Светодиодный драйвер на NCL30000

Драйвер мощных светодиодов на базе контроллера NCL30000 фирмы ON Semiconductor

Ирина Ромадина (Москва)

Светодиодные светильники приходят на смену компактным люминесцентным лампам и лампам накаливания. Появились и прямые заменители ламп - изделия с цоколем Е27, непосредственно вкручиваемые в патрон. В статье рассмотрен типовой преобразователь для таких светодиодных ламп.

Разработка светодиодной лампы неизбежно сталкивается с проблемой отвода тепла, выделяющегося в малом объёме, поскольку перегрев светодиодов нежелателен- Источником тепла в светодиодном светильнике, кроме самих источников - светодиодов, является источник питания или драйвер.
Для получения требуемого светового потока в 1200 лм, аналогичного потоку лампы накаливания мощностью 100 Вт, требуется 12 - 14 одноваттных светодиодов с номинальной светоотдачей не ниже 100 лм/Вт при рабочем токе 350 мА. К драйверу предъявляются жёсткие требования: гальваническая изоляция нагрузки от сети; способность ограничивать выходную мощность с помощью стандартных тиристориых регуляторов, приглушая яркость светодиодов; высокий КПД; малые габариты (для встраивания в корпус лампы) и низкая себестоимость в массовом производстве. Задача разработки высокоэффективного (КПД на уровне 90%) драйвера с мощностью нагрузки до 12 Вт с учётом указанных требований является непростой.
Компания ON Semiconductor - один из мировых лидеров по производству электронных компонентов - предлагает микросхему NCL30000, которая является контроллером гальванически изолированного обратноходового преобразователя с коррекцией коэффициента мощности [1, 2]. На основе ИС типа NCL30000 инженерами компании ON Semiconductors был разработан типовой, встраиваемый в корпус лампы источпик тока на 450 мА для питания 11 - Вт светодиодного модуля MPL-EZW фирмы Сгee. Плата драйвера показана на рисунке 1. Лампа реализована на базе стандартного корпуса типа PAR30 С цоколем Е27 (см. рис. 2 и 3).

Разработанный источник может работать в сети переменного тока 90...135 В или 180...265 В. Преобразователь на базе контроллера NCL30000 способен питать нагрузку 11 Вт стабильным током 450 мА (±5%), поддерживая выходное напряжение в диапазоне 21...27 В. КПД преобразователя более 82%. Внешний вид лампы со светодиодным модулем показан на рисунке 4.
Принципиальная схема сетевого преобразователя представлена на рисунке 5. Как видно, реализована классическая схема обратноходового преобразователя с гальванической развязкой, поскольку для данной мощности преобразователи такого типа имеют самую низкую себестоимость при минимальном числе компонентов схемы.

Рис. 5. Принципиальная схема 11 -Вт драйвера на базе микросхемы NCL30000 {ON Semiconductor)

Трансформатор с сердечником типа EFD20 помещается в объёме цоколя лампы (см. рис. 2). Коэффициент передачи трансформатора 5,3: 1 позволяет koнпроллеру работать в обоих диапазонах сетевого напряжения. Ключ Q1 (см. рис. 5) с допустимым напряжением сток-исток 500 В необходим для сети -115 В; для сети -220 В допустимое напряжение должно составлять 800 В.
Обратная связь по току заведена с помощью микросхемы NCS1002 (U3 на рисунке 5) [3], содержащей два oneрационных усилителя и источник опорного напряжения. В качестве измерителя тока использован резистор R29 номиналом 0,2 Ом, что дополнительно снижает рассеиваемую мощность. Напряжение питания микросхемы NCS1002 формирует стабилитрон MMBZ5231 (D11). Сигнал обратной связи передаётся на первичную сторону преобразователя с помощью оитопары PS256H, (U2). Совместимость с тпристорными регуляторами обеспечивает демпферная цепочка R4С3.
 Преимуществом рассматриваемой схемы является минимальное количество электролитических конденсаторов (С8 и С11). В условиях повышенной температуры замкнутого объёма лампы именно электролитические конденсаторы определяют надёжность и срок службы преобразователя.
 Драйвер на базе NCL30000 как импульсный преобразователь отвечает требованиям класса В по электромагнитной совместимости стандарта EN55022. Коэффициент коррекции мощности составляет 0,98 для сети ~ 115 В и 0,87 для сети -220 В[1].
Следует отметить, что входной фильтр и демпфирующая цепочка тщательно оптимизированы, чтобы препятствовать колебательным процессам, возникающим в результате токовых всплесков при работе тиристорного регулятора.
Рассматриваемое техническое решение может быть масштабировано на мощности до 40 Вт, если заменить трансформатор и ключ на более мощные и оптимизировать номиналы пассивных элементов. Список компонентов н результаты тепловых измерений приведены в подробном описании конструкции [1].
Таким образом, контроллер NCL30000 позволяет успешно реализовать обратноходовый преобразователь е коррекцией коэффициента мощности и функцией регулируемого токового драйвера для светодиодной лампы.

Современная электроника № 9, 2010

Литература
1.  Application Note: http://www.onsemi.com/pub_link/CollateraI/AND8463.pdf
2.  Datasheet NCL30000: /modules/datasheets/2453-ncl30000
3.  Datasheet NCS1002: /modules/datasheets/2454-ncs1002