هيكل طوبولوجيا مصدر الطاقة لسائق LED
في تطبيقات الإضاءة LED التي تستخدم مصدر طاقة AC-DC، تشتمل وحدة البناء لتحويل الطاقة على مكونات منفصلة مثل الثنائيات، وترانزستورات التبديل (FETs)، والمحاثات، والمكثفات، والمقاومات لأداء وظائفها الخاصة، في حين أن منظمات تعديل عرض النبض (pWM) تستخدم للتحكم في تحويل الطاقة. يشتمل تحويل الطاقة المعزول AC-DC مع المحولات المضافة عادةً إلى الدائرة على هياكل طوبولوجية مثل flyback، للأمام، ونصف الجسر، كما هو موضح في الشكل 1. طوبولوجيا flyback هي الاختيار القياسي لتطبيقات الطاقة المتوسطة إلى المنخفضة ذات طاقة أقل من 30 وات، في حين أن هيكل نصف الجسر هو الأكثر ملاءمة لتوفير كفاءة طاقة/كثافة طاقة أعلى. أما بالنسبة للمحول الموجود في هيكل العزل، فإن حجمه يرتبط بتردد التبديل، ومعظم برامج تشغيل LED من النوع المعزول تستخدم بشكل أساسي المحولات "الإلكترونية".
في تطبيقات الإضاءة LED التي تستخدم مصدر الطاقة DC-DC، تشتمل طرق تشغيل LED التي يمكن استخدامها على نوع المقاومة ومنظم الجهد الخطي ومنظم جهد التبديل. يظهر الرسم التخطيطي الأساسي للتطبيق في الشكل 2. في وضع محرك نوع المقاومة، يمكن التحكم في التيار الأمامي لـ LED عن طريق ضبط مقاومة الكشف الحالية في سلسلة مع LED. وضع القيادة هذا سهل التصميم، ومنخفض التكلفة، ولا توجد به مشكلة في التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). العيب هو أنه يعتمد على الجهد الكهربي، ويحتاج إلى شاشة LED، كما أن كفاءة استخدام الطاقة منخفضة. من السهل أيضًا تصميم منظمات الجهد الخطي ولا تواجه أي مشكلات في التوافق الكهرومغناطيسي. كما أنها تدعم استقرار التيار وحماية التيار الزائد (الطي)، وتوفر نقاط ضبط التيار الخارجية. ومع ذلك، فإن عيوبها تشمل تبديد الطاقة والحاجة إلى أن يكون جهد الدخل أعلى دائمًا من الجهد الأمامي، مع انخفاض كفاءة الطاقة. يتحكم منظم التبديل بشكل مستمر في فتح وإغلاق المفتاح (FET) من خلال وحدة التحكم pWM، وبالتالي التحكم في تدفق التيار.
تتمتع منظمات تبديل الجهد بكفاءة أعلى في استخدام الطاقة، وهي مستقلة عن الجهد الكهربي، ويمكنها التحكم في السطوع. ومع ذلك، فإن عيوبها تشمل التكلفة العالية نسبيًا، والتعقيد العالي، ومشكلات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). تشتمل الهياكل الطوبولوجية الشائعة لمنظمات تبديل LEDDC-DC على باك، أو دفعة، أو دفعة باك، أو محولات الحث الأولية أحادية النهاية (SEpICs). عندما يكون الحد الأدنى لجهد الإدخال في جميع ظروف العمل أكبر من الجهد الأقصى لسلسلة LED، يتم اعتماد هيكل التنحي، مثل استخدام 24Vdc لتشغيل 6 سلسلة LED متصلة؛ على العكس من ذلك، عندما يكون الحد الأقصى لجهد الإدخال أقل من الحد الأدنى لجهد الخرج في جميع ظروف العمل، يتم اعتماد هيكل التعزيز، مثل استخدام 12Vdc لتشغيل 6 سلسلة من مصابيح LED المتصلة؛ عندما يكون هناك تداخل بين نطاق جهد الإدخال وجهد الخرج، يمكن استخدام تعزيز التنحي أو هيكل SEpIC، مثل استخدام 12Vdc أو 12Vac لتشغيل أربع مصابيح LED متصلة بسلسلة. ومع ذلك، فإن هذا الهيكل لديه أقل تكلفة مثالية وكفاءة في استخدام الطاقة.
لقد حقق استخدام طاقة التيار المتردد لتشغيل LED مباشرة بعض التقدم في السنوات الأخيرة. في هذا الهيكل، يتم ترتيب سلاسل LED في اتجاهين متعاكسين، وتعمل في نصف دورة، ويوصل LED فقط عندما يكون جهد الخط أكبر من الجهد الأمامي. يتمتع هذا الهيكل بمزاياه، مثل تجنب فقدان الطاقة الناتج عن تحويل AC-DC. ومع ذلك، في هذا الهيكل، يتحول LED عند ترددات منخفضة، لذلك قد تلاحظ عيون الإنسان ظاهرة الخفقان. بالإضافة إلى ذلك، يجب إضافة تدابير حماية LED في هذا التصميم لحمايته من تأثير طفرات الخط أو العابرين.
