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Circuito de driver de lâmpada LED de teto

Hoje em dia, as lâmpadas fluorescentes e fluorescentes são quase completamente substituídas por lâmpadas LED, que são principalmente na forma de lâmpadas LED de teto plano circulares ou quadradas.

Estas lâmpadas fundem-se lindamente com a superfície plana do tecto das nossas casas, escritórios ou lojas, proporcionando um aspecto estético às luzes, juntamente com uma saída de alta eficiência, em termos de economia de energia e iluminação do espaço.

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CIRCUITO DE DRIVER DE LÂMPADA LED DE TETO 9

Neste artigo, discutimos um conversor buck simples operado pela rede elétrica que pode ser usado como driver para iluminar lâmpadas LED de teto entre 3 watts e 10 watts.

O circuito é na verdade um circuito SMPS de 220 V a 15 V, mas como é um projeto não isolado, ele elimina o complexo transformador de ferrite e os fatores críticos envolvidos.

Embora um design não isolado não forneça isolamento ao circuito da rede elétrica CA, uma simples tampa de plástico rígido sobre a unidade contraria facilmente essa desvantagem, garantindo absolutamente nenhuma ameaça ao usuário.

Por outro lado, o melhor de um circuito de driver não isolado é que ele é barato, fácil de construir, instalar e usar, devido à ausência de um transformador SMPS crítico, que é substituído por um simples indutor.

O uso de um único IC VIPer22A pela microeletrônica ST torna o projeto praticamente à prova de danos e permanente, desde que a alimentação CA de entrada esteja dentro da faixa especificada de 100 V e 285 V.

Sobre o IC VIPer22A-E

O VIPer12A-E e o VIPer22A-E que por acaso são uma correspondência pino a pino e são projetados para várias aplicações de fonte de alimentação CA para CC. Este documento apresenta uma fonte de alimentação de driver de LED SMPS off-line não isolada usando o VIPer12/22A-E.

Quatro designs de driver exclusivos estão incluídos aqui. O chip VIPer12A-E pode ser usado para acionar lâmpadas LED de teto de 12 V a 200 mA e 16 V 200 mA.

O VIPer22A-E pode ser aplicado para lâmpadas de teto de maior potência com alimentação de 12 V/350 mA e 16 V/350 mA.

O mesmo layout de PCB pode ser empregado para qualquer tensão de saída de 10 V a 35 V. Isso torna a aplicação extremamente diversificada e adequada para alimentar uma ampla gama de lâmpadas LED, de 1 watt a 12 watt.

No esquema, para cargas menores que podem trabalhar com menos de 16 V, os diodos D6 e C4 estão incluídos, para cargas que requerem mais de 16 V, o diodo D6 e o ​​capacitor C4 são simplesmente removidos.

Como funciona o circuito

As funções do circuito para todas as 4 variantes são essencialmente idênticas. A variação está no estágio do circuito de inicialização. Explicaremos o Modelo conforme ilustrado na Figura 3.

A saída do projeto do conversor não é isolada da entrada da rede elétrica de 220 V AC. Isso faz com que a linha neutra CA seja comum ao terra de saída da linha CC, fornecendo assim uma conexão de referência traseira ao neutro da rede.

Este conversor LED buck custa menos porque não depende do tradicional transformador baseado em ferrite E-core e do acoplador óptico isolado.

A linha de alimentação CA é aplicada através do diodo D1 que retifica os meios ciclos alternados de CA para uma saída CC. C1, L0, C2 constituem um filtro de pizza {para ajudar} a minimizar o ruído EMI.

O valor do capacitor de filtro é selecionado para gerenciar um vale de pulso aceitável, uma vez que os capacitores são carregados a cada meio ciclo alternado. Um par de diodos pode ser aplicado em vez de D1 para suportar pulsos de rajada de ondulação de até 2 kV.

O R10 atende a alguns objetivos, um é para restringir o surto de inrush e o outro é funcionar como um fusível no caso de um mau funcionamento catastrófico. Um resistor de fio enrolado lida com a corrente de partida.

Resistor resistente ao fogo e um fusível funcionam extremamente bem de acordo com as especificações do sistema e de segurança.

O C7 controla a EMI nivelando a linha e a perturbação neutra sem a necessidade do Xcap. Este driver de LED de teto certamente cumprirá e passará as especificações EN55022 nível “B”. Se a demanda de carga for menor, esse C7 poderá ser omitido do circuito.

A tensão desenvolvida dentro de C2 é aplicada ao dreno MOSFET do CI através dos pinos 5 a 8 conectados entre si.

Internamente, o IC VIPer possui uma fonte de corrente constante que fornece 1 mA ao pino 4 do Vdd. Esta corrente de 1 mA é utilizada para carregar o capacitor C3.

Assim que a tensão no pino Vdd se estende para um valor mínimo de 14,5 V, a fonte de corrente interna do IC é desligada e o VIPer começa a ativar/desativar.

Enquanto nesta situação, a energia é fornecida através da tampa Vdd. A eletricidade armazenada dentro deste capacitor deve ser maior do que a potência necessária para fornecer a corrente de carga de saída junto com a energia para carregar o capacitor de saída, antes que o limite de Vdd caia abaixo de 9 V.

Isso pode ser notado em determinados esquemas de circuitos. O valor do capacitor é então selecionado para suportar o tempo inicial de ativação.

Quando ocorre um curto-circuito, a carga dentro da tampa Vdd cai abaixo do valor mínimo, permitindo que os CIs embutidos no gerador de corrente de alta tensão acionem um novo ciclo de inicialização.

As fases de carga e descarga do capacitor determinam o período de tempo em que a fonte de alimentação será ligada e desligada. Isso diminui o impacto do aquecimento RMS em todas as peças.

O circuito que regula isso inclui Dz, C4 e D8. D8 carrega C4 em seu valor de pico durante todo o período de ciclagem enquanto D5 está no modo de condução.

Durante este período, a fonte de alimentação ou tensão de referência para o CI é reduzida pela queda de tensão direta de um diodo abaixo do nível do solo, que compensa a queda D8.

Portanto, principalmente a tensão Zener é equivalente à tensão de saída. C4 é conectado ao Vfb e à fonte de alimentação para suavizar a tensão de regulação.

Dz é um Zener de 12 V, 1⁄2 W com uma corrente de teste específica de 5 mA. Esses Zeners que são classificados em uma corrente menor fornecem maior precisão da tensão de saída.

Caso a tensão de saída esteja abaixo de 16 V, o circuito pode ser configurado conforme mostrado na Figura 3, onde Vdd é isolado do pino Vfb. Assim que a fonte de corrente interna do IC carregar o capacitor Vdd, o Vdd pode atingir 16V nas piores circunstâncias.

Um Zener de 16 V com uma tolerância mínima de 5% pode ser de 15,2 V, além da resistência incorporada ao terra é de 1.230k Ω que gera um extra de 1,23 V para fornecer um total de 16,4 V.

Para saídas de 16 V e maiores, o pino Vdd e o pino Vfb podem promover um diodo comum e filtro de capacitor exatamente como indicado na Figura 4.

Seleção do indutor

No estágio de operação de partida do indutor no modo descontínuo pode ser determinado através da fórmula abaixo fornecida que fornece uma estimativa efetiva para o indutor.

L = 2 [ Pout / (Idpeak)2 x f) ]

Onde Idpeak é a corrente máxima de dreno mais baixa, 320 mA para o IC VIPer12A-E e 560 mA para o VIPer22A-E, f denota a frequência de comutação em 60 kHz.

A corrente de pico mais alta controla a potência fornecida na configuração do conversor buck. Como resultado, o cálculo dado acima parece adequado para um indutor projetado para funcionar em modo descontínuo.

Quando a corrente de entrada cai para zero, a corrente de pico de saída obtém duas vezes a saída.

Isso restringe a corrente de saída a 280 mA para o IC VIPer22A-E.

Caso o indutor tenha um valor maior, alternando entre modo contínuo e descontínuo, conseguimos facilmente atingir 200 mA longe do problema de restrição atual. C6 precisa ser um capacitor ESR mínimo para atingir a baixa tensão de ondulação.

Vondulação = euondulação x Cesr

D5 precisa ser um diodo de comutação de alta velocidade, mas D6 e D8 podem ser diodos retificadores comuns.

O DZ1 é empregado para fixar a tensão de saída em 16 V. As características do conversor buck fazem com que ele seja carregado no ponto de pico sem carga. É aconselhável usar um diodo Zener que seja 3 a 4 V maior que a tensão de saída.

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FIGURA 3

A Figura 3 acima mostra o diagrama de circuito para o projeto do protótipo da lâmpada LED de teto. Ele é projetado para lâmpadas LED de 12 V com uma corrente ideal de 350 mA.

Caso uma quantidade menor de corrente seja desejável, então o VIPer22A-E pode ser transformado em um VIPer12A-E e o capacitor C2 pode ser reduzido de 10 μf para 4,7 μF. Isso dá até 200 mA.

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FIGURA#4

A Figura 4 acima demonstra o projeto idêntico, exceto para saída de 16 V ou mais, D6 e C4 podem ser omitidos. O jumper conecta a tensão de saída com o pino Vdd.

Ideias e sugestões de layout

O valor L fornece os limites de limiar entre o modo contínuo e descontínuo para uma corrente de saída especificada. Para poder funcionar em modo descontínuo, o valor do indutor deve ser menor que:

L = 1/2 x R x T x (1 – D)

Onde R indica a resistência de carga, T indica o período de comutação e D indica o ciclo de trabalho. Você encontrará alguns fatores a serem levados em consideração.

A primeira é, quanto maior a descontínua, maior a corrente máxima. Este nível deve ser mantido abaixo do pulso mínimo pelo controle de corrente de pulso do VIPer22A-E que é 0,56 A.

A outra é quando trabalhamos com um indutor de tamanho maior para operar constantemente, encontramos calor excedente devido a déficits de comutação do MOSFET dentro do VIPer IC.

Especificações do indutor

Desnecessário dizer que a especificação da corrente do indutor deve ser maior que a corrente de saída para evitar a chance de saturar o núcleo do indutor.

O indutor L0 pode ser construído enrolando fio de cobre super-esmaltado 24 SWG ​​sobre núcleo de ferrite adequado, até que o valor de indutância de 470 uH seja alcançado.

Da mesma forma, o indutor L1 pode ser construído enrolando fio de cobre superesmaltado 21 SWG sobre qualquer núcleo de ferrite adequado, até que o valor de indutância de 1 mH seja alcançado.

Lista de peças completa

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CIRCUITO DE DRIVER DE LÂMPADA LED DE TETO 10

Para mais detalhes e design de PCB, consulte esteFolha de dados completa

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