ДРАЙВЕР СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к устройствам электропитания для светодиодных светильников, в частности, к драйверам для светодиодных светильников.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Светодиод или светоизлучающий диод (сокр. LED от англ. Light-emitting diode) - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока (http://ru.wikipedia.org/wiki/Светодиод). Управление светодиодами в светильниках осуществляется с помощью платы управления, которая, как правило, представляет собой печатную плату (англ. РСВ - Printed Circuit Board), которая подключается посредством соответствующих разъемов к самим светодиодам, либо же сама на себе несет размещенные светодиоды, подключенные с помощью контактных дорожек. На плате управления размещаются элементы управления свечением светодиодов и блок питания (светодиодный драйвер).
В последние годы светодиодный элемент был в центре внимания как источник света в самых разнообразных осветительных устройствах. Светодиодный элемент имеет такие преимущества, как меньшее количество рассеиваемого тепла, более низкое энергопотребление, более длительный срок службы, более высокая ударопрочность. В случае, когда подается соответствующая мощность и соответствующий элемент рассеивания тепла предоставляется светодиодному элементу, хотя светодиодный элемент используется в течение 0,1 миллиона часов или дольше, светодиодный элемент может поддерживать горящее состояние без каких-либо повреждений. Оптический выход всех источников света постепенно уменьшается с течением времени. Поскольку люди не могут заметить разницу при 80% начальной интенсивности света, срок службы светодиодного элемента освещения в настоящее время ожидается примерно от 40 до 50 тысяч часов. Следовательно, светодиодный элемент может быть источником света с гораздо более длительным сроком службы, чем лампа накаливания со сроком службы 1500 часов и люминесцентная лампа со сроком службы 10 тысяч часов.
Известен светодиодный источник света (патент RU 113105, 27.01.2012), который направлен на устранение скачков напряжения, повышение надежности работы и срока службы LED светильника, снижение потребляемой мощности от стационарной сети переменного тока. Светодиодный источник света содержит понижающий преобразователь напряжения, который через выпрямительный диодный мост соединен с, по меньшей мере, одним светодиодом, а между выпрямительным диодным мостом и светодиодом параллельно с ним включен емкостной фильтр, понижающий преобразователь напряжения выполнен из цепочки последовательно соединенных конденсаторов, где выпрямительный диодный мост подключен в разрыв цепочки последовательно соединенных конденсаторов преобразователя напряжения.
Известен драйвер для светодиодного светильника (патент RU 2735022 С1, 27.10.2020), который включает в себя плату, на которой установлены сетевой выпрямительный диодный мост, силовые ключи, диоды, конденсаторы, блок стабилизации выходного тока, фильтр подавления синфазных и дифференциальных помех, токоизмерительные резисторы, отключаемые разрядные резисторы, светодиодный модуль, трансформатор, узел анализа и управления силовым ключом по алгоритму ЧИМ/ШИМ, высоковольтный конденсатор. Драйвер дополнительно содержит узел электромагнитной совместимости, состоящий из блока защиты от микросекундных импульсных помех большой энергии более 1500 В, включающий в себя варисторы, термистор и разрядник, расположенный на печатной плате, фильтра подавления синфазных и дифференциальных помех, включающего в себя дроссели и конденсаторы. Блок защиты от микросекундных импульсных помех большой энергии менее 1500 В состоит из конденсатора, варисторов и разрядника, включенных параллельно входной цепи питания. Блок стабилизации выходного тока включает в себя узел защиты от высокого напряжения в сети, узел термозащиты, узел анализа и стабилизации тока через светодиодный модуль посредством управления силовым ключом по алгоритму ЧИМ/ШИМ. Первичная обмотка трансформатора, токоизмерительные резисторы и силовой ключ включены последовательно во входную цепь, а узел анализа и управления силовым ключом по алгоритму ЧИМ/ШИМ и высоковольтный конденсатор включены параллельно выходу драйвера. Блок стабилизации выходного тока дополнительно содержит блок сглаживания пульсаций выходного тока. Технический результат - создание драйвера с функцией предохранения светодиодного светильника от скачков напряжения, повышение коэффициента мощности, повышение КПД драйвера, исключение пульсации выходного тока.
Общими недостатками известных решений является их повышенное тепловыделение, в связи с тем, что элементы на плате размещаются неравномерно, а также, что не содержит пассивной корректор мощности и емкости снижающая низкочастотную сетевую помеху, что приводит к значительному увеличению надежности и сроку работу LED светильника, а также позволяет уменьшит массогабаритные характеристики устройства.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Заявленное устройство направлено на решение технической проблемы, присущей известным решениям из уровня техники.
Техническим результатом является повышение надежности и долговечности драйвера светодиодного светильника.
Дополнительный технический результат заключается в существенном снижении температуры на элементах выходного контура драйвера, а также снижение выделяемого тепла всего драйвера в целом.
В предпочтительном варианте реализации заявлен драйвер светодиодного светильника, содержащий плату, на которой расположены с удалением друг от друга не менее 5 мм:
выпрямитель, выполненный с возможностью приема переменного линейного тока и его преобразования в постоянный ток;
переключающую схему управления светодиодами, связанную с выпрямителем и выполненную с возможностью генерирования выходного постоянного тока на светодиодный модуль;
блок управления, подключенный к переключающей схеме драйвера светодиода, обеспечивающий генерирование сигнала ШИМ (широкополосная импульсная модуляция) для управления яркостью светодиодного модуля;
регулятор нагрузки, соединенный с блоком управления и выполненный с возможностью регулировки выходного напряжения, при этом регулятор нагрузки содержит пассивный корректор мощности, выходной трансформатор которого состоит из двух параллельно включенных одинаковых трансформаторов, и емкость снижения низкочастотной сетевой помехи, которая состоит из двух одинаковых параллельно включенных конденсаторов.
В одном из частных примеров реализации драйвер дополнительно содержит блок контроля температуры, подключенный к блоку контроля и выполненный с возможностью корректировки температуры в зависимости от яркости свечения светодиодного модуля.
В другом частном примере реализации блок контроля температуры содержит микроконтроллер, обеспечивающий регулировку формирования сигнала ШИМ в блоке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 иллюстрирует общую схему заявленного драйвера.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как показано на Фиг. 1 драйвер (10) светодиодного светильника содержит печатную плату (100), на которой располагаются основные элементы. При этом элементы для снижения тепловыделения от них размещаются с удалением друг от друга не менее 5 мм.
Драйвер (10) содержит выпрямитель (101), обеспечивающий приема переменного линейного тока от сети 220 В и его преобразования в постоянный ток. В качестве выпрямителя (101) может применяться AC/DC выпрямитель или диодный мост. Выпрямитель (101) может быть, например, двухполупериодным или однополупериодным выпрямителем и может использовать диоды или другие односторонние устройства для выпрямления входного сигнала.
Переключающую схему управления светодиодами (102) связана с выпрямителем (101) и выполненную с возможностью генерирования выходного постоянного тока на светодиодный модуль (110). Схема управления (102) может быть реализована как стабилизатор, формирующий откалиброванный сигнал для управления светодиодным модулем (110) с уровнем тока в пределах их допуска. Также, сигнал может формироваться с балластом (например, резистивным, реактивным и/или электронным балластом) для ограничения протекающего тока через светодиодный модуль (110).
Блок управления (103), подключенный к переключающей схеме драйвера светодиода (102), обеспечивает генерирование сигнала ШИМ (широкополосная импульсная модуляция) для управления яркостью светодиодного модуля (110). ШИМ сигнал формируется с заданным рабочим циклом. Блок управления (103) соединен со схемой управления светодиодами (102) для обеспечения переключающего драйвера (10) упомянутым ШИМ-сигналом, посредством чего формируется выходной сигнал, управляемый упомянутым ШИМ-сигналом. Также, с помощью блока управления (103) может бать реализована ШИМ-регулировка яркости, за счет уменьшения рабочего цикла подаваемого ШИМ-сигнала на схему управления (102) номинального напряжения и тока.
Драйвер (10) содержит регулятор нагрузки (104), соединенный с блоком управления (103) и схемой управления светодиодами (102), который обеспечивает возможность регулировки выходного напряжения, при этом регулятор нагрузки (104) содержит пассивный корректор мощности (1041), выходной трансформатор которого состоит из двух параллельно включенных одинаковых трансформаторов, и емкость снижения низкочастотной сетевой помехи (1042), которая состоит из двух одинаковых параллельно включенных конденсаторов.
Применение пассивного корректора (1041) в составе регулятора нагрузки (104) позволяет формировать величину входного тока, пропорциональную входному напряжению, т.е. создавать активную нагрузку. Особенностью предложенной модификации пассивного корректора (1041) является то, что его выходной трансформатор состоит из двух параллельно включенных одинаковых трансформаторов, что позволяет более эффективно распределять мощность.
Регулятор нагрузки также содержит емкость снижения низкочастотной сетевой помехи (1042), которая состоит из двух одинаковых параллельно включенных конденсаторов. Импульсные источники электропитания являются источниками интенсивных электромагнитных помех (ЭМП), т.к. сигналы в импульсных источниках представляют периодическую последовательность импульсов. Спектры таких сигналов занимают диапазон частот шириной до нескольких мегагерц. В этой связи возникает необходимость для защиты импульсных преобразователей от внешних кондуктивных помех, проникающих через сетевой кабель, а также подавления возникающих помех, наводимых на питающую сеть. Это обусловлено тем фактом, что форма сигнала переменного напряжения промышленной питающей сети (~'220 В, 50 Гц) в течение коротких промежутков времени может сильно отличаться от синусоидальной - возможны выбросы или «врезки», снижение амплитуды одной или нескольких полуволн и т.д.
Драйвер (10) может дополнительно содержать блок контроля температуры (105), подключенный к блоку контроля (103), который обеспечивает корректировку температуры в зависимости от яркости свечения светодиодного модуля (110). Блок контроля (105) может содержать микроконтроллер, связанный с датчиком температуры, определяющим текущие показания нагрева светодиодного модуля (110) и самого драйвера (10), тем самым корректируя формирование сигнала ШИМ в блоке управления (103), повышая дополнительно надежность работы устройства.
Таким образом, реализуется более эффективная и надежный принцип драйвера (10) питания LED светильников, обеспечивающих повышенную надежность и исключающую чрезмерный нагрев устройства, тем самым продлевая его долговечность.