Tak LED-lampdrivkrets

Numera ersätts CFL och lysrör nästan helt med LED-lampor, som mestadels har formen av cirkulära eller fyrkantiga LED-taklampor.

Dessa lampor smälter vackert samman med den plana takytan i våra hem, kontor eller butiker som ger ett estetiskt utseende för lamporna, tillsammans med en högeffektiv effekt, när det gäller energibesparing och platsbelysning.

I den här artikeln diskuterar vi en enkel nätdriven buck-omvandlare som kan användas som drivkraft för att belysa LED-lampor i tak mellan 3 watt och 10 watt.

Kretsen är faktiskt en 220 V till 15 V SMPS-krets men eftersom den är en icke-isolerad design blir den av med den komplexa ferrittransformatorn och de involverade kritiska faktorerna.

Även om en icke-isolerad design inte ger isolering till kretsen från nätströmmen, möter ett enkelt styvt plasthölje över enheten lätt denna nackdel och garanterar absolut inget hot för användaren.

Å andra sidan är det bästa med en icke-isolerad drivkrets att den är billig, lätt att bygga, installera och använda på grund av frånvaron av en kritisk SMPS-transformator, som ersätts av en enkel induktor.

Användningen av en enda IC VIPer22A av ST-mikroelektronik gör designen praktiskt taget skadlig och permanent, förutsatt att ingångsströmförsörjningen ligger inom det angivna intervallet 100 V och 285 V.

Om IC VIPer22A-E

VIPer12A-E och VIPer22A-E som råkar vara en pin-for-pin-matchning och är utformade för många nätapplikationer för växelström till DC. Detta dokument presenterar en off-line, icke-isolerad SMPS LED-drivrutinsströmförsörjning med VIPer12 / 22A-E.

Fyra unika förardesigner ingår här. Chipet VIPer12A-E kan användas för att köra 12 V vid 200 mA och 16 V 200 mA LED-taklampor.

VIPer22A-E kan appliceras på taklampor med högre wattstyrka med 12 V / 350 mA och 16 V / 350 mA förnödenheter.

Samma PCB-layout kan användas för vilken utgångsspänning som helst från 10 V till 35 V. Detta gör applikationen enormt mångsidig och lämplig för att driva ett brett spektrum av LED-lampor, från 1 watt till 12 watt.

I schemat, för mindre belastningar som kan arbeta med mindre än 16 V, ingår dioden D6 och C4, för belastningar som kräver mer än 16 V, dioden D6 och kondensatorn C4 tas helt enkelt bort.

Hur kretsen fungerar

Kretsfunktionerna för alla de 4 varianterna är i princip identiska. Variationen är i startkretsfasen. Vi kommer att förklara modellen som illustrerad i figur 3.

Omvandlarens designutgång är inte isolerad från nätanslutningen 220V. Detta gör att AC-neutralledningen är gemensam för DC-ledningens utgångsmark, vilket ger en bakreferensanslutning till nätneutral.

Denna LED-buck-omvandlare kostar mindre eftersom den inte beror på den traditionella ferrit E-kärnbaserade transformatorn och den isolerade optokopplaren.

Nätströmsledningen matas via dioden D1 som korrigerar de alternativa växelströmshalvcyklerna till en likströmsutgång. C1, L0, C2 utgör ett cirkelfilter {för att hjälpa} minimera EMI-brus.

Värdet på filterkondensatorn väljs för att hantera en acceptabel pulsdal, eftersom kondensatorerna laddas varje alternativ halvcykel. Ett par dioder kan appliceras istället för D1 för att klara rippel burst-pulser på upp till 2 kV.

R10 uppfyller ett par mål, det ena är för att begränsa inbrottsbølgen och det andra är att fungera som en säkring om det uppstår en katastrofal störning. Ett trådlindat motstånd hanterar startströmmen.

Brandbeständigt motstånd och en säkring fungerar extremt bra enligt system- och säkerhetsspecifikationer.

C7 styr EMI genom att utjämna linjen och neutral störning utan att behöva Xcap. Denna tak-LED-drivrutin kommer säkert att uppfylla och klara EN55022 nivå 'B' specifikationerna. Om lastbehovet är lägre kan denna C7 utelämnas från kretsen.

Spänningen som utvecklats inuti C2 appliceras på IC: s MOSFET-avlopp genom stift 5 till 8 anslutna ihop.

Internt har IC VIPer en konstant strömkälla som ger 1 mA till Vdd-stift 4. Denna 1 mA-ström används för att ladda kondensatorn C3.

Så snart spänningen på Vdd-stiftet sträcker sig till ett minimivärde på 14,5 V stängs IC: s interna strömkälla av och VIPern börjar aktivera PÅ / AV.

I denna situation levereras kraften via Vdd-locket. Den elektricitet som lagras inuti denna kondensator måste vara högre än den effekt som krävs för att ge uteffektströmmen tillsammans med laddningskraften för utgångskondensatorn innan Vdd-locket sjunker under 9 V.

Detta kan märkas i givna kretsscheman. Kondensatorvärdet väljs således för att stödja den inledande PÅ-tiden.

När en kortslutning inträffar sjunker laddningen inuti Vdd-kåpan lägre än minimivärdet så att IC: erna inbyggda högspänningsgeneratorer kan utlösa en ny startcykel.

Kondensatorns laddnings- och urladdningsfaser bestämmer den tid som strömförsörjningen ska slås på och av. Detta minskar RMS-värmepåverkan på alla delar.

Kretsen som reglerar detta inkluderar Dz, C4 och D8. D8 laddar C4 till sitt toppvärde under hela cykeltiden medan D5 är i ledningsläge.

Under denna period reduceras försörjningskällan eller referensspänningen till IC med det framåtriktade spänningsfallet för en diod under marknivån, vilket kompenserar för D8-fallet.

Därför motsvarar Zener-spänningen i första hand utspänningen. C4 är ansluten över Vfb och matningskällan för att jämna ut regleringsspänningen.

Dz är en 12 V, 1⁄2 W Zener med en speciell testström på 5 mA. Dessa Zeners som är märkta med en mindre ström ger högre precision för utspänningen.

Om utspänningen är under 16 V, kan kretsen ställas in enligt figur 3, där Vdd är isolerad från Vfb-stiftet. Så snart IC: ns inbyggda strömkälla laddar Vdd-kondensatorn kan Vdd uppnå 16V vid sämre omständigheter.

En 16 V Zener med en 5% minimal tolerans kan vara 15,2 V utöver det inbyggda jordmotståndet är 1,230k Ω som genererar extra 1,23 V för att ge en total på 16,4 V.

För 16 V-utgångar och större kan Vdd-stiftet och Vfb-stiften tillåtas främja ett vanligt diod- och kondensatorfilter exakt som anges i figur 4.

Val av induktor

Vid induktorns startdriftsfas i det diskontinuerliga läget kunde bestämmas genom nedanstående formel som ger en effektiv uppskattning av induktorn.

L = 2 [P _ut / ( Id _topp )^tvåx f)]

Där Idpeak är den lägsta maximala avloppsströmmen, 320 mA för IC VIPer12A-E och 560 mA för VIPer22A-E, betecknar f omkopplingsfrekvensen vid 60 kHz.

Den högsta toppströmmen styr strömmen som levereras inom buck-omvandlarens konfiguration. Som ett resultat ser ovanstående beräkning ut som lämplig för en induktor utformad för att fungera i diskontinuerligt läge.

När ingångsströmmen glider ner till noll får utgångens toppström två gånger utgången.

Detta begränsar utströmmen till 280 mA för IC VIPer22A-E.

Om induktorn har ett större värde, som växlar mellan kontinuerligt och diskontinuerligt läge, kan vi uppnå 200 mA lätt långt ifrån den aktuella begränsningsfrågan. C6 måste vara en minimal ESR-kondensator för att uppnå låg rippelspänning.

V _krusning = Jag _krusning x C _esr

D5 kräver att vara en högväxlingsdiod, men D6 och D8 kan vara vanliga likriktardioder.

DZ1 används för att fixera utspänningen till 16 V. Karaktäristiken för buck-omvandlaren gör att den laddas upp vid toppunkten utan belastningstillstånd. Det rekommenderas att använda en Zener-diod som är 3 till 4 V större än utspänningen.

BILD # 3

Figur 3 ovan visar kopplingsschemat för tak-LED-lampans prototypdesign. Den är konstruerad för 12 V LED-lampor med en optimal ström på 350 mA.

Om en mindre mängd ström är önskvärd kan VIPer22A-E omvandlas till en VIPer12A-E och kondensatorn C2 kan sänkas från 10 μf till 4,7 μF. Detta ger så mycket som 200 mA.

BILD # 4

Figur 4 ovan visar identisk design förutom 16 V-utgång eller mer, D6 och C4 kan utelämnas. Bygeln ansluter utspänningen med Vdd-stiftet.

Layoutidéer och förslag

L-värdet tillhandahåller tröskelgränserna mellan kontinuerligt och diskontinuerligt läge för en specificerad utström. För att kunna fungera i diskontinuerligt läge måste induktansvärdet vara mindre än:

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

Där R anger belastningsmotståndet, betecknar T omkopplingsperioden och D ger arbetscykeln. Du hittar ett par faktorer att ta hänsyn till.

Det första är att ju större diskontinuerligt desto större är maximal ström. Denna nivå måste hållas under minimipulsen genom pulsströmstyrning av VIPer22A-E som är 0,56 A.

Den andra är när vi arbetar med en större induktor för att fungera konstant, vi stöter på överskottsvärme på grund av byte av underskott på MOSFET inom VIPer IC.

Induktansspecifikationer

Naturligtvis borde induktansströmspecifikationen vara mer än utströmmen för att undvika risken för att mätta induktorkärnan.

Induktor L0 kan byggas genom att linda 24 SWG ​​super emaljerad koppartråd över lämplig ferritkärna tills induktansvärdet på 470 uH uppnås.

På samma sätt kunde induktorn L1 byggas genom att linda 21 SWG super emaljerad koppartråd över vilken lämplig ferritkärna som helst tills induktansvärdet på 1 mH uppnås.

Komplett reservdelslista

För mer information och PCB-design hänvisas till detta Komplett datablad