Ngày nay, đèn CFL và đèn huỳnh quang gần như được thay thế hoàn toàn bằng đèn LED, hầu hết đều ở dạng đèn LED âm trần phẳng hình tròn hoặc hình vuông.

Những chiếc đèn này hợp nhất tuyệt đẹp với bề mặt trần phẳng của ngôi nhà, văn phòng hoặc cửa hàng của chúng ta, mang lại vẻ thẩm mỹ cho đèn, cùng với hiệu suất đầu ra cao, tiết kiệm điện và chiếu sáng không gian.

Trong bài viết này, chúng tôi thảo luận về một bộ chuyển đổi buck hoạt động bằng nguồn điện đơn giản có thể được sử dụng làm trình điều khiển để chiếu sáng các đèn LED âm trần trong khoảng từ 3 watt đến 10 watt.

Mạch thực sự là mạch SMPS 220 V đến 15 V nhưng vì nó là một thiết kế không bị cô lập nên nó loại bỏ biến áp ferit phức tạp và các yếu tố quan trọng liên quan.

Mặc dù thiết kế không cách ly không giúp cách ly mạch điện khỏi nguồn điện AC, nhưng một lớp vỏ nhựa cứng đơn giản bên ngoài thiết bị dễ dàng khắc phục nhược điểm này, đảm bảo hoàn toàn không gây nguy hiểm cho người dùng.

Mặt khác, những điều tốt nhất về mạch điều khiển không cách ly là nó rẻ, dễ xây dựng, cài đặt và sử dụng, do không có biến áp SMPS quan trọng, được thay thế bằng một cuộn cảm đơn giản.

Việc sử dụng một IC VIPer22A duy nhất của vi điện tử ST làm cho thiết kế có khả năng chống hư hỏng hầu như và vĩnh viễn, miễn là nguồn AC đầu vào nằm trong phạm vi 100 V và 285 V quy định.

Giới thiệu về IC VIPer22A-E

VIPer12A-E và VIPer22A-E là một kết hợp pin-for-pin và được thiết kế cho nhiều ứng dụng cấp nguồn AC sang DC. Tài liệu này trình bày nguồn cấp điện cho trình điều khiển LED SMPS không có mã hóa bằng cách sử dụng VIPer12 / 22A-E.

Bốn thiết kế trình điều khiển độc đáo được bao gồm ở đây. Chip VIPer12A-E có thể được sử dụng cho đèn LED âm trần 12 V ở 200 mA và 16 V 200 mA.

VIPer22A-E có thể được áp dụng cho đèn ceilng có công suất cao hơn được trang bị nguồn cung cấp 12 V / 350 mA và 16 V / 350 mA.

Bố trí PCB tương tự có thể được sử dụng cho bất kỳ điện áp đầu ra nào từ 10 V đến 35 V. Điều này làm cho ứng dụng trở nên vô cùng đa dạng và phù hợp để cấp nguồn cho nhiều loại đèn LED, từ 1 watt đến 12 watt.

Trong sơ đồ, đối với các tải ít hơn có thể hoạt động với dưới 16 V, diode D6 và C4 được bao gồm, đối với các tải yêu cầu trên 16 V, diode D6 và tụ C4 được loại bỏ đơn giản.

Cách hoạt động của mạch

Các chức năng mạch của cả 4 biến thể về cơ bản là giống hệt nhau. Biến thể là trong giai đoạn mạch khởi động. Chúng tôi sẽ giải thích Mô hình như được minh họa trong Hình 3.

Đầu ra thiết kế của bộ chuyển đổi không được cách ly với đầu vào nguồn điện AC 220V. Điều này làm cho đường trung tính AC chung với đất đầu ra của đường DC, do đó cung cấp kết nối tham chiếu ngược với trung tính nguồn.

Bộ chuyển đổi buck LED này có chi phí thấp hơn vì nó không phụ thuộc vào biến áp dựa trên lõi ferrite truyền thống và bộ ghép quang cách ly.

Dòng AC nguồn được cấp qua diode D1 điều chỉnh nửa chu kỳ AC thay thế thành đầu ra DC. C1, L0, C2 tạo thành bộ lọc hình tròn {giúp} giảm thiểu nhiễu EMI.

Giá trị của tụ lọc được chọn để quản lý thung lũng xung có thể chấp nhận được, vì các tụ điện được sạc mỗi nửa chu kỳ thay thế. Một vài điốt có thể được áp dụng thay cho D1 để chịu được xung nổ gợn lên đến 2 kV.

R10 đáp ứng một số mục tiêu, một là để hạn chế sự tăng đột ngột và mục tiêu còn lại là hoạt động như một cầu chì trong trường hợp có sự cố nghiêm trọng. Một điện trở quấn dây xử lý dòng khởi động.

Điện trở chống cháy và cầu chì hoạt động rất tốt theo các thông số kỹ thuật của hệ thống và an ninh.

C7 điều khiển EMI bằng dòng cân bằng và nhiễu trung tính mà không cần Xcap. Trình điều khiển đèn LED âm trần này chắc chắn sẽ tuân thủ và vượt qua các thông số kỹ thuật EN55022 cấp 'B'. Nếu nhu cầu tải thấp hơn, thì C7 này có thể được bỏ qua khỏi mạch.

Điện áp phát triển bên trong C2 được cấp cho bộ thoát MOSFET của IC thông qua các chân 5 đến 8 được kết nối với nhau.

Bên trong IC VIPer có một nguồn dòng không đổi cung cấp 1mA cho chân Vdd 4. Dòng 1 mA này được sử dụng để sạc tụ điện C3.

Ngay sau khi điện áp trên chân Vdd kéo dài đến giá trị nhỏ nhất là 14,5 V, nguồn dòng nội bộ của IC sẽ tắt và VIPer bắt đầu kích hoạt BẬT / TẮT.

Trong tình huống này, nguồn được cung cấp thông qua nắp Vdd. Điện năng lưu trữ bên trong tụ điện này phải cao hơn công suất cần thiết để cung cấp dòng tải đầu ra cùng với điện năng để nạp điện cho tụ điện đầu ra, trước khi giới hạn Vdd giảm xuống dưới 9 V.

Điều này có thể được nhận thấy trong các sơ đồ mạch nhất định. Do đó, giá trị tụ điện được chọn để hỗ trợ thời gian BẬT công tắc ban đầu.

Khi ngắn mạch xảy ra, điện tích bên trong nắp Vdd giảm xuống thấp hơn giá trị tối thiểu cho phép các IC tích hợp trong bộ tạo dòng điện áp cao kích hoạt chu kỳ khởi động mới.

Các pha sạc và xả của tụ điện quyết định khoảng thời gian mà nguồn điện sẽ được bật và tắt. Điều này làm giảm tác động làm ấm RMS lên tất cả các bộ phận.

Mạch điều hòa này gồm Dz, C4 và D8. D8 nạp C4 đến giá trị đỉnh của nó trong suốt chu kỳ trong khi D5 ở chế độ dẫn.

Trong khoảng thời gian này, nguồn cung cấp hoặc điện áp tham chiếu đến IC bị giảm bởi sự sụt giảm điện áp chuyển tiếp của một diode dưới mặt đất, tạo nên sự sụt giảm D8.

Do đó chủ yếu điện áp Zener tương đương với điện áp đầu ra. C4 được gắn qua Vfb và nguồn cung cấp để làm mịn điện áp điều chỉnh.

Dz là Zener 12 V, 1⁄2 W có đánh giá dòng điện thử nghiệm cụ thể là 5 mA. Những Zer này được đánh giá ở dòng điện nhỏ hơn cung cấp độ chính xác cao hơn của điện áp đầu ra.

Trong trường hợp điện áp đầu ra dưới 16 V, mạch có thể được thiết lập như trong Hình 3, trong đó Vdd được cách ly khỏi chân Vfb. Ngay sau khi nguồn dòng tích hợp của IC sạc tụ điện Vdd, Vdd có thể đạt được 16V ở những trường hợp xấu hơn.

Zener 16 V có dung sai tối thiểu 5% có thể là 15,2 V ngoài khả năng kháng đất được tích hợp sẵn là 1,230k Ω tạo ra thêm 1,23 V để cho tổng thể là 16,4 V.

“chỉnh lưu cầu với bộ lọc tụ điện ”

Đối với đầu ra 16 V và lớn hơn, chân Vdd và chân Vfb có thể được phép thúc đẩy bộ lọc tụ điện và diode chung chính xác như được chỉ ra trong Hình 4.

Lựa chọn cuộn cảm

Ở giai đoạn khởi động của cuộn cảm ở chế độ không liên tục có thể được xác định thông qua công thức cho sẵn dưới đây cung cấp một ước tính hiệu quả cho cuộn cảm.

L = 2 [P _ngoài / ( Tôi _{đỉnh cao})^haix f)]

Trong đó Idpeak là dòng tiêu cực đại thấp nhất, 320 mA đối với IC VIPer12A-E và 560 mA đối với VIPer22A-E, f biểu thị tần số chuyển mạch ở 60 kHz.

Dòng điện đỉnh cao nhất kiểm soát nguồn điện được cung cấp trong cấu hình bộ chuyển đổi buck. Kết quả là, tính toán đã cho ở trên trông phù hợp với một cuộn cảm được thiết kế để làm việc ở chế độ không liên tục.

Khi dòng điện đầu vào giảm xuống 0, thì dòng điện đỉnh đầu ra sẽ gấp hai lần dòng điện đầu ra.

Điều này hạn chế dòng ra ở mức 280 mA đối với IC VIPer22A-E.

Trong trường hợp cuộn cảm có giá trị lớn hơn, chuyển đổi giữa chế độ liên tục và không liên tục, chúng tôi có thể dễ dàng đạt được 200 mA so với vấn đề hạn chế hiện tại. C6 cần phải là tụ điện ESR tối thiểu để đạt được điện áp gợn sóng thấp.

V _{gợn sóng} = Tôi_{gợn sóng}x C _esr

D5 yêu cầu phải là điốt chuyển mạch tốc độ cao, nhưng D6 và D8 có thể là điốt chỉnh lưu thông thường.

DZ1 được sử dụng để cố định điện áp đầu ra thành 16 V. Các đặc tính của bộ chuyển đổi buck làm cho nó sạc đầy ở điểm cao nhất với điều kiện không tải. Nên sử dụng điốt Zener lớn hơn điện áp đầu ra từ 3 đến 4 V.

HÌNH # 3

Hình 3 trên đây cho thấy sơ đồ mạch cho thiết kế nguyên mẫu đèn LED âm trần. Nó được thiết kế cho đèn LED 12 V có dòng điện tối ưu là 350 mA.

Trong trường hợp mong muốn lượng dòng điện thấp hơn, thì VIPer22A-E có thể được chuyển đổi thành VIPer12A-E và tụ điện C2 có thể được hạ từ 10 μf xuống 4,7 μF. Điều này cung cấp nhiều nhất là 200 mA.

HINH 4

Hình 4 ở trên cho thấy thiết kế giống hệt nhau ngoại trừ đầu ra 16 V trở lên, D6 và C4 có thể bị bỏ qua. Jumper kết nối điện áp đầu ra với chân Vdd.

Ý tưởng bố cục và đề xuất

Giá trị L cung cấp các giới hạn ngưỡng giữa chế độ liên tục và không liên tục đối với dòng điện đầu ra được chỉ định. Để có thể hoạt động ở chế độ không liên tục, giá trị của cuộn cảm phải nhỏ hơn:

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

Trong đó R biểu thị điện trở tải, T biểu thị thời gian chuyển mạch và D là chu kỳ làm việc. Bạn sẽ tìm thấy một vài yếu tố cần tính đến.

Đầu tiên là, càng lớn thì dòng điện tối đa càng lớn. Mức này phải được giữ dưới mức xung tối thiểu bằng điều khiển dòng xung của VIPer22A-E là 0,56 A.

Khác là khi chúng tôi làm việc với một cuộn cảm có kích thước lớn hơn để hoạt động liên tục, chúng tôi gặp phải nhiệt lượng dư thừa do thiếu hụt chuyển đổi của MOSFET trong vi mạch VIPer.

Thông số kỹ thuật cuộn cảm

Không cần phải nói, đặc điểm kỹ thuật dòng điện dẫn phải nhiều hơn dòng điện đầu ra để tránh cơ hội bão hòa lõi cuộn cảm.

Cuộn cảm L0 có thể được chế tạo bằng cách quấn dây đồng siêu tráng men 24 SWG trên lõi ferit thích hợp, cho đến khi đạt được giá trị điện cảm 470 uH.

Tương tự như vậy, cuộn cảm L1 có thể được chế tạo bằng cách quấn dây đồng tráng men siêu cao 21 SWG trên bất kỳ lõi ferit thích hợp nào, cho đến khi đạt được giá trị điện cảm 1 mH.

Danh sách bộ phận hoàn chỉnh