Zasilanie diod LED dużej mocy wiąże się z kilkoma „drobnymi” problemami, które w przypadku wykorzystania jako źródła energii sieci 230 VAC tworzą poważne przeszkody konstrukcyjne, zwłaszcza jeżeli projektowany zasilacz ma odpowiadać wymaganiom stawianym przez współczesne przepisy i trendy „ekologiczne”.
Typowe diody LED dużej mocy wymagają zasilania prądem o stabilizowanej wartości, która typowo wynosi 350 mA, 700 mA lub 1 A, w zależności od typu diody. Spadek napięcia na strukturze diody jest relatywnie niewielki (3…6 VDC) co powoduje, że zasilenie diod mocy z sieci wymaga zastosowania konwertera impulsowego – żeby zapewnić wysoką sprawność energetyczną i zapobiec wydzielaniu dużych ilości ciepła – do tego wyposażonego w aktywny korektor mocy biernej. Przydatną funkcją w zasilaczach dla LED jest możliwość cyfrowego regulowania natężenie prądu wyjściowego, co pozwala regulować jasność świecenia diod za pomocą dostarczanego z zewnątrz przebiegu cyfrowego. Rozwiązanie spełniające wymagania stawiane konstrukcjom profesjonalnym przedstawiła firma STMicroelectronics – jest to zestaw ewaluacyjny STEVAL-ILL013V1 (fot. 1).
Fot. 1. Wygląd płytki zestawu STEVAL-ILL013V1
Zestaw wykonano na dwóch układach L6562A (schemat blokowy pokazano na rys. 2) – wyspecjalizowane kontrolery aktywnych korektorów współczynnika mocy PFC (Power Factor Controller).
Rys. 2. Schemat blokowy układu L6562A
Są to jedne z najnowocześniejszych układów tego typu dostępne na rynku, co wynika m.in. z faktu zastosowania w nich analogowego układu mnożącego, którego zadaniem jest minimalizacja poziomu zniekształceń THD generowanych przez PFC do sieci zasilającej. Minimalizuje on wpływ „martwego” kąta występującego w przebiegach sinusoidalnych w okolicy przejścia przez 0 VAC, która to funkcja nosi firmową nazwę Transition Mode. Dzięki nowatorskim rozwiązaniom, zasilacz spełnia zalecenia normy EN61000-3-2, w której opisano dopuszczalne amplitudy harmonicznych prądu zasilającego. Na rys. 3 pokazano wykresy ilustrujące sprawność energetyczną prezentowanego zasilacza.
Rys. 3. Wykresy ilustrujące sprawność energetyczną zasilacza STEVAL-ILL013V1
Zasilacz opracowany przez firmę STMicroelectronics jest zbudowany z dwóch stopni (schemat elektryczny pokazano na rys. 4), w których zastosowano układy L6562:
- stopień korektora PFC, który dostarcza napięcie o wartości 400 VDC w zakresie napięć wejściowych 88…256 VAC,
- przetwornicy DC/DC z wyjściem prądowym (w konfiguracji obniżającej napięcie – buck converter), konwertującej napięcie 400 VDC na prąd o natężeniu ustalonym przez użytkownika: 350 mA, 700 mA lub 1 A. W odróżnieniu od klasycznych topologii buck, rozwiązanie zastosowane przez inżynierów STMicroelectronics jest prostsze, ponieważ klucz mocy jest dołączony i sterowany od poziomu masy zasilania, a nie od obwodu wysokonapięciowego.
Rys. 4. Schemat elektryczny zestawu STEVAL-ILL013V1
Drugi stopień konwersji wyposażono w wejście zasilane zewnętrznym przebiegiem PWM o maksymalnej częstotliwości 250 Hz, którego współczynnik wypełnienia określa średnie natężenie prądu płynącego przez obciążenie. Maksymalna moc dostarczana przez zasilacz wynosi 80 W.
Przykładowy projekt przedstawiony w artykule charakteryzuje się nowoczesnością i doskonałymi parametrami, do tego coraz częściej zapominaną fantazją inżynierską: układy L6562 pracują w konfiguracjach pozakatalogowych, co świadczy dobrze zarówno o konstruktorach przygotowujących projekt jak i samych układach, które najwyraźniej nie należą do konstrukcji „zamkniętych” aplikacyjnie. W niektórych aplikacjach dokuczliwy może okazać się jedynie brak izolacji galwanicznej obwodu wyjściowego od sieci energetycznej. Biorąc jednak pod uwagę dużą moc wyjściową zasilacza, predestynującą go do stosowania w profesjonalnych oprawach oświetleniowych, trudno uznać tę cechę za wadę.
Mikołaj Surma
