Hoy en día, las lámparas fluorescentes compactas y las lámparas fluorescentes compactas se reemplazan casi por completo por lámparas LED, que en su mayoría tienen la forma de lámparas LED planas de forma circular o cuadrada montadas en el techo.
Estas lámparas se fusionan maravillosamente con la superficie plana del techo de nuestros hogares, oficinas o tiendas, proporcionando un aspecto estético a las luces, junto con una salida de alta eficiencia, en términos de ahorro de energía e iluminación del espacio.
En este artículo discutimos un convertidor reductor simple operado por la red que se puede usar como controlador para iluminar lámparas LED de techo entre un rango de 3 vatios y 10 vatios.
El circuito es en realidad un circuito SMPS de 220 V a 15 V, pero como es un diseño no aislado, elimina el complejo transformador de ferrita y los factores críticos involucrados.
Aunque un diseño no aislado no proporciona aislamiento al circuito de la red de CA, una simple cubierta de plástico rígido sobre la unidad contrarresta fácilmente este inconveniente, garantizando absolutamente ninguna amenaza para el usuario.
Por otro lado, lo mejor de un circuito de controlador no aislado es que es barato, fácil de construir, instalar y usar, debido a la ausencia de un transformador SMPS crítico, que se reemplaza por un inductor simple.
El uso de un solo IC VIPer22A de ST microelectronics hace que el diseño sea prácticamente a prueba de daños y permanente, siempre que el suministro de CA de entrada esté dentro del rango especificado de 100 V y 285 V.
Acerca del IC VIPer22A-E
El VIPer12A-E y el VIPer22A-E coinciden pin por pin y están diseñados para numerosas aplicaciones de suministro de energía de CA a CC. Este documento presenta una fuente de alimentación de controlador LED SMPS sin conexión fuera de línea que utiliza VIPer12 / 22A-E.
Aquí se incluyen cuatro diseños de controladores únicos. El chip VIPer12A-E se puede utilizar para conducir lámparas LED de techo de 12 V a 200 mA y 16 V 200 mA.
El VIPer22A-E se puede aplicar para lámparas de techo de mayor vataje con suministros de 12 V / 350 mA y 16 V / 350 mA.
Se puede emplear el mismo diseño de PCB para cualquier voltaje de salida de 10 V a 35 V. Esto hace que la aplicación sea enormemente diversa y adecuada para alimentar una amplia gama de lámparas LED, de 1 vatio a 12 vatios.
En el esquema, para cargas menores que pueden funcionar con menos de 16 V, se incluyen los diodos D6 y C4, para cargas que requieren más de 16 V, simplemente se quitan el diodo D6 y el condensador C4.
Cómo funciona el circuito
Las funciones del circuito para las 4 variantes son esencialmente idénticas. La variación está en la etapa del circuito de arranque. Explicaremos Model como se ilustra en la Figura 3.
La salida de diseño del convertidor no está aislada de la entrada de CA 220V de la red. Esto hace que la línea neutra de CA sea común a la tierra de salida de la línea de CC, lo que proporciona una conexión de referencia trasera al neutro de la red.
Este convertidor reductor LED cuesta menos porque no depende del transformador tradicional de ferrita con núcleo E y del optoacoplador aislado.
La línea principal de CA se aplica a través del diodo D1 que rectifica los semiciclos de CA alternativos a una salida de CC. C1, L0, C2 constituyen un filtro circular {para ayudar} a minimizar el ruido EMI.
El valor del condensador del filtro se selecciona para gestionar un valle de pulso aceptable, ya que los condensadores se cargan en cada medio ciclo alternativo. Se pueden aplicar un par de diodos en lugar de D1 para soportar pulsos de ráfaga de ondulación de hasta 2 kV.
El R10 satisface un par de objetivos, uno es para restringir la sobretensión y el otro es funcionar como un fusible en caso de que haya una falla catastrófica. Una resistencia de alambre enrollado se ocupa de la corriente de entrada.
La resistencia resistente al fuego y un fusible funcionan muy bien de acuerdo con las especificaciones del sistema y de seguridad.
C7 controla la EMI nivelando la línea y la perturbación neutra sin necesidad de Xcap. Este controlador LED de techo ciertamente cumplirá y pasará las especificaciones de nivel 'B' de EN55022. Si la demanda de carga es menor, entonces este C7 podría omitirse del circuito.
El voltaje desarrollado dentro de C2 se aplica al drenaje MOSFET del IC a través de los pines 5 a 8 conectados entre sí.
Internamente, el IC VIPer tiene una fuente de corriente constante que proporciona 1 mA al pin 4 de Vdd. Esta corriente de 1 mA se utiliza para cargar el condensador C3.
Tan pronto como el voltaje en el pin Vdd se extiende a un valor mínimo de 14.5 V, la fuente de corriente interna del IC se apaga y el VIPer comienza a activarse ON / OFF.
Mientras está en esta situación, la energía se entrega a través de la tapa Vdd. La electricidad almacenada dentro de este capacitor tiene que ser mayor que la potencia necesaria para proporcionar la corriente de carga de salida junto con la potencia para cargar el capacitor de salida, antes de que el límite Vdd caiga por debajo de 9 V.
Esto se puede notar en los esquemas de circuitos dados. Por tanto, el valor del condensador se selecciona para soportar el tiempo de encendido inicial.
Cuando ocurre un cortocircuito, la carga dentro de la tapa Vdd cae por debajo del valor mínimo, lo que permite que los circuitos integrados integrados en el generador de corriente de alto voltaje activen un nuevo ciclo de arranque.
Las fases de carga y descarga del condensador deciden el período de tiempo que la fuente de alimentación se encenderá y apagará. Esto disminuye el impacto de calentamiento RMS en todas las partes.
El circuito que regula esto incluye Dz, C4 y D8. D8 carga C4 a su valor máximo durante el período de ciclo mientras D5 está en el modo de conducción.
Durante este período, la fuente de suministro o el voltaje de referencia al IC se reduce por la caída de voltaje directo de un diodo por debajo del nivel del suelo, que compensa la caída del D8.
Por lo tanto, principalmente el voltaje Zener es equivalente al voltaje de salida. C4 se conecta a Vfb y la fuente de alimentación para suavizar la tensión de regulación.
Dz es un Zener de 12 V y 1⁄2 W que tiene una clasificación de corriente de prueba particular de 5 mA. Estos Zener que tienen una corriente más pequeña proporcionan una mayor precisión del voltaje de salida.
En caso de que el voltaje de salida sea inferior a 16 V, el circuito se puede configurar como se muestra en la Figura 3, donde Vdd está aislado del pin Vfb. Tan pronto como la fuente de corriente incorporada del IC cargue el condensador Vdd, Vdd puede alcanzar 16 V en las peores circunstancias.
Un Zener de 16 V con una tolerancia mínima del 5% podría ser de 15,2 V, además de que la resistencia a tierra incorporada es de 1,230k Ω que genera 1,23 V adicionales para dar un total de 16,4 V.
Para una salida de 16 V y más, se puede permitir que el pin Vdd y el pin Vfb promuevan un filtro de capacitor y diodo común exactamente como se indica en la Figura 4.
Selección de inductor
En la etapa de operación de arranque del inductor en el modo discontinuo se podría determinar a través de la fórmula dada a continuación que proporciona una estimación efectiva para el inductor.
L = 2 [P fuera / ( Identificación cima )2x f)]
Donde Idpeak es la corriente de drenaje máxima más baja, 320 mA para IC VIPer12A-E y 560 mA para VIPer22A-E, f indica la frecuencia de conmutación a 60 kHz.
La corriente pico más alta controla la potencia suministrada dentro de la configuración del convertidor reductor. Como resultado, el cálculo anterior parece adecuado para un inductor diseñado para funcionar en modo discontinuo.
Cuando la corriente de entrada desciende a cero, la corriente máxima de salida es dos veces mayor que la salida.
Esto restringe la corriente de salida a 280 mA para el IC VIPer22A-E.
En caso de que el inductor tenga un valor mayor, cambiando entre modo continuo y discontinuo, podemos lograr 200 mA fácilmente lejos del problema de restricción actual. C6 debe ser un condensador ESR mínimo para lograr el voltaje de ondulación bajo.
V onda = Yo onda x C esr
D5 requiere ser un diodo de conmutación de alta velocidad, pero D6 y D8 pueden ser diodos rectificadores ordinarios.
DZ1 se emplea para fijar el voltaje de salida a 16 V. Las características del convertidor reductor hacen que se cargue en el punto máximo sin condición de carga. Se recomienda utilizar un diodo Zener de 3 a 4 V mayor que el voltaje de salida.
FIGURA 3
La Figura 3 muestra el diagrama de circuito para el diseño del prototipo de la lámpara LED de techo. Está diseñado para lámparas LED de 12 V con una corriente óptima de 350 mA.
En caso de que sea deseable una cantidad menor de corriente, entonces el VIPer22A-E podría transformarse en un VIPer12A-E y el condensador C2 podría reducirse de 10 μf a 4.7 μF. Esto da hasta 200 mA.
FIGURA 4
La Figura 4 anterior muestra el diseño idéntico excepto para una salida de 16 V o más, D6 y C4 podrían omitirse. El puente conecta el voltaje de salida con el pin Vdd.
Ideas y sugerencias de diseño
El valor L proporciona los límites de umbral entre el modo continuo y discontinuo para una corriente de salida especificada. Para poder funcionar en modo discontinuo, el valor del inductor debe ser menor que:
L = 1/2 x R x T x (1 - D)
Donde R indica la resistencia de carga, T denota el período de conmutación y D da el ciclo de trabajo. Encontrarás un par de factores a tener en cuenta.
La primera es que cuanto mayor es la discontinuidad, mayor es la corriente máxima. Este nivel debe mantenerse por debajo del pulso mínimo por control de corriente de pulso del VIPer22A-E que es de 0,56 A.
La otra es cuando trabajamos con un inductor de mayor tamaño para operar constantemente, encontramos un exceso de calor debido a los déficits de conmutación del MOSFET dentro del VIPer IC.
Especificaciones del inductor
No hace falta decir que la especificación de la corriente del inductor debe ser mayor que la corriente de salida para evitar la posibilidad de saturar el núcleo del inductor.
El inductor L0 se puede construir enrollando alambre de cobre súper esmaltado 24 SWG sobre un núcleo de ferrita adecuado, hasta que se alcance el valor de inductancia de 470 uH.
Asimismo, el inductor L1 podría construirse enrollando alambre de cobre súper esmaltado 21 SWG sobre cualquier núcleo de ferrita adecuado, hasta alcanzar el valor de inductancia de 1 mH.
Lista completa de piezas
Para obtener más detalles y el diseño de PCB, consulte este Hoja de datos completa
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