Presentazione di Roberto Volpini sul Led driver 20W. Seminario Led la luce del futuro.

1. LED DRIVER 20W
Analisi e Principi di Funzionamento
Obiettivi di Progetto.

Definizione Specifiche Tecniche.

Simulazione Pspice.

Descrizione dello Schematico.

Soluzioni Circuitali Migliorative. (Design 2004)

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Roberto Volpini
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2. Obiettivi di Progetto
 Semplicità circuitale.
 Ingresso wide range.
 Potenza di ingresso < 25W. (PFC non richiesto)
 LED 350mA, con la possibilità di pilotarne da 1 a 10.
 Circuito di controllo della corrente integrato.
 Protezioni contro il corto circuito e la sovratensione.
 Trasformatore con singolo avvolgimento secondario.
 Possibilità di operare in assenza di carico.
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3. Obiettivi di Progetto
S PECIFICHE TECNICHE
INGRESSO
TENSIONE 90-260V
FREQUENZA 47-63HZ
POTENZA 20W MAX
SPECIFICHE LED
CORRENTE IF 350mA NOM
TENSIONE VF 3.42V NOM
TENSIONE VF 4V MAX
USCITA (VIN 90-260V, TA 20 C)
NUMERO LED MAX 10
NUMERO LED MIN 1
IOUT REGOLATA 350mA 5%
VOUT (CARICO 10 LED) 34V 10%
VOUT (CARICO 1 LED) 3.42V 10%
FREQUENZA DI LAVORO 60KHZ (@PMAX 20W, TA 20 C)
TEMPERATURA OPERATIVA -10 C +45 C(@PMAX 20W, VIN 90V )
4KV (@50HZ, 2”)
ISOLAMENTO PRIMARIO / SECONDARIO
DIMENSIONI MAX 90X100X32 mm
PESO 95 g CIRCA
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4. Simulazione PSpice
FLYBACK OFF-LINE
CIRCUITO STANDARD
D1
Controllo
VI VO
corrente
VCC VFB DL1
Np
VB (125 - 370Vdc) R1
Ns1
C2
+
DLn
VDD
Controllore Q1
VG
PWM
+
VFB GND
C1
D2
C3
+
Naux Ns2
D3
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5. Simulazione PSpice
230V – 10 LED
I TRANSIL
VOUT
VSEC IDRAIN
ISEC
VDS
ISEC
IDRAIN
VDS
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6. Simulazione PSpice
230V – 10 LED
VOUT
VSEC2
INGRESSO 230V
USCITA 10 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 35VDC
TENSIONE SECONDARIO = 14VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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7. Simulazione PSpice
230V – 1 LED
VOUT
VSEC2
INGRESSO 230V
USCITA 1 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 3.8VDC
TENSIONE SECONDARIO = 1.6VDC
ISEC
IDRAIN
ATTENZIONE !
TENSIONE RIFLESSA INSUFFICIENTE.
FAULT DEL CONTROLLORE E DEL CIRCUITO
DI CONTROLLO DELLA CORRENTE.
VDS
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8. Simulazione PSpice
FLYBACK OFF-LINE
CIRCUITO ALIMENTATO INDIPENDENTEMENTE DAL VALORE TENSIONE DI USCITA
D1
Controllo
VI VO
corrente
VCC VFB DL1
Np
VB (125 - 370Vdc) R1
Ns1
+ C2
VDD DLn
Controllore Q1
VG
PWM
+
VFB GND
C1
Regolatore
D2
+ C3
Naux Ns2
D3
Regolatore
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9. Simulazione PSpice
230V – 10 LED
VSEC2
VOUT
INGRESSO 230V
USCITA 10 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 33.7VDC
TENSIONE SECONDARIO = 26.3VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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10. Simulazione PSpice
230V – 1 LED
VSEC2
VOUT
INGRESSO 230V
USCITA 1 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 3.3VDC
TENSIONE SECONDARIO = 16VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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11. Simulazione PSpice
FLYBACK OFF-LINE
CIRCUITO ALIMENTATO INDIPENDENTEMENTE DAL VALORE TENSIONE DI USCITA
CON UN SOLO AVVOLGIMENTO SECONDARIO
Controllo
VI VO
corrente
VCC VFB DL1
Np
VB (125 - 370Vdc) R1
Ns1
+ C2
VDD DLn
Controllore Q1
VG
PWM D1
+
VFB GND
C1
Regolatore
D2
+ C3
Naux
D3
Regolatore
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12. Simulazione PSpice
230V – 10 LED
VSEC2
VOUT
INGRESSO 230V
USCITA 10 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 33.6VDC
TENSIONE SECONDARIO = 159VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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13. Simulazione PSpice
230V – 1 LED
VSEC2
VOUT
INGRESSO 230V
USCITA 1 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 3.45VDC
TENSIONE SECONDARIO = 92VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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14. Simulazione PSpice
90V – 10 LED
VSEC2
VOUT
INGRESSO 90V
USCITA 10 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 34.7VDC
TENSIONE SECONDARIO = 83VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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Roberto Volpini
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15. Simulazione PSpice
90V – 1 LED
VSEC2
VOUT
INGRESSO 90V
USCITA 1 LED - 350mA
TENSIONE USCITA = 3.5VDC
TENSIONE SECONDARIO = 48.5VDC
ISEC
IDRAIN
VDS
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16. Simulazione PSpice
FLYBACK OFF-LINE
CIRCUITO ALIMENTATO INDIPENDENTEMENTE DAL VALORE TENSIONE DI USCITA
CON UN SOLO AVVOLGIMENTO SECONDARIO E REGOLAZIONE LATO MASSA
DL1
Np
VB (125 - 370Vdc) R1
C2
+
Ns1
DLn
VDD
Controllo
D1
Controllore Q1
corrente
VG VO VI
PWM
+
VCC VFB
VFB GND
C1
Regolatore
D2
C3
+
Naux
D3
Regolatore
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17. Descrizione dello Schematico
 Flyback off-line basato sul controllore Viper53 , frequenza di
lavoro programmata a 60kHz.
 Trasformatore dimensionato per la IDlim max.
 Auto alimentazione del controllore di forward.
 Tensione di servizio al secondario di forward.
 Singolo avvolgimento secondario, utilizzato per l’alimentazione dei
LED e per l’alimentazione del circuito di controllo secondario.
 Semplicità del circuito di regolazione del feedback di
corrente, tramite regolatore di precisione TL431.
 Limitazione della sovratensione secondario.
TRADEMARK STMicroelectronics
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18. Descrizione dello Schematico
Stadio di ingresso
IDS
2/di
v
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19. Descrizione dello Schematico
VDS 100V/div
IDS 0.5A/div
t 5us
Circuito primario
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20. Descrizione dello Schematico
Circuito primario
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21. Descrizione dello Schematico
Circuito secondario
230V – 10 LED
230V – 1 LED
V_D11 50V/div VDS 100V/div I_LED 0.5A/div
V_D11 50V/div VDS 100V/div I_LED 0.5A/div
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22. Soluzioni Circuitali Migliorative
 Nuovo trasformatore :
il trasformatore della famiglia
1220, impiegato nel progetto originale, può essere sostituito dal
trasformatore della nuova famiglia 1715, pur essendo sempre basata su
un nucleo E20/7 permette però di ottenere valori di induttanza dispersa
molto più contenuti (@-1.5%), questo aspetto influenza
significativamente molti parametri : minore energia immagazzinata
dell’induttanza dispersa e quindi maggiore efficienza; minore
temperatura operativa del transil e del controllore; maggiore margine di
sicurezza verso la VDSmax.
1220 1715
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23. Soluzioni Circuitali Migliorative
 Nuovo controllore : il controllore monolitico di prima generazione
Viper53 può oggi essere sostituito dal nuovo controllore monolitico di
ultima generazione Viper28L , questo permette di ottenere molti
vantaggi, tra questi i più importanti sono : la tensione di VDS passa da
620V a 800V, la corrente massima di drain non è più pre impostata a
2.3Amax ma può essere programmata, l’oscillatore ha un jittering
(deviazione 4kHz, modulazione 250Hz), questo permette di ridurre le
problematiche di EMC/EMI, distribuendo in uno spettro più ampio le
armoniche generate dalla frequenza fondamentale.
VIPER53 VIPER28L
TRADEMARK STMicroelectronics
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24. Soluzioni Circuitali Migliorative
 Nuovo reference : il reference utilizzato nel progetto originale
TL431 può oggi essere sostituito con il nuovo TSM1052, questo nuovo
dispositivo realizza l’anello di corrente con un riferimento di tensione a
0,2V contro 2,5V del TL431, grazie a questo si ha una minore dissipazione
sulla resistenza di sense, riducendo così la potenza spesa da 0,88W a
0,07W, in questo modo si ottiene un incremento del rendimento del 4%.
In oltre sarà possibile eliminare la rete di controllo in
tensione, realizzata con Q2A, grazie al doppio anello di controllo di
tensione e corrente, presente nel TSM1052.
TL431 TSM1052
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25. Soluzioni Circuitali Migliorative
Controllo PWM dell’intensità luminosa
Caratteristiche della tensione
di controllo del PWM
Ampiezza 4.5V – 10V
Duty 85% max (definito come ton/T)
Frequenza 70 – 100Hz
Vp
ton
T
PWM_H
CNY17-3
R13
330
PWM_L
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26. LED DRIVER 20W
Analisi e Principi di Funzionamento
Fine presentazione.
Grazie per l’attenzione!
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