La struttura topologica dell'alimentatore del driver LED
Nelle applicazioni di illuminazione a LED che utilizzano alimentazione CA-CC, il modulo costruttivo di conversione di potenza include componenti discreti come diodi, transistor di commutazione (FET), induttori, condensatori e resistori per svolgere le rispettive funzioni, mentre i regolatori di modulazione di larghezza di impulso (pWM) sono utilizzati per controllare la conversione di potenza. La conversione di potenza AC-DC isolata con trasformatori solitamente aggiunti al circuito include strutture topologiche come flyback, forward e half bridge, come mostrato nella Figura 1. La topologia flyback è la scelta standard per applicazioni di potenza medio-bassa con potenza inferiore a 30 W, mentre la struttura a mezzo ponte è più adatta per fornire una maggiore efficienza energetica/densità di potenza. Per quanto riguarda il trasformatore nella struttura di isolamento, le sue dimensioni sono legate alla frequenza di commutazione e la maggior parte dei driver LED di tipo isolamento utilizzano fondamentalmente trasformatori "elettronici".
Nelle applicazioni di illuminazione a LED che utilizzano l'alimentazione CC-CC, i metodi di pilotaggio dei LED che possono essere utilizzati includono il tipo a resistenza, il regolatore di tensione lineare e il regolatore di tensione a commutazione. Lo schema dell'applicazione di base è mostrato nella Figura 2. Nella modalità di azionamento del tipo a resistenza, la corrente diretta del LED può essere controllata regolando la resistenza di rilevamento della corrente in serie con il LED. Questa modalità di azionamento è facile da progettare, economica e non presenta problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC). Lo svantaggio è che dipende dalla tensione, deve schermare i LED e ha una bassa efficienza energetica. Anche i regolatori di tensione lineari sono facili da progettare e non presentano problemi EMC. Supportano inoltre la stabilizzazione della corrente e la protezione da sovracorrente (foldback) e forniscono punti di impostazione della corrente esterni. Tuttavia, i loro limiti includono la dissipazione di potenza e la necessità che la tensione di ingresso sia sempre superiore alla tensione diretta, con una bassa efficienza energetica. Il regolatore dell'interruttore controlla continuamente l'apertura e la chiusura dell'interruttore (FET) attraverso il modulo di controllo pWM, controllando così il flusso di corrente.
I regolatori di tensione a commutazione hanno una maggiore efficienza energetica, sono indipendenti dalla tensione e possono controllare la luminosità. Tuttavia, i loro difetti includono costi relativamente elevati, maggiore complessità e problemi di interferenza elettromagnetica (EMI). Le strutture topologiche comuni dei regolatori di commutazione LEDDC-DC includono convertitori buck, boost, buck boost o con induttore primario a terminazione singola (SEpIC). Quando la tensione di ingresso minima in tutte le condizioni di funzionamento è maggiore della tensione massima della stringa di LED, viene adottata una struttura step-down, ad esempio utilizzando 24 V CC per pilotare 6 LED collegati in serie; Al contrario, quando la tensione di ingresso massima è inferiore alla tensione di uscita minima in tutte le condizioni di funzionamento, viene adottata una struttura di boost, ad esempio utilizzando 12 V CC per pilotare 6 LED collegati in serie; Quando c'è una sovrapposizione tra la tensione di ingresso e l'intervallo della tensione di uscita, è possibile utilizzare un boost step-down o una struttura SEpIC, ad esempio utilizzando 12 V CC o 12 V CA per pilotare quattro LED collegati in serie. Tuttavia, questa struttura ha il costo e l’efficienza energetica meno ideali.
Anche l’uso dell’alimentazione CA per pilotare direttamente i LED ha fatto alcuni progressi negli ultimi anni. In questa struttura, le stringhe di LED sono disposte in direzioni opposte, lavorando a metà ciclo, e il LED conduce solo quando la tensione di linea è maggiore della tensione diretta. Questa struttura presenta i suoi vantaggi, ad esempio evita la perdita di potenza causata dalla conversione CA-CC. Tuttavia, in questa struttura, il LED commuta a basse frequenze, quindi l'occhio umano potrebbe notare fenomeni di sfarfallio. Inoltre, in questo progetto è necessario aggiungere misure di protezione dei LED per proteggerlo dall'impatto di sovratensioni o transitori di linea.
