ACMELUX 的 LED 燈泡 9W 和 13W 的構造

xiaolaba

撿來的兩顆, 不用錢, 不過呢, 一個亮, 一個不亮

一直想了解有些市售的 LED 燈泡求為何很輕, 撿來就馬上拆拆看, 希望了解它的電路設計.

原來就是這個樣, AC 全波整流後直接供電給 LED 串,
不確定有沒有劃錯線路圖, 不過應該是差不多了

schematic

裡面完全不用電解電容, 號稱功率因數 PF > 90%, 估計也是的, 因為看不到任何 容抗 或 感抗 的零件

TL431 和 一顆 N-CH POWER MOSFET 4N60, 構成的恆流電路

34 顆 LED 串連 成 一串, 並連兩串, 68顆, 110VAC 供電

看它的PCB 設計, 34 顆 LED 串連 成 一串, 如果把兩串 串連 起來, 68顆, 就可以 220VAC 供電

9W 的那顆已經不亮, 拆殼時兩顆 LED 飛了出來, 看到焊錫已經高溫老化, 這個燈泡球很輕

9W LED bulb

13W 的那顆還亮, 除了 LED 顆粒外觀不同, RS  = 15 ohm, 散熱片比較厚重, 其餘的電子零件和 ９Ｗ (RS=20 ohm) 那顆一模一樣

13W LED bulb

.
.

LED bulbs

LEB bulbs

LEB bulbs

經過各大員指點, 終於發現了一個錯誤, 也就完全了解的設計背後的計算和考慮
R1 確定是 2002, 不是 2000, 是20K
Rs 確定是 20R0, 不是 2000, 是20ohm
用高倍放大, 再補個大圖, 另外用電表再次測量, 看清楚了

nEO_IMG_13W_component

nEO_IMG_9W_component

雄爸爸

這種電路結構只能使用在單電壓
如果你把LED的兩串兩並改成一串去接AC220V的話
記得恆流的部分也要更改,否則LED會因為過電流而故障

huang22

標籤紙上有寫110V。 真的不能直接用在220V電壓嗎?

TL431用來限電流電路Is = 2.5V/Rs ，
34顆led壓降 3.2v*34=108v 。 全波整流約110V *1.414=155V峰值.
若Rs=20歐姆， Is=0.125A ，平分每一串 125mA/2 =62 mA， 每一顆方形LED約是3顆一般20mA的LED耗電. (Rs=15，Is=0.167A ，每串84mA， 每顆方形LED約是4顆20mA一般白光LED)
若用在220V ，峰值電壓220*1.414=310V；也是限流125mA 於兩串LED。 所以猜想可以，不知何處有錯?

還是只是全波整流的二極體耐壓不足?

倒是TL431的K端的R1是否應該加倍以保護TL431 ?

純討論，謝謝!

或許可拿3~4顆一般20mA白光LED並聯後補在燒掉的方形LED上!

imcrazy

huang22 發表於 2013-10-21 09:22 PM static/image/common/back.gif
標籤紙上有寫110V。 真的不能直接用在220V電壓嗎?

TL431用來限電流電路Is = 2.5V/Rs ，

純討論...

既然是純討論嘴炮...我也來參一咖....
純推論....懶的看規格書..
由110V變220V...
那麼要考量到MOSFET的耐壓.......4N60是600V...負載又不是電感...所以應該還好...
不過多出來的110V*1.4*電流 功耗會全變成熱....可能會有些問題(原本只是負擔(110*1.4-LED電壓)*電流).......要小心熱崩潰........

TL431要考量到穩壓至少要流過1mA,不過加大電壓應該會更大吧,故還好..........也要考量到最大功率問題....不過當初這個就不是直接穩壓....所以當初應該不會把它操到極限吧....要再算過..要看規格書..懶的算了......但加倍電壓"應該"不會有問題吧.....
不過加倍電壓可能會讓TL431端點有機會超過崩潰電壓極限(我覺得開關上電期間的Pulse Response應該有機會)....畢竟它裡面還是有電路的,崩潰也許定電流就會全亂了.......故兩端點最好加個低於崩潰電壓Zener二極體保護一下....

雄爸爸

34顆LED壓降 3.2V*34=108V
兩串64顆LED壓降 3.2V*64=204.8V
定電流迴路不更改的話,依然提供等同34顆LED的電流125mA

winrar070

不能接220v主要是431承受不住電壓吧
假設led維持現狀，電流也是一樣
110v輸入時，扣掉led本身電壓
剩下的電壓會被電阻與恆流線路分去

改接220v時，由於定電流的關西
使得led與電阻所分的電壓與110v時相同
剩下的電壓就是恆流電路分去
有機會使431崩潰

imcrazy

winrar070 發表於 2013-10-22 12:12 AM static/image/common/back.gif
不能接220v主要是431承受不住電壓吧
假設led維持現狀，電流也是一樣
110v輸入時，扣掉led本身電壓

改接220v時，由於定電流的關西
使得led與電阻所分的電壓與110v時相同
剩下的電壓就是恆流電路分去
有機會使431崩潰

不過在承受電壓及電流的是那個MOSFET....並不是TL431...

TL431只是擔任藏鏡人遙控角色......要它穩定只要1mA電流,由R1大小來決定.....它是控制MOSFET在線性操作範圍曲線上....一般Mosfet gate Vth應該都是1.x~2V附近吧...

所以在穩態時也許還好(當然剛剛看到R1=20似乎要加大很多就是了,不然TL431會過功率,一般都只要確保1mA即可).......不過在非穩態瞬間時.....R1端點感應的電壓過高也許有機會讓TL431崩潰亂掉...然後就會發生連鎖反應了.....

winrar070

imcrazy 發表於 2013-10-22 08:49 PM static/image/common/back.gif
不過在承受電壓及電流的是那個MOSFET....並不是TL431...

TL431只是擔任藏鏡人遙控角色......要它穩定只 ...

R1阻抗低應該是要快速驅動MOS用的

就是怕那瞬間的非穩態電壓
一般設計者不會冒著個風險

xiaolaba

各位大大討論這樣熱烈, 很多資料須要消化, 俺是希望學習她設計的原理

畢竟有人在賣的產品, 理論上起碼可以用上一年的, 要不然保固都賠死了

不過沒有看到台灣賣220V的, 如果有買一個拆來看就比較快有結論了

專炸元件

xiaolaba 發表於 2013-10-23 12:20 AM static/image/common/back.gif
各位大大討論這樣熱烈, 很多資料須要消化, 俺是希望學習她設計的原理

畢竟有人在賣的產品, 理論上起碼可以 ...

TL431限電流電路用在LED驅動     這LED燈泡大概可以煮泡麵了n_090|


限電流電路特性是 固定電流  浮動電壓
線性穩壓穩流電路特性是  高穩定度   高熱  (LED脫焊原因)  

110轉220的問題
兩串不夠 要在多個半串
橋整出來的電壓差一倍
155變311                        
但是LED多一倍的Vf小於這個數字  還有100V是給MOSFET承受  
電路會熱壞的

maxcar

34顆LED壓降 3.2V*34=108V
不會多加幾顆-----------------------------------這樣不就不用限流電路

imcrazy

winrar070 發表於 2013-10-22 11:54 PM static/image/common/back.gif
R1阻抗低應該是要快速驅動MOS用的

就是怕那瞬間的非穩態電壓

但似乎沒有必要快速驅動MOSFET...

因為MOSFET在這裡的作用就是操作在線性區.........一開始MOSFET本來是OFF(G極沒電壓)....然後慢慢充電提升G極電壓到1.xV 讓LED電流慢慢變大到穩態電流....這樣的流程是不會出現問題的.......
且G極電容值也不算大啦...充電時間很短的(規格RC常數算一下就知了),且沒ON/OFF那種切換........要高頻開關才要考量到快速驅動耗損的問題...

huang22

是否在MOSFET ON/OFF 切換期間，需承受電壓差(瞬間電源電壓- LED燈串電壓)
，與電流(限流值降到0與0升到到限流值)產生的熱功率. 而先熱損MOSFET，純猜測。

專炸元件

huang22 發表於 2013-10-23 06:10 PM static/image/common/back.gif
是否在MOSFET ON/OFF 切換期間，需承受電壓差(瞬間電源電壓- LED燈串電壓)
，與電流(限流值降到0與0升到到 ...

這個架構下  MOS不是當開關是當成電阻在消耗多餘的電壓
多餘的電壓會全數被轉成熱  所以散熱不好 TL431跟MOS會先掛  

robotai

這裡這麼熱鬧，我也來參一腳，

我的分析如下：

9W燈泡，使用68個LED，
所以每個LED功率是 9W/68=0.132W，一般LED驅動電壓約3.25，所以單棵LED平均電流約為 0.132/3.25=0.04=40mA
一般小功率單晶LED電流約20mA，所以9W燈泡應該是使用了雙晶的SMD LED，
同理，13W燈泡，使用68個LED，
所以每個LED電流是 13W/68/3.25=58mA，所以應該使用的是三晶的SMD LED

以下圖為例，一般單個LED的電壓電流關係圖，

在一般工作電流在約3.25v, 20mA，3.5v時為可使用最大電流約30mA

在9W時，因為是雙晶LED，又使用兩串並聯，因此兩串內共有4晶的LED，因此Rs選用20歐姆，配合TL431，使得限流是2.495/20=125mA，也就是每一晶限流是125/4=31mA，
同樣在13W時，使用兩串三晶LED，共有6晶的LED，Rs選用15歐姆，限流是2.495/15=166mA，也就是每一晶限流是166/6=28mA，
所以MOSFET+TL431的設定是保護每一晶的LED不要超過最大連續電流30mA

以LED特性，在2.5v以下時幾乎不導通，
所以在AC電壓小於2.5x34=85v前，這電路是不會導通的，所以也不會有電流。
在最大電流30mA時，LED壓降約3.5v，所以LED總壓降約3.5x34=119v，也就是說AC輸入大於119v以上時，MOSFET就開始動作，吸收超過的電壓以維持電流不超過30mA，

所以在AC峰值155v時，MOSFET最大瞬間要承受約(155-119)x0.03=1.08W的功率。
用Excel稍微大約用Sine函數表算了一下，MOSFET大約總平均要承受0.3W的功率。

在最高電壓155v時，在MOSFET兩端會有約36v-2.5v=33.5v的壓降，所以如果接在TL431的K腳電阻是20歐姆的話，那TL431上就得流過超過1A的電流，這樣的話，TL431跟電阻應該都會燒掉吧！所以我又努力看了一下原圖，我很懷疑這一個電阻該不會是"2001"，也就是2k歐姆的電阻吧？:sam10

這樣的話，電流才不會超過。

如果在依電路板原留的設計解下兩個0歐姆電阻，改成兩串串連的220v，差最多的就會是MOSFET要承受最高1.08x2=2.16W，平均0.3x2=0.6W的功率。如果接TL431 K腳的電阻2k的話，TL431應該是沒有問題才對。

燒掉的9W，我猜MOSFET有可能過熱擊穿，這樣的話LED最大電流就會沒有限制，這時最大電流說不定會有100mA喔。

winrar070

robotai 發表於 2013-10-23 10:59 PM static/image/common/back.gif
這裡這麼熱鬧，我也來參一腳，

我的分析如下：

用電表量一下就知道了
電路架構沒問題的前提下，mos應該是被led產生的熱給燒壞的吧
不然以會大值1瓦，平均值0.3瓦狀態下，應該不會壞才對
另一個可能性，瞬間突波電壓

huang22

發文版主，要不要試一試，將故障,缺兩個LED的燈泡，短路兩只故障LED,然後用220V供電一下,看是LED 損壞，還是首先MOSFET或TL431故障? 或是MOSFET 超燙!? 還是全波整流耐壓不足故障?

robotai

huang22 發表於 2013-10-24 10:19 AM static/image/common/back.gif
發文版主，要不要試一試，將故障,缺兩個LED的燈泡，短路兩只故障LED,然後用220V供電一下,看是LED 損壞，還 ...

那個燈泡是110v的喔，沒有改電阻前用220v會直接"銷毀" :sam40

MOSFET有沒有擊穿，應該只要拆下R1，再直接電路上對MOSFET量DS極有沒有導通就知道了吧