. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
20. srpna 2010 - 9:10 | Robert Kollman | Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED | Komentářů: 1  

Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED

Tím, jak výkonové diody LED postupně vytlačují klasické žárovky, vyvstává nutnost jejich efektivního napájení. Následující článek tak přibližuje návrh efektivního zdroje s využitím TM PFC kontroléru.

Klasické žárovky i kompaktní zářivky jsou dnes stále častěji nahrazovány produkty s diodami LED. Díky jejich vysoké směrovosti a možnosti produkce světla prakticky libovolné barvy, jsou nejčastěji používány v architektonickém osvětlení. Mezi další přednosti se pak řadí i jejich vysoká spolehlivost a úspora elektrické energie.

Jistým omezením je však nutnost zajištění vhodného napájení, tedy nejčastěji převodu síťového napětí do podoby použitelné pro LED. V aplikaci pouličního světla se často setkáváme s konfigurací sériově řazených 80 LED, které na 300V AC vytvářejí zatížení zhruba 0,35 A.

Při výběru technologie, použité pro jejich napájení, je třeba uvažovat několik podmínek. Mezi hlavní patří požadavky na optimální izolaci, nebo korekce účiníku (PFC), která zde musí být zajištěn. Vhodné provedení přitom vyžaduje rozsáhlé bezpečnostně-obchodní studie. Součástí musí být odolnost proti přepětí a možným přechodovým a poruchovým stavům, avšak co možná nejmenší komplikace pro vlastní návrh zdroje. Jistou výhodou je napájení LED vysokým napětím, což znamená, že úplná izolace zde není bezpodmínečně nutná. Korekce účiníku však nutná je, neboť produkty jsou určeny pro jednotný evropský trh, kde je PFC nezbytné pro osvětlení nad 25 wattů.

Pro uvedenou aplikaci napájení řady výkonných LED, je možné uvažovat celkem tři topologie napájecích zdrojů: snižující (buck), průchozí flyback režim (transition mode flyback) a průchozí mód (transition mode - TM) typu SEPIC (single ended primary inductor converter). S jednoduchým snižujícím převodníkem je přitom možné dosáhnout vysoké účinnosti a efektivně splnit požadavky harmonického proudu, kdy je napětí na LED diody sníženo zhruba o 80 V. Vyšší napětí pro zátěž je v případě snižujícího převodníku obtížně proveditelné. V tom případě je výhodnější použití flyback a SEPIC topologií. SEPIC má tu výhodu, že spínání proudu na výkonových polovodičích umožňuje použití nižšího řídicího napětí a tím i efektivnějšího provedení. V této aplikaci by se tak účinnost měla pohybovat nad 90 %. Navíc topologie SEPIC produkuje i méně rušení, což znamená potřebu jednodušších EMI filtrů.

Na obrázku 1 je uveden příklad regulátoru SEPIC.


Obr. 1: Příklad zapojení regulátoru SEPIC ve funkci napájení výkonových LED

Uvedený obvod využívá TM PFC kontrolér, doplněný o výkonový spínač typu FET a pracuje synchronně se síťovým napětím. Po zapnutí začne obvod pracovat ve chvíli, jakmile dojde k nabití kondenzátoru C6 na dostatečnou úroveň. Poté, jakmile již obvod běží, je napájecí napětí získáváno ze samostatného vinutí transformátoru. Relativně velký výstupní kondenzátor omezuje zvlnění proudu LED pod 20 procent stejnosměrné úrovně. Jako konstruktéři však nezapomínejme na poměrně vysoké AC proudy, které v regulátoru TM SEPIC tečou. Je vhodné použít tzv. Litz wire - tedy vodiče složené z řady navzájem izolovaných drátů, vhodných pro použití ve vysokofrekvenční technice. Stejně tak je třeba myslet na co možná nejnižší ztráty v indukčnosti i hlavních kapacitách.

Obrázky 2 a 3 prezentují laboratorně získané hodnoty, naměřené na prototypu obvodu ze schématu na obr. 1. Účinnost obvodu dosahuje hodnoty až 92 procent, což je poměrně vysoko nad současnými evropskými standardy. Velmi dobrá účinnost byla dosažena především tím, že byly omezeny překmity a jiné neduhy polovodičových spínačů. Jak je vidět z druhého obrázku, je rovněž i účiník na velice dobré úrovni, přesahující až 96 procent. Je však zajímavé, že průběh není čistě sinusový, ale obsahuje mírné zkreslení na náběhu a sestupu sinusovky. Jelikož však proud není měřen na vstupu zdroje, nýbrž přímo na spínacím prvku, je toto zkreslení z funkčního pohledu naprosto bezvýznamné. Stejně tak i ke splnění evropských požadavků na harmonické signály je tento průběh dostačující a neprodukuje výraznější rušení.


Obr. 2: TM SEPIC poskytuje dobrou účinnost a vysoké PFC


Obr. 3: Průběh proudu a zastoupení harmonických kmitočtů splňuje normu EN61000-3-2 Class C

Výsledky laboratorních testů zajistil Brian King ze společnosti Texas Instruments, za což mu děkuji.

V příštím díle seriálu Power Tips se zaměříme na omezení vyzařování napájecího regulátoru při použití techniky rozprostřeného spektra.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 24. 08. 2010 v 11:03 zaslal host
účiník
jen pro upřesnění: účiník není udáván v procentech ale v cos fi - neboli fázový posun napětí oproti proudu. Účinnost tohoto zdroje je max 89%. Nad 90% jsou jen rezonanční zdroje - cca 93%


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PU232S - Převodník USB/RS232
Převodník USB / RS232 s obvody FTDI a plným sériovým portem RS232 Full.
Skladem od 395 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007