Κύκλωμα οδήγησης λαμπτήρα οροφής LED

Σήμερα οι λαμπτήρες CFL και φθορισμού αντικαθίστανται σχεδόν τελείως με λαμπτήρες LED, οι οποίοι έχουν ως επί το πλείστον τη μορφή λαμπτήρων LED με κυκλική ή τετράγωνη επίπεδη οροφή.

Αυτοί οι λαμπτήρες συγχωνεύονται υπέροχα με την επίπεδη οροφή των σπιτιών, των γραφείων ή των καταστημάτων μας παρέχοντας μια αισθητική εμφάνιση για τα φώτα, μαζί με υψηλή απόδοση, όσον αφορά την εξοικονόμηση ενέργειας και το φωτισμό χώρου.

Σε αυτό το άρθρο συζητάμε έναν απλό μετατροπέα buck που λειτουργεί με ρεύμα, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οδηγός για το φωτισμό των λαμπτήρων LED οροφής μεταξύ 3 και 10 watt.

Το κύκλωμα είναι στην πραγματικότητα ένα κύκλωμα SMPS 220 V έως 15 V, αλλά επειδή είναι ένα μη απομονωμένο σχέδιο, απαλλάσσεται από τον περίπλοκο μετασχηματιστή φερρίτη και τους σχετικούς κρίσιμους παράγοντες.

Παρόλο που ένας μη απομονωμένος σχεδιασμός δεν παρέχει απομόνωση στο κύκλωμα από το δίκτυο AC, ένα απλό άκαμπτο πλαστικό κάλυμμα πάνω από τη μονάδα μετρά εύκολα αυτό το μειονέκτημα, εγγυώντας απολύτως καμία απειλή για τον χρήστη.

Από την άλλη πλευρά, τα καλύτερα πράγματα για ένα μη απομονωμένο κύκλωμα οδήγησης είναι ότι, είναι φθηνό, εύκολο στην κατασκευή, εγκατάσταση και χρήση, λόγω της απουσίας ενός κρίσιμου μετασχηματιστή SMPS, ο οποίος αντικαθίσταται από έναν απλό επαγωγέα.

Η χρήση ενός μοναδικού IC VIPer22A από τη μικροηλεκτρονική ST καθιστά το σχεδιασμό ουσιαστικά ανθεκτικό στη βλάβη και μόνιμο, υπό την προϋπόθεση ότι η τροφοδοσία AC εισόδου βρίσκεται εντός της καθορισμένης περιοχής 100 V και 285 V.

Σχετικά με το IC VIPer22A-E

Τα VIPer12A-E και VIPer22A-E που τυχαίνει να ταιριάζουν με pin-for-pin, και έχουν σχεδιαστεί για πολλές εφαρμογές τροφοδοσίας AC σε DC. Αυτό το έγγραφο παρουσιάζει μια παροχή ηλεκτρικού ρεύματος οδηγού SMPS LED εκτός γραμμής, χρησιμοποιώντας το VIPer12 / 22A-E.

Περιλαμβάνονται τέσσερα μοναδικά σχέδια οδηγών εδώ. Το τσιπ VIPer12A-E μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οδήγηση 12 V στα 200 mA και 16 V 200 mA λαμπτήρες οροφής LED.

Το VIPer22A-E μπορεί να εφαρμοστεί για λάμπες οροφής υψηλότερης ισχύος, με 12 V / 350 mA και 16 V / 350 mA προμήθειες.

Η ίδια διάταξη PCB θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για οποιαδήποτε τάση εξόδου από 10 V έως 35 V. Αυτό καθιστά την εφαρμογή πολύ διαφορετική και κατάλληλη για τροφοδοσία μεγάλου εύρους λαμπτήρων LED, από 1 watt έως 12 watt.

Στο σχήμα, για φορτία λιγότερα που μπορούν να λειτουργήσουν με λιγότερο από 16 V, περιλαμβάνονται η δίοδος D6 και C4, για φορτία που απαιτούν πάνω από 16 V, η δίοδος D6 και ο πυκνωτής C4 απλώς αφαιρούνται.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Οι λειτουργίες κυκλώματος και για τις 4 παραλλαγές είναι ουσιαστικά ίδιες. Η παραλλαγή βρίσκεται στο στάδιο του κυκλώματος εκκίνησης. Θα εξηγήσουμε το μοντέλο όπως φαίνεται στο σχήμα 3.

Η έξοδος σχεδιασμού μετατροπέα δεν απομονώνεται από την είσοδο εναλλασσόμενου ρεύματος 220V. Αυτό αναγκάζει την ουδέτερη γραμμή εναλλασσόμενου ρεύματος να είναι κοινή στο έδαφος εξόδου της γραμμής DC, παρέχοντας έτσι μια σύνδεση αναφοράς πίσω στο ουδέτερο δίκτυο.

Αυτός ο μετατροπέας LED buck κοστίζει λιγότερο επειδή δεν εξαρτάται από τον παραδοσιακό μετασχηματιστή βασισμένο σε φερρίτη E-core και τον απομονωμένο οπτικό ζεύκτη.

Η γραμμή εναλλασσόμενου ρεύματος εφαρμόζεται μέσω της δίοδος D1 που διορθώνει τους εναλλασσόμενους κύκλους εναλλασσόμενου ρεύματος σε έξοδο DC. Τα C1, L0, C2 αποτελούν φίλτρο πίτας {για να βοηθήσουν} στην ελαχιστοποίηση του θορύβου EMI.

Η τιμή του πυκνωτή φίλτρου επιλέγεται για τη διαχείριση μιας αποδεκτής παλμικής κοιλάδας, καθώς οι πυκνωτές φορτίζονται κάθε εναλλακτικό μισό κύκλο. Μερικές δίοδοι μπορούν να εφαρμοστούν αντί για D1 για να αντέξουν παλμούς ριπής κυματισμού έως 2 kV.

Το R10 ικανοποιεί μερικούς στόχους, ο ένας είναι για τον περιορισμό της αύξησης εισροών και ο άλλος να λειτουργεί ως ασφάλεια σε περίπτωση που υπάρχει καταστροφική δυσλειτουργία. Μια αντίσταση πληγής σύρματος ασχολείται με το ρεύμα εισόδου.

Η αντίσταση στη φωτιά και η ασφάλεια λειτουργούν εξαιρετικά καλά σύμφωνα με τις προδιαγραφές συστήματος και ασφάλειας.

Το C7 ελέγχει το EMI με ισοπέδωση γραμμής και ουδέτερη διαταραχή χωρίς να χρειάζεται το Xcap. Αυτό το πρόγραμμα οδήγησης οροφής LED σίγουρα θα συμμορφωθεί και θα περάσει τις προδιαγραφές EN55022 επιπέδου «B». Εάν η ζήτηση φορτίου είναι χαμηλότερη, τότε αυτό το C7 θα μπορούσε να παραλειφθεί από το κύκλωμα.

Η τάση που αναπτύσσεται στο εσωτερικό του C2 εφαρμόζεται στην αποχέτευση MOSFET του IC μέσω των ακίδων 5 έως 8 που συνδέονται μεταξύ τους.

Εσωτερικά, το IC VIPer έχει πηγή σταθερού ρεύματος που παρέχει 1mA στον ακροδέκτη Vdd 4. Αυτό το ρεύμα 1 mA χρησιμοποιείται για τη φόρτιση του πυκνωτή C3.

Μόλις η τάση στον πείρο Vdd επεκταθεί σε ελάχιστη τιμή 14,5 V, η εσωτερική πηγή ρεύματος IC απενεργοποιείται και ο VIPer αρχίζει να ενεργοποιεί / απενεργοποιεί.

Ενώ σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς παρέχεται μέσω του καπακιού Vdd. Η ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται μέσα σε αυτόν τον πυκνωτή πρέπει να είναι υψηλότερη από την ισχύ που απαιτείται για να παρέχει το ρεύμα φορτίου εξόδου μαζί με την ισχύ φόρτισης του πυκνωτή εξόδου, πριν το καπάκι Vdd πέσει κάτω από 9 V.

Αυτό θα μπορούσε να παρατηρηθεί σε συγκεκριμένα σχήματα κυκλωμάτων. Η τιμή του πυκνωτή επιλέγεται έτσι ώστε να υποστηρίζει τον αρχικό χρόνο ενεργοποίησης.

Όταν συμβαίνει βραχυκύκλωμα, η φόρτιση στο καπάκι Vdd μειώνεται χαμηλότερα από την ελάχιστη τιμή, επιτρέποντας στα ενσωματωμένα ρεύματα στη γεννήτρια ρεύματος υψηλής τάσης να ενεργοποιήσουν έναν νέο κύκλο εκκίνησης.

Οι φάσεις φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή αποφασίζουν το χρονικό διάστημα κατά το οποίο θα ενεργοποιηθεί και απενεργοποιηθεί το τροφοδοτικό. Αυτό μειώνει την επίδραση θέρμανσης RMS σε όλα τα μέρη.

Το κύκλωμα που ρυθμίζει αυτό περιλαμβάνει Dz, C4 και D8. Το D8 φορτίζει το C4 στην μέγιστη τιμή του καθ 'όλη τη διάρκεια της περιόδου ποδηλασίας, ενώ το D5 βρίσκεται σε λειτουργία αγωγιμότητας.

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η πηγή τροφοδοσίας ή η τάση αναφοράς στο IC μειώνεται από την πτώση τάσης προς τα εμπρός μιας διόδου κάτω από το επίπεδο της γείωσης, που αντιστοιχεί στην πτώση D8.

Επομένως, κυρίως η τάση Zener είναι ισοδύναμη με την τάση εξόδου. Το C4 συνδέεται μέσω Vfb και της πηγής τροφοδοσίας για εξομάλυνση της τάσης ρύθμισης.

Το Dz είναι 12 V, 1⁄2 W Zener που έχει συγκεκριμένη βαθμολογία ρεύματος δοκιμής 5 mA. Αυτά τα Zeners που βαθμολογούνται με μικρότερο ρεύμα παρέχουν μεγαλύτερη ακρίβεια της τάσης εξόδου.

Σε περίπτωση που η τάση εξόδου είναι κάτω από 16 V, το κύκλωμα θα μπορούσε να ρυθμιστεί όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, όπου το Vdd είναι απομονωμένο από τον πείρο Vfb. Μόλις η ενσωματωμένη τρέχουσα πηγή IC φορτίσει τον πυκνωτή Vdd, το Vdd μπορεί να επιτύχει 16V στις χειρότερες συνθήκες.

Ένα 16 V Zener με ελάχιστη ανοχή 5% θα μπορούσε να είναι 15,2 V επιπλέον της ενσωματωμένης αντίστασης στο έδαφος είναι 1,230k Ω που δημιουργεί επιπλέον 1,23 V για να δώσει συνολικά 16,4 V.

Για έξοδο 16 V και μεγαλύτερη, ο πείρος Vdd και ο πείρος Vfb επιτρέπεται να προωθούν ένα κοινό φίλτρο διόδου και πυκνωτή ακριβώς όπως υποδεικνύεται στο Σχήμα 4.

Επιλογή επαγωγέα

Στο αρχικό στάδιο λειτουργίας του επαγωγέα στον ασυνεχή τρόπο θα μπορούσε να προσδιοριστεί μέσω του παρακάτω δεδομένου τύπου που παρέχει μια αποτελεσματική εκτίμηση για τον επαγωγέα.

L = 2 [Ρ _έξω / ( Ταυτότητα _κορυφή )^δύοx στ)]

Όπου το Idpeak είναι το χαμηλότερο μέγιστο ρεύμα αποστράγγισης, 320 mA για το IC VIPer12A-E και 560 mA για το VIPer22A-E, f σημαίνει τη συχνότητα μεταγωγής στα 60 kHz.

Το υψηλότερο μέγιστο ρεύμα ελέγχει την ισχύ που παρέχεται στη διαμόρφωση μετατροπέα buck. Ως αποτέλεσμα, ο παραπάνω υπολογισμός φαίνεται κατάλληλος για έναν επαγωγέα σχεδιασμένο να λειτουργεί σε ασυνεχή λειτουργία.

Όταν το ρεύμα εισόδου μειώνεται στο μηδέν, τότε το ρεύμα αιχμής εξόδου παίρνει δύο φορές την έξοδο.

Αυτό περιορίζει το ρεύμα εξόδου στα 280 mA για το IC VIPer22A-E.

Σε περίπτωση που ο επαγωγέας έχει μεγαλύτερη τιμή, αλλάζοντας μεταξύ συνεχούς και ασυνεχούς λειτουργίας, μπορούμε να επιτύχουμε 200 mA εύκολα μακριά από το τρέχον ζήτημα περιορισμού. Το C6 πρέπει να είναι ένας ελάχιστος πυκνωτής ESR για την επίτευξη της χαμηλής τάσης κυματισμού.

Β _{κυματισμός} = Εγώ _{κυματισμός} Χ ντο _esr

Το D5 πρέπει να είναι δίοδος μεταγωγής υψηλής ταχύτητας, αλλά οι D6 και D8 μπορεί να είναι συνηθισμένες διόδους ανορθωτή.

Το DZ1 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της τάσης εξόδου στα 16 V. Τα χαρακτηριστικά του μετατροπέα buck προκαλούν φόρτιση στο σημείο αιχμής χωρίς συνθήκη χωρίς φορτίο. Συνιστάται να χρησιμοποιείτε μια δίοδο Zener που είναι 3 έως 4 V μεγαλύτερη από την τάση εξόδου.

ΣΧΗΜΑ # 3

Το παραπάνω σχήμα 3 δείχνει το διάγραμμα κυκλώματος για το σχεδιασμό πρωτοτύπου λυχνίας LED οροφής. Έχει σχεδιαστεί για λαμπτήρες LED 12 V με βέλτιστο ρεύμα 350 mA.

Σε περίπτωση που απαιτείται μικρότερη ποσότητα ρεύματος, τότε το VIPer22A-E θα μπορούσε να μετατραπεί σε VIPer12A-E και ο πυκνωτής C2 θα μπορούσε να μειωθεί από 10 μf σε 4,7 μF. Αυτό δίνει έως και 200 ​​mA.

ΣΧΗΜΑ # 4

Το παραπάνω σχήμα 4 δείχνει την ίδια σχεδίαση εκτός από την έξοδο 16 V ή περισσότερο, τα D6 και C4 θα μπορούσαν να παραλειφθούν. Ο βραχυκυκλωτήρας συνδέει την τάση εξόδου με τον πείρο Vdd.

Διάταξη ιδεών και προτάσεων

Η τιμή L παρέχει τα όρια μεταξύ συνεχούς και ασυνεχούς λειτουργίας για ένα καθορισμένο ρεύμα εξόδου. Για να μπορείτε να λειτουργείτε σε ασυνεχή λειτουργία, η τιμή του επαγωγέα πρέπει να είναι μικρότερη από:

L = 1/2 x R x T x (1 - Δ)

Όπου το R υποδεικνύει την αντίσταση φορτίου, το Τ υποδηλώνει την περίοδο μεταγωγής και το D δίνει τον κύκλο λειτουργίας. Θα βρείτε μερικούς παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη.

Το πρώτο είναι, όσο μεγαλύτερο είναι το ασυνεχές τόσο μεγαλύτερο είναι το μέγιστο ρεύμα. Αυτό το επίπεδο πρέπει να διατηρείται κάτω από τον ελάχιστο παλμό με έλεγχο ρεύματος παλμού του VIPer22A-E που είναι 0,56 A.

Το άλλο είναι όταν δουλεύουμε με ένα μεγαλύτερο πηνίο για να λειτουργεί συνεχώς, συναντάμε πλεόνασμα θερμότητας λόγω αλλαγής ελλειμμάτων του MOSFET στο VIPer IC.

Προδιαγραφές επαγωγέα

Περιττό να πούμε ότι η προδιαγραφή ρεύματος επαγωγέα θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το ρεύμα εξόδου για να αποφευχθεί η πιθανότητα κορεσμού του πυρήνα του επαγωγέα.

Το πηνίο L0 μπορεί να κατασκευαστεί τυλίγοντας 24 SWG ​​σμάλτο χάλκινο σύρμα πάνω από κατάλληλο πυρήνα φερρίτη, έως ότου επιτευχθεί η τιμή επαγωγής 470 uH.

Ομοίως, ο επαγωγέας L1 θα μπορούσε να κατασκευαστεί τυλίγοντας 21 SWG σμάλτο χάλκινο σύρμα πάνω από οποιοδήποτε κατάλληλο φερρίτη, έως ότου επιτευχθεί η τιμή επαγωγής 1 mH.

Πλήρης λίστα ανταλλακτικών

Για περισσότερες λεπτομέρειες και σχεδιασμό PCB ανατρέξτε σε αυτό Πλήρες φύλλο δεδομένων