Led Manuele Marconi

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Presentazione di Manuele Marconi sul Led Driver 50W.
Seminario LEd: la luce del futuro.

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Led Manuele Marconi

  1. 1. Presentazione ed analisi del PFC led driver Sommario: • Principi di funzionamento del convertitore con ausilio di alcune equazioni di progetto • Problemi legati alla distorsione • Sezione driver corrente costante • Presentazione delle misure sulla scheda 19/03/2009 LED: la luce del futuro 1 Ing. Manuele Marconi
  2. 2. Schema di principio per il rifasamento 19/03/2009 LED: la luce del futuro 2 Ing. Manuele Marconi
  3. 3. Flyback in configurazione standard quasi-risonante Opera in transition mode, confine tra DCM e CCM, prendendo il meglio di entrambi dal DCM: minimizzazione dell’induttanza primaria e migliori prestazioni dinamiche (assenza dello zero a parte reale positiva) dal CCM: alte correnti RMS ma senza hard-switching sui dispositivi di potenza Funzionamento a frequenza variabile (dimostrazione dopo) 19/03/2009 LED: la luce del futuro 3 Ing. Manuele Marconi
  4. 4. Flyback in configurazione standard quasi-risonante In fixed frequency la riaccensione può avvenire anche a tensioni più elevate della batteria stessa In TM realizzare nel trasformatore un’alta tensione riflessa permette di iniziare la fase di Ton con una tensione TM di drain molto più bassa, quindi con minor capacità da scaricare 19/03/2009 LED: la luce del futuro 4 Ing. Manuele Marconi
  5. 5. Flyback in configurazione PFC quasi-risonante Utilizzo del controllore PFC TM L6562A di STMicroelectronics • Integra le funzioni di supervisore della commutazione e di regolatore PFC in un unico dispositivo • Basse perdite grazie al TM sul MOS e sul ponte diodi grazie al rifasamento L6562A al costo di: • Risposta dinamica povera • Grosse Cout per contenere la BW<100Hz ripple in uscita (migliaia di uF) 19/03/2009 LED: la luce del futuro 5 Ing. Manuele Marconi
  6. 6. Funzionamento del controllore L6562A Il controllore lavora affinchè la media della corrente primaria sia esattamente in fase con la tensione sinuoidale di rete raddrizzata, cercando di far apparire il convertitore alla rete come un carico resistivo Prendiamo e allora: è costante nel semiperiodo 19/03/2009 LED: la luce del futuro 6 Ing. Manuele Marconi
  7. 7. Funzionamento del controllore L6562A (2) A regime al secondario invece la tensione a cui è sottoposto l’avvolgimento durante il Toff è pari alla tensione d’uscita più la caduta sul diodo: pertanto è variabile all’interno del semiperiodo. Poiché T=Ton+Toff, allora: cioè il periodo aumenta con la tensione istantanea di linea. [ VR=n(Vout+Vf) ] 19/03/2009 LED: la luce del futuro 7 Ing. Manuele Marconi
  8. 8. Funzionamento del controllore L6562A (3). Sensing di linea Struttura current-mode modificata La soglia di tensione sul resistore di sense Rs che spegne il MOS è decisa con effetto combinato del sensing di linea e dell’uscita dell’amplificatore d’errore (dipendente dal carico del sistema) 19/03/2009 LED: la luce del futuro 8 Ing. Manuele Marconi
  9. 9. Funzionamento del controllore L6562A (4) Zona lineare della caratteristica del MULT compresa tra 0 e 1V circa Per assicurare l’utilizzo della massima dinamica di Vcs, il COMP deve poter assumere tutti i valori compresi tra 2.5 e 5.75V Dimensionamento del partitore di tensione di linea e definizione dello swing di COMP 19/03/2009 LED: la luce del futuro 9 Ing. Manuele Marconi
  10. 10. Distorsione. Residui di ripple 100Hz all’uscita dell’amplificatore d’errore Vcomp Vmult Inviluppo corrente di drain 19/03/2009 LED: la luce del futuro 10 Ing. Manuele Marconi
  11. 11. Ulteriori cause del degradamento del fattore di potenza: dead time allo zero crossing Vds Iin Funzionamento ottimale 19/03/2009 LED: la luce del futuro 11 Ing. Manuele Marconi
  12. 12. Ulteriori cause del degradamento del fattore di potenza: dead time allo zero crossing. Soluzioni 1. Ridurre Coss del MOSFET a. Massima ammissibile Rds,on (per le perdite di conduzione) b. Minima ammissibile Vdss (rischio avalache e perdite sul clamp) 2. Ridurre la capacità inter-spira dell’avvolgimento primario a. Minor numero di strati possibile b. Inserire nastratura isolante tra gli strati c. Struttura dell’avvolgimento primario a bassa capacità 3. Scegliere un diodo al secondario a bassa capacità di giunzione a. Quanto più veloce possibile (trr) b. Minor possibile tensione di forward di picco 19/03/2009 LED: la luce del futuro 12 Ing. Manuele Marconi
  13. 13. Ulteriori cause del degradamento del fattore di potenza: dead time allo zero crossing. Soluzione a gradino saturo Finchè la corrente di drain (all’inizio e alla fine della semionda, a ridosso dello zero) è bassa, la parte di gap più piccola produce un valore più alto di induttanza primaria, tenendo più bassa la frequenza operativa. Quando invece la corrente di drain è elevata, la Anche il Ton non sarà sezione di nucleo più piccola è satura, e più costante nel l’induttanza si stabilizza al valore più basso. semiperiodo 19/03/2009 LED: la luce del futuro 13 Ing. Manuele Marconi
  14. 14. Degradamento del fattore di potenza dovuto al Cbulk Tensione di batteria Un Cbulk troppo elevato non permette, specie a carico basso, di ottenere sul MULT un riferimento nullo nel passaggio sullo zero della tensione di batteria. Attenzione però al filtraggio delle armoniche di commutazione verso la rete! Bisogna bilanciare a monte del bridge con filtraggio più efficace 19/03/2009 LED: la luce del futuro 14 Ing. Manuele Marconi
  15. 15. Realizzare un controllo CVCC Tipica dei carica batterie Il pilotaggio di LED ad alta luminosità deve essere effettuato a corrente costante, pertanto lungo questo lato della caratteristica V-I reale ideale La limitazione in tensione torna allora utile come protezione, ad esempio quando si collega un numero troppo alto di LED in serie 19/03/2009 LED: la luce del futuro 15 Ing. Manuele Marconi
  16. 16. Modifiche alla regolazione secondaria standard Regolazione CV Regolazione CVCC 19/03/2009 LED: la luce del futuro 16 Ing. Manuele Marconi
  17. 17. Il regolatore TSM1052 Integra i due operazionali open drain in OR per loop di tensione e corrente e il riferimento di tensione. Implementa anche tutte le funzionalità del TL431 (riferimento di tensione a 1.21V anziché 2.5V) Ha ampio range di tensioni di alimentazione rendendolo adatto a numerose applicazioni 200mV 19/03/2009 LED: la luce del futuro 17 Ing. Manuele Marconi
  18. 18. La realizzazione Magnetica (50W) 19/03/2009 LED: la luce del futuro 18 Ing. Manuele Marconi
  19. 19. Prestazioni @ 80% load 180Vac 230Vac 265Vac Vout [V] 52 51.6 51.5 Vripple (pp/rms) [V] 2.69/0.88 3.06/0.95 3.12/0.98 Iout (average) 800mA 790mA 790A Ripple current Iout (ripple p/p) * 370mA 400mA 410mA elevata Iin 270mA 210mA 186mA Pin 48.26W 47.3W 47.2W PF elevato cos PHI 0.993 0.983 0.962 Pout 41.6W 40.8W 40.7W Efficiency 0.86 0.86 0.86 Freq. switch 47kHz 56kHz 60kHz Carico costituito da una serie di 16 LED Osram LW W5SN Misure con Cout pari a 470uF+470uF 19/03/2009 LED: la luce del futuro 19 Ing. Manuele Marconi
  20. 20. Effetto della Cout sulla ripple current Output capacitance Output current (C12+C13) ripple 2x470uF 400mA 3x470uF 260mA 4x470uF 200mA 2x470uF + 2x1000uF 160mA 2x470uF + 2x1000uF + 3300uF 100mA I ripple [mA] 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 Cout [mF] 19/03/2009 LED: la luce del futuro 20 Ing. Manuele Marconi
  21. 21. Inviluppo della corrente di drain e riscontro della distorsione Rete 180Vac Rete 265Vac Residuo di tensione su Cbulk 19/03/2009 LED: la luce del futuro 21 Ing. Manuele Marconi

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