Mennyezeti LED lámpa meghajtó áramkör

Napjainkban a fénycsöveket és a fénycsöveket szinte teljesen LED-lámpákkal helyettesítik, amelyek többnyire kör alakú vagy négyzet alakú, mennyezetre szerelt LED-es lámpák.

Ezek a lámpák gyönyörűen összeolvadnak otthonaink, irodáink vagy üzleteink lapos mennyezeti felületeivel, amelyek esztétikus megjelenést biztosítanak a lámpáknak, nagy hatékonysággal, energiatakarékosság és helymegvilágítás szempontjából.

Ebben a cikkben egy egyszerű, hálózati működtetésű bakkonvertert tárgyalunk, amely meghajtóként használható a mennyezeti LED lámpák megvilágításához 3 és 10 watt közötti tartományban.

Az áramkör valójában egy 220–15 V SMPS áramkör, de mivel nem elszigetelt kialakítású, megszabadul a komplex ferritranszformátortól és az érintett kritikus tényezőktől.

Habár a nem szigetelt kialakítás nem biztosítja az áramkör elkülönítését az AC hálózati feszültségtől, az egység fölött elhelyezett egyszerű, merev műanyag burkolat könnyen ellensúlyozza ezt a hátrányt, egyáltalán nem garantálva a felhasználó veszélyeztetését.

Másrészt a nem szigetelt meghajtó áramkörében az a legjobb, hogy olcsó, könnyen építhető, telepíthető és használható, mivel nincs kritikus SMPS transzformátor, amelyet egy egyszerű induktor vált fel.

Az ST mikroelektronika egyetlen IC VIPer22A használatával a kialakítás gyakorlatilag sérülésbiztos és állandó, feltéve, hogy a bemeneti váltakozó áramellátás a megadott 100 V és 285 V tartományon belül van.

Az IC VIPer22A-E IC-ről

A VIPer12A-E és a VIPer22A-E, amelyek történetesen pin-to-pin meccsek, és számos hálózati AC-DC tápellátási alkalmazáshoz készültek. Ez a dokumentum egy offline, nem szigetelt SMPS LED meghajtó tápegységét mutatja be a VIPer12 / 22A-E segítségével.

Négy egyedi meghajtóterv található itt. A VIPer12A-E chip 12 V 200 mA és 16 V 200 mA mennyezeti LED lámpák meghajtására használható.

A VIPer22A-E használható nagyobb teljesítményű mennyezeti lámpákhoz, amelyek 12 V / 350 mA és 16 V / 350 mA tápellátással vannak ellátva.

Ugyanaz a NYÁK-elrendezés alkalmazható bármilyen 10 V és 35 V közötti kimeneti feszültség esetén. Ez rendkívül sokrétűvé teszi az alkalmazást, és alkalmas LED-lámpák széles skálájának táplálására, 1 watt és 12 watt között.

A sematikus ábrán kevesebb, 16 V-nál alacsonyabb feszültségű terhelés esetén a D6 és C4 dióda szerepel, a 16 V-ot meghaladó terheléseknél a D6 diódát és a C4 kondenzátort egyszerűen eltávolítják.

Hogyan működik az áramkör

Az áramköri funkciók mind a 4 változat esetében lényegében azonosak. A variáció az indítási áramkör szakaszában van. A 3. ábrán bemutatott modellt elmagyarázzuk.

Az átalakító tervezési kimenete nincs elválasztva a hálózati AC 220V bemenettől. Ez azt eredményezi, hogy a váltóáramú semleges vezeték közös az egyenáramú vezeték kimeneti földjén, így hátulról referenciakapcsolatot biztosít a hálózati semlegeshez.

Ez a LED buck konverter kevesebbe kerül, mert nem függ a hagyományos ferrit E-core alapú transzformátortól és az izolált opto csatolótól.

A hálózati váltóáramot a D1 diódán keresztül vezetik, amely az alternatív váltakozó áramú félciklusokat egyenáramú kimenetre igazítja. A C1, L0, C2 pite-szűrőt alkotnak, amelyek segítenek az EMI zaj minimalizálásában.

A szűrőkondenzátor értékét egy elfogadható impulzusvölgy kezeléséhez választják ki, mivel a kondenzátorok minden alternatív fél ciklusban feltöltődnek. Néhány dióda alkalmazható a D1 helyett, hogy elviselje a 2 kV-ig terjedő hullámos burst impulzusokat.

Az R10 megfelel néhány célkitűzésnek, az egyik a beindulási túlfeszültség korlátozására szolgál, a másik pedig biztosítékként működik, ha katasztrofális üzemzavar lép fel. Huzalos ellenállás foglalkozik a bekapcsolási árammal.

A tűzálló ellenállás és a biztosíték rendkívül jól működik a rendszer és a biztonsági előírásoknak megfelelően.

A C7 vezérli az EMI-t a vonal és a semleges zavarok kiegyenlítésével, anélkül, hogy szüksége lenne az Xcap-re. Ez a mennyezeti LED-meghajtó minden bizonnyal megfelel az EN55022 „B” szintű előírásoknak, és túllépi azokat. Ha a terhelési igény kisebb, akkor ezt a C7-et el lehet hagyni az áramkörből.

A C2 belsejében kialakult feszültséget az IC MOSFET elvezetésére 5 - 8 csapokon keresztül kapcsolják össze.

Belsőleg az IC VIPer állandó áramforrással rendelkezik, amely 1 mA-t biztosít a Vdd 4 tűhöz. Ezt az 1 mA áramot a C3 kondenzátor töltésére használják.

Amint a Vdd tű feszültsége minimális 14,5 V értékre terjed, az IC belső áramforrása kikapcsol, és a VIPer elkezd ON / OFF bekapcsolni.

Míg ebben a helyzetben az áramellátás a Vdd sapkán keresztül történik. Az ebben a kondenzátorban tárolt villamos energiának nagyobbnak kell lennie, mint a kimeneti terhelés áramának és a kimeneti kondenzátor töltésének teljesítményéhez szükséges teljesítmény, mielőtt a Vdd sapka 9 V alá süllyedne.

Ez az adott áramköri vázlatokon észrevehető. A kondenzátor értékét úgy választjuk meg, hogy támogassa a kezdeti bekapcsolási időt.

Ha rövidzárlat történik, a Vdd sapka belsejében a töltés alacsonyabbra csökken, mint a minimális érték, így a nagyfeszültségű áramgenerátorba beépített IC-k új indítási ciklust indíthatnak el.

A kondenzátor töltési és kisütési fázisa határozza meg az áramellátás be- és kikapcsolásának időtartamát. Ez csökkenti az RMS felmelegedési hatását minden részre.

Az ezt szabályozó áramkör tartalmazza Dz, C4 és D8. A D8 a ciklus teljes időtartama alatt a C4 csúcsértékét tölti fel, míg a D5 vezetési módban van.

Ebben az időszakban a tápforrást vagy az IC referenciafeszültségét csökkenti a dióda elülső feszültségesése a talajszint alatt, ami pótolja a D8 esést.

Ezért elsősorban a Zener feszültsége egyenértékű a kimeneti feszültséggel. A C4 a Vfb és a tápforrás felett van rögzítve a szabályozási feszültség simításához.

Dz egy 12 V, ½ W W Zener, amelynek vizsgálati áramerőssége 5 mA. Ezek a kisebb áramerősségű Zenerek nagyobb pontosságú kimeneti feszültséget biztosítanak.

Abban az esetben, ha a kimeneti feszültség 16 V alatt van, az áramkört fel lehet állítani a 3. ábra szerint, ahol a Vdd leválasztva a Vfb csapról. Amint az IC beépített áramforrása feltölti a Vdd kondenzátort, a Vdd 16V-ot is elérhet a rosszabb körülmények között.

Az 5% minimális tűréssel rendelkező 16 V-os Zener 15,2 V lehet, a beépített földellenállás mellett 1,230 k Ω, amely további 1,23 V-ot generál, így 16,4 V-ot ad.

16 V-os és nagyobb kimenet esetén a Vdd és a Vfb tű lehetővé teheti a közös dióda és kondenzátorszűrő elősegítését a 4. ábrán látható módon.

Induktor kiválasztása

Az induktor indítási szakaszában a szakaszos üzemmódban az alábbi képlettel határozható meg, amely hatékony becslést nyújt az induktor számára.

L = 2 [P _ki / ( Id _csúcs )^kétx f)]

Ahol az Idpeak a legalacsonyabb maximális leeresztő áram, 320 mA az IC VIPer12A-E esetében és 560 mA a VIPer22A-E esetében, f jelzi a kapcsolási frekvenciát 60 kHz-en.

A legnagyobb csúcsáram szabályozza a bekapcsolt konverter konfigurációjában szolgáltatott energiát. Ennek eredményeként a fenti számítás alkalmasnak tűnik egy olyan induktor számára, amelyet szünetmentes üzemmódban működnek.

Amikor a bemeneti áram nullára csúszik, akkor a kimeneti csúcsáram kétszerese lesz a kimenetnek.

Ez az IC VIPer22A-E IC kimeneti áramát 280 mA-re korlátozza.

Abban az esetben, ha az induktornak nagyobb értéke van, váltva a folyamatos és a szakaszos üzemmód között, könnyen képesek vagyunk elérni a 200 mA-t a jelenlegi korlátozási problémától távol. A C6-nak minimális ESR kondenzátornak kell lennie az alacsony hullámfeszültség eléréséhez.

V _fodrozódás = I _fodrozódás x C _esr

A D5-nek nagy sebességű kapcsoló diódának kell lennie, de a D6 és D8 lehet rendes egyenirányító dióda.

A DZ1-et a kimeneti feszültség 16 V-ra történő rögzítésére használják. A buck konverter jellemzői miatt a töltés nélküli csúcsponton feltöltődik. Célszerű olyan Zener diódát használni, amely 3-4 V-tal nagyobb, mint a kimeneti feszültség.

3. ÁBRA

A fenti 3. ábra a mennyezeti LED-lámpa prototípusának kapcsolási rajzát mutatja. 12 V-os LED-lámpákhoz tervezték, amelyek optimális árama 350 mA.

Abban az esetben, ha kisebb árammennyiségre van szükség, akkor a VIPer22A-E átalakítható VIPer12A-E-vé, és a C2 kondenzátort 10 μf-ről 4,7 μF-re lehet csökkenteni. Ez akár 200 mA-t is ad.

4. ÁBRA

A fenti 4. ábra azonos kialakítást mutat be, kivéve a 16 V-os kimenetet, a D6 és C4 elhagyható. Az áthidaló összeköti a kimeneti feszültséget a Vdd tűvel.

Elrendezési ötletek és javaslatok

Az L érték határozza meg a folyamatos és szakaszos üzemmód közötti küszöbértékeket egy meghatározott kimeneti áram esetén. Ahhoz, hogy folytonos üzemmódban működhessen, az induktor értékének kisebbnek kell lennie, mint:

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

Ahol R jelzi a terhelési ellenállást, T a kapcsolási periódust, D pedig a munkaciklust adja. Néhány tényezőt figyelembe kell venni.

Az első: minél nagyobb a szakaszos, annál nagyobb a maximális áram. Ezt a szintet a minimális impulzus alatt kell tartani a VIPer22A-E impulzusáram-vezérlésével, amely 0,56 A.

A másik az, amikor nagyobb méretű induktorral dolgozunk a folyamatos működés érdekében, a VIPer IC-n belül a MOSFET kapcsolási hiányai miatt többlet hővel találkozunk.

Az induktor specifikációi

Mondanom sem kell, hogy az induktív áram specifikációjának nagyobbnak kell lennie, mint a kimeneti áram, hogy elkerülje az induktor magának telítettségét.

Az L0 induktort úgy lehet megépíteni, hogy 24 SWG ​​szuperzománcozott rézhuzalt tekercselünk a megfelelő ferritmagra, amíg el nem érjük a 470 uH induktivitási értéket.

Hasonlóképpen, az L1 induktivitást úgy lehet megépíteni, hogy 21 SWG szuperzománcozott rézhuzalt tekercselünk bármilyen alkalmas ferritmagra, amíg el nem érjük az 1 mH induktivitási értéket.

Teljes alkatrészlista

További részletekért és a NYÁK tervezéséért olvassa el ezt Teljes adatlap