Lampada LED di rete con alimentazione su chip VIPer22A. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Recentemente, le lampade a incandescenza, che hanno una risorsa molto limitata di circa 1000 ore e le lampade a scarica di gas con una risorsa di circa 20 ore, vengono attivamente sostituite da controparti a LED che possono funzionare senza sostituzione per molto più tempo - 000 ore. Hanno la più alta efficienza tra le fonti di luce artificiale per convertire l'energia elettrica in luce, il che costringe i governi di molti paesi, inclusa la Russia, a introdurre più vigorosamente tecnologie di risparmio energetico nell'ingegneria dell'illuminazione. Ciò è facilitato anche dal costante calo del costo dei LED super luminosi a causa della concorrenza dei loro produttori globali.

Sfortunatamente, la maggior parte delle lampade a LED per uso domestico utilizza gli alimentatori di rete più semplici con un condensatore di zavorra. E questo nonostante i noti difetti di quest'ultimo (sovracorrente all'accensione, una gamma ristretta di tensione di rete corrispondente ai limiti di corrente consentiti attraverso i LED, nonché la possibilità di danni durante le interruzioni del carico ) portare a un guasto prematuro degli infissi. Ciò significa che una tale soluzione circuitale, in linea di principio, non può garantire l'efficace funzionamento a lungo termine delle sorgenti luminose a LED con una risorsa stimata di 100 ore.

Fig. 1

Il progetto proposto di un semplice SMPS di rete di piccole dimensioni per una lampada a LED (Fig. 1) è privo di tali carenze e, nonostante l'elevata affidabilità di funzionamento, è molto economico (circa 50 rubli senza LED). L'uso di strumenti di progettazione assistita da computer per questo dispositivo consente al radioamatore di variare in modo indipendente e flessibile la portata e il numero di LED collegati.

Il funzionamento di un tale stabilizzatore di tensione step-down pulsato e i principi fisici del suo funzionamento sono descritti in [1] (Fig. 1, c e Fig. 2,6, 17). Consideriamo quindi più in dettaglio la sequenza di progettazione di un convertitore di rete per l'alimentazione di 1 LED ultraluminosi utilizzati nel dispositivo descritto (Fig. 1). Tra questi, EL8-EL5 sono LED LC503TWN1-15G standard da 9 mm e EL11-EL5060 sono LED con chip ARL-3WYC, 6 pezzi ciascuno. in un contenitore PLCC5 rettangolare con dimensioni di 5x40 mm con una corrente diretta consentita fino a 3,2 mA e una caduta di tensione diretta di circa 15 V per diodo. Questa scelta di led nella copia dell'autore è dovuta alla necessità di illuminare la tastiera del computer. I primi LED hanno un piccolo angolo di radiazione - 120° a metà potenza, il secondo - grande - XNUMX°. Di conseguenza, non ci saranno confini netti nel punto luminoso totale e l'illuminazione al centro è maggiore rispetto alla periferia. La tonalità di colore di una tale sorgente luminosa è compresa tra il bianco freddo e il bianco caldo, a causa dei parametri dei LED utilizzati.

Per motivi di progettazione, i LED dello stesso tipo sono collegati in serie e i LED mostrati in Fig. 1 due circuiti (rispettivamente di 8 e 9 LED), collegati in parallelo tramite resistori limitatori di corrente R2 e R3. La tensione di uscita del convertitore per entrambi i circuiti è di 32 V con una corrente di carico di 40 mA.

Per progettare il convertitore, è stato utilizzato il programma Non-Isolated VIPer Design Software v.2.3 (NIVDS), descritto nell'articolo [2]. L'intervallo della tensione di rete viene lasciato selezionato dal programma per impostazione predefinita 88 ... 264 V. Viene utilizzato un controller SHI - un chip VIPer22A con una frequenza di conversione di 60 kHz, modalità di conversione discontinua (DCM - Discontinuous Current Mode), tensione di uscita - 32 V con una corrente di 40 mA. L'induttanza dell'induttore di accumulo L1, calcolata dal programma, era di 2,2 mH. Altri parametri del convertitore: efficienza - 74%, ampiezza di corrente massima del transistor di commutazione del microcircuito DA1 - 169 mA, temperatura massima - 47 ° C, consumo di corrente effettivo - 17 mA con una tensione di rete massima di 264 V.
Induttore L1 - modificato ad alta frequenza DM-0,1 500 μH. Per aumentare la sua induttanza a 2,2 mH, all'avvolgimento esistente vengono aggiunti 2 strati da 100 giri di filo PEV-2 con un diametro di 0,12 mm, senza modificare la direzione dell'avvolgimento. L'isolamento tra gli strati aggiunti, così come il rivestimento complessivo dell'induttore, viene eseguito con nastro adesivo (nastro adesivo). La piegatura dei cavi dell'induttore per il montaggio su un circuito stampato viene eseguita a non meno di 5 mm dalla custodia in ferrite, altrimenti i cavi dell'avvolgimento di fabbrica verranno danneggiati. Invece dell'induttanza modificata DM-0,1, è possibile utilizzare induttori KIG-0,2-2200 o SDR1006-2200.

Fig. 2

In fig. 1, e il suo aspetto - in Fig. 1,2. Il condensatore C2 è saldato con uno spazio di 3 ... 1 mm alla scheda, poiché deve essere inclinato al centro della scheda in modo che si adatti alla base utilizzata dalla lampada a risparmio energetico bruciata.

Fig. 3

Nel convertitore possono essere utilizzati condensatori di ossido importati con una temperatura di esercizio massima di 105 °C. Condensatori C2 e C5 - film o ceramica con una tensione nominale di almeno 50 V. Ponticello fusibile FU1 - filo da un fusibile con una corrente nominale di 1 A. Lo slot protegge la scheda quando FU1 si brucia. Ma lo slot non è necessario se il ponticello viene sostituito con un fusibile in una custodia in ceramica (della serie VP1-1, VP1-2) o una resistenza di sicurezza P1-25 (o una resistenza importata simile 8 ... 10 Ohm). Nel caso di utilizzo di una resistenza di sicurezza, la resistenza della resistenza R1 viene ridotta a 10 ... 12 ohm.

Fig. 4

Il carico LED R2R3EL1 - EL11 è montato su un altro circuito stampato in fibra di vetro a doppia faccia con uno spessore di 0,5 ... 1 mm (Fig. 4). La sezione della lamina poligonale al centro della scheda è progettata per rimuovere il calore dai LED a montaggio superficiale EL9-EL11. Resistori limitatori di corrente R2 e R3 - RN1-12, grandezza 1206. Due schede sono collegate mediante saldatura nelle corrispondenti piazzole di contatto di tre pezzi di filo di rame con un diametro di 0,7 mm e una lunghezza di circa 7 mm, su cui, come scatole dell'asse restrittive, vengono inseriti pezzi di barre di plastica cave di cuscinetti a sfera. Due fili alimentano la scheda con i LED e il terzo fornisce la necessaria rigidità strutturale. Quando sono collegati, i lati liberi da elementi su entrambe le schede sono adiacenti. Brevi pezzi di filo vengono inseriti nei fori delle piazzole di contatto contrassegnati da asterischi e saldati su entrambi i lati.

Innanzitutto, utilizzando LATR, è opportuno assicurarsi che la tensione di uscita di 32 V sia stabile per l'intero intervallo di variazioni della tensione di rete (88 ... 264 V), mentre al posto dei LED, resistori con una resistenza totale di 800 Ohm sono collegati.R2 è temporaneamente saldato con trimmer da 3 ohm.Durante le misurazioni, prestare attenzione alle scosse elettriche, poiché tutti gli elementi del dispositivo sono collegati galvanicamente alla rete elettrica. Tutte le modifiche vengono apportate solo nello stato disabilitato. Le resistenze trimmer sono regolate con un cacciavite dielettrico. La corrente attraverso ogni circuito LED è controllata con un milliamperometro.Sebbene i LED utilizzati siano in grado di fornire corrente continua fino a 150 mA con un corrispondente aumento di luminosità, per ottenere la durata dichiarata dei LED, la corrente è impostata a 40 mA regolando le resistenze. Circa 20 minuti dopo l'accensione, il regime termico dei LED si stabilizza, pertanto è necessaria un'ulteriore regolazione della corrente. Con un milliamperometro, la corrente in ciascun circuito LED viene regolata a turno. Infine, le resistenze di sintonia vengono sostituite dalle costanti della resistenza trovata.

Fig. 5

Utilizzando lo strumento Waveforms, il programma NIVDS consente di simulare le modalità del controller PWM. Sulla fig. La Figura 5 mostra un diagramma della corrente pulsata nel controller a una tensione di rete di 220 V, che praticamente coincideva con i risultati delle misurazioni di controllo. L'intervallo O ... 1,5 μs corrisponde allo stato aperto del transistor di commutazione del microcircuito DA1 (funzionamento in avanti del convertitore). Il colore blu mostra il grafico della corrente nella bobina di accumulo durante la corsa inversa del convertitore. L'intervallo 1,5 ... 13 µs corrisponde alla fase di trasferimento al carico dell'energia accumulata dall'acceleratore durante la corsa in avanti. Un intervallo di 13...16,6 µs è la cosiddetta pausa morta nel funzionamento del convertitore, quando si verificano oscillazioni di tensione e corrente smorzate libere nel circuito di uscita. Più chiaramente, queste fluttuazioni sono illustrate dal diagramma preso della tensione alla sorgente del transistor rispetto al filo di alimentazione comune (Fig. 6), dove si vede chiaramente che si verificano fluttuazioni di tensione smorzate rispetto al livello di 32 V, corrispondente alla tensione di uscita del convertitore. Il filtro di uscita C4C5 riduce l'ondulazione della tensione di uscita a 300 mV.

Fig. 6

Come si può vedere dalla figura. 5 e 6, la corrente di picco del transistor di commutazione del microcircuito (169 mA) è diverse volte inferiore al valore massimo consentito di 700 mA, anche la tensione di drenaggio di questo transistor (300 V) è inferiore al massimo consentito di 730 V Ciò garantisce il funzionamento del convertitore con un ampio margine di sicurezza elettrica che, insieme alla protezione termica integrata nel microcircuito, nonché alla protezione contro i cortocircuiti e le interruzioni del carico, garantisce molti anni di funzionamento affidabile del dispositivo descritto .

L'aspetto della lampada a LED è mostrato in fig. 7. Utilizza un riflettore di una torcia difettosa.

Letteratura

1. Kosenko S. Caratteristiche del funzionamento degli elementi induttivi nei convertitori a ciclo singolo. - Radio. 2005. n. 7. pag. 30-32.
2. Kosenko S. Progettazione assistita da computer di SMPS di piccole dimensioni su chip VIPer - Radio, 2008, No. 5, p. 32. 33.

Autore: S. Kosenko, Voronezh; Pubblicazione: radioradar.net

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