В настоящее время КЛЛ и люминесцентные лампы практически полностью заменены светодиодными лампами, которые в основном представляют собой плоские потолочные светодиодные лампы круглой или квадратной формы.

Эти лампы прекрасно сочетаются с плоской поверхностью потолка в наших домах, офисах или магазинах, обеспечивая эстетичный вид светильникам наряду с высокой эффективностью с точки зрения энергосбережения и освещения пространства.

В этой статье мы обсудим простой понижающий преобразователь, работающий от сети, который можно использовать в качестве драйвера для освещения потолочных светодиодных ламп в диапазоне от 3 до 10 Вт.

Схема на самом деле представляет собой цепь SMPS от 220 В до 15 В, но, поскольку это неизолированная конструкция, она избавляется от сложного ферритового трансформатора и связанных с этим критических факторов.

Несмотря на то, что неизолированная конструкция не обеспечивает изоляцию цепи от сети переменного тока, простая жесткая пластиковая крышка над устройством легко устраняет этот недостаток, гарантируя абсолютную безопасность для пользователя.

С другой стороны, лучшее в неизолированной схеме драйвера заключается в том, что она дешевая, проста в сборке, установке и использовании из-за отсутствия критического трансформатора SMPS, который заменяется простым индуктором.

Использование одной микросхемы VIPer22A от ST microelectronics делает конструкцию практически устойчивой к повреждениям и постоянной при условии, что входное напряжение переменного тока находится в пределах указанного диапазона от 100 В до 285 В.

О микросхеме VIPer22A-E

VIPer12A-E и VIPer22A-E, которые совпадают по принципу «контакт-штырь», и предназначены для различных применений в источниках питания переменного и постоянного тока. В этом документе представлен автономный неизолированный источник питания драйвера светодиода SMPS, использующий VIPer12 / 22A-E.

Сюда включены четыре уникальных дизайна драйверов. Микросхема VIPer12A-E может использоваться для питания потолочных светодиодных ламп 12 В при 200 мА и 16 В 200 мА.

VIPer22A-E может применяться для потолочных ламп большей мощности с источниками питания 12 В / 350 мА и 16 В / 350 мА.

Та же самая компоновка печатной платы может использоваться для любого выходного напряжения от 10 В до 35 В. Это делает применение чрезвычайно разнообразным и подходящим для питания широкого диапазона светодиодных ламп от 1 до 12 Вт.

На схеме для нагрузок меньшего размера, которые могут работать с напряжением менее 16 В, включены диоды D6 и C4, для нагрузок, требующих более 16 В, диод D6 и конденсатор C4 просто удаляются.

Как работает схема

Функции схем для всех 4 вариантов по существу идентичны. Разница в стадии схемы запуска. Мы объясним модель, как показано на рисунке 3.

Конструктивный выход преобразователя не изолирован от входа сети переменного тока 220 В. Это приводит к нейтральной линии переменного тока, чтобы быть общей для вывода земли линии постоянного тока, следовательно, обеспечивая обратную ссылку подключение к сети нейтральной.

Этот понижающий преобразователь светодиодов стоит меньше, поскольку он не зависит от традиционного трансформатора на основе ферритового сердечника и изолированного оптопара.

Линия сетевого переменного тока подается через диод D1, который выпрямляет переменные полупериоды переменного тока на выход постоянного тока. C1, L0, C2 составляют круговой фильтр {для помощи} минимизации шума EMI.

Величина конденсатора фильтра выбирается для управления допустимой долиной импульса, поскольку конденсаторы заряжаются каждый чередующийся полупериод. Вместо D1 можно использовать пару диодов, чтобы выдерживать импульсные пульсации до 2 кВ.

R10 удовлетворяет нескольким целям: одна - для ограничения бросков скачка тока, а другая - для работы в качестве предохранителя в случае катастрофической неисправности. Резистор с проволочной обмоткой справляется с пусковым током.

Огнестойкий резистор и предохранитель отлично работают в соответствии с требованиями системы и безопасности.

C7 управляет электромагнитными помехами, выравнивая линию и нейтраль, без использования Xcap. Этот потолочный светодиодный драйвер, безусловно, соответствует требованиям стандарта EN55022 уровня «B». Если потребность в нагрузке ниже, то этот C7 можно исключить из схемы.

Напряжение, возникающее внутри C2, подается на сток полевого МОП-транзистора IC через контакты 5-8, соединенные вместе.

Внутри IC VIPer есть источник постоянного тока, который обеспечивает 1 мА на выводе Vdd 4. Этот ток 1 мА используется для зарядки конденсатора C3.

Как только напряжение на выводе Vdd достигает минимального значения 14,5 В, внутренний источник тока IC отключается, и VIPer начинает запускать / выключать.

В этой ситуации питание подается через колпачок Vdd. Электроэнергия, накопленная внутри этого конденсатора, должна быть выше, чем мощность, необходимая для обеспечения выходного тока нагрузки вместе с мощностью для зарядки выходного конденсатора, прежде чем напряжение Vdd упадет ниже 9 В.

Это можно заметить на приведенных принципиальных схемах. Таким образом, емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы поддерживать начальное время включения.

Когда происходит короткое замыкание, заряд внутри крышки Vdd падает ниже минимального значения, позволяя микросхемам, встроенным в генератор тока высокого напряжения, запускать новый цикл запуска.

Фазы заряда и разряда конденсатора определяют период времени, в течение которого источник питания будет включаться и выключаться. Это снижает среднеквадратичное тепловое воздействие на все части.

Схема, которая регулирует это, включает Dz, C4 и D8. D8 заряжает C4 до его пикового значения в течение периода цикла, пока D5 находится в режиме проводимости.

В течение этого периода, источник питания или опорное напряжение на IC уменьшается за счет прямого падения напряжения диода ниже уровня земли, что составляет для падения D8.

Поэтому в первую очередь напряжение стабилитрона эквивалентно выходному напряжению. C4 подключен к Vfb и источнику питания для сглаживания регулируемого напряжения.

Dz - стабилитрон 12 В, 1⁄2 Вт с определенным номинальным испытательным током 5 мА. Эти стабилитроны, рассчитанные на меньший ток, обеспечивают более высокую точность выходного напряжения.

Если выходное напряжение ниже 16 В, схему можно настроить, как показано на рисунке 3, где Vdd изолирован от вывода Vfb. Как только встроенный в ИС источник тока заряжает конденсатор Vdd, Vdd может достигать 16 В в худших условиях.

Стабилитрон 16 В с минимальным допуском 5% может составлять 15,2 В в дополнение к встроенному сопротивлению заземления, равному 1,230 кОм, которое генерирует дополнительные 1,23 В, чтобы получить общее 16,4 В.

“произведение сумм карты Карно ”

Для выходного сигнала 16 В и более выводам Vdd и Vfb можно разрешить использовать общий диодный и конденсаторный фильтр, как показано на рисунке 4.

Выбор индуктора

На этапе запуска индуктора рабочий этап в прерывистом режиме может быть определен с помощью приведенной ниже формулы, которая обеспечивает эффективную оценку для индуктора.

L = 2 [P _из / ( Идентификатор _{вершина горы})^дваx f)]

Где Idpeak - наименьший максимальный ток стока, 320 мА для IC VIPer12A-E и 560 мА для VIPer22A-E, f означает частоту переключения при 60 кГц.

Самый высокий пиковый ток управляет мощностью, подаваемой в конфигурации понижающего преобразователя. В результате приведенный выше расчет выглядит подходящим для индуктора, предназначенного для работы в прерывистом режиме.

Когда входной ток падает до нуля, пиковый выходной ток становится в два раза больше, чем выходной.

Это ограничивает выходной ток до 280 мА для IC VIPer22A-E.

В случае, если индуктор имеет большее значение, переключаясь между непрерывным и прерывистым режимами, мы можем легко достичь 200 мА, далеко от проблемы ограничения тока. C6 должен быть конденсатором с минимальным ESR для достижения низкого напряжения пульсаций.

V _рябь = Я_рябьИкс C _esr

D5 должен быть высокоскоростным переключающимся диодом, но D6 и D8 могут быть обычными выпрямительными диодами.

DZ1 используется для фиксации выходного напряжения на уровне 16 В. Характеристики понижающего преобразователя заставляют его заряжаться в пиковой точке без нагрузки. Рекомендуется использовать стабилитрон, который на 3–4 В больше выходного напряжения.

РИСУНОК № 3

На рисунке 3 выше показана принципиальная схема прототипа потолочного светодиодного светильника. Он предназначен для светодиодных ламп на 12 В с оптимальным током 350 мА.

Если требуется меньшая сила тока, то VIPer22A-E можно преобразовать в VIPer12A-E, а емкость конденсатора C2 можно уменьшить с 10 мкФ до 4,7 мкФ. Это дает целых 200 мА.

РИСУНОК №4

На рисунке 4 выше показана идентичная конструкция, за исключением выхода 16 В или более, D6 и C4 могут быть опущены. Перемычка соединяет выходное напряжение с выводом Vdd.

Идеи и предложения макета

Значение L обеспечивает пороговые пределы между непрерывным и прерывистым режимами для заданного выходного тока. Чтобы иметь возможность работать в прерывистом режиме, значение индуктивности должно быть меньше, чем:

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

Где R обозначает сопротивление нагрузки, T обозначает период переключения, а D обозначает рабочий цикл. Вы должны учитывать несколько факторов.

Во-первых, чем больше прерывистый, тем больше максимальный ток. Этот уровень должен поддерживаться ниже минимального импульса управления импульсным током VIPer22A-E, который составляет 0,56 А.

Во-вторых, когда мы работаем с катушкой индуктивности большего размера для постоянной работы, мы сталкиваемся с избыточным теплом из-за переключаемого дефицита полевого МОП-транзистора внутри микросхемы VIPer.

Характеристики индуктора

Излишне говорить, что спецификация тока индуктора должна быть больше, чем выходной ток, чтобы избежать возможности насыщения сердечника индуктора.

Индуктор L0 может быть построен путем намотки суперэмалированного медного провода 24 SWG на подходящий ферритовый сердечник до достижения значения индуктивности 470 мкГн.

Аналогичным образом, индуктор L1 может быть построен путем наматывания суперэмалированного медного провода 21 SWG на любой подходящий ферритовый сердечник до достижения значения индуктивности 1 мГн.

Полный список деталей