Satu Tahap + Isi Lembah	Korektor VF lebih sederhana daripada APFC lengkap ➔ lebih murah, lebih kompak daripada dua tahap.	Tegangan output VF berdenyut, dengan nilai minimum Uin / 2. Sulit untuk mendapatkan PF lebih baik dari 0,9. Tidak cocok untuk solusi yang kuat.
Aplikasi filter aktif	Memungkinkan untuk mengurangi riak cahaya.	Menghilang daya, efisiensi semakin buruk.

Sedikit tentang Lembah mengisi korektor

Sebelum menganalisis dan memilih opsi, Anda perlu menjelaskan secara singkat apa yang dimaksud dengan korektor pasif isian Lembah. Skemanya terlihat seperti ini:

Kapasitor C1, C2 dibebankan masing-masing untuk setengah amplitudo tegangan jaringan. Inti dari rangkaian adalah bahwa kapasitor C1, C2, menggunakan dioda D1, D2, D3, dialihkan dari koneksi serial (saat pengisian) ke paralel (saat pemakaian untuk memuat). Akibatnya, beban hanya ditenagai oleh energi kapasitor selama periode ketika nilai tegangan listrik yang diperbaiki menjadi kurang dari setengah nilai amplitudo. Dengan demikian, durasi konsumsi saat ini dari jaringan bertambah dan faktor daya meningkat. Namun, rangkaian memiliki kelemahan signifikan - tegangan output memiliki riak signifikan - hingga setengah dari tegangan. Ini mempengaruhi pilihan tegangan dari garis LED, itu harus kurang dari setengah nilai amplitudo dari tegangan input ditambah margin tertentu.

Untuk memperjelas cara kerja PFC, Valley-Fill membuat model rempah-rempah di LTspice:

Model tersedia di sini . Anda dapat mengunduh dan bereksperimen, lihat cara kerjanya.

Pilihan struktur driver LED

Pertama, Anda perlu menyoroti masalah isolasi galvanik. Perangkat (lampu) secara keseluruhan adalah produk kelas II untuk keamanan listrik. Mengapa isolasi galvanik tidak diperlukan? Jika perangkat berada dalam wadah plastik tanpa elemen logam yang dapat disentuh oleh seseorang, maka isolasi tidak diperlukan, karena perlindungan disediakan oleh wadah tersebut. Ini dapat dilihat pada contoh lampu LED - driver pada lampu LED tidak pernah dibuat secara galvanis terisolasi.

Jelas bahwa saya harus meninggalkan opsi dua tahap. Bahkan jika saya dapat menemukan microcircuits dengan tombol power bawaan untuk kedua tahap (dan untuk meningkatkan PFC pada tahap review pertama (dengan cepat) saya tidak dapat menemukan microcircuits seperti itu, kecuali untuk beberapa monster dalam kasing raksasa dari Power Integrations), maka itu masih akan ada dua microcircuits daya dan dua tersedak. Ke depan, saya akan mengatakan bahwa itu adalah throttle yang menambah bagian signifikan pada biaya BOM. Pilihannya ternyata mahal, selain itu, saya menemukan tata letak dan menyadari bahwa itu tidak muat di papan ukuran tertentu.

Selanjutnya, saya melemparkan kembali driver linier. Alasan nomor satu adalah tegangan keluaran 120V, yang berarti bahwa lebih dari setengah daya perlu dihamburkan pada pengukur linier, ini tentu saja tidak diperbolehkan. Bahkan jika kita sepakat pada peningkatan tegangan garis LED (dan saya memiliki kesempatan seperti itu), maka untuk kapasitas seperti itu driver linier tidak terlalu berlaku. Pemborosan daya besar dalam wadah plastik kompak akan mengubahnya menjadi perangkat pemanas.

Lebih tepatnya, dimungkinkan untuk menggunakan driver LED linier untuk daya seperti itu, tetapi hanya dengan mengorbankan faktor daya atau koefisien riak cahaya, yang tidak akan saya lakukan. Ini adalah alasan kedua - tidak mungkin untuk mencapai karakteristik yang ditentukan baik oleh PF atau oleh KP cahaya.

Seperti yang Anda ingat dari persyaratan TK, saya perlu menawarkan dua opsi: satu tanpa PFC, dan yang kedua dengan Pf setidaknya 0,9. Sebagai hasil dari analisis, pilihan untuk opsi pertama jelas - ini adalah konverter uang dengan stabilisasi arus keluaran. Yaitu, filter input ➔ penyearah ➔ kapasitor elektrolit ➔ kapasitas besar converter buck converter. Opsi ini cukup sederhana, dan, secara umum, tidak begitu menarik untuk dipertimbangkan. Selanjutnya saya hanya akan mempertimbangkan opsi dengan KKM.

Tetapi untuk opsi kedua, saya menemukan pilihan yang sulit: {korektor isi lembah + konverter step-down} atau {APFC-buck + filter output aktif}. Tanpa filter aktif, itu tidak akan mungkin untuk mendapatkan denyut cahaya yang diberikan - itu jelas bagi saya.

Ada keraguan seperti itu. Sirkuit filter aktif adalah transistor daya tambahan, dan, akibatnya, kenaikan harga, serta kerugian tambahan, berarti penurunan efisiensi. Dalam pilihan lain, saya bingung apakah saya bisa mendapatkan Pf yang dibutuhkan menggunakan skema “Valley fill”. Di satu sisi, di appnote dari IR menerima faktor daya hingga 0,96, tetapi ada juga nuansa. Sebagai contoh, saya tidak ingin meningkatkan resistansi resistor Rvf secara berlebihan. Selain itu, ada risiko bahwa tidak akan ada margin tegangan yang cukup untuk pengaturan uang normal. Pemodelan menunjukkan bahwa ada cukup stok, tetapi bukan fakta bahwa itu juga akan ada dalam kenyataan.

Jadi, opsi dengan korektor "Lembah isi" dalam perkiraan saya memungkinkan untuk mendapatkan harga yang lebih rendah atau sama, dengan peningkatan efisiensi, ini menentukan pilihan saya.

Desain sirkuit

Diagram ditunjukkan pada gambar:

Deskripsi elemen rangkaian:

FU1 - sekering, diperlukan oleh persyaratan keselamatan;

RV1 - varistor untuk menekan kebisingan berdenyut mikrodetik dari energi tinggi, serta gangguan berdenyut nanodetik;

R1, R2 - resistor untuk pelepasan kapasitor input ketika perangkat terputus dari jaringan;

C1 - kapasitor dari filter interferensi input (kapasitor kelas X2), menekan noise yang terjadi di jaringan, dan juga bersama dengan RV1 membantu dalam perang melawan kebisingan impuls;

L1, L3, R3, R4 - elemen filter interferensi input (konduktif, berdenyut);

VD1 - jembatan penyearah;

C2, C3, VD2 ... VD4, R5 - elemen dari korektor “Valley fill”;

C4 - input buck konverter kapasitor;

R6, R8 - resistor yang memberikan daya pada chip;

R7 - sebuah resistor yang menetapkan batas perlindungan untuk melebihi tegangan output (ketika garis LED putus);

C5 - kapasitor untuk daya sirkuit mikro;

DA1 - mikrokontroler step-down converter dengan daya MOSFET bawaan;

R9, R10 - resistor shunt saat ini;

VD5 - konverter buck dioda daya;

L3 - konverter daya buck buck;

C6 - kapasitas keluaran.

Pemilihan item

Sekering. Saya tidak perlu mencari lama, sekering SMD 25F-010H kompak dari Hollyland hanya dengan $ 0,048.

Varistor. Kemudian saya harus berkeringat. Sepertinya sekarang saya tahu semua produsen varistor SMD di Cina dan Taiwan. Dari apa yang cocok dan disampaikan, saya membuat daftar dan mengutip elemen-elemen seperti:

Akibatnya, bahkan harga China ngeri, saya harus meninggalkan SMD dalam kasus ini, dan pilihan jatuh pada varistor TVR05391KSY seharga $ 0,027.

Saya juga mempertimbangkan produsen Eropa, misalnya, Epcos memiliki varistor SMD, tetapi sayangnya lebih mahal.

X kapasitor. Opsi SMD untuk kapasitor semacam itu sangat mahal, jadi 0,1 μF 10% 300V X2 J104K300A100 dari pabrikan ~~terkemuka dunia~~ Chiefcon adalah pilihan terbaik untuk $ 0,036.

Kapasitor elektrolit.Pilihan elektrolit SMD pada 200V tidak begitu bagus, dan yang ternyata berukuran sangat besar. Dianggap sebagai seri "VE", "VEJ" dari Lelon, "ULR", "UUG", "UUJ" dari Nichicon, dll. 10 mikrofarad dalam ukuran 12.5x13.5 tidak cocok untuk saya. Sebagai hasilnya, saya menemukan produsen Cina yang menarik, Ymin, yang situs webnya mengatakan "Pakar kecil". Memang, seri VKM, 12 mikrofarad dalam ukuran 8x12.5, merupakan pilihan yang sangat baik dan hanya $ 0,046 per potong. Berikan dua.

Dioda.Jembatan dioda MB6S (0,028), dioda daya memilih tipe ES1J - semuanya standar di sini, tapi saya ingin memilih dioda yang lebih kecil untuk pengisian Lembah dan saya menemukan versi yang sangat menarik dari GS10xxFL PANJIT. Dioda untuk tegangan hingga 1000V dalam paket SOD-123, apakah Anda bercanda? Tidak, mereka ada. Akibatnya, GS1006FL hanya $ 0,019. Temukan ultrafast yang sama dan dapat digunakan sebagai dioda daya untuk diturunkan. Saya meninggalkan ide ini sebelum melakukan tes termal. Jika ES1J tidak melakukan pemanasan, maka Anda dapat memikirkannya.

Tersedak.Awalnya, saya beralih ke Eurobrands, tetapi mengutip menunjukkan bahwa yang paling murah untuk saya adalah SRR1208 seharga $ 0,28 dari Bourns. Bahkan Wurth belum ditawari lebih murah dari sekitar $ 0,3. Ini adalah power choke. Akibatnya, saya memutar vektor pencarian ke arah merek Asia. Setelah meninjau dan mengutip produk kantor seperti Ferriwo, ABC Taiwan, Fuantronics, Coilmaster, saya memilih varian SRI1207 dari perusahaan Taiwan Coremaster. Hanya dengan $ 0,142.

ChipSaya memutuskan untuk memilih BPS, karena mereka memiliki portofolio besar di bidang sirkuit mikro untuk driver LED, saya bertemu produk mereka di banyak perangkat, dan ada juga distributor di Rusia - Platan. Saya memilih sebuah chip dengan saklar daya built-in BP2832AJ - ia memiliki pin-2-pin yang kompatibel "kakak laki-laki" (atau "saudara", maafkan ketidaktahuan gender saya) BP2833 dan BP2836 dengan resistensi saluran yang lebih rendah dari MOSFET built-in (jika Anda tiba-tiba perlu menambah daya atau dapatkan lebih banyak efisiensi). Selain itu, chip ini dapat dibeli di Federasi Rusia.

BOM terakhir:

$ 0,81 adalah hasil yang baik untuk versi pertama. Ada margin kecil - karena Anda tahu bagaimana hal itu terjadi, setelah menguji iterasi pertama papan, semacam ... ketidakcocokan biasanya keluar, dan Anda harus menambahkan beberapa elemen "ajaib" dengan tiga dolar masing-masing.

Kesimpulan

Bagaimana cara mengurangi noise yang terjadi tanpa menambahkan elemen baru ke sirkuit? Mengapa resistor film tipis tidak dapat digunakan di korektor mengisi Lembah? Bagaimana cara meningkatkan efisiensi lampu tanpa meningkatkan efisiensi driver LED? Anda akan mempelajari jawaban untuk ini dan pertanyaan lain dari bagian kedua artikel ini. Artikel ini akan dikhususkan untuk tes yang penulis, bersama dengan iterasi pertama dewan, harus lulus, serta pengembangan iterasi kedua perangkat.

Kekuasaan itu keren - atasi saja.

Driver LED dengan biaya BOM kurang dari $ 1. Apa itu mungkin?