Ефективни димируеми LED драйвери

рубрикатор

Нашите новини

Абонирайте се за новини

Какви лампи използвате за домашно осветление?

Званенберг Ф.

През последните години производителността на светодиодите постоянно се увеличава. Тези устройства са достигнали достатъчно ниво на зрялост в областта на общото осветление и пазарът започва активно да възприема тази технология. Основното предимство на LED осветителните тела в сравнение с конвенционалните лампи е възможността за регулиране на яркостта, съчетана с икономия на енергия и значително по-дълъг експлоатационен живот. Но това може да се постигне само чрез оптимизиране на температурата, осветлението и електронните аспекти. Има няколко фактора, свързани с електрониката, които влияят върху ефективността на LED лампите.

Избор на топология

За да свържете LED лампа, е необходима електрическа верига, която да адаптира мрежовото напрежение към електрическите характеристики на LED (светодиод). Въпреки че верижното свързване на голям брой светодиоди с нисък ток може да елиминира необходимостта от преобразуване на превключване, тази техника не е приложима за днешните високомощни високотокови диоди. За тях най-често се използват следните конвертори:

  • понижаване, при което входното напрежение се преобразува в необходимия ток на натоварване с помощта на индуктор (фиг. 1);
  • flyback, при който мощността се преобразува от трансформатор (фиг. 2).

Vin = 300V, Vf LED = 3V, Iled = 2A, Pout = 7W.

Понижаваща топология: Rl = 1 ом, Rs = 5 ома, Ud = 0,7 V, работен цикъл 3/300 = 1%, Ipeak = 4 A (BCM режим).

PRl = 1/3×4 2×1×100% = 5,33 W; Prs=1/3×4 2×1×1%=0.27W; Pd=0,7 x 2 x 99% = 1,39 W; Щифт = 14W, η = 50%.

Топология на обратно движение: Rp = 6 ома, Rs = 0,1 ома, съотношение 50:1, T1 = 33%, T2 = 66%, Ipeaksec = 6A, Ipeakprim = 120mA (BCM режим).

Prp = 1/3×0,12 2×6×33% = 10 mW; Prs=1/3×6 2×0.1×66%=0.792W; Pd = 3×0.7×66% = 1.39W; Пин = 9,19 W, η = 76%.

Vin = 175V, Vf LED = 35V, Iled = 200mA, Pout = 7W.

Понижаваща топология: Rl = 1 ом, Rs = 5 ома, Ud = 0,7 V, работен цикъл - 35/175 = 20%. Ipeak = 0,4 A (BCM режим).

PRl = 1/3×0,4 2×1×100% = 53 mW; Prs = 1/3×0.4 2×5×20% = 53 mW; Pd = 0.7×0.2×80% = 112 mW; Пин = 7,218 W, η = 97%.

Flyback топология: Rp = 6 ohm, Rs = 1 ohm, съотношение - 5:1, T1 = 50%, T2 = 50%. Ipeaksec = 0.8A, Ipeakprim = 160mA (BCM режим).

Prp = 1/3×0,16 2×6×50% = 26 mW; Prs = 1/3×0.8 2×1×50% = 106 mW; Pd = 0.4×0.7×50% = 140 mW; Щифт = 7,27 W, η = 96%.

По този начин, изборът между топология на долната или обратното движение се определя от редица фактори, а именно дизайна на лампата, необходимостта от галванична изолация и използваните светодиоди. Съотношението между входното и изходното напрежение оказва голямо влияние върху ефективността на LED лампите.

Работи в режим на ниска яркост

Светодиодите имат значително предимство пред димируемите лампи с нажежаема жичка, които имат ниска ефективност при димиране (фиг. 3).

Силата на светлината, излъчвана от светодиодите, е почти правопропорционална на силата на тока, преминаващ през тях, като това съотношение може дори да се увеличи в затъмнен режим поради по-ниска температура. Флуоресцентните лампи с горещ катод (HCFL) изискват допълнителна мощност за нагряване на нишките; те имат по-кратък животпри работа в режим на ниска яркост; те се характеризират с изместване на цвета, противоположно на това на лампите със студен катод. В допълнение, намаляване на техния светлинен поток до ултра ниско ниво (

Трябва да се разграничат два вида превключване: тиристорно и транзисторно затъмняване. Тиристорните димери винаги работят с положителна фаза, докато транзисторните димери могат да работят с отрицателен ъгъл. Предимството на последното се крие във възможността за превключване на капацитивен товар, но сред инсталираните в момента димери все още преобладават тиристорните.

Принципът на работа на тиристора

Тиристорът е четиристепенен полупроводник с определени свойства. Има функция за блокиране на състоянието, която работи по следния начин:

  • Когато е включен, напрежението трябва да присъства във всички вериги на устройството и за пълно фиксиране на състоянието на устройството за определен период от време през него трябва да премине ток с достатъчна сила. Този ток се нарича ток на затваряне (Ilatch) и съответства на тока на затвора (ток на затвора).
  • При фиксиране на състоянието на устройството, т.е. затваряне, през него трябва непрекъснато да преминава електрически ток в една и съща посока, което се нарича задържан ток (ток на задържане - Ihold). Когато полярността е обърната, прекъсвачът се отваря. Тиристорът не е напълно симетрично устройство. Горните параметри зависят от посоката и температурата. В допълнение към тях в тиристорните димери има генератор на времеви щампи, който трябва да се нулира, когато напрежението премине нулевата маркировка. Обикновено се състои от комбинация кондензатор-резистор. За нормална работа е необходимо разреждане на кондензатора.

Неспазването на тези условия може да доведе допроблеми, които могат да доведат до нестабилност на лампата. LED системите без достатъчно голям буфер не могат да издържат на това, тъй като те реагират на промени в мощността много по-бързо от лампите с нажежаема жичка. Дори малките колебания в яркостта под честотата, възприемана от човешкото око (200-120 Hz), причиняват дискомфорт. При по-големи и по-резки флуктуации, промените във високите честоти са забележими за човешкото око. Този ефект се нарича трептене.

Транзисторните димери използват токоизправителен мост в комбинация с биполярен или MOSFET превключвател за включване/изключване на захранването. Имат и допълнителни захранващи вериги за тези устройства. Когато ключът е отворен, енергията се съхранява в кондензатора. Малко мощност се разсейва в димера и количеството ток, преминаващ през превключвателя, може да бъде много по-голямо, отколкото при използване на пасивен генератор на времеви щампи.

Често срещан начин за постигане на тези изисквания е прилагането на достатъчно голямо съпротивително натоварване към димерите. Независимо от това, прекомерното разсейване на мощността в LED лампите е неприемливо от гледна точка на енергоспестяването и контрола на температурата. В допълнение, една лампа, състояща се от светодиод и токов драйвер, се държи различно от гледна точка на характеристиката ток-напрежение от резистор. Работата на светодиода обикновено се постига чрез регулиране на тока. Системата се държи като постоянен консуматор на енергия, така че е необходим непрекъснат ток за най-ефективната работа на светодиодите. За да работят тези устройства с пълна ефективност, е необходимо да се осигури натрупване на енергия с помощта на кондензатор. Но поради капацитивния товар на входа на осветителното тяло не могат да се използват тиристорни димери. Входтокът присъства само за ограничен период от време, докато входното напрежение е над напрежението на кондензатора. Токът на зареждане, подаден на кондензатора, може да бъде много висок в момента на превключване на тиристора и скок в стартовия ток може да деактивира димера и цялата лампа. За да предотвратите това, можете да инсталирате резистор, който ограничава стартовия ток, което обаче ще доведе до загуба на мощност. Други опции са да се използва усилващ преобразувател пред веригата или да се инсталира обратен преобразувател с капацитивен буфер на вторичната верига. И двата варианта обаче изискват голям брой електронни компоненти, така че за устройства с ниска мощност (

Понастоящем има една IC (SSL2101 на NXP), налична в търговската мрежа, която предлага всички тези функции и позволява топологии за долар или обратен ход. На фиг. 6 показва стандартната схема на последния.

В допълнение към MOSFET, IC има два високоволтови превключвателя за управление на демпфериращия резистор и входен контакт, който ви позволява да измервате количеството мощност, консумирана от лампата, и да активирате допълнителния демпфиращ резистор. Това позволява на дизайнерите да създават евтини интегрални схеми, които изискват минимално място за инсталиране.

SSL2101 има два метода за регулиране на изходната мощност и по този начин за промяна на тока, подаван към светодиода:

  • вход за управление на яркостта, който осигурява настройка на работната честота;
  • вход PWMLimit, който регулира времето на отвореното състояние на ключа.

Зависимостта на тока, подаван на светодиода, от производителността на преобразувателя се дава по следната формула:

Тъй като пиковият ток на първичната намотка се контролира от работния цикъл, токът, подаван къмСветодиод, равен на квадрата на тока на входа PWMLimit. Вътрешните схеми на интегралната схема регулират логаритмично честотата на преобразувателя. Което в комбинация просто дава крива на затъмняване като тази на лампите с нажежаема жичка. Използването на двата метода също така позволява на дизайнерите да намалят пиковия ток, докато преобразувателят достигне звуковия честотен диапазон. Това намалява шума от трансформатора или индуктора и гарантира, че компонентът се използва възможно най-ефективно.

Тъй като се използва високо ниво на димиране (дълбоко димиране) за димиране на LED осветление, ефективността на управляващата електроника също става критична при често използвани ниски мощности. SSL2101 IC има вграден източник на високо напрежение, способен да го стартира, така че не е необходима външна стартова верига. По време на работа по-ефективната спомагателна намотка може да получава и предава точното количество мощност, необходимо на интегралната схема, за да работи без преразход. Намаляването на честотата в комбинация с регулирането на тока също осигурява намаляване на капацитивните загуби при превключване в този режим.

Текуща стабилизация

SSL2101 IC има допълнителен входен щифт, Aux, който може да се използва за откриване на размагнитване на индуктивен елемент. Това позволява на преобразувателя да работи с максимална ефективност - в режим BCM (режим на гранична проводимост), когато следващият работен цикъл на преобразувателя започва само ако индукторът е напълно демагнетизиран.

Това не само увеличава максимално използването на магнитния материал и предотвратява "твърдото превключване" (фактор, който също подобрява ефективността), но има още единзначително предимство: поради този режим на работа честотните промени на преобразувателя са обратно пропорционални на изходното напрежение при натоварване. С намаляване на съпротивлението на натоварване честотата намалява, с увеличаване на изходното напрежение се увеличава. Тази компенсация осигурява по-голяма стабилност на изходния ток без допълнителни сензори или обратна връзка.

Друга характеристика на IC SSL2101, която позволява ефективни преобразуватели на мощност при ниски нива на мощност, е квази-резонансното превключване (превключване на долини). Тази функция ви позволява да намалите капацитивните загуби при включване в момента на минимално напрежение при изтичане на превключващия транзистор (фиг. 7).

В преобразувателя част от енергията се губи поради изхвърлянето на паразитен капацитет през превключвателя на преобразувателя по време на включване:

За да се намалят тези загуби, е необходимо да се минимизират всички паразитни капацитети, свързани към дренажа. Те включват: обратен заряд в изглаждащия блокиращ диод, капацитет на индуктор и отразен изходен капацитет на вторичната верига на обратния ход.

Заключение

Комбинацията от правилно избрана топология, оптимизирана димерна връзка и ефективна работа на преобразувателя ще ви позволи да създадете ефективна електронна схема за управление на димируеми LED лампи. Въпреки че има допълнителни разходи за съвместимост със съществуващите фазови димери, това обикновено води до значителни икономии на енергия и повишена надеждност в сравнение с димируемите лампи с нажежаема жичка.

Други свързани статии:

Ако забележите неточности в статията (липсващи цифри, таблици, неточна информация и др.), моля, уведомете нини за това. Моля, дайте връзка към страницата и описание на проблема.