天井LEDランプドライバー回路

現在、CFLランプと蛍光灯はほぼ完全にLEDランプに置き換えられており、ほとんどが円形または正方形の平らな天井に取り付けられたLEDランプの形をしています。

これらのランプは、私たちの家、オフィス、またはショップの平らな天井面と美しく融合し、省電力と空間照明の点で、高効率の出力とともに、ライトの美的外観を提供します。

この記事では、3ワットから10ワットの範囲の天井LEDランプを照明するためのドライバーとして使用できる簡単なメイン操作のバックコンバーターについて説明します。

回路は実際には220V〜15 VのSMPS回路ですが、非絶縁設計であるため、複雑なフェライトトランスと関連する重要な要素を取り除きます。

非絶縁設計では主電源ACから回路を絶縁しませんが、ユニットを覆う単純な硬質プラスチックカバーはこの欠点に簡単に対処し、ユーザーへの脅威がまったくないことを保証します。

一方、非絶縁型ドライバ回路の最も優れている点は、単純なインダクタに置き換えられる重要なSMPSトランスがないため、安価で、構築、インストール、および使用が簡単なことです。

STマイクロエレクトロニクスによる単一のICVIPer22Aの使用は、入力AC電源が指定された100Vおよび285Vの範囲内にある場合、設計を実質的に損傷から保護し、永続的にします。

ICについてVIPer22A-E

VIPer12A-EとVIPer22A-Eは、たまたまピン対ピンで一致し、ACからDCへの多数の主電源アプリケーション向けに設計されています。このドキュメントでは、VIPer12 / 22A-Eを使用したオフラインの非絶縁型SMPSLEDドライバ電源について説明します。

4つのユニークなドライバーデザインがここに含まれています。チップVIPer12A-Eは、200mAで12Vおよび16V 200mAシーリングLEDランプを駆動するために使用できます。

VIPer22A-Eは、12 V / 350mAおよび16V / 350mA電源で設計された高ワット数の天井ランプに適用できます。

同じPCBレイアウトを10V〜35 Vの任意の出力電圧に使用できます。これにより、アプリケーションは非常に多様になり、1ワットから12ワットまでの幅広いLEDランプに電力を供給するのに適しています。

回路図では、16 V未満で動作できる負荷が少ない場合は、ダイオードD6とC4が含まれ、16 Vを超える負荷の場合は、ダイオードD6とコンデンサC4が単純に削除されます。

回路のしくみ

4つのバリエーションすべての回路機能は基本的に同じです。バリエーションは起動回路段階にあります。図3に示すようにモデルを説明します。

コンバータの設計出力は、主電源のAC220V入力から絶縁されていません。これにより、ACニュートラルラインがDCラインの出力グランドに共通になり、メインニュートラルへの逆基準接続が提供されます。

このLEDバックコンバータは、従来のフェライトEコアベースのトランスと絶縁型オプトカプラに依存しないため、コストが低くなります。

主電源ACラインはダイオードD1を介して適用され、ダイオードD1は代替AC半サイクルをDC出力に整流します。 C1、L0、C2は、EMIノイズを最小限に抑えるためのパイフィルターを構成します。

フィルタコンデンサの値は、コンデンサが交互の半サイクルごとに充電されるため、許容可能なパルスバレーを管理するように選択されます。 D1の代わりに2つのダイオードを適用して、最大2kVのリップルバーストパルスに耐えることができます。

R10は、突入サージを制限するための目的と、壊滅的な誤動作が発生した場合にヒューズとして機能するための目的の2つを満たしています。巻線抵抗器は突入電流を処理します。

耐火抵抗器とヒューズは、システムとセキュリティの仕様に従って非常にうまく機能します。

C7は、Xcapを必要とせずに、ラインとニュートラル外乱をレベリングすることによってEMIを制御します。このシーリングLEDドライバーは、EN55022レベル「B」仕様に確実に準拠し、合格します。負荷需要が低い場合は、このC7を回路から除外できます。

C2の内部で発生した電圧は、互いに接続されたピン5〜8を介してICのMOSFETドレインに印加されます。

内部的に、IC VIPerには、Vddピン4に1mAを供給する定電流源があります。この1 mA電流は、コンデンサC3を充電するために使用されます。

Vddピンの電圧が最小値の14.5Vに達するとすぐに、ICの内部電流源がオフになり、VIPerがオン/オフのトリガーを開始します。

この状況では、電力はVddキャップを介して供給されます。このコンデンサの内部に蓄積された電気は、Vddキャップが9 Vを下回る前に、出力コンデンサの充電電力とともに出力負荷電流を供給するために必要な電力よりも高くなければなりません。

これは、特定の回路図で確認できます。したがって、コンデンサの値は、最初のスイッチのオン時間をサポートするように選択されます。

短絡が発生すると、Vddキャップ内の電荷が最小値よりも低くなり、高電圧電流発生器に組み込まれたICが新しい起動サイクルをトリガーできるようになります。

コンデンサの充電フェーズと放電フェーズによって、電源のオンとオフが切り替わる期間が決まります。これにより、すべての部品に対するRMS温暖化の影響が減少します。

これを調整する回路には、Dz、C4、およびD8が含まれます。 D5が導通モードにある間、D8はサイクリング期間全体を通してC4をそのピーク値まで充電します。

この期間中、ICへの供給源または基準電圧は、D8の低下を補う、グランドレベルより下のダイオードの順方向電圧降下によって低下します。

したがって、主にツェナー電圧は出力電圧に相当します。 C4はVfbと電源に接続され、レギュレーション電圧を平滑化します。

Dzは12V、1⁄2 Wツェナーで、特定のテスト電流定格は5mAです。より小さな電流で定格されたこれらのツェナーは、出力電圧のより高い精度を提供します。

出力電圧が16V未満の場合、回路は図3に示すように設定できます。ここで、VddはVfbピンから絶縁されています。 ICの内蔵電流源がVddコンデンサを充電するとすぐに、Vddはより悪い状況で16Vに達する可能性があります。

最小許容誤差が5％の16 Vツェナーは15.2 Vである可能性があります。さらに、内蔵のグランド抵抗は1.230kΩであり、1.23 Vが追加され、全体で16.4Vになります。

16 V以上の出力の場合、VddピンとVfbピンは、図4に示すように、共通のダイオードとコンデンサーのフィルターを促進することができます。

インダクタの選択

不連続モードでのインダクタの起動動作段階では、インダクタの効果的な推定値を提供する以下の式を使用して決定できます。

L = 2 [P _アウト /（ Id _ピーク ）^二x f）]

Idpeakが最小の最大ドレイン電流である場合、ICVIPer12A-Eの場合は320mA、VIPer22A-Eの場合は560 mA、fは60kHzでのスイッチング周波数を示します。

最大のピーク電流は、降圧コンバータ構成内で供給される電力を制御します。結果として、上記の計算は、不連続モードで動作するように設計されたインダクタに適しているように見えます。

入力電流がゼロに低下すると、出力ピーク電流は出力の2倍になります。

これにより、ICVIPer22A-Eの出力電流が280mAに制限されます。

インダクタの値が大きく、連続モードと不連続モードを切り替える場合、電流制限の問題から遠く離れた場所で200mAを簡単に達成できます。 C6は、低リップル電圧を実現するために最小のESRコンデンサである必要があります。

V _リップル =私 _リップル バツ C _esr

D5は高速スイッチングダイオードである必要がありますが、D6とD8は通常の整流ダイオードにすることができます。

DZ1は、出力電圧を16 Vに固定するために使用されます。バックコンバータの特性により、無負荷状態でピークポイントで充電されます。出力電圧より3〜4V大きいツェナーダイオードを使用することをお勧めします。

図＃3

上の図3は、天井LEDランプのプロトタイプ設計の回路図を示しています。 350mAの最適電流を持つ12VLEDランプ用に設計されています。

より少ない電流が望ましい場合は、VIPer22A-EをVIPer12A-Eに変換し、コンデンサC2を10μfから4.7μFに下げることができます。これにより、最大200mAが得られます。

図＃4

上記の図4は、16 V以上の出力を除いて同じ設計を示しており、D6とC4は省略できます。ジャンパは出力電圧をVddピンに接続します。

レイアウトのアイデアと提案

L値は、指定された出力電流に対する連続モードと不連続モードの間のしきい値制限を提供します。不連続モードで機能できるようにするには、インダクタの値を次の値より小さくする必要があります。

L = 1/2 x R x T x（1-D）

ここで、Rは負荷抵抗、Tはスイッチング周期、Dはデューティサイクルを示します。考慮すべきいくつかの要因があります。

1つ目は、不連続性が大きいほど最大電流が大きくなることです。このレベルは、VIPer22A-Eの0.56 Aのパルス電流制御により、最小パルス未満に保持する必要があります。

もう1つは、より大きなサイズのインダクタを使用して常時動作する場合、VIPerIC内のMOSFETのスイッチング不足のために余剰熱が発生することです。

インダクタの仕様

言うまでもなく、インダクタコアが飽和する可能性を回避するために、インダクタ電流の仕様は出力電流よりも大きくする必要があります。

インダクタL0は、470 uHのインダクタンス値が達成されるまで、適切なフェライトコアに24SWGスーパーエナメル銅線を巻くことによって構築できます。

同様に、インダクタL1は、インダクタンス値1 mHが達成されるまで、21SWGのスーパーエナメル銅線を任意の適切なフェライトコアに巻くことによって構築できます。

完全なパーツリスト

詳細およびPCB設計については、こちらを参照してください。 完全なデータシート