Как работает микросхема BP2831A в драйверах светодиодных ламп. Каковы основные параметры и схема включения BP2831A. Почему эта микросхема популярна у производителей LED-освещения. Как правильно рассчитать компоненты для схемы на BP2831A.
Назначение и основные характеристики микросхемы BP2831A
Микросхема BP2831A представляет собой специализированный драйвер для светодиодных ламп. Она разработана для создания компактных и недорогих источников питания светодиодов.
Основные параметры BP2831A:
- Входное напряжение: 85-265 В переменного тока
- Выходная мощность: до 12 Вт
- Выходной ток: регулируемый, до 350 мА
- КПД: до 85%
- Встроенная защита от перегрузки, короткого замыкания и перегрева
- Корпус DIP-8
BP2831A позволяет создавать простые и надежные драйверы для светодиодных ламп мощностью до 12 Вт. Это делает ее популярным выбором среди производителей недорогих LED-светильников.
Типовая схема включения BP2831A
Рассмотрим базовую схему включения микросхемы BP2831A:
- На вход подается выпрямленное сетевое напряжение через диодный мост
- Выходной ток задается резистором на выводе CS
- Используется внешний MOSFET-транзистор
- Выходной дроссель и конденсатор формируют фильтр
- Светодиоды подключаются к выходу схемы
Какие компоненты нужны для работы BP2831A? Основные элементы схемы:
- Входной фильтр и выпрямитель
- Токозадающий резистор на CS
- MOSFET-транзистор
- Выходной дроссель
- Выходной конденсатор
- Обвязка для защитных функций
Правильный выбор номиналов этих компонентов критически важен для надежной работы драйвера.
Расчет основных компонентов схемы
Как рассчитать ключевые элементы схемы на BP2831A?
Токозадающий резистор
Резистор на выводе CS задает выходной ток драйвера. Его сопротивление рассчитывается по формуле:
R_CS = 0.5 / I_out
Где I_out — желаемый выходной ток в амперах. Например, для тока 300 мА:
R_CS = 0.5 / 0.3 = 1.67 Ом
Выходной дроссель
Индуктивность дросселя можно оценить по формуле:
L = (V_in * D) / (f * ΔI)
Где: V_in — входное напряжение D — коэффициент заполнения (~0.5) f — частота преобразования (~60 кГц) ΔI — допустимые пульсации тока (~30% от I_out)
Типичные значения индуктивности составляют 220-470 мкГн.
Выходной конденсатор
Емкость выходного конденсатора определяется допустимыми пульсациями напряжения:
C = (I_out * D) / (f * ΔV)
Где ΔV — допустимые пульсации напряжения (обычно ~1% от V_out).
Типичные значения емкости: 4.7-22 мкФ.
Особенности применения BP2831A в светодиодных лампах
Почему BP2831A так популярна у производителей LED-ламп? Основные причины:
- Минимальное количество внешних компонентов
- Низкая стоимость самой микросхемы
- Встроенные защитные функции
- Широкий диапазон входных напряжений
- Компактные размеры готового драйвера
Это позволяет создавать недорогие и надежные драйверы для массового производства светодиодных ламп.
Какие есть ограничения у BP2831A?
- Максимальная выходная мощность до 12 Вт
- Отсутствие гальванической развязки
- Фиксированная рабочая частота
- Нет возможности диммирования
Эти ограничения нужно учитывать при проектировании ламп на BP2831A.
Типичные проблемы и их решение
С какими проблемами можно столкнуться при использовании BP2831A?
Нестабильность работы
Причины: неправильный выбор компонентов, наводки.
Решение:
- Проверить расчеты и номиналы элементов
- Улучшить разводку платы
- Использовать снабберные цепи
Выход из строя микросхемы
Причины: перегрев, превышение напряжения.
Решение:
- Обеспечить хороший теплоотвод
- Проверить входные цепи защиты
- Использовать предохранитель на входе
Пульсации светового потока
Причины: недостаточная фильтрация, резонансы.
Решение:
- Увеличить емкость выходного конденсатора
- Проверить качество дросселя
- Оптимизировать частоту преобразования
Сравнение BP2831A с аналогами
Как BP2831A соотносится с другими драйверами светодиодов? Рассмотрим основные альтернативы:
BP2832
Улучшенная версия BP2831A:
- Выходная мощность до 18 Вт
- Встроенный MOSFET
- Меньше внешних компонентов
MP4000
Особенности:
- Мощность до 25 Вт
- Возможность диммирования
- Выше цена
AL1671
Отличия:
- Встроенный MOSFET на 500В
- Мощность до 15 Вт
- Меньше защитных функций
BP2831A остается оптимальным выбором для недорогих ламп малой мощности.
Перспективы развития технологии
Какие тенденции наблюдаются в развитии драйверов светодиодов?
- Повышение КПД и снижение потерь
- Уменьшение размеров и числа компонентов
- Интеграция функций управления и защиты
- Поддержка диммирования и удаленного управления
- Повышение надежности и срока службы
Можно ожидать появления новых версий BP2831A с улучшенными характеристиками и дополнительными функциями. Это позволит создавать еще более эффективные и функциональные светодиодные лампы.
Практические советы по применению BP2831A
Как добиться максимальной эффективности и надежности схем на BP2831A?
- Тщательно рассчитывайте и подбирайте внешние компоненты
- Обеспечьте хороший теплоотвод от микросхемы
- Используйте качественные комплектующие (дроссель, конденсаторы)
- Оптимизируйте разводку печатной платы
- Предусмотрите защиту от перенапряжений на входе
- Тестируйте драйвер в различных режимах работы
Соблюдение этих рекомендаций позволит создать надежный и эффективный драйвер светодиодов на основе BP2831A.
Ремонтируем светодиодную лампу самостоятельно
Содержание
Предыстория
Несколько лет назад были приобретены 4 светодиодные лампочки модели GL5.5-E27 изготовленные под брендом Estares. Две из них неплохо эксплуатировались в прихожей, где освещение горит по нескольку часов в день с периодическими переключениями, одна в ванной комнате и еще 1 в туалете, где режим эксплуатации отличается более частыми коммутациями, чем продолжительностью работы.
Но, невзирая на отличие в условиях эксплуатации, по истечении трех лет, все лампочки практически одновременно стали мигать через несколько минут после включения.
Причина этого явления известна — светодиоды постепенно выходят из строя из-за повышенного тока, протекающего через них. Производитель, чтобы лампа светила ярче использует драйвер с максимально допустимым для данного типа светодиодов выходным током. Как следствие светодиоды при работе нагреваются выше допустимой для данного типа светодиодов температуры, и соответственно быстрее деградируют. При этом яркость свечения лампы со временем начинает уменьшаться, это видно не вооруженным глазом. Сопротивление светодиодов также снижается и достигает того предела, при котором начинает срабатывать защита драйвера от перегрузки и короткого замыкания, это и вызывает мигание лампочки.
Ради интереса и экономии ради было принято решение попытаться осуществить ремонт этих светодиодных ламп, а именно заменить деградировавшие светодиоды на новые и посмотреть, что из этого получится.
Разборка светодиодной лампы
Обычным канцелярским ножом с узким лезвием очень аккуратно подрезаем клей, крепящий стеклянный плафон лампы к пластиковому корпусу. Плафон не придавливаем, он очень хрупкий и легко ломается. После подрезания клея плафон легко снимается.
Весь клей, а его там не мало, с обеих частей разобранной светодиодной лампы лучше удалить. Он нам не понадобится.
Что мы видим. На тонкой плате установлено шесть светодиодов, хотя возможна установка еще трех.
Очевидно, что мы имеем дело с уже классическим подключением светодиодов к драйверу, такое же применяется в светодиодных лентах, по три последовательных светодиода. То есть, в данную лампу возможно установить всего 9 светодиодов, три группы по три светодиода в каждой. Это снизит нагрузку на светодиоды и продлит срок службы светодиодной лампы.
Плата прижата саморезами к пластиковому корпусу, в котором имеются вентиляционные отверстия, через алюминиевый радиатор.
Отпаиваем провода от платы и разбираем этот слоеный пирог. Термопаста между платой и радиатором отсутствует. Вопрос нужна ли она там риторический.
Под радиатором обнаруживаем плату драйвера. Обратите внимание на обесцвечивание красного плюсового провода. Это явно вызвано повышенной температурой.
В принципе дальше разбирать светодиодную лампу смысла нет, можно просто проверить работоспособность драйвера. При подаче на вход драйвера напряжения 220 В переменного тока, на выходе должно быть около 9 В постоянного.
Соблюдайте правила электробезопасности!
Лирически-теоретическое отступление
Но если есть большое желание посмотреть, а что там и как, то аккуратно поддеваем отверткой цоколь лампы по периметру и скручиваем цоколь по резьбе. Поддеваем торцовый контакт и вытаскиваем его. После этого плата драйвера свободно извлекается.
На фото провод идущий к торцовому контакту отсутствует.
Как видим, производитель не был оригинален и использовал типовой драйвер светодиодной лампы на микросхеме BP3122. .
Типовая схема применения BP3122 следующая:
Данная микросхема была специально разработана для применения в драйверах светодиодных ламп и представляет собой микросхему управления импульсным источником питания. Ее применение позволяет значительно сократить размер драйвера, а как следствие и его стоимость, за счет сокращения применяемых дополнительных компонентов.
Рекомендуемая производителем микросхемы выходная мощность не более 6 Вт при входном напряжении 230 В ±15% и 5 Вт в диапазоне входных напряжений переменного тока от 85 до 265 В.
В микросхеме реализована защита от перегрузки и короткого замыкания, защита от перегрева, а также защита от перенапряжений. С механизмом самовозврата при устранении неисправности.
Уровень стабилизированного выходного тока определяется типом применяемого трансформатора, а именно соотношением витков первичной Np и вторичной Ns обмоток, и пиковым током в MOSFET, который в свою очередь, зависит от сопротивления задающего резистора, подключенного к входу CS микросхемы.
Стабилизация тока, на выходе исследованного драйвера, осуществляется на уровне 350 мА.
Ремонт светодиодной лампы
Для замены деградировавших, на AliExpress были заказаны новые светодиоды у этого продавца.
Отпаять старые светодиоды с платы проще всего посредством фена паяльной станции (температура около 300 °С). Можно и паяльником, но придется повозиться, изготовив специальную «вилочку для пайки светодиодов». Плата весьма теплоемкая и отбирает часть тепла на себя, поэтому паяльник менее 100 Вт можно даже не рассматривать.
Убрав старые светодиоды, не прекращая подогрева снизу платы, наносим на места пайки флюс, при необходимости припой, и размещаем новые светодиоды, соблюдая полярность.
Предварительно, выводы новых светодиодов также не помешает залудить. А для удобства их последующего позиционирования на плате, отметить, например анод, маркером.
Номинальные данные приобретенных светодиодов: ток 150 мА, напряжение 3,0 – 3,2 В, теплого, белого свечения 2800 – 3500 К.
Сборка осуществляется в обратном порядке. При наличии термопасты наносим ее на обратную сторону платы.
После этого работоспособность светодиодной лампы можно проверить, включив ее на несколько часов.
Не смотрите на горящие светодиоды не защищенным глазом, это опасно для зрения. Накройте их листом бумаги!
Если все нормально, все группы светодиодов светятся равномерно и не мигают, можно приклеить на место стеклянный плафон. Лучше использовать для этого клей типа «Момент». Термоклей не годится, при нагреве лампы во время работы, он может расплавиться и плафон отклеиться и упадет.
После высыхания клея светодиодная лампа снова будет служить вам верой и правдой. Ну а если вдруг, что, вы уже знаете, как ее починить.
Список файлов
BP3122-EN-DS-Rev-1-1.pdf
Описание микросхемы BP3122
Скачать
Светодиодные настенно-потолочные светильники 50Вт. — Мысли злого плебея — ЖЖ
02:53 am —
Светодиодные настенно-потолочные светильники 50Вт.Они предназначены для монтажа к подвесному потолку исключительно, что бы за ними было большое не замкнутое воздушное пространство. Продавцы про это обычно молчат. Самые надежные потолочно-настенные светильники заодно самые дешевые. Такой парадокс:) Вообще, любые энергосберегающие лампы не являются полноценной заменой лампочки Ильича, так как они слишком нежные и дорогие. Это основной закон осветительных приборов. Если про это забудешь, и попытаешься поставить взамен лампочки Ильича что-то с полупроводниками, то это работать меньше года будет с вероятностью 146%.
Светящаяся сторона светильника закрыта крышкой из оргстекла, которая не дает циркулировать воздуху, то есть нижняя сторона светильника похожа на окно с двумя слоями стекла разделенными толстой воздушной прослойкой для теплоизоляции.
Поэтому охлаждаться светильник может только верхней металлической стороной. Если ее прикрутить к плоскому основанию, то теплоотвода от верхней части светильника тоже не будет, даже если оно будет медным, так как верхняя часть светильника будет его касаться только узким бортиком, а внутри будет теплоизолирующая воздушная прослойка.
Объяснить это можно по другому.
Светильник — это полупроводниковое устройство, которое выделяет 50 Вт тепла, ему, по тепловыделению, соответствует компьютерный блок питания 250 Вт класса «80 plus» (80 — это КПД БП), а БП системных блоков всегда содержат вентилятор. Соответственно, потолочный светодиодный светильник должен иметь активное охлаждение или идеальное пассивное.
Если прикрутить светильник к железобетонному потолку, то через год плафон станет желтым, так как светорассеиватель сделан из крашенного акрила (оргстекла) миллиметровой толщины, акриловую одежду гладить нельзя даже. Акрил — это одна из самых нежных разновидностей пластмасс.
Краска с обратной стороны осталась идеально белой.
В светильниках используются светодиоды типоразмера 2835 (28 — ширина, 35 — длина), мощностью 1 Вт. Фирменные светодиоды такого размера и мощности бывают на 3 напряжения: 6В, 9В, 18В.
| Рабочее напряжение светодиода, В | рекомендуемая сила тока, мА | ВАХ, I(V), мА | световой поток, лм | Рекомендуемая сила тока для вкл. парами, 3/2 от одиночного вкл, mA |
| 6 | 150 | I=171*V-888 | 140 | 225 |
| 9 | 100 | I=86*V-691 | 140 | 150 |
| 18 | 50 | I=20*V-315 | 130 | 75 |
Кроме того, в них экономят на всем.
1. Алюминиевая линейка СИД имеет толщину 1мм, что не позволяет ей выполнять функцию равномерного распределения тепла от светодиодов, так как у охладителей/радиаторов толщина подложки всегда больше 2 мм.
2. Светодиоды включают парами, при этом не выполнены два правила включения полупроводниковых приборов параллельно: закрепить на одном охладителе (см. предыдущий пункт) и запас по току в 50%.
3. Дроссели и контроллеры тока работают в режиме «Absolute maximum rating», который является маркетингово-спортивной величиной, типа взятого штангистами веса на соревновании: у штангистов считается вес взят, если с поднятой над головой штангой простоял устойчиво несколько десятков секунд до команды судьи положить штангу, естественно, штангист со штангой так даже две минуты не простоит. Напряжения и токи в таблице «Absolute maximum rating» имеют тот же самый смысл: электронный компонент при параметрах указанных в таблице «Absolute maximum rating» проработал несколько десятков секунд и не взорвался, пока испытатель не решит, что напряжение/ток/мощность «взят», а дальше электронный компонент имеет право проявить свое осколочно-фугасное и зажигательное действие. Про это пишут мелким шрифтом на этикетках (даташитах).
Для доказательства привожу цитату с этикетки микросхем 79xх от national semiconductor. Рабочий режим на 1/3 ниже у этих микросхем 79xx.
Note 1: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device is intended to be functional, but do not guarantee Specific Performance limits. For guaranteed specifications and test conditions, see the Electrical Characteristics.
Проявляется еще глупость разработчиков, которые делают основание к которому линейка со светодиодами не прижимается принципиально из-за бортиков. Мой светильник saphir LUMIN ARTE 48W потух из-за этого. Пришлось самому из алюминия делать теплоотвод в этом месте.
У других экземпляров светильников этой модели спираль светодиодов касается основания только в местах завинчивания шурупов, так как у них основание имеет два бортика!
Точность изготовления тоже ниже необходимого: спираль с лентой светодиодов имеет волнообразную форму из-за разреженности размещения шурупов.
Низкое качество изготовления тоже свою лепту в сокращение срока службы вносит.
Цена светильников зависит от типа драйвера. Он может быть трех типов.
1. С пультом управления. В них всегда светит половина светодиодов, так как указывают мощность 90Вт, а световой поток указан как у обычных светильников. Больше про них ничего не знаю.
2. С частотно-импульсным управлением. Содержат микросхему bp2831a, она же bp2833a, bp2836, bp9833d, jw1763, mc5833, ws9002, mt7813. КПД преобразователя около 90%. Сила тока равна 400мВ/Rs, где Rs — это сопротивление резистора подключенного к 8 выводу микросхемы. Таким светильником является мой сапфир китайского производства. Платы драйверов с алиэкспресс выполнены по этой схеме.
Как я выше писал, в светильнике лучше уменьшить мощность что-бы плафон не желтел так быстро. Задача эта простой заменой резистора Rs не решается, так как надо еще пропорционально индуктивность дросселя увеличить для сохранения частоты ЧИП. Можно перемотать дроссель более тонким проводом.
Теоретически это повысит допустимый ток индуктора в корень квадратный раз отношения токов, но практически останется тем же самым, так как плотно намотать вручную не удастся. Вдобавок разборка феррита является сложной задачей. Поэтому я купил на алиэкспресс плату драйвера на 700 мА, которая состоит из двух драйверов на 333 мА вкл. параллельно, заменил в них резисторы на резисторы номиналом в 4 раза выше и каждый дроссель заменил на 2 пары параллельно вкл. дросселей DIP 9*12 мм индуктивностью 10мГн, которые намотаны проволокой диаметром около 0.12 мм и имеют сопротивление 10 Ом. В результате через каждый индуктор проходит ток в 75 мА, что для проволоки в 0.12 мм допустимо. В оригинальный индуктор мне удавалось засунуть проволоку того же диаметра только, то есть такая замена в 2 раза величила запас по току.
2. С компенсационным стабилизатором. Содержат 5 штук rm9003. Микросхема rm9003 — это аналог 317 стабилизатора на напряжения до 600В, только опорное напряжение в 2 раза ниже, 600 мВ.
Сила тока микросхемы rm9003 рассчитывается по формуле 600mV/Rcs, где Rcs — это сопротивление резистора подключенного к 2 выводу. КПД преобразователя 80%. Благодаря низкому КПД, такие светильники оказываются более долговечными. Это связано с тем, что стабилизатор тока у них сильно греется, поэтому его обязательно надо крепить на туже самую теплопроводящую плату, что и СИДы. При этом тепловыделением стабилизатора можно пренебречь, так как светодиоды все равно в 5 раз больше потребляют электроэнергии. Поэтому внутри них оказывается не узкая светодиодная спираль, а большая алюминиевая плата, которая будет касаться всей поверхностью стального основания, а значит светодиоды не сгорят по причине плохого дизайна и низкого качества сборки. Более того, эта плата в светильнике inspire оказалась прикручена полноценными винтами, а не шурупами. Это тоже связано с наличием платы, которую невозможно изгибать при сборке. Хотя прилегание платы не очень плотное, но это лечиться термопроводной пастой, у светильников со спиралью паста не поможет, так как зазор там будет 3 мм.
При этом такие светильники в 2 раза дешевле. Я его купил из-за плафона только, что бы в сапфире поставить.
