I nuovi driver LED con PFC e PSR soddisfano i requisiti di potenza, ingombro e costi

I progettisti nel campo dell'illuminotecnica in genere sono alla ricerca di driver LED in grado di offrire bassa perdita di energia, un contenitore compatto e naturalmente costi inferiori, senza rinunciare all'alta affidabilità per le applicazioni a bassa/media potenza. Con l'obiettivo di rispondere a queste esigenze, i produttori hanno incorporato nei driver LED i circuiti di correzione del fattore di potenza (PFC) per offrire una migliore qualità della potenza, oltre alla regolazione della potenza sul lato primario (PSR) per abbattere i costi eliminando la necessità di circuiti di feedback sul lato secondario. Per semplificare il progetto, fanno inoltre ricorso alla topologia flyback.

I produttori di driver LED utilizzano i circuiti PFC nei propri progetti per ottenere una migliore qualità della potenza (ovvero perdite di energia inferiori) per soddisfare i requisiti dei diversi standard normativi regionali, e la tecnologia PSR per contribuire alla riduzione dei costi. La funzione PSR offre più vantaggi: innanzitutto elimina la necessità di includere i circuiti di rilevamento delle perdite di corrente in uscita nonché tutti i circuiti di feedback sul lato secondario, offrendo quindi un driver LED più efficiente senza costi eccessivi. Offre poi una maggiore affidabilità, in quanto regola la tensione di uscita del driver LED senza richiedere circuiti di feedback secondario. Oltre alle tecnologie PFC e PSR, i progettisti ricorrono anche alla topologia flyback per semplificare il progetto di queste applicazioni.

Un esempio è rappresentato dal driver LED flyback PSR monostadio FL7733A di Fairchild Semiconductor. Questo driver LED è progettato per fornire illuminazione a LED a luminosità costante e accensione istantanea senza sfarfallio. FL7733A con PSR riduce il numero di componenti nei convertitori LED a bassa e media potenza, eliminando la necessità di includere condensatori sfusi di input e circuiti di feedback sul lato secondario, con la conseguente riduzione dei costi. L'ingombro viene ulteriormente ridotto grazie al contenitore SOP a 8 pin del controller FL7733A. Il dispositivo è ideale per faretti SSL, nonché per lampade PAR e A19.

Il driver LED FL7733A (Figura 1) può essere utilizzato in una serie di applicazioni in interni ed esterni da 5 a oltre 60 W. Il driver LED fornisce inoltre regolazione precisa della corrente costante, un elevato fattore di potenza (PF) e una bassa distorsione armonica totale (THD), caratteristiche che permettono di soddisfare i requisiti di molti mercati regionali. Secondo Fairchild, il dispositivo soddisfa gli standard globali con THD a tensione di rete universale <10%, ovvero un valore significativamente inferiore al 30% previsto da molte normative regionali. Insieme, queste caratteristiche aiutano i progettisti a soddisfare standard e normative globali per l'illuminazione a LED in una singola soluzione.

Figura 1: Diagramma a blocchi del driver LED flyback PSR FL7733A: è possibile ridurre i costi eliminando la necessità di includere circuiti di feedback sul lato secondario (per gentile concessione di Fairchild Semiconductor).

L'elevato PF >0,9 e la bassa THD vengono ottenuti riducendo la fluttuazione all'accensione. Nella topologia flyback o buck-boost, il tempo di servizio costante e la frequenza costante in modalità di conduzione discontinua (DCM) permettono appunto l'alto PF e la bassa THD. In generale, nel settore è ormai riconosciuto che la modalità DCM viene generalmente utilizzata per la topologia flyback PSR perché offre una migliore regolazione dell'uscita.

Nei dispositivi sono inoltre incorporate funzioni di protezione: da cortocircuito/circuito LED aperto, da cortocircuito sul diodo in uscita, da cortocircuito/circuito aperto del resistore di rilevamento, limitazione di corrente ciclo per ciclo, da sovratemperatura per alta affidabilità del sistema e blocco di sottotensione. Il dispositivo utilizza inoltre una doppia protezione dalle sovratensioni (OVP) per soddisfare i requisiti di uscita sotto i 60 V UL SELV. Oltre a garantire un risparmio dello spazio su scheda, queste funzioni di protezione migliorano l'affidabilità dell'illuminazione a LED.

Il driver LED dispone inoltre di un circuito di avviamento ad alta tensione integrato che permette l'avvio veloce (<200 ms a 85 V_c.a.) e l'elevata efficienza del sistema. Il dispositivo utilizza il controllo dell'anello di retroazione adattivo durante l'avvio per impostare le condizioni iniziali di feedback vicine allo stato stazionario, in modo tale che non vi sia sovra- o sottoelongazione della corrente LED.

Grazie alla tecnologia TRUECURRENT di Fairchild per l'uscita a corrente costante a tolleranza rigida, FL7733A permette di realizzare progetti con tolleranza di corrente costante inferiore a ±1% su tensione di rete universale per rispondere ai requisiti di luminosità dei LED. TRUECURRENT funziona regolando la corrente LED costante e precisa in modo indipendente rispetto a diversi fattori quali tensione di ingresso, tensione di uscita e variazioni di induttanza di magnetizzazione. Una delle principali ragioni per le quali il controllo costante preciso è importante nella progettazione di sistemi di illuminazione è che la corrente è ciò che determina la luminosità dei LED. Senza un rigido controllo, la luminosità potrebbe variare da lampada a lampada; potrebbero presentarsi anche differenze di colore da lampada a lampada.

Il driver LED garantisce luminosità costante senza sfarfallio su un ampio intervallo di funzionamento con una tolleranza di corrente costante <±3% in tutte le condizioni e prestazioni di avvio <0,2 secondi. Un'altra importante caratteristica è la compatibilità con i moduli LED ad alta tensione con ampissimo intervallo di tensione di uscita del 10-100%.

Ideale per i progettisti che hanno anche preoccupazioni relative alla catena della fornitura, questo dispositivo, oltre a ridurre la distinta dei materiali, semplifica la catena della fornitura offrendo un'unica soluzione per i progetti da 5 a oltre 60 W.

Sono disponibili alcuni CI di controllo flyback specificamente progettati per la realizzazione di progetti di driver LED economicamente vantaggiosi. Un esempio è il CI di controllo flyback LEDrivIR IRS29831 di International Rectifier. Questo CI controller è ottimizzato per le topologie flyback e buck-boost monostadio utilizzate nei driver LED per sostituzioni di lampadine a LED, tubi a LED e illuminazione da incasso.

In aggiunta, il dispositivo offre PSR monostadio oltre a un PF elevato e a bassa THD con caratteristiche di protezione. IRS29831 (Figura 2) è destinato principalmente alle applicazioni di driver LED fino a 25 W che utilizzano topologie di convertitore buck-boost o flyback isolato o non isolato.

Uno degli aspetti principali su cui i produttori di driver LED hanno continuato a lavorare negli ultimi anni è una maggiore integrazione, accanto al costo e alla facilità di progettazione. IRS29831 integra un CI di controllo del driver LED e un MOSFET di potenza con tecnologia a 700 V, che contribuisce a ridurre i costi nella distinta base e l'ingombro. Il dispositivo offre inoltre avvio ad alta tensione, con una soluzione monostadio semplice, mantenendo al contempo PF elevato e bassa THD per una migliore efficienza.

Figura 2: Progettato per la regolazione sul lato primario, IRS29831 di International Rectifier in un progetto a topologia flyback monostadio PFC (per gentile concessione di International Rectifier).

Il produttore afferma che i circuiti per driver LED basati su IRS29831 offrono dimmeraggio senza sfarfallio con i dimmer Triac. Sono inoltre presenti molte funzioni di protezione, quali protezione da carico aperto/sovratensione in modalità "hiccup", limitazione di sovracorrente primaria ciclo per ciclo e protezione da cortocircuito in uscita. Tra le altre caratteristiche, l'avvio rapido e il funzionamento su un ampio intervallo di tensioni di ingresso.

IRS29831 offre inoltre il funzionamento in modalità di conduzione critica con modalità discontinua e burst a basso carico. Permette agli utenti di configurare progetti isolati senza l'utilizzo di un optoaccoppiatore. Il CI di controllo è alloggiato in un contenitore DIP a 8 pin.

In sintesi, per le applicazioni di illuminazione LED a bassa e media potenza, i driver LED flyback PSR con modalità DCM sono in grado di raggiungere elevata efficienza, alto PF e bassa THD, per rispondere ai requisiti di illuminazione a LED in tutto il mondo. Questi progetti offrono inoltre i vantaggi di una distinta base più corta per ridurre l'ingombro e il costo complessivo, semplificando al contempo la progettazione di prodotti. I progettisti sono continuamente alla ricerca di tutti questi fattori per soddisfare i requisiti dei loro progetti.

Per ulteriori informazioni sui componenti discussi in questo articolo, utilizzare i collegamenti forniti per l'accesso alle pagine delle informazioni sui prodotti sul sito Digi-Key.