Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 7) – Alimentazione efficiente dei LED dalla rete

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 23 dicembre 2010

Come nella maggior parte dei sistemi elettronici, per convertire la tensione in ingresso in una forma utilizzabile per i LED è necessario un alimentatore. Per un’applicazione di illuminazione stradale, ad esempio, una possibile configurazione consiste in una serie di 80 LED, che creano un carico di 300 V e 0,35 A. Per la scelta della topologia di alimentatore è innanzitutto necessario stabilire i requisiti di isolamento e di correzione del fattore di potenza (PFC, Power Factor Correction).

Figure1

Fig. 1 – Il SEPIC in Transition Mode (TM) funziona come un semplice driver per LED

Per l’isolamento è necessaria un’accurata analisi della sicurezza, allo scopo di trovare il compromesso ottimale tra l’esigenza di implementare la protezione contro le scariche elettriche e quella di non complicare il design dell’alimentatore. In questa applicazione che prevede alta tensione a livello dei LED, si presuppone che l’isolamento non sia necessario. La correzione del fattore di potenza è necessaria per i mercati europei, in cui è prescritta la presenza di un sistema PFC per i sistemi d’illuminazione oltre i 25 watt.

Le topologie di alimentatore utilizzabili per questa applicazione sono tre: buck, flyback in modalità TM (Transition Mode) e SEPIC (Single-End Primary Inductance Converter) in modalità TM. La configurazione buck è molto efficace per soddisfare i requisiti relativi alle emissioni di correnti armoniche con tensioni dei LED nell’ordine degli 80 Volt. In questo caso specifico, la soluzione buck non è attuabile in quanto la tensione di carico è superiore. La scelta si riduce quindi al flyback o al SEPIC. La configurazione SEPIC offre il vantaggio di poter “clampare” la tensione di commutazione sul semiconduttore di potenza, con la possibilità di utilizzare componenti con una tensione più bassa e quindi più efficienti. Nel caso della nostra applicazione, questo offrirebbe un aumento dell’efficienza pari al 2% circa. Inoltre il SEPIC ha una minore tendenza alla risonanza, semplificando il filtraggio delle interferenze elettromagnetiche. La figura 1 mostra uno schema dell’alimentatore.

Figure2

Fig. 2 – Il SEPIC in modalità TM fornisce buona efficienza e PFC elevato

Le figure 2 – 3 presentano i risultati di laboratorio di un prototipo costruito in base allo schema della figura 1. L’efficienza nel range di tensioni adottate in Europa è piuttosto alta, con valori che arrivano fino al 92%. Questa efficienza è stata ottenuta limitando la risonanza dei semiconduttori di potenza. Inoltre, come si può osservare dalla forma d’onda della corrente, il fattore di potenza è piuttosto buono, con un valore superiore al 96%. È interessante osservare che la forma d’onda non è puramente sinusoidale, ma mostra una certa ripidità dei fronti di salita e discesa, dovuta al fatto che il circuito non misura la corrente in ingresso, ma la corrente di commutazione. La forma d’onda è tuttavia sufficientemente buona da superare i requisiti europei relativi alle correnti armoniche

Figure3

Fig. 3 – La corrente di linea supera facilmente i requisiti EN61000-3-2 Classe C

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Robert Kollman, Texas Instruments



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