Hoje em dia, as lâmpadas CFL e fluorescentes são quase completamente substituídas por lâmpadas LED, que são principalmente na forma de lâmpadas LED circulares ou quadradas montadas no teto.

Estas lâmpadas fundem-se na perfeição com a superfície plana dos tectos das nossas casas, escritórios ou lojas, proporcionando um aspecto estético às luzes, juntamente com uma produção de elevada eficiência em termos de economia de energia e iluminação do espaço.

Neste artigo, discutimos um conversor de buck operado por rede elétrica simples que pode ser usado como um driver para iluminar lâmpadas LED de teto entre 3 e 10 watts.

O circuito é na verdade um circuito SMPS de 220 V a 15 V, mas como é um projeto não isolado, ele se livra do complexo transformador de ferrite e dos fatores críticos envolvidos.

Embora um projeto não isolado não forneça isolamento ao circuito da rede elétrica CA, uma simples tampa de plástico rígida sobre a unidade facilmente contorna essa desvantagem, garantindo absolutamente nenhuma ameaça ao usuário.

Por outro lado, o melhor de um circuito driver não isolado é que ele é barato, fácil de construir, instalar e usar, devido à ausência de um transformador SMPS crítico, que é substituído por um simples indutor.

O uso de um único IC VIPer22A pela microeletrônica ST torna o projeto virtualmente à prova de danos e permanente, desde que a alimentação CA de entrada esteja dentro da faixa especificada de 100 V e 285 V.

Sobre o IC VIPer22A-E

O VIPer12A-E e o VIPer22A-E, que por acaso são uma combinação pino-a-pino, são projetados para várias aplicações de alimentação CA a CC. Este documento apresenta uma fonte de alimentação do driver SMPS LED não isolada, off-line, usando VIPer12 / 22A-E.

Quatro designs de driver exclusivos estão incluídos aqui. O chip VIPer12A-E pode ser usado para acionar lâmpadas LED de teto de 12 V a 200 mA e 16 V 200 mA.

O VIPer22A-E pode ser aplicado para lâmpadas de teto de alta potência com fontes de 12 V / 350 mA e 16 V / 350 mA.

O mesmo layout de PCB pode ser empregado para qualquer tensão de saída de 10 V a 35 V. Isso torna a aplicação extremamente diversa e adequada para alimentar uma ampla gama de lâmpadas LED, de 1 watt a 12 watt.

No esquema, para cargas menores que podem trabalhar com menos de 16 V, o diodo D6 e C4 são incluídos, para cargas que requerem mais de 16 V, o diodo D6 e o capacitor C4 são simplesmente removidos.

Como funciona o circuito

As funções do circuito para todas as 4 variantes são essencialmente idênticas. A variação está no estágio do circuito de inicialização. Explicaremos o modelo conforme ilustrado na Figura 3.

A saída do projeto do conversor não é isolada da entrada principal AC 220V. Isso faz com que a linha neutra CA seja comum ao aterramento de saída da linha CC, fornecendo, portanto, uma conexão de referência traseira ao neutro da rede elétrica.

Este conversor buck LED custa menos porque não depende do tradicional transformador baseado em ferrite E-core e do opto-acoplador isolado.

A linha CA da rede elétrica é aplicada através do diodo D1, que retifica os meios ciclos alternados de CA para uma saída CC. C1, L0, C2 constituem um filtro circular {para ajudar} a minimizar o ruído EMI.

O valor do capacitor de filtro é selecionado para gerenciar um vale de pulso aceitável, uma vez que os capacitores são carregados a cada meio ciclo alternado. Alguns diodos podem ser aplicados em vez de D1 para suportar pulsos de estouro de ondulação de até 2 kV.

O R10 atende a alguns objetivos, um é para restringir o pico de inrush e o outro é funcionar como um fusível no caso de haver um mau funcionamento catastrófico. Um resistor de fio enrolado lida com a corrente de inrush.

O resistor resistente ao fogo e um fusível funcionam extremamente bem de acordo com as especificações do sistema e de segurança.

O C7 controla o EMI nivelando a linha e a perturbação neutra sem precisar do Xcap. Este driver de LED de teto certamente atenderá e passará as especificações EN55022 nível 'B'. Se a demanda de carga for menor, este C7 pode ser omitido do circuito.

A tensão desenvolvida dentro de C2 é aplicada ao dreno MOSFET do IC através dos pinos 5 a 8 conectados juntos.

Internamente, o IC VIPer tem uma fonte de corrente constante que fornece 1mA para o pino 4 do Vdd. Essa corrente de 1 mA é usada para carregar o capacitor C3.

Assim que a tensão no pino Vdd se estende a um valor mínimo de 14,5 V, a fonte de corrente interna do IC desliga e o VIPer começa a ativar / desativar.

Nessa situação, a alimentação é fornecida por meio do limite Vdd. A eletricidade armazenada dentro deste capacitor deve ser maior do que a energia necessária para fornecer a corrente de carga de saída junto com a energia para carregar o capacitor de saída, antes que o limite Vdd caia abaixo de 9 V.

Isso pode ser notado em determinados esquemas de circuito. O valor do capacitor é então selecionado para suportar o tempo inicial de ativação.

Quando ocorre um curto-circuito, a carga dentro do limite Vdd cai abaixo do valor mínimo, permitindo que os ICs integrados ao gerador de corrente de alta tensão acionem um novo ciclo de inicialização.

As fases de carga e descarga do capacitor decidem o período de tempo que a fonte de alimentação será ligada e desligada. Isso diminui o impacto do aquecimento RMS em todas as peças.

O circuito que regula isso inclui Dz, C4 e D8. D8 carrega C4 para seu valor de pico ao longo do período de ciclagem, enquanto D5 está no modo de condução.

Durante este período, a fonte de alimentação ou tensão de referência para o IC é reduzida pela queda de tensão direta de um diodo abaixo do nível do solo, que compensa a queda D8.

Portanto, principalmente a tensão Zener é equivalente à tensão de saída. C4 é conectado ao Vfb e à fonte de alimentação para suavizar a tensão de regulação.

Dz é um Zener de 12 V, 1⁄2 W com uma classificação de corrente de teste particular de 5 mA. Esses Zeners que são classificados em uma corrente menor fornecem maior precisão da tensão de saída.

Caso a tensão de saída seja inferior a 16 V, o circuito pode ser configurado conforme mostrado na Figura 3, onde Vdd é isolado do pino Vfb. Assim que a fonte de corrente embutida do IC carrega o capacitor Vdd, Vdd pode atingir 16 V nas piores circunstâncias.

Um Zener de 16 V com uma tolerância mínima de 5% poderia ser de 15,2 V, além da resistência embutida ao aterramento de 1,230k Ω que gera 1,23 V extra para dar um total de 16,4 V.

“comprimento de onda da luz vermelha em nm ”

Para saídas de 16 V e maiores, o pino Vdd e o pino Vfb podem promover um diodo comum e filtro de capacitor exatamente como indicado na Figura 4.

Seleção de indutor

No estágio de inicialização do indutor, a operação no modo descontínuo pode ser determinada por meio da fórmula fornecida a seguir, que fornece uma estimativa eficaz para o indutor.

L = 2 [P _Fora / ( Eu iria _pico)^doisx f)]

Onde Idpeak é a corrente de drenagem máxima mais baixa, 320 mA para o IC VIPer12A-E e 560 mA para o VIPer22A-E, f denota a frequência de chaveamento a 60 kHz.

O pico de corrente mais alto controla a energia fornecida na configuração do conversor Buck. Como resultado, o cálculo fornecido acima parece adequado para um indutor projetado para funcionar em modo descontínuo.

Quando a corrente de entrada cai para zero, a corrente de pico de saída atinge duas vezes a saída.

Isso restringe a corrente de saída a 280 mA para o IC VIPer22A-E.

Caso o indutor tenha um valor maior, alternando entre o modo contínuo e descontínuo, podemos atingir 200 mA facilmente longe do problema de restrição atual. C6 precisa ser um capacitor ESR mínimo para atingir a baixa tensão ondulada.

V _ondulação = Eu_ondulaçãox C _esr

D5 precisa ser um diodo de comutação de alta velocidade, mas D6 e D8 podem ser diodos retificadores comuns.

O DZ1 é empregado para fixar a tensão de saída em 16 V. As características do conversor Buck fazem com que ele carregue no ponto de pico sem carga. É aconselhável usar um diodo Zener 3 a 4 V maior que a tensão de saída.

FIGURA 3

A Figura 3 acima mostra o diagrama de circuito para o projeto do protótipo da lâmpada LED de teto. Foi concebido para lâmpadas LED de 12 V com uma corrente óptima de 350 mA.

No caso de uma quantidade menor de corrente ser desejável, então o VIPer22A-E poderia ser transformado em um VIPer12A-E e o capacitor C2 poderia ser reduzido de 10 μf para 4,7 μF. Isso dá até 200 mA.

FIGURA 4

A Figura 4 acima demonstra o projeto idêntico, exceto para saída de 16 V ou mais, D6 e C4 podem ser omitidos. O jumper conecta a tensão de saída com o pino Vdd.

Ideias e sugestões de layout

O valor L fornece os limites entre o modo contínuo e descontínuo para uma corrente de saída especificada. Para poder funcionar em modo descontínuo, o valor do indutor deve ser menor que:

L = 1/2 x R x T x (1 - D)

Onde R indica a resistência da carga, T indica o período de comutação e D indica o ciclo de trabalho. Você encontrará alguns fatores a serem levados em consideração.

A primeira é, quanto maior o descontínuo, maior a corrente máxima. Este nível deve ser mantido abaixo do pulso mínimo pelo controle de corrente de pulso do VIPer22A-E que é 0,56 A.

A outra é quando trabalhamos com um indutor de tamanho maior para operar constantemente, encontramos calor excedente devido a déficits de chaveamento do MOSFET dentro do CI VIPer.

Especificações do indutor

Desnecessário dizer que a especificação da corrente do indutor deve ser maior do que a corrente de saída para evitar a chance de saturar o núcleo do indutor.

O indutor L0 pode ser construído enrolando fio de cobre superesmaltado 24 SWG sobre núcleo de ferrite adequado, até que o valor de indutância de 470 uH seja alcançado.

Da mesma forma, o indutor L1 poderia ser construído enrolando fio de cobre superesmaltado 21 SWG sobre qualquer núcleo de ferrite adequado, até que o valor de indutância de 1 mH seja alcançado.

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