Obwód sterownika lampy sufitowej LED

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Obecnie świetlówki kompaktowe i świetlówki są prawie całkowicie zastępowane lampami LED, które najczęściej mają postać okrągłych lub kwadratowych płaskich lamp sufitowych LED.

Lampy te pięknie komponują się z płaską powierzchnią sufitu w naszych domach, biurach czy sklepach, zapewniając estetyczny wygląd świateł, a także wysoką wydajność wyjściową pod względem oszczędności energii i oświetlenia przestrzeni.



W tym artykule omówimy prosty konwerter buck zasilany z sieci, który może być używany jako sterownik do oświetlania sufitowych lamp LED o zakresie od 3 do 10 watów.

Obwód jest w rzeczywistości obwodem SMPS od 220 V do 15 V, ale ponieważ jest to konstrukcja nieizolowana, eliminuje złożony transformator ferrytowy i związane z nim czynniki krytyczne.



Chociaż nieizolowana konstrukcja nie zapewnia izolacji obwodu od zasilania sieciowego, prosta sztywna plastikowa osłona nad urządzeniem z łatwością przeciwdziała tej wadzie, gwarantując absolutnie brak zagrożenia dla użytkownika.

Z drugiej strony, najlepszą rzeczą w nieizolowanym obwodzie sterownika jest to, że jest tani, łatwy w budowie, instalacji i obsłudze, ze względu na brak krytycznego transformatora SMPS, który jest zastępowany prostą cewką.

Zastosowanie pojedynczego układu scalonego VIPer22A firmy ST microelectronics sprawia, że ​​konstrukcja jest praktycznie odporna na uszkodzenia i trwała, pod warunkiem, że napięcie wejściowe AC mieści się w określonym zakresie 100 V i 285 V.

O IC VIPer22A-E

VIPer12A-E i VIPer22A-E, które przypadkowo pasują do siebie, i są przeznaczone do wielu zastosowań związanych z zasilaniem sieciowym AC / DC. W niniejszym dokumencie przedstawiono nieizolowany zasilacz sterownika SMPS LED w trybie off-line wykorzystujący VIPer12 / 22A-E.

Zawiera cztery unikalne projekty sterowników. Chip VIPer12A-E może być używany do zasilania sufitowych lamp LED 12 V przy 200 mA i 16 V 200 mA.

VIPer22A-E może być stosowany do lamp sufitowych o większej mocy z zasilaniem 12 V / 350 mA i 16 V / 350 mA.

Ten sam układ PCB można zastosować dla dowolnego napięcia wyjściowego od 10 V do 35 V. To sprawia, że ​​zastosowanie jest niezwykle zróżnicowane i nadaje się do zasilania szerokiej gamy lamp LED, od 1 wata do 12 watów.

Na schemacie, dla obciążeń mniejszych, które mogą pracować przy mniej niż 16 V, uwzględniono diody D6 i C4, dla obciążeń wymagających powyżej 16 V diodę D6 i kondensator C4 są po prostu usuwane.

Jak działa obwód

Funkcje obwodów dla wszystkich 4 wariantów są zasadniczo identyczne. Zmiana jest na etapie obwodu rozruchowego. Wyjaśnimy Model zgodnie z ilustracją na rysunku 3.

Wyjście konstrukcyjne przetwornika nie jest izolowane od wejścia sieciowego 220 V AC. Powoduje to, że przewód neutralny AC jest wspólny z masą wyjściową przewodu DC, zapewniając w ten sposób połączenie odniesienia wstecznego do przewodu zerowego sieci.

Ten konwerter buck LED kosztuje mniej, ponieważ nie zależy od tradycyjnego transformatora z rdzeniem ferrytowym E i izolowanego łącznika optycznego.

Linia zasilania AC jest doprowadzana przez diodę D1, która prostuje przemienne półokresy AC na wyjście DC. C1, L0, C2 stanowią filtr kołowy {pomagający} zminimalizować szum EMI.

Wartość kondensatora filtru dobiera się tak, aby zarządzać dopuszczalną doliną impulsu, ponieważ kondensatory są ładowane w każdym naprzemiennym półcyklu. Zamiast diody D1 można zastosować kilka diod, aby wytrzymać impulsy tętnienia do 2 kV.

R10 spełnia kilka celów, jeden służy do ograniczania udarów rozruchowych, a drugi do pracy jako bezpiecznik na wypadek katastrofalnej awarii. Rezystor drutowy radzi sobie z prądem rozruchowym.

Rezystor ognioodporny i bezpiecznik działają wyjątkowo dobrze zgodnie ze specyfikacjami systemu i bezpieczeństwa.

C7 kontroluje EMI poprzez wyrównanie linii i zakłóceń neutralnych bez konieczności używania Xcap. Ten sufitowy sterownik LED z pewnością będzie zgodny ze specyfikacją EN55022 poziom „B” i ją przejdzie. Jeśli zapotrzebowanie na obciążenie jest niższe, to C7 można pominąć w obwodzie.

Napięcie wytworzone wewnątrz C2 jest doprowadzane do drenu MOSFET układu scalonego przez połączone ze sobą piny od 5 do 8.

Wewnętrznie IC VIPer ma źródło prądu stałego, które dostarcza 1 mA do styku 4 Vdd. Ten prąd 1 mA jest używany do ładowania kondensatora C3.

Gdy tylko napięcie na pinie Vdd osiągnie minimalną wartość 14,5 V, wewnętrzne źródło prądu układu scalonego wyłącza się, a VIPer zaczyna włączać / wyłączać.

W tej sytuacji moc jest dostarczana przez nasadkę Vdd. Energia elektryczna zmagazynowana wewnątrz tego kondensatora musi być wyższa niż moc niezbędna do dostarczenia wyjściowego prądu obciążenia wraz z mocą do ładowania kondensatora wyjściowego, zanim wartość Vdd spadnie poniżej 9 V.

Można to zauważyć na podanych schematach obwodów. Wartość kondensatora jest więc dobierana tak, aby wspierać początkowy czas włączenia.

Kiedy dochodzi do zwarcia, ładunek wewnątrz nasadki Vdd spada poniżej minimalnej wartości, umożliwiając układom scalonym wbudowanym w generator prądu wysokiego napięcia wyzwolenie nowego cyklu rozruchu.

Fazy ​​ładowania i rozładowania kondensatora decydują o czasie załączania i wyłączania zasilania. Zmniejsza to wpływ ocieplenia RMS na wszystkie części.

Obwód, który to reguluje, obejmuje Dz, C4 i D8. D8 ładuje C4 do swojej wartości szczytowej przez cały okres cyklu, podczas gdy D5 jest w trybie przewodzenia.

W tym okresie źródło zasilania lub napięcie odniesienia do układu scalonego jest zmniejszane przez spadek napięcia przewodzenia diody poniżej poziomu masy, który nadrabia spadek D8.

Dlatego przede wszystkim napięcie Zenera jest równoważne napięciu wyjściowemu. C4 jest podłączony do Vfb i źródła zasilania, aby wygładzić napięcie regulacji.

Dz to 12 V, 1⁄2 W Zenera o określonej wartości znamionowej prądu testowego 5 mA. Te Zenery, które są oceniane przy mniejszym prądzie, zapewniają wyższą precyzję napięcia wyjściowego.

W przypadku, gdy napięcie wyjściowe jest niższe niż 16 V, obwód można skonfigurować tak, jak pokazano na rysunku 3, gdzie Vdd jest odizolowane od pinu Vfb. Gdy tylko wbudowane w układ scalony źródło prądu naładuje kondensator Vdd, Vdd może osiągnąć 16V w gorszych warunkach.

16 V Zenera o minimalnej tolerancji 5% może wynosić 15,2 V, a wbudowana rezystancja uziemienia wynosi 1,230 kΩ, co generuje dodatkowe 1,23 V, dając w sumie 16,4 V.

W przypadku wyjścia 16 V i większego styk Vdd i pin Vfb mogą promować wspólną diodę i filtr kondensatora dokładnie tak, jak pokazano na rysunku 4.

Wybór cewki indukcyjnej

Na etapie rozruchu cewki indukcyjnej w trybie nieciągłym można określić za pomocą poniższego wzoru, który zapewnia efektywne oszacowanie induktora.

L = 2 [P na zewnątrz / ( ID szczyt )dwax f)]

Gdzie Idpeak to najniższy maksymalny prąd drenu, 320 mA dla IC VIPer12A-E i 560 mA dla VIPer22A-E, f oznacza częstotliwość przełączania przy 60 kHz.

Najwyższy prąd szczytowy steruje mocą dostarczaną w konfiguracji przetwornika buck. W rezultacie powyższe obliczenia wydają się odpowiednie dla cewki zaprojektowanej do pracy w trybie nieciągłym.

Kiedy prąd wejściowy spada do zera, to szczytowy prąd wyjściowy staje się dwa razy większy niż wyjściowy.

Ogranicza to prąd wyjściowy do 280 mA dla IC VIPer22A-E.

W przypadku, gdy cewka indukcyjna ma większą wartość, przełączając między trybem ciągłym i nieciągłym, jesteśmy w stanie łatwo osiągnąć 200 mA z dala od obecnego problemu z ograniczeniem. C6 musi być minimalnym kondensatorem ESR, aby uzyskać niskie napięcie tętnienia.

V marszczyć = Ja marszczyć x do esr

D5 musi być diodą przełączającą o dużej szybkości, ale D6 i D8 mogą być zwykłymi diodami prostowniczymi.

DZ1 służy do ustalenia napięcia wyjściowego na 16 V. Charakterystyka przetwornicy buck powoduje, że ładuje się on w punkcie szczytowym w stanie bez obciążenia. Zaleca się użycie diody Zenera, która jest o 3 do 4 V większa niż napięcie wyjściowe.

RYSUNEK 3

Rysunek 3 powyżej przedstawia schemat połączeń dla projektu prototypowej lampy sufitowej LED. Przeznaczony jest do lamp LED 12 V o optymalnym prądzie 350 mA.

W przypadku, gdy pożądana jest mniejsza ilość prądu, wówczas VIPer22A-E można przekształcić w VIPer12A-E, a kondensator C2 można obniżyć z 10 μf do 4,7 μF. Daje to aż 200 mA.

RYSUNEK 4

Rysunek 4 powyżej przedstawia identyczną konstrukcję, z wyjątkiem wyjścia 16 V lub więcej, D6 i C4 można pominąć. Zworka łączy napięcie wyjściowe z pinem Vdd.

Pomysły na układ i sugestie

Wartość L określa granice progowe między trybem ciągłym i nieciągłym dla określonego prądu wyjściowego. Aby móc pracować w trybie nieciągłym, wartość induktora musi być mniejsza niż:

L = 1/2 x R x T x (1 - D)

Gdzie R oznacza rezystancję obciążenia, T oznacza okres przełączania, a D oznacza cykl pracy. Znajdziesz kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę.

Po pierwsze, im większa nieciągła, tym większy maksymalny prąd. Poziom ten musi być utrzymywany poniżej minimalnego impulsu przez sterowanie prądem impulsowym VIPer22A-E, czyli 0,56 A.

Drugi polega na tym, że gdy pracujemy z cewką indukcyjną o większej wielkości, aby stale działać, napotykamy nadwyżkę ciepła z powodu deficytów przełączania tranzystora MOSFET w układzie scalonym VIPer.

Specyfikacje cewki indukcyjnej

Nie trzeba dodawać, że specyfikacja prądu cewki indukcyjnej powinna być większa niż prąd wyjściowy, aby uniknąć możliwości nasycenia rdzenia cewki.

Cewkę indukcyjną L0 można zbudować przez nawinięcie super emaliowanego drutu miedzianego 24 SWG ​​na odpowiedni rdzeń ferrytowy, aż do osiągnięcia wartości indukcyjności 470 uH.

Podobnie, cewkę indukcyjną L1 można zbudować przez nawinięcie super emaliowanego drutu miedzianego 21 SWG na dowolny odpowiedni rdzeń ferrytowy, aż do osiągnięcia wartości indukcyjności 1 mH.

Pełna lista części

Aby uzyskać więcej informacji i projekt PCB, zapoznaj się z tym Kompletny arkusz danych




Poprzedni: Obwód detektora ruchu wykorzystujący efekt Dopplera Dalej: Specyfikacje ładowania / rozładowania akumulatora LiFePO4, wyjaśnienie zalet