Ceiling LED Lamp Driver Circuit

I dag erstattes CFL og lysrør nesten fullstendig med LED-lamper, som for det meste har form av sirkulære eller firkantede flatmonterte LED-lamper.

Disse lampene smelter vakkert sammen med den flate takoverflaten på hjemmene, kontorene eller butikkene, og gir et estetisk utseende for lysene, sammen med en høy effektivitet når det gjelder strømsparing og plassbelysning.

I denne artikkelen diskuterer vi en enkel strømdrevet buck-omformer som kan brukes som en driver for å belyse tak-LED-lamper mellom 3 watt og 10 watt.

Kretsen er faktisk en 220 V til 15 V SMPS-krets, men siden den er en ikke-isolert design, blir den kvitt den komplekse ferrittransformatoren og de involverte kritiske faktorene.

Selv om et ikke-isolert design ikke gir isolasjon til kretsen fra strømnettet, motvirker et enkelt, stivt plastdeksel over enheten lett denne ulempen, og garanterer absolutt ingen trussel for brukeren.

På den annen side er det beste med en ikke-isolert driverkrets at den er billig, enkel å bygge, installere og bruke på grunn av fraværet av en kritisk SMPS-transformator, som erstattes av en enkel induktor.

Bruken av en enkelt IC VIPer22A av ST mikroelektronikk gjør designet praktisk talt skadesikker og permanent, forutsatt at inngangsstrømforsyningen er innenfor det angitte 100 V og 285 V-området.

Om IC VIPer22A-E

VIPer12A-E og VIPer22A-E som tilfeldigvis er en pin-for-pin-kamp, ​​og er designet for mange strømforsyningsapplikasjoner. Dette dokumentet presenterer en offline, ikke-isolert SMPS LED-driverstrømforsyning ved hjelp av VIPer12 / 22A-E.

Fire unike førerdesign er inkludert her. Brikken VIPer12A-E kan brukes til å kjøre 12 V ved 200 mA og 16 V 200 mA tak-LED-lamper.

VIPer22A-E kan brukes for høyere wattstyrke taklamper med 12 V / 350 mA og 16 V / 350 mA forsyninger.

Det samme PCB-oppsettet kan brukes for hvilken som helst utgangsspenning fra 10 V til 35 V. Dette gjør applikasjonen enormt variert og egnet for å drive et bredt spekter av LED-lamper, fra 1 watt til 12 watt.

I skjematisk beskrivelse, for belastninger mindre som kan fungere med mindre enn 16 V, er diode D6 og C4 inkludert, for belastninger som krever over 16 V, fjernes diode D6 og kondensator C4 ganske enkelt.

Hvordan kretsen fungerer

Kretsfunksjonene for alle de 4 variantene er i det vesentlige identiske. Variasjonen er i oppstartkretsfasen. Vi vil forklare modellen som illustrert i figur 3.

Konverteringsdesignutgangen er ikke isolert fra AC 220V-inngangen. Dette fører til at vekselstrømsnøytral ledning er felles for utgangsbanen til likestrømsledningen, og dermed gir en bakreferanseforbindelse til strømnøytral.

Denne LED-bukkomformeren koster mindre fordi den ikke er avhengig av den tradisjonelle ferrit E-kjerne-baserte transformatoren og den isolerte optokoblingen.

Vekselstrømsledningen tilføres via diode D1 som korrigerer de alternative vekselstrømshalvsyklusene til en likestrømsutgang. C1, L0, C2 utgjør et kakefilter {for å hjelpe} med å minimere EMI-støy.

Verdien av filterkondensatoren er valgt for å administrere en akseptabel pulsdal, siden kondensatorene blir ladet hver alternative halvsyklus. Et par dioder kan brukes i stedet for D1 for å tåle ripple burst-pulser på opptil 2 kV.

R10 tilfredsstiller et par mål, den ene er for å begrense innstrømningsbølgen og den andre er å fungere som en sikring i tilfelle det er en katastrofal funksjonsfeil. En ledningsviklet motstand håndterer innstrømningsstrømmen.

Brannbestandig motstand og en sikring fungerer ekstremt bra i henhold til system- og sikkerhetsspesifikasjoner.

C7 styrer EMI ved å utjevne linje og nøytral forstyrrelse uten å trenge Xcap. Denne LED-takdriveren i taket vil absolutt oppfylle og overholde spesifikasjonene B5 i EN55022. Hvis lastbehovet er lavere, kan denne C7 utelates fra kretsen.

Spenningen utviklet inne i C2 påføres ICs MOSFET-avløp gjennom pinner 5 til 8 koblet sammen.

Internt har IC VIPer en konstant strømkilde som gir 1 mA til Vdd-pin 4. Denne 1 mA-strømmen brukes til å lade kondensatoren C3.

Så snart spenningen på Vdd-stiften strekker seg til en minimal verdi på 14,5 V, slås ICs interne strømkilde av og VIPeren begynner å utløse PÅ / AV.

I denne situasjonen blir kraften levert gjennom Vdd-hetten. Elektrisiteten som er lagret inne i denne kondensatoren, må være høyere enn den effekten som er nødvendig for å gi utgangsstrømmen sammen med strømmen til å lade utgangskondensatoren, før Vdd-hetten faller under 9 V.

Dette kan bli lagt merke til i gitte kretsskjemaer. Kondensatorverdien velges således for å støtte den innledende innkoblingstiden.

Når det oppstår kortslutning, faller ladningen inne i Vdd-hetten lavere enn minimumsverdien, slik at IC-ene som er innebygd i høyspenningsstrømgeneratoren kan utløse en ny oppstartssyklus.

Kondensatorens lade- og utladningsfaser bestemmer tidsperioden strømforsyningen skal slås på og av. Dette reduserer innvirkningen på RMS-oppvarming på alle deler.

Kretsen som regulerer dette inkluderer Dz, C4 og D8. D8 lader C4 til toppverdien gjennom hele sykkelperioden mens D5 er i ledningsmodus.

I løpet av denne perioden reduseres forsyningskilden eller referansespenningen til IC av foroverspenningsfallet til en diode under bakkenivået, som utgjør D8-fallet.

Derfor tilsvarer Zener-spenningen primært utgangsspenningen. C4 er festet over Vfb og forsyningskilden for å glatte reguleringsspenningen.

Dz er en 12 V, 1⁄2 W Zener med en bestemt teststrøm på 5 mA. Disse Zeners som er vurdert til en mindre strøm gir høyere presisjon av utgangsspenningen.

I tilfelle utgangsspenningen er under 16 V, kan kretsen settes opp som vist i figur 3, der Vdd er isolert fra Vfb-pinnen. Så snart IC-en er innebygd i strømkilden, lader Vdd-kondensatoren, kan Vdd oppnå 16V ved dårligere omstendigheter.

En 16 V Zener med en 5% minimal toleranse kan være 15,2 V i tillegg til den innebygde jordmotstanden er 1,230 k Ω som genererer ekstra 1,23 V for å gi en total på 16,4 V.

For 16 V-utgang og større kan Vdd-pinnen og Vfb-pinnen få lov til å fremme et vanlig diode- og kondensatorfilter nøyaktig som angitt i figur 4.

Valg av induktor

Ved induktorens oppstartsdriftstrinn i diskontinuerlig modus kunne bestemmes gjennom nedenstående formel som gir en effektiv estimering for induktoren.

L = 2 [s _ute / ( Id _topp )^tox f)]

Der Idpeak er den laveste maksimale avløpsstrømmen, 320 mA for IC VIPer12A-E og 560 mA for VIPer22A-E, f betegner byttefrekvensen ved 60 kHz.

Den høyeste toppstrømmen styrer strømmen som leveres innenfor konfigurasjonen av bukkomformeren. Som et resultat ser beregningen ovenfor ut som egnet for en induktor designet for å fungere i diskontinuerlig modus.

Når inngangsstrømmen glir ned til null, får utgangsstrømmen to ganger utgangen.

Dette begrenser utgangsstrømmen til 280 mA for IC VIPer22A-E.

Hvis induktoren har en større verdi, og bytter mellom kontinuerlig og diskontinuerlig modus, er vi i stand til å oppnå 200 mA lett langt fra dagens begrensningsproblem. C6 må være en minimal ESR-kondensator for å oppnå lav rippelspenning.

V _krusning = Jeg _krusning x C _esr

D5 krever å være en hurtigdiode med høy hastighet, men D6 og D8 kan være vanlige likeretterdioder.

DZ1 brukes til å feste utgangsspenningen til 16 V. Karakteristikken til bukkomformeren får den til å lade seg opp på toppunktet uten belastningstilstand. Det anbefales å bruke en Zener-diode som er 3 til 4 V større enn utgangsspenningen.

FIGUR 3

Figur 3 over viser kretsskjemaet for LED-lampe prototypedesign. Den er designet for 12 V LED-lamper med en optimal strøm på 350 mA.

I tilfelle en mindre mengde strøm er ønskelig, kan VIPer22A-E transformeres til en VIPer12A-E og kondensator C2 kan senkes fra 10 μf til 4.7 μF. Dette gir så mye som 200 mA.

FIGUR # 4

Figur 4 ovenfor viser identisk design bortsett fra 16 V utgang eller mer, D6 og C4 kan utelates. Jumperen kobler utgangsspenningen med Vdd-pinnen.

Layoutideer og forslag

L-verdien gir terskelgrensene mellom kontinuerlig og diskontinuerlig modus for en spesifisert utgangsstrøm. For å kunne fungere i diskontinuerlig modus, må verdien på induktoren være mindre enn:

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

Der R indikerer lastmotstanden, betegner T koblingsperioden, og D gir driftssyklusen. Du finner et par faktorer å ta hensyn til.

Den første er, jo større diskontinuer jo større maksimal strøm. Dette nivået må holdes under den minimale pulsen ved hjelp av pulsstrømstyring av VIPer22A-E som er 0,56 A.

Den andre er når vi jobber med en større induktor for å operere konstant, støter vi på overskuddsvarme på grunn av bytteunderskudd på MOSFET i VIPer IC.

Spole spesifikasjoner

Det er unødvendig å si at induktorens strømspesifikasjon bør være mer enn utgangsstrømmen for å unngå sjansen for å mette induktorkjernen.

Induktor L0 kan bygges ved å spole 24 SWG ​​superemalert kobbertråd over passende ferrittkjerne, til induktansverdien på 470 uH er oppnådd.

På samme måte kunne induktoren L1 bygges ved å vikle 21 SWG superemalert kobbertråd over en hvilken som helst egnet ferrittkjerne, til induktansverdien på 1 mH er oppnådd.

Komplett deleliste

For mer informasjon og PCB-design, se dette Komplett datablad