Ceiling LED Lamp Driver Circuit

Tegenwoordig worden de CFL- en fluorescentielampen bijna volledig vervangen door LED-lampen, die meestal de vorm hebben van ronde of vierkante platte LED-plafondlampen.

Deze lampen versmelten prachtig met het vlakke plafondoppervlak van onze huizen, kantoren of winkels en geven een esthetische uitstraling aan de verlichting, samen met een hoog rendement, in termen van energiebesparing en ruimteverlichting.

In dit artikel bespreken we een simpele op het lichtnet werkende buck converter die gebruikt kan worden als driver voor het verlichten van plafond LED lampen tussen 3 watt en 10 watt bereik.

Het circuit is eigenlijk een 220 V tot 15 V SMPS-circuit, maar aangezien het een niet-geïsoleerd ontwerp is, worden de complexe ferriettransformator en de bijbehorende kritische factoren verwijderd.

Hoewel een niet-geïsoleerd ontwerp geen isolatie van het circuit van het wisselstroomnet biedt, biedt een eenvoudige harde plastic afdekking over de eenheid gemakkelijk aan dit nadeel en garandeert absoluut geen gevaar voor de gebruiker.

Aan de andere kant is het beste van een niet-geïsoleerd stuurcircuit dat het goedkoop, gemakkelijk te bouwen, te installeren en te gebruiken is, vanwege het ontbreken van een kritische SMPS-transformator, die wordt vervangen door een eenvoudige inductor.

Het gebruik van een enkele IC VIPer22A door ST microelectronics maakt het ontwerp nagenoeg schadebestendig en permanent, op voorwaarde dat de AC-ingangsspanning binnen het gespecificeerde bereik van 100 V en 285 V valt.

Over de IC VIPer22A-E

De VIPer12A-E en de VIPer22A-E die toevallig een pin-voor-pin match zijn, en zijn ontworpen voor tal van AC naar DC voedingstoepassingen. Dit document presenteert een offline, niet-geïsoleerde SMPS LED-driver-voeding die gebruikmaakt van de VIPer12 / 22A-E.

Vier unieke driverontwerpen zijn hier opgenomen. De chip VIPer12A-E kan gebruikt worden voor het aansturen van 12 V bij 200 mA en 16 V 200 mA plafond LED lampen.

De VIPer22A-E kan worden toegepast voor plafondlampen met een hoger wattage met 12 V / 350 mA en 16 V / 350 mA voedingen.

Dezelfde printlayout kan worden gebruikt voor elke uitgangsspanning van 10 V tot 35 V. Dit maakt de toepassing enorm divers en geschikt voor het voeden van een breed scala aan LED-lampen, van 1 watt tot 12 watt.

In het schema zijn voor belastingen minder die kunnen werken met minder dan 16 V, diode D6 en C4 inbegrepen, voor belastingen die meer dan 16 V vereisen, worden diode D6 en condensator C4 eenvoudig verwijderd.

Hoe het circuit werkt

De schakelingsfuncties voor alle 4 varianten zijn in wezen identiek. De variatie zit in de opstartcircuitfase. We zullen het model uitleggen zoals geïllustreerd in figuur 3.

De uitgang van het ontwerp van de omvormer is niet geïsoleerd van de AC 220V-ingang. Dit zorgt ervoor dat de AC-neutrale lijn gemeenschappelijk is met de uitgangsaarde van de DC-lijn, en dus een backreferentieverbinding met de netneutraal biedt.

Deze LED buck converter kost minder omdat hij niet afhankelijk is van de traditionele ferriet E-core gebaseerde transformator en de geïsoleerde opto coupler.

De AC-netlijn wordt aangelegd via diode D1, die de afwisselende AC-halve cycli gelijkricht naar een DC-uitgang. C1, L0, C2 vormen een taartfilter {om te helpen} EMI-ruis te minimaliseren.

De waarde van de filtercondensator wordt geselecteerd om een ​​acceptabel pulsdal te beheren, aangezien de condensatoren elke andere halve cyclus worden opgeladen. In plaats van D1 kunnen een paar diodes worden toegepast om rimpelimpulsen tot 2 kV te doorstaan.

R10 voldoet aan een aantal doelstellingen, de ene is om de inschakelstroompiek te beperken en de andere is om te werken als een lont voor het geval er een catastrofale storing is. Een draadgewonden weerstand zorgt voor de inschakelstroom.

Brandwerende weerstand en een zekering werken uitstekend volgens systeem- en veiligheidsspecificaties.

C7 regelt de EMI door de lijn en neutrale storing te nivelleren zonder de Xcap nodig te hebben. Deze plafond LED driver zal zeker voldoen aan en voldoen aan de EN55022 niveau 'B' specificaties. Als de belastingvraag lager is, kan deze C7 uit het circuit worden weggelaten.

De spanning die in C2 wordt ontwikkeld, wordt via de met elkaar verbonden pennen 5 tot 8 op de MOSFET-afvoer van de IC toegepast.

Intern heeft de IC VIPer een constante stroombron die 1 mA levert aan de Vdd pin 4. Deze stroom van 1 mA wordt gebruikt om de condensator C3 op te laden.

Zodra de spanning op de Vdd-pin zich uitstrekt tot een minimale waarde van 14,5 V, wordt de interne stroombron van de IC uitgeschakeld en begint de VIPer AAN / UIT te activeren.

In deze situatie wordt de stroom geleverd via de Vdd-dop. De elektriciteit die in deze condensator is opgeslagen, moet hoger zijn dan het vermogen dat nodig is om de uitgangsbelastingsstroom te leveren, samen met het vermogen om de uitgangscondensator op te laden, voordat de Vdd-kap onder 9 V zakt.

Dit kan worden opgemerkt in bepaalde schakelingsschema's. De condensatorwaarde wordt dus geselecteerd om de initiële inschakeltijd te ondersteunen.

Wanneer er een kortsluiting optreedt, daalt de lading in de Vdd-kap lager dan de minimumwaarde, waardoor de ingebouwde hoogspanningsstroomgenerator een nieuwe opstartcyclus kan activeren.

De laad- en ontlaadfasen van de condensator bepalen de tijdsduur dat de voeding wordt in- en uitgeschakeld. Dit vermindert de RMS-opwarmingseffecten op alle onderdelen.

Het circuit dat dit regelt omvat Dz, C4 en D8. D8 laadt C4 op tot zijn piekwaarde gedurende de cyclusperiode terwijl D5 zich in de geleidingsmodus bevindt.

Gedurende deze periode wordt de voedingsbron of referentiespanning naar de IC verminderd door de voorwaartse spanningsval van een diode onder het aardniveau, die de D8-daling goedmaakt.

Daarom is in de eerste plaats de zenerspanning gelijk aan de uitgangsspanning. C4 is over Vfb en de voedingsbron aangesloten om de regelspanning af te vlakken.

Dz is een 12 V, 1⁄2 W Zener met een bepaalde teststroom van 5 mA. Deze zeners met een lagere stroomsterkte zorgen voor een hogere nauwkeurigheid van de uitgangsspanning.

In het geval dat de uitgangsspanning lager is dan 16 V, kan het circuit worden opgezet zoals weergegeven in Figuur 3, waarbij Vdd is geïsoleerd van de Vfb-pin. Zodra de ingebouwde stroombron van de IC's de Vdd-condensator oplaadt, kan Vdd 16V bereiken onder de slechtere omstandigheden.

Een 16 V Zener met een minimale tolerantie van 5% zou 15,2 V kunnen zijn, naast de ingebouwde weerstand tegen aarde is 1,230k Ω die een extra 1,23 V genereert om een ​​totaal van 16,4 V te geven.

Voor een uitvoer van 16 V en groter kunnen de Vdd-pin en de Vfb-pin een gemeenschappelijke diode en condensatorfilter bevorderen, precies zoals aangegeven in Afbeelding 4.

Inductor selectie

Bij het opstarten van de inductor kan de werkingsfase in de discontinue modus worden bepaald aan de hand van de onderstaande formule die een effectieve schatting voor de inductor geeft.

L = 2 [P _uit ​ ID kaart _piek ​^tweex f)]

Waar Idpeak de laagste maximale afvoerstroom is, 320 mA voor de IC VIPer12A-E en 560 mA voor de VIPer22A-E, geeft f de schakelfrequentie bij 60 kHz aan.

De hoogste piekstroom regelt het geleverde vermogen binnen de buck-converterconfiguratie. Als gevolg hiervan lijkt de bovenstaande berekening geschikt voor een inductor die is ontworpen om in discontinue modus te werken.

Wanneer de ingangsstroom naar nul zakt, krijgt de uitgangspiekstroom twee keer de output.

Dit beperkt de uitgangsstroom tot 280 mA voor de IC VIPer22A-E.

In het geval dat de inductor een grotere waarde heeft, schakelen tussen continue en discontinue modus, kunnen we gemakkelijk 200 mA bereiken, ver verwijderd van het huidige beperkingsprobleem. C6 moet een minimale ESR-condensator zijn om de lage rimpelspanning te bereiken.

V. _rimpeling = Ik _rimpeling X C _esr

D5 moet een schakeldiode met hoge snelheid zijn, maar D6 en D8 kunnen gewone gelijkrichterdiodes zijn.

DZ1 wordt gebruikt om de uitgangsspanning vast te leggen op 16 V. De karakteristieken van de buck-converter zorgen ervoor dat deze wordt opgeladen op het piekpunt zonder belasting. Het wordt aangeraden om een ​​zenerdiode te gebruiken die 3 tot 4 V hoger is dan de uitgangsspanning.

FIGUUR 3

Afbeelding 3 hierboven toont het schakelschema voor het prototype-ontwerp van de plafond-LED-lamp. Het is ontworpen voor 12 V LED-lampen met een optimale stroomsterkte van 350 mA.

Als een kleinere hoeveelheid stroom wenselijk is, kan de VIPer22A-E worden omgevormd tot een VIPer12A-E en kan de condensator C2 worden verlaagd van 10 μf naar 4,7 μF. Dit geeft maar liefst 200 mA.

FIGUUR # 4

Afbeelding 4 hierboven toont het identieke ontwerp, behalve voor een uitvoer van 16 V of meer, D6 en C4 kunnen worden weggelaten. De jumper verbindt de uitgangsspanning met de Vdd-pin.

Lay-outideeën en suggesties

De L-waarde biedt de drempelwaarden tussen continue en discontinue modus voor een gespecificeerde uitgangsstroom. Om in discontinue modus te kunnen functioneren, moet de waarde van de inductor kleiner zijn dan:

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

Waar R de belastingsweerstand aangeeft, geeft T de schakelperiode aan en D geeft de inschakelduur aan. U vindt een aantal factoren waarmee u rekening moet houden.

De eerste is, hoe groter de discontinue, hoe groter de maximale stroom. Dit niveau moet onder de minimale puls worden gehouden door pulsstroomregeling van de VIPer22A-E die 0,56 A is.

De andere is dat wanneer we werken met een grotere inductor om constant te werken, we overtollige warmte tegenkomen als gevolg van schakelingstekorten van de MOSFET binnen de VIPer IC.

Inductor Specificaties

Onnodig te zeggen dat de specificatie van de inductorstroom hoger moet zijn dan de uitgangsstroom om de kans op verzadiging van de inductorkern te voorkomen.

Inductor L0 kan worden gebouwd door 24 SWG ​​supergeëmailleerde koperdraad over een geschikte ferrietkern te wikkelen, totdat de inductantiewaarde van 470 uH is bereikt.

Evenzo zou de inductor L1 kunnen worden gebouwd door 21 SWG supergeëmailleerde koperdraad over een geschikte ferrietkern te wikkelen, totdat de inductantiewaarde van 1 mH is bereikt.

Volledige onderdelenlijst

Raadpleeg dit voor meer details en PCB-ontwerp Compleet gegevensblad