Led Roberto Volpini

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

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Led Roberto Volpini

  1. 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)  LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 1
  2. 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. LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 2
  3. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 3
  4. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 4
  5. 5. Simulazione PSpice 230V – 10 LED I TRANSIL VOUT VSEC IDRAIN ISEC VDS ISEC IDRAIN VDS LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 5
  6. 6. Simulazione PSpice 230V – 10 LED VOUT VSEC2 INGRESSO 230V USCITA 10 LED - 350mA TENSIONE USCITA = 35VDC TENSIONE SECONDARIO = 14VDC ISEC IDRAIN VDS LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 6
  7. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 7
  8. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 8
  9. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 9
  10. 10. Simulazione PSpice 230V – 1 LED VSEC2 VOUT INGRESSO 230V USCITA 1 LED - 350mA TENSIONE USCITA = 3.3VDC TENSIONE SECONDARIO = 16VDC ISEC IDRAIN VDS LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 10
  11. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 11
  12. 12. Simulazione PSpice 230V – 10 LED VSEC2 VOUT INGRESSO 230V USCITA 10 LED - 350mA TENSIONE USCITA = 33.6VDC TENSIONE SECONDARIO = 159VDC ISEC IDRAIN VDS LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 12
  13. 13. Simulazione PSpice 230V – 1 LED VSEC2 VOUT INGRESSO 230V USCITA 1 LED - 350mA TENSIONE USCITA = 3.45VDC TENSIONE SECONDARIO = 92VDC ISEC IDRAIN VDS LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 13
  14. 14. Simulazione PSpice 90V – 10 LED VSEC2 VOUT INGRESSO 90V USCITA 10 LED - 350mA TENSIONE USCITA = 34.7VDC TENSIONE SECONDARIO = 83VDC ISEC IDRAIN VDS LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 14
  15. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 15
  16. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 16
  17. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 17
  18. 18. Descrizione dello Schematico Stadio di ingresso IDS 2/di v LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 18
  19. 19. Descrizione dello Schematico VDS 100V/div IDS 0.5A/div t 5us Circuito primario LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 19
  20. 20. Descrizione dello Schematico Circuito primario LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 20
  21. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 21
  22. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 22
  23. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 23
  24. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 24
  25. 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 LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 25
  26. 26. LED DRIVER 20W Analisi e Principi di Funzionamento Fine presentazione. Grazie per l’attenzione! LED: la luce del futuro Roberto Volpini 19/03/2009 26

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