Actualment, les làmpades fluorescents i fluorescents són gairebé completament substituïdes per làmpades LED, que es presenten majoritàriament en forma de làmpades LED circulars o quadrades de sostre pla.
Aquestes làmpades es combinen molt bé amb la superfície plana del sostre de les nostres llars, oficines o botigues, proporcionant un aspecte estètic a les llums, juntament amb una alta eficiència de sortida, en termes d’estalvi d’energia i il·luminació d’espai.
En aquest article discutim un simple convertidor de corrent alimentat per xarxa que es pot utilitzar com a controlador per il·luminar làmpades LED de sostre d'entre 3 i 10 watts.
El circuit és en realitat un circuit SMPS de 220 V a 15 V però, ja que és un disseny no aïllat, elimina el complex transformador de ferrita i els factors crítics implicats.
Tot i que un disseny no aïllat no proporciona aïllament al circuit de la xarxa de CA, una simple coberta de plàstic rígid sobre la unitat contraresta fàcilment aquest inconvenient, garantint absolutament cap amenaça per a l'usuari.
D'altra banda, el millor d'un circuit de control no aïllat és que és barat, fàcil de construir, instal·lar i utilitzar, a causa de l'absència d'un transformador SMPS crític, que és substituït per un simple inductor.
L’ús d’un únic IC VIPer22A per ST microelectronics fa que el disseny sigui pràcticament a prova de danys i sigui permanent, sempre que el subministrament de CA d’entrada estigui dins del rang especificat de 100 V i 285 V.
Quant a l'IC VIPer22A-E
El VIPer12A-E i el VIPer22A-E, que coincideixen amb pin-per-pin, estan dissenyats per a nombroses aplicacions de subministrament d’alimentació de CA a CC. Aquest document presenta una font d’alimentació del controlador LED SMPS no aïllat fora de línia mitjançant el VIPer12 / 22A-E.
Aquí s’inclouen quatre dissenys de controladors únics. El xip VIPer12A-E es pot utilitzar per conduir làmpades LED de sostre de 12 V a 200 mA i 16 V 200 mA.
El VIPer22A-E es pot aplicar a làmpades de sostre de major potència equipades amb subministraments de 12 V / 350 mA i 16 V / 350 mA.
Es podria utilitzar el mateix disseny de PCB per a qualsevol voltatge de sortida de 10 V a 35 V. Això fa que l'aplicació sigui molt diversa i adequada per alimentar una àmplia gamma de làmpades LED, des d'1 watt fins a 12 watts.
A l’esquema, per a càrregues menors que poden funcionar amb menys de 16 V, s’inclouen els díodes D6 i C4, per a càrregues que necessiten més de 16 V, el díode D6 i el condensador C4 s’eliminen simplement.
Com funciona el circuit
Les funcions del circuit per a les quatre variants són essencialment idèntiques. La variació es troba en l’etapa del circuit d’inici. Explicarem el model tal com es mostra a la figura 3.
La sortida de disseny del convertidor no està aïllada de l’entrada de corrent altern de 220V. Això fa que la línia de neutre de corrent altern sigui comuna a la terra de sortida de la línia de corrent continu, de manera que proporciona una connexió de referència posterior al neutre de xarxa.
Aquest convertidor de dòlars LED costa menys perquè no depèn del transformador tradicional basat en nucli E de ferrita i de l’acoblador opto aïllat.
La línia de corrent altern s'aplica a través del díode D1 que rectifica els semicicles alternatius de CA a una sortida de corrent continu. C1, L0, C2 constitueixen un filtre de pastís {per ajudar} a minimitzar el soroll EMI.
El valor del condensador del filtre es selecciona per gestionar una vall d’impulsos acceptable, ja que els condensadors es carreguen cada mig cicle alternatiu. Es poden aplicar un parell de díodes en lloc de D1 per suportar polsos d'esclat de fins a 2 kV.
R10 compleix un parell d’objectius, un és restringir la pujada d’entrada i l’altre funciona com a fusible en cas que hi hagi un mal funcionament catastròfic. Una resistència de bobinatge de filferro tracta el corrent d'entrada.
La resistència al foc i un fusible funcionen molt bé segons les especificacions del sistema i de seguretat.
C7 controla l’EMI anivellant la línia i la pertorbació neutra sense necessitat del Xcap. Aquest controlador LED de sostre segur que complirà i superarà les especificacions EN55022 de nivell 'B'. Si la demanda de càrrega és menor, aquest C7 es podria ometre del circuit.
La tensió desenvolupada a l'interior de C2 s'aplica al drenatge MOSFET de l'IC a través dels pins 5 a 8 connectats entre si.
Internament, l'IC VIPer té una font de corrent constant que proporciona 1mA al pin Vdd 4. Aquest corrent d'1 mA s'utilitza per carregar el condensador C3.
Tan bon punt la tensió del pin Vdd s'estén fins a un valor mínim de 14,5 V, la font de corrent interna de l'IC s'apaga i el VIPer comença a activar / desactivar.
Mentre es troba en aquesta situació, l’energia es subministra mitjançant el límit Vdd. L'electricitat emmagatzemada dins d'aquest condensador ha de ser superior a la potència necessària per proporcionar el corrent de càrrega de sortida juntament amb la potència de càrrega del condensador de sortida, abans que el tap Vdd caigui per sota de 9 V.
Això es podria notar en determinats esquemes de circuits. Així, el valor del condensador es selecciona per donar suport al temps d’encès inicial.
Quan es produeix un curtcircuit, la càrrega a l'interior del tap Vdd cau per sota del valor mínim que permet als circuits integrats del generador de corrent d'alta tensió activar un nou cicle d'inici.
Les fases de càrrega i descàrrega del condensador decideixen el període de temps durant el qual s’activarà i apagarà la font d’alimentació. D’aquesta manera es redueix l’impacte de l’escalfament del RMS a totes les parts.
El circuit que ho regula inclou Dz, C4 i D8. D8 carrega C4 al seu valor màxim durant tot el període de ciclisme mentre D5 està en mode de conducció.
Durant aquest període, la font d'alimentació o tensió de referència a l'IC es redueix per la caiguda de tensió directa d'un díode per sota del nivell del sòl, que compensa la caiguda D8.
Per tant, principalment la tensió de Zener és equivalent a la tensió de sortida. C4 està connectat a Vfb i a la font d'alimentació per suavitzar la tensió de regulació.
Dz és un Zener de 12 V, 1⁄2 W amb una intensitat de prova específica de 5 mA. Aquests Zeners que tenen un corrent més petit proporcionen una precisió més alta del voltatge de sortida.
En cas que la tensió de sortida sigui inferior a 16 V, el circuit es podria configurar tal com es mostra a la figura 3, on Vdd està aïllat del pin Vfb. Tan bon punt la font actual incorporada de l'IC carregui el condensador Vdd, Vdd pot aconseguir 16V en les pitjors circumstàncies.
Un Zener de 16 V amb una tolerància mínima del 5% podria ser de 15,2 V, a més de la resistència incorporada a terra és de 1.230k Ω, que genera un 1,23 V addicional per obtenir un total de 16,4 V.
Per a una sortida de 16 V o més, es pot permetre que el pin Vdd i el pin Vfb promoguin un filtre de díode i condensador comuns tal com s’indica a la figura 4.
Selecció d’inductors
A l’etapa de funcionament inicial de l’inductor en mode discontinu es podria determinar mitjançant la fórmula següent que proporciona una estimació efectiva per a l’inductor.
L = 2 [Pàg fora / ( Id pic )2x f)]
Quan Idpeak és el corrent de drenatge màxim més baix, 320 mA per l'IC VIPer12A-E i 560 mA per al VIPer22A-E, f indica la freqüència de commutació a 60 kHz.
El corrent màxim més alt controla la potència subministrada dins de la configuració del convertidor Buck. Com a resultat, el càlcul donat anteriorment sembla adequat per a un inductor dissenyat per funcionar en mode discontinu.
Quan el corrent d'entrada rellisca fins a zero, el corrent màxim de sortida obté el doble de la sortida.
Això restringeix el corrent de sortida a 280 mA per a l'IC VIPer22A-E.
En cas que l’inductor tingui un valor més gran, canviant entre el mode continu i el discontinu, podem aconseguir 200 mA fàcilment lluny de l’actual problema de restricció. El C6 ha de ser un condensador ESR mínim per aconseguir la baixa tensió d’ondulació.
V ondulació = Jo ondulació x C esr
D5 requereix ser un díode de commutació d’alta velocitat, però D6 i D8 poden ser díodes rectificadors normals.
El DZ1 s’utilitza per fixar la tensió de sortida a 16 V. Les característiques del convertidor Buck fan que es carregui en el punt de pic sense condició de càrrega. Es recomana utilitzar un díode Zener de 3 a 4 V més gran que el voltatge de sortida.
FIGURA # 3
La figura 3 mostra el diagrama de circuits per al disseny del prototip de làmpada LED de sostre. Està dissenyat per a làmpades LED de 12 V amb un corrent òptim de 350 mA.
En cas que sigui desitjable una quantitat menor de corrent, el VIPer22A-E es podria transformar en un VIPer12A-E i el condensador C2 es podria reduir de 10 μf a 4,7 μF. Això dóna fins a 200 mA.
FIGURA # 4
La figura 4 mostra un disseny idèntic, tret de la sortida de 16 V o més, i es podrien ometre D6 i C4. El pont connecta la tensió de sortida amb el pin Vdd.
Idees de disseny i suggeriments
El valor L proporciona els límits de llindar entre el mode continu i el discontinu per a un corrent de sortida especificat. Per poder funcionar en mode discontinu, el valor de l’inductor ha de ser inferior a:
L = 1/2 x R x T x (1 - D)
Quan R indica la resistència a la càrrega, T indica el període de commutació i D dóna el cicle de treball. Trobareu un parell de factors a tenir en compte.
La primera és que, com més gran sigui discontinu, més gran serà el corrent màxim. Aquest nivell s’ha de mantenir per sota del pols mínim mitjançant el control de corrent de pols del VIPer22A-E que és 0,56 A.
L’altre és quan treballem amb un inductor de mida més gran per funcionar constantment, ens trobem amb excés de calor a causa dels dèficits de commutació del MOSFET dins del CI VIPer.
Especificacions de l’inductor
No cal dir que l’especificació del corrent d’inductor ha de ser superior al corrent de sortida per evitar la possibilitat de saturar el nucli de l’inductor.
L’inductor L0 es pot construir enrotllant 24 fils de coure super esmaltats SWG sobre un nucli de ferrita adequat, fins que s’assoleixi el valor d’inductància de 470 uH.
De la mateixa manera, l’inductor L1 es podria construir enrotllant filferro de coure super esmaltat 21 SWG sobre qualsevol nucli de ferrita adequat, fins que s’assoleixi el valor d’inductància d’1 mH.
Llista completa de peces
Per obtenir més detalls i disseny de PCB, consulteu això Full de dades complet
Anterior: Circuit del detector de moviment mitjançant l’efecte Doppler Següent: Especificacions de càrrega / descàrrega de la bateria LiFePO4, avantatges explicades
