Soluzioni di dimmeraggio

Le prestazioni di dimmeraggio delle lampade Led nei dimmer con Triac di tipo legacy è una delle più grandi sfide che si pongono oggi ai progettisti di illuminazione. In molti casi, questo provoca un intervallo di dimmeraggio tremolante e ridotto rispetto alle lampadine a incandescenza. Il problema è che i dimmer con Triac sono progettati per l’utilizzo con lampade a incandescenza, che hanno carichi resistivi. Quando si è iniziato a utilizzare i Led con i dimmer, i requisiti di bassa corrente, insieme alla natura non resistiva dei dispositivi, hanno causato l’accensione e lo spegnimento a intermittenza dei Triac, che provoca l’effetto di sfarfallio. Dato che i Led e driver Led hanno carichi non resistivi e la corrente necessaria è inferiore rispetto alla corrente di tenuta del Triac nel dimmer, non forniscono una corrente di mantenimento sufficiente quando il Triac si accende, causando lo sfarfallio e limitando l’intervallo di dimmeraggio. I produttori di driver Led hanno sviluppato nuove soluzioni per risolvere il problema dello sfarfallio.

Un controller con circuito di tenuta per dimmer

“Questi dimmer con Triac da parete sono stati progettati per funzionare con lampadine a incandescenza, che operano a livelli di potenza più alti e con carichi resistivi”, afferma Rakesh Anumula, ingegnere di Intersil. “Passando dalle lampadine a incandescenza a quelle compatte fluorescenti o ai Led, il carico non è più resistivo, ma è induttivo o capacitivo così il dimmer non si comporta allo stesso modo di una lampadina a incandescenza”. “Il risultato è lo sfarfallio quando il dimmer interagisce con l’ingresso dei driver Led”, aggiunge Anumula. “Causano una sorta di risonanza, che determina l’accensione e lo spegnimento a intermittenza del Triac, causando il luccichio della luce in uscita, che l’occhio percepisce come sfarfallio”. In più, poiché il carico è diverso, la caratteristica di dimmeraggio è un po’ diversa, quindi l’intensità di luce o l’emissione luminosa non è la stessa. La questione è che il Triac necessita di una certa quantità di corrente di bloccaggio e di tenuta, fattori che non sono soddisfatti da una lampadina a Led, e questo significa che il Triac si accenderà e spegnerà in maniera intermittente. Per fornire la corrente di bloccaggio e di tenuta, i produttori di IC per driver Led aggiungono ora circuiti bleeder e smorzatori ai loro progetti. Un circuito bleeder fornisce la corrente di bloccaggio e di tenuta ed elimina i problemi di accensione del Triac. Può essere implementato come bleeder attivo o passivo. Un bleeder passivo può essere utilizzato per lampadine a Led a bassissima potenza, sostiene Anumula. Lo svantaggio di questa soluzione è che il design avrà limitazioni in termini di efficienza, perché il resistore rimane sempre acceso e quindi consuma energia. Una soluzione attiva utilizza un resistore e un condensatore, ma il resistore si accende solo quando necessario. Il compromesso è che questa soluzione richiede un interruttore attivo per accendere e spegnere il resistore, ma offre una maggiore efficienza rispetto alla soluzione con bleeder passivo. In questo caso è necessario un circuito smorzatore per accertarsi che il Triac si accenda normalmente. Questo utilizza un piccolo resistore in serie con la linea, che smorza la forma d’onda della corrente di ingresso, quindi non causa un elevato picco di corrente di ingresso. Il circuito smorzatore assicura anche che il dimmer non si guasti se collegato a molteplici lampade a Led. Anumula afferma che un elevato picco di corrente di ingresso nel dimmer quando sono collegati più Led potrebbe superare il valore nominale del Triac e causare un danno prematuro. “Se si utilizza il circuito smorzatore dopo il raddrizzatore a ponte, è possibile utilizzare un Mosfet per controllare quando il resistore è acceso o spento. Se lo si utilizza sul lato di ingresso, prima del raddrizzatore a ponte, sarebbe necessario un raddrizzatore con controller al silicio per assicurare che il resistore sia nel circuito o fuori dal circuito”. Il dispositivo ISL1904 di Intersil è un controller per driver Led che incorpora un circuito di tenuta per dimmer. È una combinazione di circuito bleeder attivo e circuito smorzatore. Il circuito bleeder attivo utilizza un Mosfet, un diodo, un resistore e un condensatore per fornire una certa quantità di corrente di tenuta e di bloccaggio. L’ISL1903 supporta topologie con convertitore buck comprendenti convertitori diretti isolati e convertitori buck di ritorno per fonte non isolata, mentre l’ISL1904 supporta topologie con convertitore boost e convertitori flyback isolati.

Potenza costante e miglioramento dell’efficacia

Uno dei circuiti integrati per driver Led di ultima generazione di Texas Instruments, l’LM3447, incorpora anche il circuito bleeder o di tenuta per assicurare che il Triac abbia corrente sufficiente. Quando il carico sul Led inizia a scendere, il circuito bleeder può essere riacceso per fornire la corrente supplementare, così che il Triac continui a condurre durante il ciclo di conduzione bassa, secondo John Perry, responsabile delle soluzioni di illuminazione di TI. Quando un Triac si innesca, non ha bisogno di molta corrente per continuare a condurre, ma spesso decade; quella corrente è abbastanza vicina al carico del Led e quando scende ulteriormente, richiede meno corrente per i Led fino al punto in cui il dimmer non è più in grado di condurre. Perry asserisce: “Questo è il momento in cui può iniziare a funzionare a intermittenza e alla fine il carico del Led genererà lo sfarfallio”. In una topologia flyback (Fig. 2), il pin di tenuta LM3447 con due resistori fornisce la corrente di tenuta necessaria per mantenere il Triac in conduzione quando necessario. Quando il dimmer scende ulteriormente, la corrente di tenuta si inizializza e quando la conduzione è alta o vicina alla potenza a pieno regime, la corrente di tenuta non viene applicata, spiega Perry. Il driver Led c.a./c.c. LM3447, un’estensione dell’LM3445, include rilevamento dimmer, decoder di fase e circuiti di corrente di tenuta regolabili per il funzionamento di dimmeraggio senza sfarfallio in applicazioni di illuminazione a Led flyback isolate. La costante regolazione della potenza del dispositivo garantisce una potenza costante del Led, che si traduce in un miglioramento di efficacia fino al 10% nell’intero intervallo della temperatura di funzionamento dell’apparecchio, secondo TI. È anche disponibile un modulo di valutazione LM3447. Per topologie buck o buck-boost, i progettisti possono prendere in considerazione il TPS92075 di TI, che incorpora circuiti digitali e filtraggio digitale per risolvere alcuni dei problemi di dimmeraggio. Il controller TPS92075 è progettato per lampade Led c.a./c.c. offline dimmerabili in fase e per faretti di illuminazione. TI dichiara di utilizzare un metodo di controllo della corrente di ingresso proprietario per migliorare la compatibilità con i trasformatori elettronici e raggiungere un Pfc superiore a 0,9 fornendo al contempo un dimmeraggio senza sfarfallio nei dimmer con Triac. 

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