Los nuevos controladores LED con PFC y PSR cumplen con los desafíos de alimentación, espacio y costo

Los diseñadores de iluminación LED generalmente buscan controladores de LED que ofrezcan baja pérdida de potencia, un sistema más pequeño de paquete y, por supuesto, menores costos, a la vez que sigan ofreciendo un alto grado de fiabilidad para las aplicaciones en el rango de potencia desde bajo a medio. En un esfuerzo por responder a estas exigencias, los fabricantes de controladores de LED han gradualmente incorporado circuitos de corrección de factor de potencia (PFC) para lograr una mayor calidad de la energía y regulación de lado primario (PSR) para reducir los costos al eliminar el circuito de realimentación secundario. También utilizan topología flyback para simplificar el diseño.

Los fabricantes de controladores de LED utilizan circuitos PFC en sus diseños para lograr una mejor calidad de la energía, menor pérdida de potencia (a fin de que cumplan con las distintas normas regionales de regulación) y PSR para ayudar a bajar los costos. La PSR desempeña ciertas funciones: elimina la pérdida de detección de corriente de salida y todo circuito secundario de realimentación, lo cual ofrece un controlador de LED de mayor eficiencia sin un precio excesivo. También ofrece una mayor fiabilidad ya que regula la tensión de salida del controlador de LED sin circuito secundario de realimentación. Además de PFC y PSR, la topología flyback se utiliza en estas aplicaciones para simplificar el diseño.

Un ejemplo es el controlador flyback de LED de etapa única y PSR  FL7733 de Fairchild Semiconductor. Este controlador de LED está diseñado para ofrecer luminosidad constante y encendido instantáneo sin parpadeos de la iluminación por LED. El FL7733A con PSR reduce el número de componentes en convertidores de LED de baja a media potencia, eliminando la necesidad de un capacitor de entrada a granel y un circuito de realimentación secundario, lo cual también reduce los costos. Para contribuir aún más al ahorro de espacio, encontramos el paquete de pequeño diseño de 8 pines (SOP) del controlador FL7733A. El dispositivo es apto para las luces descendentes SSL, así como PAR y aplicaciones de bombillas A19.

El controlador de LED FL7733UN (Figura 1) se puede utilizar en una variedad de aplicaciones de LED de 5 W a 60+ W para interiores y exteriores. El controlador de LED también ofrece una estrecha regulación de corriente constante, alto factor de potencia (PF) y baja distorsión armónica total (THD) para satisfacer las necesidades de muchos mercados regionales. Cumple con las normas mundiales con <10% de THD en condiciones de voltaje de línea universal, lo cual es significativamente menor que el 30% de THD incluido en la mayoría de las regulaciones regionales, según Fairchild. En suma, estas características ayudan a los diseñadores a cumplir las normas y regulaciones a nivel mundial para la iluminación de LED en una solución única.

Figura 1: Diagrama de bloque del controlador flyback de LED PSR FL7733FL: Se realizan diseños de menor costo al eliminar la necesidad del circuito secundario de realimentación. (Cortesía de Fairchild Semiconductor)

La alta PF de >0.9 y la baja THD se logran mediante la reducción al mínimo de la fluctuación de encendido. En la topología flyback o reductor-elevador, el funcionamiento de la constante de tiempo de encendido y la frecuencia en modo de conducción discontinua (DCM) permiten la alta PF y la baja THD. En general, la industria ha reconocido que la DCM se utiliza generalmente para topología flyback PSR ya que ofrece una mejor regulación de salida.

Los dispositivos también incorporan funciones de protección que incluyen cortocircuito/circuito abierto de LED, corto de diodo de salida, resistencia eléctrica de detección de cortocircuito/circuito abierto, limitador de corriente de ciclo por ciclo, exceso de temperatura para alta fiabilidad del sistema, y bloqueo de subtensión. El dispositivo también utiliza doble protección contra sobretensión (OVP) para cumplir con UL SELV en regulaciones de menos de 60 V de salida. Además de ahorrar espacio en placa, estas características de protección también ayudan a mejorar la fiabilidad en la iluminación LED.

Además, el controlador de LED ofrece un circuito de inicio integrado de alto voltaje que implementa un arranque rápido (<200 ms a 85 V_CA) y la alta eficiencia del sistema. El dispositivo utiliza control de lazo de retroalimentación adaptativo durante el inicio para establecer las condiciones iniciales de realimentación próximas al estado estable para que no se produzca suboscilación o sobreoscilación de la corriente de LED.

Gracias a tecnología TRUECURRENT de Fairchild para salida de corriente constante de tolerancia acotada, el FL7733A permite diseños con tolerancia de corriente constante menor a ±1% sobre el voltaje de línea universal para satisfacer las necesidades de luminosidad de LED. TRUECURRENT funciona mediante la regulación precisa de la corriente de LED constante, independiente de otros factores: la tensión de entrada, la tensión de salida y las variaciones de la inductancia de magnetización. Una de las razones principales de por qué un preciso control constante es tan importante en los diseños de iluminación LED es debido a que la corriente es lo que determina el brillo del LED. Sin un estricto control, el brillo probablemente variará de una lámpara a otra. También podría traducirse en un cambio en el color de una lámpara a otra.

El controlador de LED ofrece brillo constante sin parpadeos en una amplia gama de funcionamiento con < ± 3% de tolerancia de corriente constante en todas las condiciones y un rendimiento de inicio < 0.2 segundos. Otra característica clave es la compatibilidad con los módulos LED de alto voltaje con un rango de voltaje de salida ultraamplio de entre 10 por ciento y 100 por ciento.

Para los diseñadores que también están preocupados por problemas de la cadena de suministro, además de reducir la lista de materiales (BOM), también simplifica la cadena de suministro, proporcionando una solución para los diseños de 5 W a 60+ W.

Hay una serie de CI de control flyback diseñadas específicamente para ayudar a ofrecer diseños eficientes de controladores de LED. Un ejemplo de ello es el CI de control de flyback LEDirvIR de International Rectifier IRS29831. Este CI de controlador está optimizado para topologías flyback de una sola etapa y elevador-reductor utilizadas en controladores de LED para sustituciones de bombilla LED, iluminación de tubos LED y luces descendentes.

Además, el dispositivo ofrece PSR de una sola etapa junto con alto PF y baja THD con funciones de protección. El IRS29831 (Figura 2) está principalmente pensado para las aplicaciones de controlador de LED de hasta 25 W con topologías de convertidor flyback o reductor-elevador, aislados o no aislados.

Uno de los principales aspectos en los que los fabricantes de controladores de LED han continuado trabajando en los últimos años es una mayor integración, incluidos el costo y la facilidad de diseño. El IRS29831 integra un CI de control del controlador LED y un MOSFET de potencia con tecnología de 700 V, lo que contribuye a un menor costo de BOM y ahorro de espacio. Este dispositivo también cuenta con un arranque de alto voltaje, lo cual ofrece una sencilla solución de etapa única mientras que mantiene un alto PF y baja THD para mejorar la eficiencia.

Figura 2: Diseñado para regulación de lado primario, el IRS29831 de International Rectifier es un diseño de topología flyback de etapa única PFC. (Cortesía de International Rectifier)

Los circuitos impulsores de LED basados en IRS29831 también ofrecen atenuación regular y sin parpadeo con atenuadores basados en TRIAC. También cuentan con numerosas características de protección, incluyendo el modo con intermitencias de carga/protección contra sobretensiones, limitación primaria de corriente ciclo por ciclo y protección contra cortocircuitos de salida. Otras características incluyen un inicio rápido y funcionamiento sobre un amplio rango de voltaje de entrada.

El IRS29831 también ofrece funcionamiento en modo de conducción crítica con modos discontinuos y modos de ráfaga en carga ligera. Permite a los usuarios configurar diseños aislados sin un optoacoplador. El CI de control se aloja en un paquete DIP de 8 clavijas.

En resumen, para aplicaciones de iluminación LED de baja y mediana potencia, los controladores de LED PSR flyback con funcionamiento DCM pueden lograr una alta eficiencia, alto PF y baja THD para cumplir con los requisitos de iluminación en todo el mundo. Estos diseños también ofrecen el beneficio de una menor lista de materiales para reducir el espacio y el costo total, a la vez que simplifican el diseño del producto. Todos estos son factores que los diseñadores están buscando continuamente como parte de su diseño general.

Para obtener más información sobre las piezas descritas en este artículo, utilice los enlaces que se proporcionan para acceder a las páginas de información del producto en el sitio web de Digi-Key.