Источник оптического излучения

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения с повышенным сроком службы, универсальных, предназначенных как для внутренней, так и для наружной установки. Полезная модель направлена на расширение области применения источника оптического излучения.
Известен источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника, аналоговый контроллер постоянного тока, вывод OUT1 которого соединен с положительным выходным выводом моста через светодиодную матрицу, вывод OUT2 соединен с выводом OUT1 через вторую светодиодную матрицу, вывод OUT3 соединен с выводом OUT2 через третью светодиодную матрицу, вывод OUT4 соединен с выводом OUT3 через третью светодиодную матрицу, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста непосредственно, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор (SM2087 High Power Factor Linear Constant Current LED Driver (datasheet) // www.dianyua-nic.com).
Недостатком известного источника оптического излучения является высокий коэффициент пульсаций светового потока, достигающий 100%. Отмеченный недостаток значительно сужает область применения источника.
Известен источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника, а выходные выводы зашунтированы конденсатором, аналоговый контроллер постоянного тока, вывод OUT которого соединен с положительным выходным выводом моста через светодиодную матрицу, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста непосредственно, а вывод REXT соединен с выводом GND через второй резистор (SM2082B Single Channel LED Constant Current Driver (datasheet) // www.dianyua-nic.com).
Недостатками известного источника оптического излучения являются значительный бросок пускового тока, отсутствие защит от короткого замыкания и импульсных перенапряжений на входе, высокий уровень радиопомех, относительно низкий коэффициент мощности и высокий коэффициент гармоник потребляемого от сети тока, равные, соответственно, 0,45-0,65 и 120-135%. Отмеченные недостатки значительно сужают область применения источника оптического излучения.
Известен источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через предохранитель, а выходные выводы зашунтированы конденсатором, аналоговый контроллер постоянного тока, вывод OUT которого соединен с положительным выходным выводом моста через светодиодную матрицу, вывод GND контроллера подключен к выводу OUT через конденсатор и к отрицательному выходному выводу моста непосредственно, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор (SM2082B Single Channel LED Constant Current Driver (datasheet) //www.dianyua-nic.com).
Недостатками источника являются значительный бросок пускового тока, отсутствие защиты от импульсных перенапряжений на входе, высокий уровень радиопомех, относительно низкий коэффициент мощности и высокий коэффициент гармоник потребляемого от сети тока, равные соответственно 0,45-0,65 и 120-135%. Отмеченные недостатки значительно сужают область применения источника оптического излучения.
Известен источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника, а выходные выводы зашунтированы конденсатором, аналоговый контроллер постоянного тока, вывод VIN которого соединен с положительным выходным выводом моста через светодиодную матрицу, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста непосредственно, а вывод IS соединен с выводом GND через резистор (РТ6913А/В Current Regulator for HV-LED (datasheet) // www.prinzeton.com.tw).
Известный источник оптического излучения является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются значительный бросок пускового тока, отсутствие защит от импульсных перенапряжений на входе и коротких замыканий, высокий уровень радиопомех, относительно низкий коэффициент мощности и высокий коэффициент гармоник потребляемого от сети тока, равные соответственно 0,45-0,65 и 135-155%. При малых значениях емкости конденсатора увеличиваются уровни пульсаций светового потока. Источник нельзя использовать при малых значениях отношения величины прямого напряжения на светодиодной матрице к величине максимального напряжения на входных выводах источника из-за перегрева, снижения выходного тока контроллера и коэффициента полезного действия (а также, выходной мощности) устройства. Отмеченные недостатки значительно сужают область применения источника оптического излучения.
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения источника оптического излучения, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в источнике оптического излучения, содержащем однофазный мост на диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент и емкостную цепь, зашунтированную резистором, а выходные выводы зашунтированы второй емкостной цепью и вторым резистором, аналоговый контроллер постоянного тока, вывод VIN которого соединен с положительным выходным выводом моста через светодиодную цепь, вывод GND подключен к выводу VIN через третью емкостную цепь и к отрицательному выходному выводу моста непосредственно или через вторую светодиодную цепь, а вывод IS соединен с выводом GND через третий резистор, отношение величины прямого напряжения на светодиодной цепи или суммы прямых напряжений на светодиодной цепи и второй светодиодной цепи к величине максимального напряжения на входных выводах источника равно 0,15…0,97.
По п. 1 светодиодная цепь зашунтирована четвертой емкостной цепью и четвертым резистором, вторая светодиодная цепь зашунтирована пятой емкостной цепью и пятым резистором, а вывод VIN контроллера соединен с положительным выходным выводом моста через последовательно включенные защитный диод и светодиодную цепь.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения источника оптического излучения за счет улучшения его технических характеристик и возможных вариантов конструктивного исполнения. Заявляемый источник оптического излучения имеет сравнительно высокий коэффициент мощности (до величины около 70%) и низкий уровень радиопомех, защиты от короткого замыкания и импульсных перенапряжений на входе, обладает относительно малым коэффициентом гармоник потребляемого от сети тока (до менее 30%) и обеспечивает малые пульсации светового потока (5-10%). Броски пускового тока при включении источника оптического излучения могут практически отсутствовать. Устройство эффективно работает с высоким коэффициентом полезного действия и надежностью в достаточно широком диапазоне отношений величины прямого напряжения на светодиодной цепи или суммы прямых напряжений на светодиодной цепи и второй светодиодной цепи к величине максимального напряжения на входных выводах источника (0,15…0,97).
Расширение области применения обусловлено новыми принципами устройства и новой конструкцией источника, новой электрической схемой, реализацией входной цепи контроллера, новыми элементами и связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого источника оптического излучения являются существенными.
На чертеже приведена электрическая схема источника оптического излучения.
Источник оптического излучения содержит однофазный мост на диодах 1-4, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент 5 и емкостную цепь 6, зашунтированную резистором 7, а выходные выводы зашунтированы второй емкостной цепью 8 и вторым резистором 9, аналоговый контроллер постоянного тока 10, вывод VIN которого соединен с положительным выходным выводом моста через светодиодную цепь 11, вывод GND подключен к выводу VIN через третью емкостную цепь 12 и к отрицательному выходному выводу моста непосредственно или через вторую светодиодную цепь 13, а вывод IS соединен с выводом GND через третий резистор 14. Отношение величины прямого напряжения на светодиодной цепи или суммы прямых напряжений на светодиодной цепи и второй светодиодной цепи к величине максимального напряжения на входных выводах источника равно 0,15…0,97. Светодиодная цепь может быть дополнительно зашунтирована четвертой емкостной цепью 15 и четвертым резистором 16, вторая светодиодная цепь зашунтирована пятой емкостной цепью 17 и пятым резистором 18, а вывод VIN контроллера соединен с положительным выходным выводом моста через последовательно включенные защитный диод 19 и светодиодную цепь.
Источник оптического излучения в установившемся режиме работает следующим образом.
Светодиоды светодиодной цепи или цепей (светодиодные матрицы 11, 13) генерируют оптическое излучение в диапазоне видимого света или инфракрасном (ультрафиолетовом) частях спектра. Аналоговый контроллер постоянного тока 10 стабилизирует ток через светодиоды цепи или цепей (11, 13), что необходимо для их нормальной работы. При этом уровень тока через светодиоды светодиодной цепи (или цепей 11, 13) задается с помощью резистора 14 (выводы IS, GND контроллера 10). Конденсатор 12 (выводы VIN, GND контроллера 10) обеспечивает снижение величин электромагнитных помех и излучений, которые возникают при работе активных элементов аналогового контроллера 10.
Устройство подключается к входным выводам через защитный элемент 5 и емкостную цепь 6, зашунтированную резистором 7. Защитный элемент 5 может представлять собой обычный резистор с малым сопротивлением или предохранитель либо любую из известных схем, содержащих дополнительно фильтровые дроссели, конденсаторы, варистор. Последний вариант является наиболее предпочтительным. Предохранитель или резистор защитного элемента 5 защищает источник оптического излучения от короткого замыкания. Одновременно резистор (дроссели, если они устанавливаются) защитного элемента 5 ограничивает бросок пускового тока, а также амплитуды бросков рабочих токов, возникающих при заряде емкостей емкостных цепей (конденсаторов) 6, 8. Варистор защитного элемента 5 (если он используется) ограничивает уровни импульсных перенапряжений на входных выводах источника оптического излучения.
Емкостная цепь 6 снижает (ограничивает) уровень напряжения на входных выводах однофазного моста (1-4). Величина уровня напряжения на входных выводах однофазного моста (1-4) зависит от величины емкости емкостной цепи 6 (с ростом величины емкости емкостной цепи 6 уровень напряжения на входных выводах однофазного моста (1-4) увеличивается). Таким образом, обеспечивается согласование величин прямого напряжения на светодиодной цепи 11 или суммы прямых напряжений на светодиодной цепи 11 и второй светодиодной цепи 13 и максимального напряжения на входных выводах источника.
Мост (диоды 1-4) может быть реализован на дискретных элементах или иметь интегральное исполнение (например, MBS10F или КЦ407). Принцип работы устройства, при этом, остается неизменным.
Емкостная цепь 8 служит для фильтрации выходного напряжения однофазного моста (диоды 1-4). Качество фильтрации увеличивается с ростом величины емкости емкостной цепи 8 (при этом снижаются уровни пульсаций светового потока источника). Однако чрезмерное увеличение емкости емкостной цепи 8 приводит к снижению коэффициента мощности источника оптического излучения и росту коэффициента гармоник потребляемого от сети тока, а также уровней электромагнитных помех и излучений. Установка дополнительных емкостных цепей 15 и 17 обеспечивает снижение уровней пульсаций светового потока. При этом влияние на коэффициенты мощности и формы входного тока устройства оказывается менее значительным. Для исключения обратного напряжения на контроллере 10 при использовании емкостных цепей 15 и 17 в схему устройства вводится защитный диод 19.
Все емкостные цепи (6, 8, 15, 17), кроме емкостной цепи 12, имеющей малую величину емкости, зашунтированы резисторами (соответственно, 7, 9, 16, 18). Резисторы 7, 9, 16, 18 предназначены для разряда емкостей емкостных цепей (6, 8, 15, 17) при выключении устройства и имеют большие величины сопротивлений, практически не оказывающих влияние на работу устройства в номинальном режиме.
Все емкостные цепи (6, 8, 12, 15, 17) могут выполняться состоящими из одного или нескольких конденсаторов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно и параллельно.
Аналогично могут быть устроены светодиодные цепи 11, 13. Светодиодные цепи (11, 13), кроме того, выполняются на дискретных светодиодах или светодиодных матрицах (линейках, филаментах).
Принцип работы источника оптического излучения, в этих случаях, не изменяется.
В устройстве, при его технической реализации, может быть использован (в защитном элементе 5), например, варистор типа 10D471 (напряжение питания источника оптического излучения 220-230 В).
Устройство подключается к входным выводам, как отмечено выше, через защитный элемент 5 (предохранитель, резистор и/или индуктивность, или более сложную схему). Элемент 5 защищает источник оптического излучения от короткого замыкания (предохранитель, резистор). Кроме того, защитный элемент 5 (резистор, индуктивность) может ограничивать бросок пускового тока, а также амплитуды бросков и коэффициент гармоник потребляемого от сети тока (рабочих токов), возникающих при заряде конденсаторов емкостных цепей 6, 8. Защитный элемент 5 (индуктивность) снижает электромагнитные помехи, возникающие при работе устройства.
Технические решения заявляемой полезной модели по устройству входных цепей источника и контроллера (защитный элемент, емкостные цепи, выпрямитель, светодиодная цепь или цепи) применимы для любых типов контроллеров постоянного тока аналогичного назначения (например, РТ6913А/В, РТ6923, SM2082, SM2087, ZONOPO8062, ACS1004, ACS1404, CL8800, ВР2831 и других). Для некоторых типов аналоговых контроллеров в технической документации аналогичные по назначению выводы могут обозначаться иначе (OUT, REXT и так далее). В некоторых случаях для повышения нагрузочной способности выводов используемого типа корпуса соответствующие выводы контроллеров сдваиваются. В отдельных случаях для увеличения выходного тока устройства несколько аналоговых контроллеров постоянного тока могут включаться на параллельную работу. Принцип функционирования источника оптического излучения в этих случаях сохраняется. Поэтому рассмотренные технические решения также относятся к вариантам реализации заявляемой полезной модели.
Емкостные цепи 6, 8, 12, 15, 17 могут (как указано выше) состоять из одного или из нескольких конденсаторов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно и параллельно. Светодиодные цепи 11 и 13 также выполняются из одного или из нескольких светодиодов, светодиодных матриц или светодиодных линеек, соединенных последовательно, параллельно или последовательно и параллельно. Так как принцип работы устройства от этого не меняется, рассмотренные варианты схем также представляют собой варианты реализации полезной модели.
По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения нового источника оптического излучения.
Заявляемый источник соответствует современным требованиям к техническим характеристикам подобных устройств.
Действительно, новый источник оптического излучения может более эффективно использоваться как для внутренней, так и для наружной установки, а также в закрытых светильниках ограниченного объема в различных системах освещения либо в специальных генераторах инфракрасного или ультрафиолетового излучения, в том числе в условиях нестабильных сетей.
Номенклатура типоисполнений источников оптического излучения по новой схеме значительно расширяется. Каждое типоисполнение может представлять собой оптимальное по конструкции и достаточно технологичное изделие, что снижает, в частности, конечную цену изделий.
Новый источник оптического излучения обеспечивает эффективное согласование уровней величин прямого напряжения на светодиодной цепи или суммы прямых напряжений на светодиодной цепи и второй светодиодной цепи к величине максимального напряжения на входных выводах, снижение бросков пускового тока, защиту от коротких замыканий и перенапряжений на входных выводах.
Коэффициент мощности для заявляемого источника увеличивается (на 15-20%). При этом коэффициент гармоник потребляемого от сети тока уменьшается в 3-4 раза и не превышает 30%. Пульсации светового потока (потока излучения) остаются на сравнительно малом уровне (5-10%).
Источник оптического излучения также имеет низкие уровни радиопомех и излучений (не превышающие установленные нормы).
Новый источник оптического излучения обеспечивает работу с более высоким коэффициентом полезного действия в широком диапазоне напряжений на входе.
Расширение области применения источника оптического излучения обеспечивается всеми вышеперечисленными свойствами и преимуществами перед известными устройствами аналогичного назначения.