Stropní obvod ovladače LED lampy

V dnešní době jsou CFL a zářivky téměř úplně nahrazeny LED žárovkami, které jsou většinou ve formě kruhových nebo čtvercových plochých stropních LED žárovek.

Tyto žárovky nádherně splývají s povrchem plochého stropu našich domů, kanceláří nebo obchodů a poskytují estetický vzhled světel spolu s vysokou účinností, pokud jde o úsporu energie a osvětlení prostoru.

V tomto článku pojednáváme o jednoduchém převaděči buck napájeném ze sítě, který lze použít jako ovladač pro osvětlení stropních LED lamp v rozsahu 3 až 10 wattů.

Obvod je ve skutečnosti obvodem SMPS 220 V až 15 V, ale protože se jedná o neizolovaný design, zbavuje se komplexního feritového transformátoru a příslušných kritických faktorů.

Ačkoli neizolovaný design neposkytuje izolaci obvodu od síťového střídavého proudu, jednoduchý tuhý plastový kryt nad jednotkou snadno čelí této nevýhodě a zaručuje absolutně žádnou hrozbu pro uživatele.

Na druhou stranu, nejlepší na neizolovaném obvodu ovladače je, že je levný, snadno se sestavuje, instaluje a používá kvůli absenci kritického transformátoru SMPS, který je nahrazen jednoduchým induktorem.

Díky použití jediného IC VIPer22A od mikroelektroniky ST je design prakticky odolný proti poškození a trvalý za předpokladu, že vstupní střídavé napájení je ve specifikovaném rozsahu 100 V a 285 V.

O IC VIPer22A-E

VIPer12A-E a VIPer22A-E, které jsou shodou pin-to-pin, jsou navrženy pro četné aplikace střídavého napájení ze sítě. Tento dokument představuje off-line, neizolované napájecí zdroje LED SMPS LED pomocí VIPer12 / 22A-E.

Zde jsou zahrnuty čtyři jedinečné vzory ovladačů. Čip VIPer12A-E lze použít pro napájení 12 V při 200 mA a 16 V 200 mA stropních LED lamp.

VIPer22A-E lze použít pro stropní žárovky s vyšším příkonem s napájením 12 V / 350 mA a 16 V / 350 mA.

Stejné rozložení desek plošných spojů lze použít pro jakékoli výstupní napětí od 10 V do 35 V. Díky tomu je aplikace velmi různorodá a vhodná pro napájení široké škály LED žárovek od 1 do 12 wattů.

Ve schématu jsou pro zátěže menší, které mohou pracovat s méně než 16 V, zahrnuty diody D6 a C4, pro zátěže vyžadující více než 16 V jsou diody D6 a kondenzátor C4 jednoduše odstraněny.

Jak obvod funguje

Funkce obvodu pro všechny 4 varianty jsou v podstatě identické. Variace je ve fázi spouštěcího obvodu. Vysvětlíme Model, jak je znázorněno na obrázku 3.

Konstrukční výstup převodníku není izolován od síťového vstupu střídavého napětí 220 V. To způsobí, že střídavé neutrální vedení bude společné s výstupní zemí stejnosměrného vedení, a tím bude zajištěno připojení zadní reference k síťovému neutrálu.

Tento převaděč LED stojí méně, protože nezávisí na tradičním feritovém transformátoru založeném na E-jádru a izolovaném optickém vazebním členu.

Síťové střídavé vedení je přivedeno diodou D1, která usměrňuje střídavé poloviční cykly střídavého proudu na stejnosměrný výstup. C1, L0, C2 tvoří koláčový filtr, který pomáhá minimalizovat šum EMI.

Hodnota filtračního kondenzátoru je zvolena pro správu přijatelného pulzního údolí, protože kondenzátory jsou nabíjeny každou alternativní polovinu cyklu. Místo D1 lze použít několik diod, které vydrží zvlněné impulzy až do 2 kV.

R10 splňuje několik cílů, jeden je pro omezení nárazového nárazu a druhý má fungovat jako pojistka pro případ katastrofické poruchy. Drátový vinutý rezistor pracuje se zapínacím proudem.

Ohnivzdorný rezistor a pojistka fungují velmi dobře podle specifikací systému a zabezpečení.

C7 řídí EMI vyrovnáním vedení a neutrálním rušením, aniž by potřeboval Xcap. Tento stropní LED ovladač bude určitě vyhovovat a vyhovovat specifikacím úrovně „EN“ EN55022. Pokud je požadavek na zátěž nižší, pak by tato C7 mohla být z obvodu vynechána.

Napětí vyvinuté uvnitř C2 je přivedeno na odtok MOSFET IC přes piny 5 až 8 spojené dohromady.

Interně má IC VIPer zdroj konstantního proudu, který poskytuje 1 mA na kolík Vdd 4. Tento proud 1 mA se používá k nabíjení kondenzátoru C3.

Jakmile napětí na kolíku Vdd dosáhne minimální hodnoty 14,5 V, vnitřní zdroj proudu IC se vypne a VIPer začne spouštět ON / OFF.

V této situaci je energie dodávána přes víčko Vdd. Elektřina uložená uvnitř tohoto kondenzátoru musí být vyšší než výkon potřebný k zajištění proudu výstupní zátěže společně s energií pro nabíjení výstupního kondenzátoru, než poklesne Vdd čepice pod 9 V.

To bylo patrné v daných schématech obvodu. Hodnota kondenzátoru je tedy vybrána tak, aby podporovala počáteční čas zapnutí.

Když dojde ke zkratu, náboj uvnitř víčka Vdd poklesne pod minimální hodnotu, což umožňuje integrovaným obvodům zabudovaným ve vysokonapěťovém generátoru proudu spustit nový spouštěcí cyklus.

Fáze nabíjení a vybíjení kondenzátoru rozhodují o době, po kterou bude napájení zapnuto a vypnuto. Tím se sníží dopad oteplování RMS na všechny součásti.

Obvod, který to reguluje, zahrnuje Dz, C4 a D8. D8 nabíjí C4 na maximální hodnotu po celou dobu cyklování, zatímco D5 je v režimu vedení.

Během této doby se napájecí zdroj nebo referenční napětí pro IC sníží poklesem dopředného napětí diody pod úrovní země, což kompenzuje pokles D8.

Proto je primárně Zenerovo napětí ekvivalentní výstupnímu napětí. C4 je připojen přes Vfb a zdroj napájení, aby se vyhladilo regulační napětí.

Dz je 12 V, 1⁄2 W Zener s konkrétním hodnocením zkušebního proudu 5 mA. Tyto Zenery, které jsou dimenzovány na menší proud, poskytují vyšší přesnost výstupního napětí.

V případě, že je výstupní napětí nižší než 16 V, lze obvod nastavit, jak je znázorněno na obrázku 3, kde je Vdd izolován od kolíku Vfb. Jakmile integrovaný zdroj proudu integrovaný v obvodu nabije kondenzátor Vdd, může Vdd za horších okolností dosáhnout 16V.

16 V Zener s minimální tolerancí 5% může být 15,2 V, navíc k zabudovanému odporu vůči zemi je 1 230 k Ω, který generuje dalších 1,23 V, což dává celkem 16,4 V.

Pro výstup 16 V a větší lze pinům Vdd a Vfb dovolit podporovat společný diodový a kondenzátorový filtr přesně podle obrázku 4.

Výběr induktoru

Při spouštění indukční cívky lze provozní fázi v diskontinuálním režimu určit pomocí níže uvedeného vzorce, který poskytuje efektivní odhad induktoru.

L = 2 [str _ven / ( Id _vrchol )^dvax f)]

Kde Idpeak je nejnižší maximální vybíjecí proud, 320 mA pro IC VIPer12A-E a 560 mA pro VIPer22A-E, f označuje spínací frekvenci při 60 kHz.

Nejvyšší špičkový proud řídí energii dodávanou v konfiguraci převodníku buck. Výsledkem je, že výše uvedený výpočet vypadá vhodně pro induktor navržený pro práci v diskontinuálním režimu.

Když vstupní proud poklesne na nulu, pak výstupní špičkový proud získá dvojnásobek výstupu.

To omezuje výstupní proud na IC VIPer22A-E na 280 mA.

V případě, že induktor má větší hodnotu, přepíná mezi kontinuálním a diskontinuálním režimem, jsme schopni snadno dosáhnout 200 mA daleko od aktuálního omezení problému. C6 musí být minimální ESR kondenzátor, aby bylo dosaženo nízkého zvlnění napětí.

PROTI _vlnění = Já _vlnění X C _esr

D5 vyžaduje vysokorychlostní spínací diodu, ale D6 a D8 mohou být obyčejné usměrňovací diody.

DZ1 se používá k fixaci výstupního napětí na 16 V. Vlastnosti převodníku Buck způsobují jeho nabíjení ve špičce s podmínkou bez zátěže. Doporučuje se použít Zenerovu diodu, která je o 3 až 4 V vyšší než výstupní napětí.

OBRÁZEK ​​č. 3

Obrázek 3 výše ukazuje schéma zapojení prototypu stropní LED lampy. Je určen pro 12 V LED lampy s optimálním proudem 350 mA.

V případě, že je žádoucí menší množství proudu, může být VIPer22A-E transformován na VIPer12A-E a kondenzátor C2 může být snížen z 10 μf na 4,7 μF. To dává až 200 mA.

OBRÁZEK ​​č. 4

Obrázek 4 výše ukazuje identický design s výjimkou výstupu 16 V nebo více, D6 a C4 lze vynechat. Propojka spojuje výstupní napětí s kolíkem Vdd.

Nápady a návrhy na rozložení

Hodnota L poskytuje prahové limity mezi kontinuálním a diskontinuálním režimem pro specifikovaný výstupní proud. Aby bylo možné pracovat v diskontinuálním režimu, musí být hodnota induktoru menší než:

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

Kde R označuje odpor zátěže, T označuje spínací periodu a D udává pracovní cyklus. Najdete několik faktorů, které je třeba vzít v úvahu.

První je, čím větší je diskontinuita, tím větší je maximální proud. Tato úroveň musí být udržována pod minimálním impulzem při řízení pulzním proudem VIPer22A-E, který je 0,56 A.

Druhým je to, že když pracujeme s větší velikostí induktoru, abychom neustále pracovali, setkáváme se s přebytkem tepla v důsledku přepínání deficitů MOSFET v rámci VIPer IC.

Specifikace induktoru

Není nutné říkat, že specifikace proudu induktoru by měla být větší než výstupní proud, aby se zabránilo možnosti nasycení jádra induktoru.

Induktor L0 lze postavit navinutím super smaltovaného měděného drátu 24 SWG ​​na vhodné feritové jádro, dokud není dosaženo hodnoty indukčnosti 470 uH.

Podobně lze induktor L1 postavit navinutím super smaltovaného měděného drátu 21 SWG na jakékoli vhodné feritové jádro, dokud nebude dosaženo hodnoty indukčnosti 1 mH.

Kompletní seznam dílů

Další podrobnosti a design desek plošných spojů najdete v tomto dokumentu Kompletní datový list