De nos jours, les lampes CFL et fluorescentes sont presque complètement remplacées par des lampes LED, qui se présentent principalement sous la forme de lampes LED plates de forme circulaire ou carrées montées au plafond.
Ces lampes se fondent à merveille avec la surface plane du plafond de nos maisons, bureaux ou magasins, offrant un aspect esthétique aux lumières, ainsi qu'une sortie à haut rendement, en termes d'économie d'énergie et d'éclairage de l'espace.
Dans cet article, nous discutons d'un simple convertisseur abaisseur fonctionnant sur secteur qui peut être utilisé comme pilote pour éclairer des lampes LED de plafond entre 3 watts et 10 watts.
Le circuit est en fait un circuit SMPS de 220 V à 15 V, mais comme il s'agit d'une conception non isolée, il élimine le transformateur de ferrite complexe et les facteurs critiques impliqués.
Bien qu'une conception non isolée ne fournit pas d'isolement au circuit du secteur CA, un simple couvercle en plastique rigide sur l'unité compense facilement cet inconvénient, garantissant absolument aucune menace pour l'utilisateur.
D'autre part, la meilleure chose à propos d'un circuit de pilotage non isolé est qu'il est bon marché, facile à construire, à installer et à utiliser, en raison de l'absence d'un transformateur SMPS critique, qui est remplacé par un simple inducteur.
L'utilisation d'un seul IC VIPer22A par ST microelectronics rend la conception pratiquement à l'épreuve des dommages et permanente, à condition que l'alimentation CA d'entrée se situe dans la plage spécifiée de 100 V et 285 V.
À propos de l'IC VIPer22A-E
Le VIPer12A-E et le VIPer22A-E qui se trouvent être une correspondance broche pour broche et sont conçus pour de nombreuses applications d'alimentation secteur CA à CC. Ce document présente une alimentation de pilote de LED SMPS hors ligne et non isolée utilisant le VIPer12 / 22A-E.
Quatre modèles de pilotes uniques sont inclus ici. La puce VIPer12A-E peut être utilisée pour piloter des plafonniers LED 12 V à 200 mA et 16 V 200 mA.
Le VIPer22A-E peut être utilisé pour des lampes de plafond de puissance supérieure dotées de sources 12 V / 350 mA et 16 V / 350 mA.
La même disposition de PCB pourrait être utilisée pour n'importe quelle tension de sortie de 10 V à 35 V. Cela rend l'application extrêmement diversifiée et convient pour alimenter une large gamme de lampes LED, de 1 watt à 12 watts.
Dans le schéma, pour des charges inférieures pouvant fonctionner avec moins de 16 V, les diodes D6 et C4 sont incluses, pour les charges nécessitant plus de 16 V, la diode D6 et le condensateur C4 sont simplement supprimés.
Comment fonctionne le circuit
Les fonctions du circuit pour les 4 variantes sont essentiellement identiques. La variation se situe au niveau du circuit de démarrage. Nous expliquerons le modèle comme illustré dans la figure 3.
La sortie de conception du convertisseur n'est pas isolée de l'entrée secteur 220V CA. Cela fait que la ligne neutre CA est commune à la masse de sortie de la ligne CC, fournissant ainsi une connexion de référence arrière au neutre du secteur.
Ce convertisseur abaisseur de LED coûte moins cher car il ne dépend pas du transformateur traditionnel à base de ferrite E et de l'optocoupleur isolé.
La ligne secteur CA est appliquée via la diode D1 qui redresse les demi-cycles alternatifs alternatifs vers une sortie CC. C1, L0, C2 constituent un camembert {pour aider} à minimiser le bruit EMI.
La valeur du condensateur de filtrage est choisie pour gérer une vallée d'impulsions acceptable, puisque les condensateurs se chargent à chaque demi-cycle alterné. Deux diodes peuvent être appliquées au lieu de D1 pour supporter des impulsions de rafale d'ondulation allant jusqu'à 2 kV.
R10 satisfait à quelques objectifs, l'un est de limiter la surtension d'appel et l'autre est de fonctionner comme un fusible en cas de dysfonctionnement catastrophique. Une résistance bobinée traite le courant d'appel.
La résistance résistant au feu et un fusible fonctionnent extrêmement bien selon les spécifications du système et de sécurité.
C7 contrôle l'EMI en nivelant la ligne et la perturbation du neutre sans avoir besoin du Xcap. Ce pilote LED de plafond sera certainement conforme et passera les spécifications EN55022 niveau «B». Si la demande de charge est inférieure, alors ce C7 pourrait être omis du circuit.
La tension développée à l'intérieur de C2 est appliquée au drain MOSFET du CI via les broches 5 à 8 connectées ensemble.
En interne, l'IC VIPer a une source de courant constant qui fournit 1 mA à la broche Vdd 4. Ce courant de 1 mA est utilisé pour charger le condensateur C3.
Dès que la tension sur la broche Vdd atteint une valeur minimale de 14,5 V, la source de courant interne du CI s'éteint et le VIPer commence à déclencher ON / OFF.
Dans cette situation, la puissance est fournie par le bouchon Vdd. L'électricité stockée à l'intérieur de ce condensateur doit être supérieure à la puissance nécessaire pour fournir le courant de charge de sortie ainsi que la puissance de charge du condensateur de sortie, avant que le plafond Vdd ne tombe en dessous de 9 V.
Cela pourrait être remarqué dans les schémas de circuit donnés. La valeur du condensateur est ainsi sélectionnée pour supporter le temps de mise en marche initial.
Lorsqu'un court-circuit se produit, la charge à l'intérieur du cap Vdd chute plus bas que la valeur minimale permettant aux circuits intégrés intégrés dans le générateur de courant haute tension de déclencher un nouveau cycle de démarrage.
Les phases de charge et de décharge du condensateur déterminent la durée pendant laquelle l'alimentation électrique sera activée et désactivée. Cela diminue l'impact du réchauffement RMS sur toutes les pièces.
Le circuit qui régule cela comprend Dz, C4 et D8. D8 charge C4 à sa valeur de crête tout au long de la période de cyclage tandis que D5 est en mode de conduction.
Pendant cette période, la source d'alimentation ou la tension de référence du CI est réduite par la chute de tension directe d'une diode sous le niveau du sol, qui compense la chute D8.
Par conséquent, la tension Zener équivaut principalement à la tension de sortie. C4 est attaché sur Vfb et la source d'alimentation pour lisser la tension de régulation.
Dz est un Zener 12 V, 1⁄2 W ayant un courant de test particulier de 5 mA. Ces Zeners qui sont évalués à un courant plus petit fournissent une plus grande précision de la tension de sortie.
Dans le cas où la tension de sortie est inférieure à 16 V, le circuit pourrait être configuré comme indiqué sur la figure 3, où Vdd est isolé de la broche Vfb. Dès que la source de courant intégrée du CI charge le condensateur Vdd, Vdd peut atteindre 16V dans les pires circonstances.
Un Zener 16 V ayant une tolérance minimale de 5% pourrait être de 15,2 V en plus de la résistance intégrée à la terre est de 1,230k Ω qui génère 1,23 V supplémentaire pour donner un total de 16,4 V.
Pour une sortie de 16 V et plus, la broche Vdd et la broche Vfb peuvent être autorisées à promouvoir une diode et un filtre de condensateur communs exactement comme indiqué sur la figure 4.
Sélection d'inducteur
Au stade de fonctionnement de démarrage de l'inducteur en mode discontinu, on peut déterminer par la formule ci-dessous qui fournit une estimation efficace de l'inducteur.
L = 2 [P en dehors / ( Identifiant de pointe )deuxx f)]
Où Idpeak est le courant de drain maximal le plus bas, 320 mA pour l'IC VIPer12A-E et 560 mA pour le VIPer22A-E, f désigne la fréquence de commutation à 60 kHz.
Le courant de crête le plus élevé contrôle la puissance fournie dans la configuration du convertisseur abaisseur. En conséquence, le calcul donné ci-dessus semble approprié pour un inducteur conçu pour fonctionner en mode discontinu.
Lorsque le courant d'entrée descend à zéro, le courant de crête de sortie obtient deux fois la sortie.
Cela limite le courant de sortie à 280 mA pour l'IC VIPer22A-E.
Dans le cas où l'inducteur a une valeur plus grande, en basculant entre le mode continu et discontinu, nous sommes en mesure d'atteindre 200 mA facilement loin du problème de restriction de courant. C6 doit être un condensateur ESR minimal pour atteindre la faible tension d'ondulation.
V ondulation = Je ondulation X C esr
D5 doit être une diode de commutation à grande vitesse, mais D6 et D8 peuvent être des diodes de redressement ordinaires.
DZ1 est utilisé pour fixer la tension de sortie à 16 V. Les caractéristiques du convertisseur abaisseur l'amènent à se charger au point de crête en condition sans charge. Il est conseillé d'utiliser une diode Zener supérieure de 3 à 4 V à la tension de sortie.
FIGURE 3
La figure 3 ci-dessus montre le schéma de circuit pour la conception du prototype de lampe LED de plafond. Il est conçu pour des lampes LED 12 V ayant un courant optimal de 350 mA.
Dans le cas où une moindre quantité de courant est souhaitable, alors le VIPer22A-E pourrait être transformé en un VIPer12A-E et le condensateur C2 pourrait être abaissé de 10 μf à 4,7 μF. Cela donne jusqu'à 200 mA.
FIGURE # 4
La figure 4 ci-dessus montre la conception identique sauf pour une sortie de 16 V ou plus, D6 et C4 pourraient être omis. Le cavalier relie la tension de sortie à la broche Vdd.
Idées de mise en page et suggestions
La valeur L fournit les limites de seuil entre le mode continu et discontinu pour un courant de sortie spécifié. Pour pouvoir fonctionner en mode discontinu, la valeur de l'inducteur doit être inférieure à:
L = 1/2 x R x T x (1 - D)
Où R indique la résistance de charge, T désigne la période de commutation et D indique le rapport cyclique. Vous trouverez quelques facteurs à prendre en compte.
La première est que plus le discontinu est grand, plus le courant maximal est important. Ce niveau doit être maintenu en dessous de l'impulsion minimale par la commande de courant d'impulsion du VIPer22A-E qui est de 0,56 A.
L'autre est que lorsque nous travaillons avec un inducteur de plus grande taille pour fonctionner en permanence, nous rencontrons un surplus de chaleur en raison de déficits de commutation du MOSFET dans le VIPer IC.
Spécifications de l'inducteur
Inutile de dire que la spécification du courant de l'inducteur doit être supérieure au courant de sortie pour éviter le risque de saturer le noyau de l'inducteur.
L'inductance L0 peut être construite en enroulant un fil de cuivre super émaillé 24 SWG sur un noyau de ferrite approprié, jusqu'à ce que la valeur d'inductance de 470 uH soit atteinte.
De même, l'inductance L1 pourrait être construite en enroulant un fil de cuivre super émaillé 21 SWG sur n'importe quel noyau de ferrite approprié, jusqu'à ce que la valeur d'inductance de 1 mH soit atteinte.
Liste complète des pièces
Pour plus de détails et la conception de PCB, veuillez vous référer à ceci Fiche technique complète
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