Driver per led di potenza con NE555

NE555 come driver per led di potenza

I LED ad alta potenza sono ormai usati in larga scala e la sfida dei progettisti e trovare circuiti driver efficiente e semplici. Per avere efficienza è necessario ricorrere a regolatori di tipo switching. Un buon compromesso per un circuito driver discreto semplice e allo stesso tempo efficiente è quello di utilizzare l’onnipresente integrato NE555.

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Nel circuito convertitore nella Figura 1, i pin 2 e 6 dell’IC1 sono collegati insieme, il che permette al dispositivo stesso il retrigger su ogni ciclo funzionando come un oscillatore libero ad onda quadra.
Durante ogni ciclo, il condensatore C2 si carica attraverso la resistenza R1 e scarica attraverso la resistenza R2.
Il condensatore si carica fino a due terzi della tensione di alimentazione, che è il limite superiore di confronto e viene raggiunto in un tempo T = 0,693 (R1 x C2). C2 si scarica fino a un terzo della tensione di alimentazione, quando il pin 7 diventa attivo basso, fino al limite inferiore imposto dal comparatore interno, questo avviene in un tempo che è pure circa 0,693 (R2 x C2).

Il periodo totale T dell’onda , è pertanto pari a
T = 0,693 (R1 + R2) C2 = 0,693 x 57 x 103 x 220 c 10-12 = 8,7 uS da cui F=1/T= 115 KHz.
Durante il tempo di carica di C2 il pin 3 permane a livello alto e il MOSFET Q1 IRFZ44 satura facendo immagazzinare energia all’induttore L1.

Quando il pin 3 va basso durante la scarica di C2, Q1 si interdice, e l’induttanza L1 restituisce un impulso di energia attraverso il diodo Schottky D1 che verrà immagazzinata dal condensatore C3 che a sua volta fornirà corrente ai LED.

Per determinare il valore di L1 si debbono tenere in considerazione: la tensione di ingresso, tensione di uscita, massima corrente, frequenza di commutazione e disponibilità dei valori di induttanza standard.
Il diodo D1 deve essere scelto in tecnologia Schottky per una Vd bassa ai fini diminuire la perdite ed aumentare il rendimento.
Il duty-cicle per il pilotaggio del MOSFET Q1 si determina secondo il seguente equazione:

D = 1 – (VINMIN × η)/VOUT

dove VINMIN è la tensione minima d’ingresso, VOUT è la tensione di uscita desiderata, ed η indica l’efficienza del convertitore (rendimento), stimato attorno all’ 80%.
La corrente media dell’induttore

ILAVG = IO /(1-D )

dove ILAVG è la corrente media dell’induttore, IO è la corrente di uscita e D il duty-cicle.
La corrente di picco dell’induttore

ILPEAK = ILAVG + ΔIL/2

dove ILPEAK è la corrente di picco nell’induttore ΔIL è la variazione di corrente nell’induttanza L1.

Si assume ΔIL nell’induttore pari al 25% rispetto alla corrente media.

Si può calcolare il valore di L1 con la formula

L = (VIN x D) / (FOSC x ΔIL)

dove FOSC è la frequenza dell’oscillatore (F=1/T = 115 kHz).
L’induttore andrà scelto con una corrente media di saturazione maggiore rispetto al picco corrente ΔIL necessario.

Per scegliere il valore di C3 tale da garantire una corrente media necessaria ai diodi LED si applica la formula classica usata negli alimentatori per un buon livellamento con un ripple accettabile;

C= (0,144 x Io)/ (F x Vout) sostituendo i valori, essendo F abbastanza grande, verrebbe frazioni di uF sicuramente migliora scegliendo valori più alti come nello schema che risulta essere 47uF.

Per garantire una illuminazione costante, è necessario monitorare la corrente del LED che deve pure rimanere costante.
Questo si fa con una resistenza shunt R3 (Rsense) in serie ai LED sull’uscita verso massa.
Una volta che la caduta di tensione su questa resistenza raggiunge soglia (circa 0,6V) la base-emettitore del transistor Q2, inizia a condurre abbassando il potenziale sul pin 5 di IC1 che impone la soglia di commutazione superiore e questo riduce il tempo di saturazione di Q1 e di conseguenza limita l’energia immagazzinata dalla L1.

L’equazione seguente imposta quindi la corrente dei LED :

ILED =0,6 V /RSENSE

dove ILED è la corrente dei LED e RSENSE è la resistenza shunt R3 da 1,8 Ohm.
La tensione d’ingresso e di uscita minima e massima per questo circuito sono, rispettivamente 10,5 e 15 V.
Nella stringa di LED, composta da 6 led da 3,5 V, scorrerà la corrente di 350 mA.

Dal documento PDF 20-01-2011 di EDN Design Ideas by TA Babu, Chennai, India

5 Comments

  1. Emanuele 29 ottobre 2012
  2. Emanuele 31 ottobre 2012
  3. larosa.cristian 3 novembre 2012
  4. maurotec 16 novembre 2011
  5. Vittorio Crapella 16 novembre 2011

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