Η δομή τοπολογίας του τροφοδοτικού οδηγού LED
Σε εφαρμογές φωτισμού LED που χρησιμοποιούν τροφοδοτικό AC-DC, η μονάδα κατασκευής μετατροπής ισχύος περιλαμβάνει διακριτά εξαρτήματα όπως διόδους, τρανζίστορ μεταγωγής (FET), επαγωγείς, πυκνωτές και αντιστάσεις για την εκτέλεση των αντίστοιχων λειτουργιών τους, ενώ ρυθμιστές διαμόρφωσης πλάτους παλμού (pWM) χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της μετατροπής ισχύος. Η απομονωμένη μετατροπή ισχύος AC-DC με μετασχηματιστές που συνήθως προστίθενται στο κύκλωμα περιλαμβάνει δομές τοπολογίας όπως flyback, forward και μισή γέφυρα, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Η τοπολογία flyback είναι η τυπική επιλογή για εφαρμογές μέσης έως χαμηλής ισχύος με ισχύ μικρότερη από 30W, ενώ η δομή μισής γέφυρας είναι η πλέον κατάλληλη για παροχή υψηλότερης ενεργειακής απόδοσης/πυκνότητας ισχύος. Όσον αφορά τον μετασχηματιστή στη δομή απομόνωσης, το μέγεθός του σχετίζεται με τη συχνότητα μεταγωγής και οι περισσότεροι οδηγοί LED τύπου απομόνωσης χρησιμοποιούν βασικά "ηλεκτρονικούς" μετασχηματιστές.
Σε εφαρμογές φωτισμού LED που χρησιμοποιούν τροφοδοτικό DC-DC, οι μέθοδοι οδήγησης LED που μπορούν να χρησιμοποιηθούν περιλαμβάνουν τον τύπο αντίστασης, τον γραμμικό ρυθμιστή τάσης και τον ρυθμιστή τάσης διακόπτη. Το βασικό διάγραμμα εφαρμογής φαίνεται στο Σχήμα 2. Στη λειτουργία οδήγησης τύπου αντίστασης, το προς τα εμπρός ρεύμα του LED μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας την αντίσταση ανίχνευσης ρεύματος σε σειρά με LED. Αυτή η λειτουργία κίνησης είναι εύκολο να σχεδιαστεί, με χαμηλό κόστος και δεν έχει πρόβλημα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC). Το μειονέκτημα είναι ότι εξαρτάται από την τάση, χρειάζεται οθόνη LED και έχει χαμηλή ενεργειακή απόδοση. Οι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης είναι επίσης εύκολοι στο σχεδιασμό και δεν έχουν προβλήματα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας. Υποστηρίζουν επίσης σταθεροποίηση ρεύματος και προστασία από υπερένταση (αναδίπλωση) και παρέχουν εξωτερικά σημεία ρύθμισης ρεύματος. Ωστόσο, τα μειονεκτήματά τους περιλαμβάνουν τη διαρροή ισχύος και την ανάγκη η τάση εισόδου να είναι πάντα υψηλότερη από την προς τα εμπρός τάση, με χαμηλή ενεργειακή απόδοση. Ο ρυθμιστής διακόπτη ελέγχει συνεχώς το άνοιγμα και το κλείσιμο του διακόπτη (FET) μέσω της μονάδας ελέγχου pWM, ελέγχοντας έτσι τη ροή του ρεύματος.
Οι ρυθμιστές τάσης μεταγωγής έχουν υψηλότερη ενεργειακή απόδοση, είναι ανεξάρτητοι από την τάση και μπορούν να ελέγξουν τη φωτεινότητα. Ωστόσο, τα μειονεκτήματά τους περιλαμβάνουν σχετικά υψηλό κόστος, υψηλότερη πολυπλοκότητα και ζητήματα ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (EMI). Οι κοινές δομές τοπολογίας των ρυθμιστών μεταγωγής LEDDC-DC περιλαμβάνουν μετατροπείς βασικού επαγωγέα buck, boost, buck boost ή μονού άκρου πρωτεύοντος επαγωγέα (SEpICs). Όταν η ελάχιστη τάση εισόδου κάτω από όλες τις συνθήκες εργασίας είναι μεγαλύτερη από τη μέγιστη τάση της στοιχειοσειράς LED, υιοθετείται μια υποβαθμισμένη δομή, όπως η χρήση 24Vdc για την κίνηση LED 6 σειρών συνδεδεμένων. Αντίθετα, όταν η μέγιστη τάση εισόδου είναι μικρότερη από την ελάχιστη τάση εξόδου κάτω από όλες τις συνθήκες εργασίας, υιοθετείται μια δομή ενίσχυσης, όπως η χρήση 12Vdc για την κίνηση LED 6 σειρών συνδεδεμένων. Όταν υπάρχει επικάλυψη μεταξύ του εύρους τάσης εισόδου και τάσης εξόδου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια υποβάθμιση ενίσχυσης ή δομή SEpIC, όπως η χρήση 12Vdc ή 12Vac για την κίνηση τεσσάρων σειρών συνδεδεμένων LED. Ωστόσο, αυτή η δομή έχει το λιγότερο ιδανικό κόστος και ενεργειακή απόδοση.
Η χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος για την απευθείας κίνηση των LED έχει επίσης σημειώσει κάποια πρόοδο τα τελευταία χρόνια. Σε αυτή τη δομή, οι σειρές LED είναι διατεταγμένες σε αντίθετες κατευθύνσεις, λειτουργώντας σε μισό κύκλο και η λυχνία LED λειτουργεί μόνο όταν η τάση γραμμής είναι μεγαλύτερη από την προς τα εμπρός τάση. Αυτή η δομή έχει τα πλεονεκτήματά της, όπως η αποφυγή απώλειας ισχύος που προκαλείται από τη μετατροπή AC-DC. Ωστόσο, σε αυτή τη δομή, τα LED αλλάζουν σε χαμηλές συχνότητες, έτσι τα ανθρώπινα μάτια μπορεί να παρατηρήσουν φαινόμενα τρεμοπαίζει. Επιπλέον, πρέπει να προστεθούν μέτρα προστασίας LED σε αυτόν τον σχεδιασμό για την προστασία του από τις επιπτώσεις υπερτάσεων γραμμής ή παροδικών.
