ปัจจุบันหลอดไฟ CFL และหลอดฟลูออเรสเซนต์ถูกแทนที่ด้วยหลอด LED เกือบทั้งหมดซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของโคมไฟ LED ติดเพดานแบนทรงกลมหรือสี่เหลี่ยม

โคมไฟเหล่านี้ผสานเข้ากับพื้นผิวเพดานเรียบของบ้านสำนักงานหรือร้านค้าของเราได้อย่างสวยงามทำให้โคมไฟดูสวยงามพร้อมกับเอาต์พุตที่มีประสิทธิภาพสูงในแง่ของการประหยัดพลังงานและการส่องสว่างในพื้นที่

ในบทความนี้เราจะพูดถึงตัวแปลงบัคที่ใช้ไฟหลักซึ่งสามารถใช้เป็นตัวขับสำหรับหลอด LED ติดเพดานที่ส่องสว่างระหว่างช่วง 3 วัตต์ถึง 10 วัตต์

จริงๆแล้ววงจรดังกล่าวเป็นวงจร SMPS 220 V ถึง 15 V แต่เนื่องจากเป็นการออกแบบที่ไม่แยกต่างหากจึงกำจัดหม้อแปลงเฟอร์ไรต์ที่ซับซ้อนและปัจจัยสำคัญที่เกี่ยวข้องออกไป

แม้ว่าการออกแบบที่ไม่แยกส่วนจะไม่ได้แยกวงจรออกจาก AC หลัก แต่ฝาพลาสติกแบบแข็งที่เรียบง่ายเหนือตัวเครื่องจะช่วยลดข้อเสียนี้ได้อย่างง่ายดายรับประกันว่าจะไม่มีภัยคุกคามต่อผู้ใช้อย่างแน่นอน

ในทางกลับกันสิ่งที่ดีที่สุดเกี่ยวกับวงจรขับแบบไม่แยกก็คือมันมีราคาถูกสร้างติดตั้งและใช้งานง่ายเนื่องจากไม่มีหม้อแปลง SMPS ที่สำคัญซึ่งถูกแทนที่ด้วยตัวเหนี่ยวนำอย่างง่าย

การใช้ IC VIPer22A เดียวโดย ST ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ทำให้การออกแบบแทบจะป้องกันความเสียหายและถาวรหากแหล่งจ่ายไฟ AC อินพุตอยู่ในช่วง 100 V และ 285 V ที่ระบุ

เกี่ยวกับ IC VIPer22A-E

VIPer12A-E และ VIPer22A-E ที่เกิดขึ้นเป็นการจับคู่แบบพินต่อพินและได้รับการออกแบบมาสำหรับแอพพลิเคชั่นแหล่งจ่ายไฟหลัก AC เป็น DC จำนวนมาก เอกสารนี้แสดงแหล่งจ่ายไฟไดรเวอร์ LED SMPS แบบออฟไลน์ที่ไม่แยกโดยใช้ VIPer12 / 22A-E

มีการออกแบบไดรเวอร์ที่ไม่ซ้ำกันสี่แบบ ชิป VIPer12A-E สามารถใช้สำหรับการขับขี่ 12 V ที่ 200 mA และหลอด LED ติดเพดาน 16 V 200 mA

VIPer22A-E สามารถใช้กับหลอดไฟเพดานที่มีกำลังวัตต์สูงขึ้นซึ่งมีวัสดุสิ้นเปลือง 12 V / 350 mA และ 16 V / 350 mA

เค้าโครง PCB เดียวกันสามารถใช้กับแรงดันเอาต์พุตตั้งแต่ 10 V ถึง 35 V ทำให้แอปพลิเคชั่นมีความหลากหลายอย่างมากและเหมาะสำหรับการจ่ายไฟหลอด LED ที่หลากหลายตั้งแต่ 1 วัตต์ถึง 12 วัตต์

ในแผนผังสำหรับโหลดที่น้อยกว่าซึ่งสามารถทำงานได้น้อยกว่า 16 V จะมีไดโอด D6 และ C4 รวมอยู่ด้วยสำหรับโหลดที่ต้องการมากกว่า 16 V ไดโอด D6 และตัวเก็บประจุ C4 จะถูกลบออก

วงจรทำงานอย่างไร

ฟังก์ชั่นวงจรสำหรับตัวแปรทั้ง 4 นั้นเหมือนกันเป็นหลัก การเปลี่ยนแปลงอยู่ในขั้นตอนวงจรเริ่มต้น เราจะอธิบาย Model ดังภาพประกอบในรูปที่ 3

เอาต์พุตการออกแบบคอนเวอร์เตอร์ไม่ได้แยกออกจากอินพุต AC 220V หลัก สิ่งนี้ทำให้สายกลาง AC เป็นเรื่องปกติที่กราวด์เอาท์พุทของสาย DC ดังนั้นจึงให้การเชื่อมต่ออ้างอิงด้านหลังกับสายไฟหลัก

ตัวแปลงบัค LED นี้มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าเนื่องจากไม่ได้ขึ้นอยู่กับหม้อแปลงที่ใช้เฟอร์ไรต์ E-core แบบดั้งเดิมและตัวเชื่อมต่อออปโปแบบแยก

สายไฟ AC ใช้ผ่านไดโอด D1 ซึ่งจะแก้ไขครึ่งรอบ AC ทางเลือกให้เป็นเอาต์พุต DC C1, L0, C2 เป็นตัวกรองวงกลม {เพื่อช่วย} ลดสัญญาณรบกวน EMI

ค่าของตัวเก็บประจุตัวกรองถูกเลือกเพื่อจัดการหุบเขาพัลส์ที่ยอมรับได้เนื่องจากตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จในแต่ละรอบครึ่งทางเลือก สามารถใช้ไดโอดสองตัวแทน D1 เพื่อทนต่อการกระเพื่อมต่อเนื่องได้ถึง 2 kV

R10 เป็นไปตามวัตถุประสงค์สองประการหนึ่งคือเพื่อ จำกัด การกระชากเข้าและอีกประการหนึ่งคือการทำงานเป็นฟิวส์ในกรณีที่เกิดความผิดปกติอย่างร้ายแรง ตัวต้านทานแบบแผลลวดเกี่ยวข้องกับกระแสไฟเข้า

ตัวต้านทานทนไฟและฟิวส์ทำงานได้ดีมากตามข้อกำหนดของระบบและความปลอดภัย

C7 ควบคุม EMI โดยการปรับระดับเส้นและการรบกวนที่เป็นกลางโดยไม่ต้องใช้ Xcap ไดรเวอร์ LED ติดเพดานนี้จะสอดคล้องและผ่านข้อกำหนด EN55022 ระดับ 'B' อย่างแน่นอน หากความต้องการโหลดต่ำกว่า C7 นี้อาจถูกตัดออกจากวงจร

แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาภายใน C2 จะใช้กับท่อระบายน้ำ MOSFET ของ IC ผ่านหมุด 5 ถึง 8 ที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน

ภายใน IC VIPer มีแหล่งกระแสคงที่ซึ่งให้ 1mA ไปยังขา Vdd 4 กระแส 1 mA นี้ใช้เพื่อชาร์จตัวเก็บประจุ C3

ทันทีที่แรงดันไฟฟ้าบนขา Vdd ขยายไปถึงค่าต่ำสุดที่ 14.5 V แหล่งกระแสภายในของ IC จะดับลงและ VIPer จะเริ่มทริกเกอร์เปิด / ปิด

ในขณะที่อยู่ในสถานการณ์นี้พลังงานจะถูกส่งผ่านฝาปิด Vdd กระแสไฟฟ้าที่เก็บไว้ภายในตัวเก็บประจุนี้จะต้องสูงกว่ากำลังไฟฟ้าที่จำเป็นในการจัดหากระแสไฟฟ้าขาออกพร้อมกับกำลังไฟฟ้าเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุเอาท์พุทก่อนที่ฝา Vdd จะลดลงต่ำกว่า 9 V.

สิ่งนี้สามารถสังเกตเห็นได้ในแผนผังวงจรที่กำหนด ดังนั้นค่าตัวเก็บประจุจึงถูกเลือกเพื่อรองรับเวลาเปิดสวิตช์เริ่มต้น

เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรประจุภายในฝา Vdd จะลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุดทำให้ IC ที่สร้างขึ้นในเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าแรงสูงสามารถเรียกรอบการเริ่มต้นใหม่ได้

ขั้นตอนการชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุจะกำหนดช่วงเวลาที่แหล่งจ่ายไฟจะเปิดและปิด ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบจากความร้อน RMS ในทุกส่วน

วงจรที่ควบคุมสิ่งนี้ ได้แก่ Dz, C4 และ D8 D8 ชาร์จ C4 เป็นค่าสูงสุดตลอดระยะเวลาการปั่นจักรยานขณะที่ D5 อยู่ในโหมดการนำไฟฟ้า

ในช่วงเวลานี้แหล่งจ่ายหรือแรงดันอ้างอิงไปยัง IC จะลดลงจากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอดที่อยู่ต่ำกว่าระดับพื้นดินซึ่งจะทำให้ค่า D8 ลดลง

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์จึงเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาออก C4 ติดอยู่บน Vfb และแหล่งจ่ายเพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าให้เรียบ

Dz คือซีเนอร์ 12 V, ⁄ W ที่มีพิกัดกระแสทดสอบเฉพาะที่ 5 mA ซีเนอร์เหล่านี้ที่ได้รับการจัดอันดับด้วยกระแสไฟฟ้าที่น้อยกว่าให้ความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าขาออก

ในกรณีที่แรงดันขาออกต่ำกว่า 16 V สามารถตั้งค่าวงจรได้ดังแสดงในรูปที่ 3 โดยที่ Vdd ถูกแยกออกจากขา Vfb ทันทีที่ IC ที่สร้างขึ้นในแหล่งกระแสไฟฟ้าชาร์จตัวเก็บประจุ Vdd Vdd สามารถเข้าถึง 16V ในสถานการณ์ที่เลวร้ายยิ่งขึ้น

ซีเนอร์ 16 V ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำสุด 5% อาจเป็น 15.2 V นอกเหนือจากความต้านทานต่อกราวด์ในตัวคือ 1.230k Ωที่สร้างพิเศษ 1.23 V เพื่อให้โดยรวม 16.4 V.

“ผลิตภัณฑ์ของแผนที่ sum k ”

สำหรับเอาต์พุต 16 V และใหญ่กว่านั้นขา Vdd และขา Vfb สามารถได้รับอนุญาตให้เลื่อนตัวกรองไดโอดและตัวเก็บประจุทั่วไปตามที่ระบุในรูปที่ 4

การเลือกตัวเหนี่ยวนำ

ในขั้นตอนการเริ่มต้นของตัวเหนี่ยวนำในโหมดไม่ต่อเนื่องสามารถกำหนดได้จากสูตรที่กำหนดด้านล่างซึ่งให้การประมาณที่มีประสิทธิภาพสำหรับตัวเหนี่ยวนำ

L = 2 [ป _ออก / ( Id _{จุดสูงสุด})^สองx f)]

โดยที่ Idpeak เป็นกระแสระบายสูงสุดต่ำสุด 320 mA สำหรับ IC VIPer12A-E และ 560 mA สำหรับ VIPer22A-E, f หมายถึงความถี่ในการเปลี่ยนที่ 60 kHz

กระแสไฟสูงสุดจะควบคุมพลังงานที่จ่ายให้ภายในการกำหนดค่าตัวแปลงบั๊ก ด้วยเหตุนี้การคำนวณที่ระบุข้างต้นจึงเหมาะสำหรับตัวเหนี่ยวนำที่ออกแบบมาเพื่อทำงานในโหมดไม่ต่อเนื่อง

เมื่อกระแสอินพุตลดลงเหลือศูนย์ดังนั้นกระแสสูงสุดของเอาต์พุตจะได้รับเอาต์พุตเป็นสองเท่า

สิ่งนี้ จำกัด กระแสเอาต์พุตไว้ที่ 280 mA สำหรับ IC VIPer22A-E

ในกรณีที่ตัวเหนี่ยวนำมีค่ามากกว่าการสลับระหว่างโหมดต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่องเราสามารถบรรลุ 200 mA ได้อย่างง่ายดายห่างไกลจากปัญหาข้อ จำกัด ในปัจจุบัน C6 ต้องเป็นตัวเก็บประจุ ESR ที่น้อยที่สุดเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมต่ำ

วี _{กระเพื่อม} = ฉัน_{กระเพื่อม}x ค _esr

D5 ต้องเป็นไดโอดสวิตชิ่งความเร็วสูง แต่ D6 และ D8 อาจเป็นไดโอดเรียงกระแสธรรมดา

DZ1 ใช้เพื่อแก้ไขแรงดันไฟฟ้าขาออกเป็น 16 V ลักษณะของตัวแปลงบั๊กทำให้เกิดการชาร์จที่จุดสูงสุดโดยไม่มีสภาวะโหลด ขอแนะนำให้ใช้ซีเนอร์ไดโอดที่มากกว่าแรงดันเอาต์พุต 3 ถึง 4 V

รูปที่ # 3

รูปที่ 3 ด้านบนแสดงแผนภาพวงจรสำหรับการออกแบบต้นแบบหลอดไฟ LED บนเพดาน ออกแบบมาสำหรับหลอด LED 12 V ที่มีกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสม 350 mA

ในกรณีที่ต้องการกระแสไฟฟ้าน้อยกว่านั้น VIPer22A-E สามารถเปลี่ยนเป็น VIPer12A-E และตัวเก็บประจุ C2 สามารถลดลงจาก 10 μfเป็น 4.7 μF ให้มากถึง 200 mA

รูปที่ # 4

รูปที่ 4 ด้านบนแสดงให้เห็นถึงการออกแบบที่เหมือนกันยกเว้นเอาต์พุต 16 V ขึ้นไป D6 และ C4 สามารถละเว้นได้ จัมเปอร์เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าขาออกกับขา Vdd

แนวคิดการจัดวางและข้อเสนอแนะ

ค่า L ระบุขีด จำกัด ระหว่างโหมดต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่องสำหรับกระแสเอาต์พุตที่ระบุ เพื่อให้สามารถทำงานในโหมดไม่ต่อเนื่องได้ค่าของตัวเหนี่ยวนำต้องน้อยกว่า:

ยาว = 1/2 x R x T x (1 - D)

โดยที่ R หมายถึงความต้านทานต่อโหลด T หมายถึงช่วงเวลาการเปลี่ยนและ D ให้รอบการทำงาน คุณจะพบปัจจัยสองสามอย่างที่ต้องคำนึงถึง

ประการแรกคือยิ่งกระแสไฟฟ้าสูงสุดไม่ต่อเนื่องมากเท่าไหร่ ระดับนี้จะต้องอยู่ต่ำกว่าชีพจรขั้นต่ำโดยการควบคุมกระแสพัลส์ของ VIPer22A-E ที่ 0.56 A

อีกประการหนึ่งคือเมื่อเราทำงานกับตัวเหนี่ยวนำที่มีขนาดใหญ่กว่าเพื่อทำงานอย่างต่อเนื่องเราจะพบกับความร้อนที่มากเกินไปเนื่องจากการเปลี่ยนการขาดดุลของ MOSFET ภายใน VIPer IC