Circuito driver LED Hi-Watt senza trasformatore economico protetto da sovratensioni

Circuito driver LED Hi-Watt senza trasformatore economico protetto da sovratensioni

L'aumento del numero di reclami da parte dei lettori riguardo ai LED bruciati associati al mio precedente trasformatore postato Circuito driver LED da 1 watt , mi ha costretto a risolvere il problema una volta per tutte. La sezione di alimentazione del circuito discusso qui rimane esattamente identica alla configurazione precedente, tranne l'inclusione della 'funzione di ritardo all'accensione' che è stata progettata esclusivamente da me e aggiunta nel circuito per correggere il problema del LED in fiamme (si spera).



Soppressione dei picchi di spunto negli alimentatori capacitivi

Le lamentele che continuavo a ricevere erano senza dubbio a causa del picco di accensione iniziale che continuava a distruggere i LED da 1 watt collegati all'uscita del circuito.

Il problema di cui sopra è abbastanza comune con tutti i tipi di alimentatori capacitivi e il problema ha creato molta cattiva reputazione a questi tipi di alimentatori.





Pertanto normalmente molti hobbisti e persino ingegneri optano per condensatori di valore inferiore temendo le conseguenze di cui sopra nel caso in cui siano inclusi condensatori di valore maggiore.

Tuttavia, per quanto penso, gli alimentatori capacitivi senza trasformatore sono circuiti adattatori da CA a CC compatti e economici che richiedono poco sforzo per essere costruiti.



Se il sovraccarico di accensione viene affrontato in modo appropriato, questi circuiti diventerebbero immacolati e potrebbero essere utilizzati senza il timore di alcun danno al carico di uscita, in particolare un LED.

Come si sviluppa Surge

Durante le accensioni, il condensatore agisce quasi come un corto per alcuni microsecondi fino a quando non si carica e solo allora introduce la reattanza richiesta al circuito collegato in modo che la quantità appropriata di corrente raggiunga solo il circuito.

Tuttavia, la condizione iniziale di pochi micro secondi di cortocircuito attraverso il condensatore infligge un'enorme sovratensione al circuito vulnerabile collegato e talvolta è sufficiente per distruggere il carico associato.

La situazione di cui sopra può essere efficacemente verificata se il carico collegato è inibito dalla risposta allo shock di accensione iniziale, o in altre parole possiamo eliminare il picco iniziale mantenendo il carico spento fino al raggiungimento del periodo di sicurezza.

Utilizzo di una funzione di ritardo

Ciò può essere ottenuto molto facilmente aggiungendo una funzione di ritardo al circuito. Ed è esattamente ciò che ho incluso in questo circuito driver LED ad alta potenza con protezione da sovratensioni.

La figura mostra come al solito un condensatore di ingresso, seguito da un raddrizzatore a ponte, fino a qui è tutto un alimentatore capacitivo piuttosto comune.

La fase successiva che include i due resistori da 10 K, due condensatori, il transistor e il diodo zener formano le parti dell'importante circuito del timer di ritardo.

Quando si accende l'alimentazione, i due resistori e i condensatori limitano la conduzione del transistor fino a quando entrambi i condensatori non si caricano completamente e consentono alla tensione di polarizzazione di raggiungere la base del transistor, illuminando il LED collegato dopo un ritardo di circa 2 secondi.

Lo zener è anche responsabile del prolungamento del ritardo di due secondi.

Il diodo 1N4007 su uno dei resistori da 10K e il resistore da 100 K su uno dei condensatori da 470uF aiutano i condensatori a scaricarsi liberamente una volta che l'alimentazione è stata spenta, in modo che il ciclo possa ripetersi applicando la protezione contro le sovratensioni in azione in ogni occasione.

È possibile collegare in serie più LED per aumentare la potenza, tuttavia il numero non può superare i 25 n.

Schema elettrico

AGGIORNAMENTO: in questo articolo viene discusso un design più avanzato Circuito di alimentazione senza trasformatore controllato da zero crossing controllato

I video seguenti mostrano i LED che si illuminano dopo circa un secondo dall'accensione.

Reclami da parte dei lettori (I resistori bruciano, il transistor si surriscalda)

Il concetto di cui sopra sembra ottimo ma probabilmente non funziona bene con l'alimentatore del condensatore ad alta tensione proposto.

Il circuito deve essere studiato molto prima che diventi completamente privo di problemi.

I resistori nel circuito di cui sopra non sono in grado di sopportare requisiti di corrente elevati, lo stesso vale per il transistor che diventa anche piuttosto caldo nel processo.

Infine si può affermare che, a meno che il concetto di cui sopra non sia studiato a fondo e reso compatibile con un alimentatore capacitivo senza trasformatore, il circuito non può essere messo in pratica.

Un'idea molto robusta e sicura

Anche se il concetto di cui sopra non ha funzionato, non significa che gli alimentatori capacitivi ad alta tensione siano completamente senza speranza.

C'è un nuovo modo per affrontare i problemi di sovratensione e rendere il circuito a prova di guasto.

È utilizzando molti diodi 1N4007 in serie all'uscita o in parallelo ai LED collegati.

Diamo uno sguardo al circuito:

Il circuito di cui sopra deve ancora essere testato per molti mesi, quindi questi sono ancora i primi giorni, ma non credo che il picco del condensatore sarà abbastanza alto da far saltare i diodi da 300 V, 1 amp.

Se i diodi rimangono al sicuro, lo saranno anche i LED.

Più diodi possono essere messi in serie per ospitare più LED.

Utilizzo di un Mosfet di alimentazione

Il primo tentativo di circuito che sembrava essere vulnerabile a causa di sovratensioni può essere efficacemente risolto sostituendo il BJT di potenza con un mosfet da 1 amp come mostrato nel diagramma seguente.
Essendo il mosfet un dispositivo controllato in tensione, qui la corrente di gate diventa irrilevante e quindi un resistore da 1M di alto valore funziona perfettamente, il valore alto fa in modo che il resistore non si scaldi o bruci durante l'accensione iniziale. Inoltre, facilita l'utilizzo di un condensatore di valore relativamente basso per la funzione di soppressione dei picchi di ritardo richiesta.

Una piccola indagine ha rivelato che il transistor ad alta tensione nel primo diagramma non è effettivamente necessario, ma può essere sostituito con un transistor Darlington TIP122 ad alta corrente come mostrato nel diagramma seguente.

Il picco di alta tensione dal condensatore diventa inefficace contro le specifiche di alta corrente del transistor e dei LED e non viene causato alcun danno, infatti forza l'alta tensione a scendere ai limiti di sicurezza consentiti specificati dei LED e del transistor.

Il TIP122 consente anche l'uso di un resistore di base di alto valore assicurandosi così che non si surriscaldi o si spenga nel corso del tempo, inoltre consente l'inclusione di un condensatore di basso valore alla base del transistor per implementare il effetto di accensione ritardato richiesto.

Utilizzando un Power BJT

Il design di cui sopra migliora ulteriormente in termini di sicurezza e soppressione dei picchi quando utilizzato in una modalità collettore comune, come indicato di seguito:




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