天花板LED灯驱动电路

如今CFL和荧光灯几乎完全被LED灯所取代，LED灯大多是圆形或方形平面天花安装的LED灯。

这些灯具与我们的家庭、办公室或商店的平面天花板表面完美地融合在一起，为灯具提供了一种美学的外观，并在节约电力和空间照明方面提供了高效率的输出。

在这篇文章中，我们讨论了一个简单的电源操作降压转换器，它可以用作照明天花板LED灯之间3瓦和10瓦范围的驱动器。

该电路实际上是一个220v到15v的SMPS电路，但由于它是一个非隔离设计，它摆脱了复杂的铁氧体变压器和涉及的关键因素。

虽然非隔离设计不能提供电路与市电交流的隔离，一个简单的刚性塑料覆盖单元容易克服这一缺点，保证绝对没有对用户的威胁。

另一方面，非隔离驱动电路的优点是，它便宜，易于建造、安装和使用，因为它没有关键的SMPS变压器，而是由一个简单的电感器代替。

ST微电子使用单一集成电路VIPer22A，使得设计几乎不受损坏，而且是永久性的，只要输入交流电源在指定的100 V和285 V范围内。

关于IC VIPer22A-E

VIPer12A-E和VIPer22A-E正好是一种引脚对引脚匹配，设计用于多种市电交流到直流电源应用。本文介绍了一种使用VIPer12/22A-E的离线、非隔离的SMPS LED驱动电源。

这里包含了四种独特的驾驶员设计。芯片VIPer12A-E可用于驱动200ma的12v和16v 200ma的顶棚LED灯。

VIPer22A-E可用于12v / 350ma和16v / 350ma电源的高瓦数顶灯。

同样的PCB布局可以用于从10v到35v的任何输出电压。这使得应用非常多样化，适合为从1瓦到12瓦的各种LED灯供电。

在原理图中，对于小于16v的负载，二极管D6和C4被包括在内，对于大于16v的负载，二极管D6和电容C4被简单地移除。

电路是如何工作的

所有4种变体的电路功能基本上是相同的。变化发生在启动电路阶段。我们将如图3所示解释Model。

变频器设计输出与市电交流220V输入不隔离。这使得交流中性线与直流线的输出接地是共同的，因此提供了一个反参考连接到市电中性线。

这种LED降压变换器的成本较低，因为它不依赖于传统的铁氧体e铁芯变压器和隔离光耦合器。

市电交流线路应用二极管D1整流交流半周期到直流输出。C1, L0, C2构成饼状滤波器{帮助}最小化EMI噪声。

滤波器电容的值被选择来管理一个可接受的脉冲谷，因为电容器每隔半个周期充电。用两个二极管代替D1可以承受高达2千伏的纹波脉冲。

R10满足几个目标，一个是限制涌浪，另一个是在发生灾难性故障时作为保险丝工作。线绕电阻器处理涌流。

根据系统和安全规范，防火电阻和保险丝工作得非常好。

C7通过调平线和中性干扰控制电磁干扰，而不需要Xcap。这个顶棚LED驱动器一定会符合并通过EN55022“B”级规格。如果负载需求较低，那么这个C7可以从电路中省略。

C2内部的电压通过引脚5到8连接在一起，应用到IC的MOSFET漏极。

在内部，IC VIPer有一个恒定电流源，为Vdd引脚4提供1mA。这个1毫安的电流用来给电容器C3充电。

一旦Vdd引脚上的电压扩展到最小值14.5 V, IC的内部电流源关闭，VIPer开始触发on / off。

而在这种情况下，功率是通过Vdd帽传递的。在Vdd帽低于9 V之前，存储在这个电容内部的电力必须高于提供输出负载电流所需的功率，以及为输出电容充电的功率。

在给定的电路原理图中可以注意到这一点。因此电容值被选择以支持初始开关ON时间。

当短路发生时，Vdd帽内的电荷下降到最小值以下，允许内置在高压电流发生器的集成电路触发一个新的启动周期。

电容器的充放电阶段决定了电源开关的时间。这减少了均方根变暖对所有部件的影响。

调节它的电路包括Dz, C4和D8。D8使C4在整个循环周期内电荷达到峰值，而D5处于传导模式。

在此期间，IC的电源或参考电压通过低于地面的二极管的正向压降降低，这弥补了D8的压降。

因此，首先齐纳电压等于输出电压。C4连接在Vfb和电源上，以平滑调节电压。

Dz是一个12 V, 1⁄2 W的齐纳，具有特定的测试电流额定值为5 mA。这些齐纳额定在更小的电流提供更高的输出电压精度。

在输出电压低于16v的情况下，电路可以建立如图3所示，其中Vdd与Vfb引脚隔离。一旦IC内置的电流源给Vdd电容充电，Vdd在最恶劣的情况下可以达到16V。

一个16v齐纳有5%的最小公差可以是15.2 V，除了内置电阻对地是1.23 k Ω，产生额外的1.23 V，给一个整体16.4 V。

对于16v和更大的输出，Vdd引脚和Vfb引脚可以促进一个普通二极管和电容滤波器，如图4所示。

电感的选择

在电感器的启动工作阶段，在不连续模式下，可以通过下式确定，这为电感器提供了一个有效的估计。

L = 2 [p_出/ (Id_峰）²x f))

其中，Idpeak是最小的最大漏极电流，IC VIPer12A-E为320 mA, VIPer22A-E为560 mA, f表示60khz的开关频率。

最高峰值电流控制在降压变换器配置内的电源供应。因此，上述计算看起来适合于设计工作在不连续模式的电感。

当输入电流降到零时，输出峰值电流是输出的两倍。

这限制了IC VIPer22A-E的输出电流为280 mA。

如果电感具有较大的值，在连续和非连续模式之间切换，我们可以轻松实现200 mA，远离电流限制问题。C6需要一个最小的ESR电容器来实现低纹波电压。

V_涟漪=我_涟漪xC_esr

D5需要是高速开关二极管，而D6和D8可以是普通整流二极管。

采用DZ1固定输出电压为16v。降压变换器的特性使其在空载状态下在峰值点充电。建议使用比输出电压大3到4 V的齐纳二极管。

上图3为天花LED灯原型设计的电路图。它是为12v LED灯设计的，最佳电流为350 mA。

在需要较小电流的情况下，VIPer22A-E可以转化为VIPer12A-E，电容C2可以从10 μf降低到4.7 μf。这相当于200毫安。

上面的图4展示了相同的设计，除了16v或更多的输出，D6和C4可以省略。跳线连接输出电压与Vdd引脚。

布局思路与建议

L值为指定的输出电流提供连续模式和断续模式之间的阈值限制。为了能够在不连续模式下工作，电感器的值必须小于:

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

其中R为负载电阻，T为开关周期，D为占空比。你会发现有几个因素需要考虑。

第一，断续越大，最大电流越大。该电平必须通过VIPer22A-E的脉冲电流控制控制在最小脉冲以下，即0.56 A。

另一个是，当我们使用更大尺寸的电感器来持续工作时，我们会遇到由于VIPer IC内部MOSFET开关缺陷而产生的剩余热量。

电感规格

不用说，电感器的电流规格应该大于输出电流，以避免电感器铁芯饱和的机会。

电感器L0可以通过在合适的铁氧体铁芯上缠绕24 SWG的超级漆包线，直到电感值达到470 uH。

同样，电感器L1可以由任意合适的铁氧体铁芯上缠绕21 SWG超漆包线构成，直到电感值为1mh。

完整的零件清单

更多细节和PCB设计请参考此完整的数据表