W tym artykule opisano, jak złożyć prosty, ale skuteczny Kontrola jasności LED oparte na ściemnianiu PWM () oświetlenie LED.

Diody LED (diody elektroluminescencyjne) są bardzo czułymi elementami. Gdy prąd zasilania lub napięcie przekracza dopuszczalna wartość może doprowadzić do ich awarii lub znacznie skrócić żywotność.

Zwykle prąd jest ograniczany za pomocą rezystora połączonego szeregowo z diodą LED lub przez regulator prądu obwodu (). Zwiększenie prądu na diodzie LED zwiększa jej intensywność, a zmniejszenie prądu ją zmniejsza. Jednym ze sposobów kontrolowania jasności poświaty jest użycie zmiennego rezystora (), aby dynamicznie zmieniać jasność.

Ale dotyczy to tylko jednej diody LED, ponieważ nawet w jednej partii mogą znajdować się diody o różnym natężeniu światła, co wpłynie na nierównomierne świecenie grupy diod LED.

Modulacja szerokości impulsów. O wiele wydajniejsza metoda regulacji jasności blasku poprzez zastosowanie (PWM). Dzięki PWM grupy diod LED są zasilane zalecanym prądem, a jednocześnie możliwe jest ściemnianie dzięki zasilaniu o wysokiej częstotliwości. Zmiana okresu powoduje zmianę jasności.

Cykl pracy można traktować jako stosunek czasu włączania i wyłączania zasilania dostarczanego do diody LED. Na przykład, jeśli weźmiemy pod uwagę cykl jednej sekundy i jednocześnie dioda LED będzie wyłączona 0,1 sekundy i włączona 0,9 sekundy, okaże się, że blask będzie wynosił około 90% wartości nominalnej.

Opis ściemniacza PWM

Najłatwiejszym sposobem osiągnięcia tego przełączania wysokich częstotliwości jest użycie układu scalonego, jednego z najpopularniejszych i najbardziej wszechstronnych układów scalonych, jakie kiedykolwiek wyprodukowano. Pokazany poniżej obwód kontrolera PWM służy jako ściemniacz do zasilania diod LED (12 V) lub regulator prędkości silnika. prąd stały przy 12 V.

W tym obwodzie rezystory do diod LED muszą być wyregulowane, aby zapewnić prąd przewodzenia 25mA. W rezultacie łączny prąd trzech linii diod LED wyniesie 75mA. Tranzystor musi mieć prąd o wartości co najmniej 75 mA, ale lepiej jest wziąć go z marginesem.

Ten obwód ściemniacza można ściemniać od 5% do 95%, ale stosując diody germanowe zamiast , zakres można rozszerzyć od 1% do 99% wartości nominalnej.

Diody LED stają się coraz bardziej częścią naszego codziennego życia. Zmieniamy żarówki w mieszkaniu lub domu, halogeny w samochodzie na LED. Aby dostosować jasność żarówki Addisona, zwykle stosuje się ściemniacz - jest to coś, za pomocą którego można ograniczyć prąd przemienny, zmieniając w ten sposób jasność blasku na tę, której potrzebujesz, po co płacić więcej, a nawet odczuwasz dyskomfort z powodu zbyt jasnego światła? Regulator mocy może być ogólnie używany dla wielu odbiorców (lutownica, szlifierka, odkurzacz, wiertarka ...) od Napięcie AC sieci są z reguły budowane na podstawie triaka.

Diody zasilane są prądem stałym i stabilizowanym, więc nie będzie tu możliwe zastosowanie standardowego ściemniacza. Jeśli po prostu zmienisz przyłożone do niego napięcie, to jasność zmieni się bardzo ostro, prąd jest dla nich ważny, ale zamiast regulatora prądu zrobimy coś innego, a mianowicie PWM (Wide Pulse Modulator), wyłączy on zasilanie z diody LED przez pewien czas, jasność zmniejszy się, ale nie zauważymy mrugania, ponieważ częstotliwość jest taka, że ​​ludzkie oko tego nie zauważy. Nie stosuje się tutaj mikrokontrolerów, ponieważ ich obecność może stać się przeszkodą w montażu urządzenia, trzeba mieć programistę, pewną oprogramowanie... Dlatego ten prosty obwód wykorzystuje tylko proste i publiczne elementy radiowe.

Można to zastosować do dowolnych obciążeń bezwładnościowych, czyli takich, które mogą magazynować energię, ponieważ np. jeśli odłączymy silnik prądu stałego od źródła zasilania, to nie przestanie on natychmiast się obracać.

Moim zdaniem obwód można podzielić na dwie części, a mianowicie jest to generator wykonany na mega popularnym zegarze NE555 (analogowy -KR1006VI1) i potężny tranzystor otwierający / zamykający, za pomocą którego zasilanie jest dostarczane do obciążenia (tutaj 555 działa w trybie multiwibratora astabilnego). Używamy potężnego tranzystora bipolarnego NPN (wziąłem TIP122), ale można go zastąpić tranzystorem polowym (MOSFET). Częstotliwość impulsatora, okres, czas trwania impulsu ustawiają dwa rezystory (R3, R2) i kondensatory (C1, C2), a możemy to zmienić za pomocą rezystora z regulacją rezystancji.

Schematyczne elementy

Istnieje wiele programów do obliczania analogowego timera 555, możesz eksperymentować z wartościami komponentów wpływających na częstotliwość generatora - wszystko to można łatwo przeliczyć za pomocą wielu programów, takich jak ten. Nominały można trochę zmienić, wszystko będzie działać i tak. Diody impulsowe 4148 można łatwo wymienić na domowe KD222. Kondensatory ceramiczne o pojemności 0,1 uF i 0,01 uF. zmienny rezystor ustaw częstotliwość, aby uzyskać dobrą i płynną regulację, jej maksymalna rezystancja wynosi 50 kOhm.

Całość zmontowana na dyskretnych elementach, płyta ma wymiary 50-25 mm.

Jak działa obwód?

Urządzenie działa jako przełącznik pomiędzy dwoma trybami: prąd jest dostarczany do obciążenia oraz prąd nie jest dostarczany do obciążenia. Przełączanie następuje tak szybko, że nasze oczy nie widzą tego mrugania. Tak więc to urządzenie reguluje moc, zmieniając interwał między włączeniem zasilania a wyłączeniem.Myślę, że rozumiesz istotę PWM. Tak to wygląda na ekranie oscyloskopu.

Na pierwszym zdjęciu widać słabą poświatę, ponieważ w okresie T długość impulsu t1 wynosi tylko 20% (jest to tzw. duty cycle), a pozostałe 80% mamy logiczne 0 (brak napięcia).

Drugi obrazek pokazuje nam sygnał zwany meandrem, wtedy mamy t1=0,5*T, czyli współczynnik wypełnienia i współczynnik. Wypełnienia wynoszą 50%.

W trzecim przypadku mamy D=90%. Dioda LED świeci prawie pełną jasnością.

Wyobraź sobie, że T=1 sekunda, a następnie w pierwszym przypadku

§ 1) w ciągu 0,2 s prąd popłynie do diody LED, ale nie 0,8 s

§ 2) Przyłożony prąd 0,5 s 0,5 s nie

Nawiasem mówiąc, po wykonaniu trzech kontrolerów PWM zgodnie ze schematem i podłączeniu ich do jednej taśmy RGB, możliwe staje się ustawienie pożądanej gamy blasku. Każda z płytek steruje własnymi diodami LED (czerwoną, zieloną i niebieską) i mieszając je w określonej kolejności uzyskuje się pożądany blask.

Jaka jest strata energii tego urządzenia?

Po pierwsze, są to nędzne kilka miliamperów, które zużywają generator impulsów w mikroukładzie, a następnie jest tranzystor mocy, na którym rozpraszana jest moc w przybliżeniu równa P=0,6V*I obciążenie konsumpcyjne . Rezystor bazowy można pominąć. Ogólnie rzecz biorąc, straty PWM są minimalne, ponieważ system sterowania szerokością impulsu jest bardzo skuteczny, ponieważ marnuje się bardzo mało energii (a zatem uwalniane jest niewiele ciepła).

Wynik

W rezultacie otrzymaliśmy piękny i prosty PWM. Okazało się, że bardzo wygodnie było im dostosować przyjemną moc blasku dla siebie. Takie urządzenie zawsze przyda się w życiu codziennym.

  • Dalej >

Jeśli pominiesz szczegóły i wyjaśnienia, obwód sterowania jasnością LED pojawi się w samym prosta forma. Ta kontrola różni się od metody PWM, którą omówimy nieco później.
Tak więc podstawowy regulator będzie zawierał tylko cztery elementy:

  • jednostka mocy;
  • stabilizator;
  • rezystor zmienny;
  • żarówka bezpośrednio.

Zarówno rezystor jak i stabilizator można kupić w każdym sklepie radiowym. Są połączone dokładnie tak, jak pokazano na schemacie. Różnice mogą leżeć w indywidualnych parametrach każdego elementu oraz w sposobie połączenia stabilizatora i rezystora (drutem lub bezpośrednio przez lutowanie).

Po złożeniu takiego obwodu własnymi rękami w ciągu kilku minut możesz upewnić się, że zmieniając rezystancję, to znaczy obracając pokrętło rezystora, dostosujesz jasność lampy.

W ilustracyjnym przykładzie bateria jest pobierana z napięciem 12 woltów, rezystor 1 kOhm, a stabilizator jest używany w najpopularniejszym układzie Lm317. Schemat jest dobry, ponieważ pomaga nam stawiać pierwsze kroki w elektronice radiowej. Jest to analogowy sposób kontrolowania jasności. Nie nadaje się jednak do urządzeń wymagających dokładniejszej regulacji.

Potrzeba ściemniaczy

Przyjrzyjmy się teraz bliżej temu zagadnieniu, dowiedzmy się, dlaczego kontrola jasności jest potrzebna i jak można w inny sposób sterować jasnością diod LED.

  • Najbardziej znanym przypadkiem, w którym potrzebny jest ściemniacz dla wielu diod LED, jest oświetlenie mieszkaniowe. Przyzwyczailiśmy się do kontrolowania jasności światła: zmiękczania go wieczorem, włączania z pełną mocą podczas pracy, podświetlania poszczególnych obiektów i części pomieszczenia.
  • Regulacja jasności jest również niezbędna w bardziej skomplikowanych urządzeniach, takich jak telewizory i monitory laptopów. Reflektory samochodowe i latarki są bez niego niezbędne.
  • Regulacja jasności pozwala nam zaoszczędzić energię elektryczną, jeśli chodzi o mocnych odbiorców.
  • Znając zasady korekty, możesz stworzyć automatyczny lub pilotświatło, co jest bardzo wygodne.

W niektórych urządzeniach proste zmniejszenie wartości prądu poprzez zwiększenie rezystancji nie jest możliwe, ponieważ może to prowadzić do zmiany koloru białego na zielonkawy. Ponadto wzrost rezystancji prowadzi do niepożądanego zwiększonego wytwarzania ciepła.

Wyjściem z pozornie trudnej sytuacji było sterowanie PWM (modulacja szerokości impulsu). Prąd jest dostarczany do diody LED w impulsach. Co więcej, jego wartość jest zerowa lub nominalna - najbardziej optymalna dla blasku. Okazuje się, że dioda zapala się okresowo, a następnie gaśnie. Im dłuższy czas świecenia, tym jaśniej, jak nam się wydaje, lampa świeci. Im krótszy czas świecenia, tym słabiej świeci żarówka. To jest zasada PWM.

Możesz sterować jasnymi diodami LED i paskami LED bezpośrednio za pomocą tranzystorów MOSFET o dużej mocy lub, jak się je nazywa, MOSFETów. Jeśli chcesz sterować jedną lub dwiema żarówkami LED o małej mocy, zwykłe tranzystory bipolarne są używane jako klucze lub diody LED są podłączone bezpośrednio do wyjść mikroukładu.

Kręcąc pokrętłem reostatu R2 dostosujemy jasność diod. Oto paski LED (3 szt.), które są podłączone do jednego źródła zasilania.

Znając teorię, możesz samodzielnie zmontować obwód urządzenia PWM, bez uciekania się do gotowych stabilizatorów i ściemniaczy. Na przykład takie, jakie są oferowane w Internecie.

NE555 to generator impulsów, w którym wszystkie charakterystyki czasowe są stabilne. IRFZ44N - ten jedyny potężny tranzystor zdolne do napędzania obciążenia o dużej mocy. Kondensatory ustawiają częstotliwość impulsów, a obciążenie jest podłączone do zacisków „wyjściowych”.

Ponieważ dioda LED ma małą bezwładność, czyli bardzo szybko się zapala i gaśnie, metoda sterowania PWM jest do tego optymalna.

Gotowe do użycia ściemniacze

Regulator, który jest sprzedawany jako gotowy do Lampy LED nazywane są ściemniaczem. Częstotliwość tworzących je impulsów jest na tyle duża, że ​​nie odczuwamy migotania. Dzięki sterownikowi PWM realizowana jest płynna regulacja, pozwalająca na osiągnięcie maksymalnej jasności świecenia lub wygaszenia lampy.

Osadzając taki ściemniacz w ścianie, można go używać jak zwykłego przełącznika. Dla wyjątkowej wygody ściemniaczem LED można sterować za pomocą pilota radiowego.

Zdolność lamp opartych na diodach LED do zmiany jasności otwiera ogromne możliwości prowadzenia pokazów świetlnych i tworzenia pięknego oświetlenia ulicznego. Tak, a zwykła latarka staje się znacznie wygodniejsza w użyciu, jeśli można regulować intensywność jej blasku.

Diody LED są wykorzystywane w niemal każdej technologii, która nas otacza. To prawda, że ​​czasami konieczne jest dostosowanie ich jasności (na przykład w latarkach lub monitorach). przez większość łatwa droga wyjścia w tej sytuacji wydaje się, że zmienia się ilość prądu przepływającego przez diodę LED. Ale nie jest. Dioda LED jest dość wrażliwym elementem. Stała zmiana ilość prądu może znacznie skrócić jego żywotność, a nawet ją zepsuć. Należy również pamiętać, że nie można użyć rezystora ograniczającego, ponieważ gromadzi się w nim nadmiar energii. Nie jest to dozwolone w przypadku korzystania z baterii. Innym problemem związanym z tym podejściem jest zmiana koloru światła.

Istnieją dwie opcje:

  • Regulacja PWM
  • analog

Metody te kontrolują prąd płynący przez diodę LED, ale istnieją między nimi pewne różnice.
Regulacja analogowa zmienia poziom prądu przepływającego przez diody LED. A PWM reguluje częstotliwość prądu.

Regulacja PWM

Wyjściem z tej sytuacji może być zastosowanie modulacji szerokości impulsu (PWM). Dzięki temu systemowi diody LED otrzymują wymagany prąd, a jasność jest regulowana poprzez zastosowanie mocy o wysokiej częstotliwości. Oznacza to, że częstotliwość okresu zasilania zmienia jasność diod LED.
Niewątpliwym plusem systemu PWM jest zachowanie wydajności diody LED. Wydajność wyniesie około 90%.

Rodzaje regulacji PWM

  • Dwuprzewodowy. Często stosowany w oświetleniu samochodów. Zasilacz przekształtnika musi mieć obwód generujący sygnał PWM na wyjściu DC.
  • urządzenie bocznikowe. Aby ustawić czas włączenia/wyłączenia konwertera, należy użyć elementu bocznikowego, który zapewnia ścieżkę dla prądu wyjściowego oprócz diody LED.

Parametry impulsu dla PWM

Częstość powtarzania impulsów nie zmienia się, więc nie ma wymagań dotyczących określania jasności światła. W tym przypadku zmienia się tylko szerokość lub czas dodatniego impulsu.

Częstotliwość impulsów

Nawet biorąc pod uwagę fakt, że nie ma specjalnych roszczeń do częstotliwości, istnieją wskaźniki graniczne. Określa je wrażliwość ludzkiego oka na migotanie. Na przykład, jeśli w filmie migotanie klatek musi wynosić 24 klatki na sekundę, aby nasze oko odbierało to jako jeden ruchomy obraz.
Aby migotanie światła było odbierane jako światło jednolite, częstotliwość musi wynosić co najmniej 200 Hz. Nie ma ograniczeń dotyczących górnych wskaźników, ale poniżej nie ma możliwości.

Jak działa kontroler PWM

Do bezpośredniego sterowania diodami LED wykorzystywany jest stopień z kluczem tranzystorowym. Zwykle używają tranzystorów, które mogą przechowywać duże ilości energii.
Jest to wymagane podczas używania Taśmy LED lub mocne diody LED.
Przy niewielkiej ilości lub małej mocy wystarczy zastosowanie tranzystorów bipolarnych. Możesz również podłączyć diody LED bezpośrednio do chipów.

Generatory PWM

W systemie PWM jako oscylator nadrzędny można zastosować mikrokontroler lub układ składający się z obwodów o małym stopniu integracji.
Możliwe jest również stworzenie regulatora z mikroukładów przeznaczonych do przełączania zasilaczy lub mikroukładów logicznych K561 lub zintegrowanego timera NE565.
Rzemieślnicy używają do tego nawet wzmacniacza operacyjnego. W tym celu montowany jest na nim generator, który można regulować.
Jeden z najczęściej używanych obwodów oparty jest na zegarze 555. W rzeczywistości jest to zwykły generator impulsy prostokątne. Częstotliwość jest kontrolowana przez kondensator C1. na wyjściu kondensatora powinno być Wysokie napięcie(tak samo jest z podłączeniem do dodatniego zasilania). I ładuje się, gdy na wyjściu jest niskie napięcie. W tym momencie powstają impulsy o różnej szerokości.
Innym popularnym układem jest PWM oparty na układzie UC3843. w tym przypadku obwód przełączający został zmieniony w kierunku uproszczenia. Do sterowania szerokością impulsu stosuje się napięcie sterujące o dodatniej polaryzacji. W takim przypadku na wyjściu uzyskiwany jest pożądany sygnał impulsowy PWM.
Napięcie sterujące działa na wyjście w następujący sposób: wraz ze spadkiem zwiększa się szerokość geograficzna.

Dlaczego PWM?

  • Główną zaletą tego systemu jest łatwość. Wzorce użytkowania są bardzo proste i łatwe do wdrożenia.
  • System sterowania PWM daje bardzo szeroki zakres regulacji jasności. Jeśli mówimy o monitorach, możliwe jest zastosowanie podświetlenia CCFL, ale w tym przypadku jasność można zmniejszyć tylko o połowę, ponieważ podświetlenie CCFL jest bardzo wymagające pod względem ilości prądu i napięcia.
  • Korzystając z PWM, możesz utrzymać prąd na stałym poziomie, co oznacza, że ​​diody LED nie ucierpią, a temperatura barwowa się nie zmieni.

Wady korzystania z PWM

  • Z biegiem czasu migotanie obrazu może być dość zauważalne, szczególnie przy niskiej jasności lub ruchu gałek ocznych.
  • Jeśli światło jest stale jasne (np. światło słoneczne), obraz może być rozmazany.

Żeton NCP1014 to sterownik PWM ze stałą częstotliwością konwersji i wbudowanym przełącznikiem wysokiego napięcia. Dodatkowe bloki wewnętrzne zaimplementowane w ramach mikroukładu (patrz rys. 1) pozwalają mu spełnić cały zakres wymagań funkcjonalnych dla nowoczesnych zasilaczy.

Ryż. jeden.

Kontrolery serii NCP101X zostały szczegółowo omówione w artykule Konstantina Starowerowa w numerze 3 czasopisma za rok 2010, dlatego w artykule ograniczymy się do rozważenia tylko kluczowe cechy mikroukłady NCP1014, a my skupimy się na rozważeniu cech obliczeniowych i mechanizmu działania IP, przedstawionych w projekcie referencyjnym.

Cechy kontrolera NCP1014

  • Zintegrowane wyjście MOSFET 700V o niskiej rezystancji otwarty kanał(11 omów);
  • dostarczanie prądu wyjściowego sterownika do 450mA;
  • możliwość pracy przy kilku stałych częstotliwościach konwersji - 65 i 100 kHz;
  • częstotliwość konwersji waha się w granicach ± ​​3 ... 6% w stosunku do wartości zadanej, co pozwala "rozmyć" moc zakłóceń promieniowanych w określonym zakresie częstotliwości, a tym samym zmniejszyć poziom EMI;
  • wbudowany układ zasilania wysokiego napięcia jest w stanie zapewnić działanie mikroukładu bez użycia transformatora z trzecim uzwojeniem pomocniczym, co znacznie upraszcza uzwojenie transformatora. Ta funkcja jest oznaczona przez producenta jako DSS ( Dynamiczne samozaopatrzenie- autonomiczna moc dynamiczna), jednak jej zastosowanie ogranicza moc wyjściową IP;
  • możliwość pracy z maksymalną wydajnością przy niskich prądach obciążenia dzięki trybowi pomijania impulsów PWM, co umożliwia osiągnięcie niskiej mocy bez obciążenia - nie więcej niż 100 mW, gdy mikroukład jest zasilany z trzeciego uzwojenia pomocniczego transformatora;
  • przejście do trybu pomijania impulsów następuje, gdy pobór prądu obciążenia spadnie do wartości 0,25 od wartości nominalnej, co eliminuje problem generowania hałasu akustycznego nawet przy zastosowaniu niedrogich transformatory impulsowe;
  • zaimplementowana funkcja miękkiego startu (1ms);
  • wniosek informacja zwrotna napięcie jest bezpośrednio podłączone do wyjścia transoptora;
  • zabezpieczenie przeciwzwarciowe z późniejszym powrotem do normalnej pracy po jego likwidacji. Funkcja pozwala śledzić zarówno bezpośrednio zwarcie w obciążeniu, jak i sytuację z otwartym obwodem sprzężenia zwrotnego w przypadku uszkodzenia transoptora odsprzęgającego;
  • wbudowany mechanizm zabezpieczający przed przegrzaniem.

Kontroler NCP1014 jest dostępny w trzech rodzajach pakietów - SOT-223, PDIP-7 i PDIP-7 GULLWING (patrz Rysunek 2) z pinoutem pokazanym na rysunku 2. 3. Najnowszym pakietem jest specjalna wersja pakietu PDIP-7 ze specjalnym wytłoczeniem pinów, dzięki czemu nadaje się do montażu natynkowego.

Ryż. 2.

Ryż. 3.

Typowy schemat aplikacji kontrolera NCP1014 w trybie flyback ( flyback) konwerter pokazano na rysunku 4.

Ryż. cztery.

Metoda obliczania IP w oparciu o kontroler NCP1014

Rozważmy metodę obliczania krok po kroku przetwornicy flyback w oparciu o NCP1014 na przykładzie referencyjnego opracowania zasilacza o mocy wyjściowej do 5 W do zasilania systemu trzech połączonych szeregowo diod LED. Za diody LED uznano jednowatowe białe diody LED o prądzie normalizacyjnym 350 mA i spadku napięcia 3,9 V.

pierwszy krok jest określenie charakterystyki wejściowej, wyjściowej i mocy opracowanego IP:

  • zakres napięcia wejściowego - Vac(min) = 85V, Vac(max) = 265V;
  • parametry wyjściowe - Vout = 3x3,9V ≈ 11,75V, Iout = 350mA;
  • moc wyjściowa - Pout \u003d VoutxIout \u003d 11,75 Vx0,35 A 4,1 W
  • moc wejściowa - Pin = Pout/h, gdzie h to szacunkowa wydajność = 78%

Pin = 4,1 W/0,78 = 5,25 W

  • Zakres napięcia wejściowego DC

Vdc(min) = Vdc(min) x 1,41 = 85 x 1,41 = 120V (dc)

Vdc (maks.) = Vdc (maks.) x 1,41 = 265 x 1,41 = 375 V (dc)

  • średni prąd wejściowy - Iin(avg) = Pin / Vdc(min) ≈ 5.25/120 ≈ 44mA
  • szczytowy prąd wejściowy - Ipeak = 5xIin (średnio) ≈ 220mA.

Pierwsze ogniwo wejściowe to bezpiecznik i filtr EMI, a ich wybór to drugi krok przy projektowaniu IP. Bezpiecznik należy dobrać na podstawie wartości prądu wyłączania, a w przedstawionym projekcie dobierany jest bezpiecznik o prądzie wyłączania 2 A. Nie będziemy zagłębiać się w procedurę obliczania filtra wejściowego, a jedynie zwrócimy uwagę, że stopień tłumienia szumu wspólnego i szumu różnicowego w dużym stopniu zależy od topologii płytka drukowana, a także bliskość filtra do złącza zasilania.

trzeci krok to obliczenie parametrów i dobór mostka diodowego. Kluczowymi parametrami są tutaj:

  • dopuszczalne napięcie diody wstecznej (blokującej) - VR ≥ Vdc (max) = 375V;
  • prąd przewodzenia diody - IF ≥ 1,5xIin (śr.) = 1,5x0,044 = 66mA;
  • dopuszczalny prąd przeciążenia ( prąd udarowy), który może osiągnąć pięciokrotność średniego prądu:

IFSM ≥ 5 x IF = 5 x 0,066 = 330 mA.

czwarty krok to obliczenie parametrów kondensatora wejściowego zainstalowanego na wyjściu mostka diodowego. Wielkość kondensatora wejściowego jest określona przez wartość szczytową wyprostowanego napięcia wejściowego i określony poziom tętnień wejściowych. Większy kondensator wejściowy zapewnia więcej niskie wartości faluje, ale zwiększa prąd rozruchowy IP. Ogólnie pojemność kondensatora określa następujący wzór:

Cin = Pin/, gdzie

fac - częstotliwość sieci prąd przemienny(60 Hz dla danego projektu);

DV- dopuszczalny poziom tętnienia (20% Vdc(min) w naszym przypadku).

Cin \u003d 5,25 / \u003d 17 uF.

W naszym przypadku wybieramy aluminiowy kondensator elektrolityczny 33uF.

Piąty i główny krok jest obliczenie produktu uzwojenia - transformatora impulsowego. Obliczenie transformatora jest najbardziej złożoną, ważną i „cienką” częścią całego obliczenia zasilania. Główne funkcje transformatora w przetwornicy typu flyback to akumulacja energii przy zamkniętym kluczu sterującym i przepływie prądu przez jego uzwojenie pierwotne, a następnie przekazanie jej do uzwojenia wtórnego po włączeniu zasilania części pierwotnej obwodu wyłączony.

Biorąc pod uwagę charakterystykę wejściową i wyjściową MT, obliczoną w pierwszym kroku, a także wymagania dotyczące zapewnienia pracy MT w trybie prądu ciągłego transformatora, maksymalna wartość współczynnika wypełnienia ( cykl pracy) wynosi 48%. Przeprowadzimy wszystkie obliczenia transformatora w oparciu o tę wartość współczynnika wypełnienia. Podsumujmy obliczone i określone wartości kluczowych parametrów:

  • częstotliwość pracy regulatora fop = 100 kHz
  • współczynnik wypełnienia dmax= 48%
  • minimalne napięcie wejściowe Vin(min) = Vdc(min) - 20% = 96V
  • moc wyjściowa Pout = 4,1 W
  • szacunkowa wartość sprawności h = 78%
  • szczytowy prąd wejściowy Ipeak= 220mA

Teraz możemy obliczyć indukcyjność uzwojenie pierwotne transformator:

Lpri = Vin(min) x dmax/(Ipeak x fop) = 2,09 mH

Stosunek liczby zwojów uzwojeń określa równanie:

Npri / Nsec \u003d Vdc (min) x dmax / (Vout + V F x (1 - dmax)) ≈ 7

Pozostaje nam sprawdzić zdolność transformatora do „pompowania” przez siebie wymaganej mocy wyjściowej. Możesz to zrobić za pomocą następującego równania:

Pin(rdzeń) = Lpri x I 2 pik x fop/2 ≥ Pout

Pin(rdzeń) = 2,09 mH x 0,22 2 x 100 kHz/2 = 5,05 W ≥ 4,1 W.

Z wyników wynika, że ​​nasz transformator może pompować wymaganą moc.

Widać, że tutaj podaliśmy dalekie od pełnego obliczenia parametrów transformatora, a jedynie określiliśmy jego charakterystykę indukcyjną i wykazaliśmy wystarczającą moc wybranego rozwiązania. Na temat obliczania transformatorów napisano wiele prac, a czytelnik może znaleźć interesujące go metody obliczeniowe, na przykład w lub. Omówienie tych technik wykracza poza zakres tego artykułu.

Obwód elektryczny IP, odpowiadający wykonanym obliczeniom, pokazano na rysunku 5.

Ryż. 5.

Teraz nadszedł czas na zapoznanie się z cechami powyższego rozwiązania, którego obliczenia nie zostały podane powyżej, ale które mają bardzo ważne do funkcjonowania naszego IP i zrozumienia cech implementacyjnych mechanizmów ochronnych realizowanych przez sterownik NCP1014.

Cechy działania schematu wdrażającego IP

Druga część obwodu składa się z dwóch głównych bloków - bloku do przesyłania prądu do obciążenia i zasilacza dla obwodu sprzężenia zwrotnego.

Gdy przycisk sterujący jest zamknięty (tryb bezpośredni), działa zasilacz obwodu sprzężenia zwrotnego, zaimplementowany na diodzie D6, rezystorze nastawczym prądu R3, kondensatorze C5 i diodzie Zenera D7, która wraz z diodą D8 ustawia wymagane napięcie zasilania (5.1. V) transoptora i regulatora bocznikowego IC3 .

Podczas biegu wstecznego energia zmagazynowana w transformatorze jest przekazywana do obciążenia przez diodę D10. Jednocześnie ładowany jest kondensator magazynujący C6, który wygładza tętnienia wyjściowe i zapewnia stałe napięcie zasilania obciążenia. Prąd obciążenia jest ustawiany przez rezystor R6 i kontrolowany przez regulator bocznikowy IC3.

IP posiada zabezpieczenie przed odłączeniem obciążenia i zwarciem obciążenia. Ochronę przed zwarciem zapewnia regulator bocznikowy TLV431, którego główną rolą jest regulator obwodu OS. Zwarcie następuje pod warunkiem krótkiej awarii wszystkich diod LED obciążenia (w przypadku awarii jednej lub dwóch diod LED ich funkcje przejmują równoległe diody Zenera D11...D13). Wartość rezystora R6 dobiera się tak, aby przy roboczym prądzie obciążenia (w naszym przypadku 350 mA) spadek napięcia na nim był mniejszy niż 1,25 V. Sterownik NCP1014 zmniejsza napięcie wyjściowe.

Mechanizm ochrony przed wyłączeniem obciążenia opiera się na włączeniu diody Zenera D9 równolegle z obciążeniem. W warunkach otwarcia obwodu obciążenia iw rezultacie wzrostu napięcia wyjściowego IP do 47 V otwiera się dioda Zenera D9. Powoduje to włączenie transoptora i zmusza sterownik do zmniejszenia napięcia wyjściowego.

Chcesz osobiście poznać NCP1014? - Nie ma problemu!

Dla tych, którzy przed rozpoczęciem tworzenia własnego IP opartego na NCP1014 chcą się upewnić, że jest to naprawdę proste, niezawodne i skuteczne rozwiązanie, ONSemiconductor produkuje kilka rodzajów płytek ewaluacyjnych (patrz Tabela 1, Rys. 6; dostępne na zamówienie przez COMPEL) .

Tabela 1. Przegląd tablic ewaluacyjnych

Kod zamówienia Nazwa Krótki opis
NCP1014LEDGTGEVB Sterownik LED 8W o współczynniku mocy 0,8 Płytka ma za zadanie zademonstrować możliwość zbudowania sterownika LED o współczynniku mocy > 0,7 (standard Energy Star) bez użycia dodatkowego chipa PFC. Moc wyjściowa (8 W) sprawia, że ​​rozwiązanie to idealnie nadaje się do zasilania konstrukcji takich jak Cree XLAMP MC-E zawierających cztery diody LED połączone szeregowo w jednym opakowaniu.
NCP1014STBUCKGEVB Nieodwracający konwerter buck Płytka jest dowodem na twierdzenie, że kontroler NCP1014 wystarczy do zbudowania zasilacza z niskiej półki cenowej do pracy w trudnych warunkach.

Ryż. 6.

Ponadto istnieje kilka innych przykładów gotowego projektu różnych adresów IP, oprócz tych omówionych w artykule. To i zasilacz 5 W AC/DC do telefony komórkowe, a także inną opcję IP dla LED, a także dużą liczbę artykułów na temat korzystania z kontrolera NCP1014, które można znaleźć na oficjalnej stronie ONSemiconductor - http://www.onsemi.com/.

COMPEL jest oficjalnym dystrybutorem ONSemiconductor, a zatem na naszej stronie internetowej zawsze można znaleźć informacje o dostępności i kosztach chipów produkowanych przez ONS, a także zamówić prototypy, w tym NCP1014.

Wniosek

Zastosowanie sterownika NCP1014 firmy ONS pozwala na opracowanie wysokowydajnych przekształtników AC/DC do zasilania odbiorników prądem stabilizowanym. Właściwe wykorzystanie kluczowych cech sterownika pozwala zapewnić bezpieczeństwo końcowego zasilania w warunkach otwarcia lub zwarcia obciążenia przy minimalnej liczbie dodatkowych elementów elektronicznych.

Literatura

1. Konstantin Staroverov „Zastosowanie sterowników NCP101X/102X w rozwoju zasilaczy sieciowych średniej mocy”, magazyn Electronics News, nr 3, 2010, ss. 7-10.

4. Mac Raymond. Zasilacze impulsowe. Teoretyczne podstawy projektowania i wskazówki dotyczące praktycznego zastosowania / Per. z angielskiego. Pryanichnikova S.V., M.: Wydawnictwo Dodeka-XXI, 2008, - 272 s.: il.

5. Vdovin S.S. Projektowanie transformatorów impulsowych, L.: Energoatomizdat, 1991, - 208 s.: il.

6. TND329-D. "Adepter CCCV AC-DC do telefonu komórkowego 5W"/ http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND329-D.PDF.

7. TND371-D. "Sterownik LED offline przeznaczony dla programu ENERGY STAR"/ http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND371-D.PDF.

Paragon fiskalny Specyfikacja, przykładowe zamówienie, dostawa - e-mail:

NCP4589 — Regulator LDO
z automatycznym oszczędzaniem energii

NCP4589 - nowy regulator 300mA CMOS LDO od ON Półprzewodnik. NCP4589 przełącza się w tryb niskoprądowy przy niskim obciążeniu prądowym i automatycznie przełącza się z powrotem do trybu „szybkiego”, gdy tylko obciążenie wyjściowe przekroczy 3 mA.

NCP4589 można przełączyć w tryb stały szybka praca przez wymuszony wybór trybu (sterowanie specjalnym wejściem).

Kluczowe cechy NCP4589:

  • Zakres roboczy napięć wejściowych: 1,4...5,25V
  • Zakres napięcia wyjściowego: 0,8…4,0 V (w krokach 0,1 V)
  • Prąd wejściowy w trzech trybach:

      • Tryb niskiego poboru mocy - 1,0 µA przy V OUT< 1,85 В

      Tryb szybki - 55µA

      Tryb oszczędzania energii - 0,1 uA

  • Minimalny spadek napięcia: 230mV na I OUT = 300mA, V OUT = 2,8V
  • Tłumienie tętnień wysokiego napięcia: 70dB przy 1kHz (w trybie szybkim).

Szerokozakresowy regulator LDO NCP4620

NCP4620 - Jest to regulator CMOS LDO dla 150mA z ON Półprzewodnik o zakresie napięcia wejściowego od 2,6 do 10 V. Urządzenie charakteryzuje się wysoką dokładnością wyjściową - około 1% - przy niskim współczynniku temperaturowym ±80 ppm/°C.

NCP4620 posiada zabezpieczenie przed przegrzaniem i wejście Enable oraz jest dostępny ze standardowym wyjściem i wyjściem automatycznego rozładowania.

Kluczowe cechy NCP4620:

  • Roboczy zakres napięcia wejściowego od 2,6 do 10 V (maks. 12 V)
  • Zakres stałego napięcia wyjściowego od 1,2 do 6,0 V (kroki 100 mV)
  • Bezpośredni minimalny spadek napięcia - 165mV (przy 100mA)
  • Tłumienie tętnień zasilania - 70dB
  • Chip wyłącza się po przegrzaniu do 165°C