СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ СВЕТИЛЬНИКОВ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Область применения схемы подключения светодиодов для светильников в сети переменного тока - уличное освещение или освещение производственных площадей.
Известна схема включения трубчатой светодиодной лампы [1], которая содержит блок светодиодов, четыре токоподводящих штырьковых контакта, предназначенных для присоединения лампы к электрической схеме светильника, и однофазный выпрямительный мост, выводы моста по переменному току соединены с первым и вторым токоподводящими контактами, а выводы по выпрямленному току соединены с блоком светодиодов, причем соединение с блоком светодиодов выполнено через RC-фильтр.
Недостатками такой схемы являются удорожание схемы подключения лампы к сети переменного тока, а так же появление дополнительных потерь электрической мощности из-за применения фазного выпрямительного моста и RC-фильтра.
Известна схема включения [2] светового прибора со светодиодами в сеть переменного тока, содержащая, по крайней мере, одну электрическую лампу накаливания, параллельно-последовательные цепочки светодиодов и электронный преобразователь питающей сети с емкостным фильтром, причем указанный преобразователь и параллельно-последовательные цепочки светодиодов подключены в сеть переменного тока последовательно с электрической лампой накаливания. Электронный преобразователь вместе с лампой накаливания представляет собой параметрический стабилизатор напряжения, выполненный на базе выпрямителя на полупроводниковых диодах с последовательно включенными электрической лампой накаливания, добавочным терморезистором и мощным, установленным на теплоотводе, стабилитроном, шунтирующим совместно с емкостным фильтром параллельно-последовательные цепочки светодиодов, ограничивающим и стабилизирующим напряжение на них.
Недостатками данной схемы являются наличие дополнительных потерь электрической мощности из-за появления стабилитрона и резистора, а также включение большого количества дополнительных резисторов, включенных последовательно в цепь питания светодиодов.
Известна схема подключения светодиодной лампы [3] к источнику переменного тока, содержащая девятнадцать светодиодов, которые подключены параллельно к сглаживающему пульсации напряжения конденсатору, подсоединенному к диодному выпрямителю, подсоединенному последовательно к конденсатору, ограничивающему рабочий ток. При этом конденсатор, ограничивающий рабочий ток, подключается параллельно к разрядному резистору. Конденсатор, ограничивающий рабочий ток, и токоограничивающий резистор последовательно подключены в сеть переменного тока. В схему также включены два стабилитрона и резистор, подсоединенные параллельно светодиодам.
Недостатком такой схемы является то, что включенные в цепь постоянного тока резистор и стабилитроны снижают к.п.д. работы схемы и являются источниками дополнительного тепловыделения.
Наиболее близким аналогом из известных технических решений является схема подключения светодиодного светового прибора в сеть переменного тока [4], которая и принята за прототип. Схема содержит группу последовательно соединенных светодиодов, подключенных параллельно к сглаживающему пульсации напряжения конденсатору, подсоединенному к диодному выпрямителю, который подсоединен последовательно к конденсатору, задающему рабочий ток, при этом конденсатор, задающий рабочий ток с подключенным параллельно ему разрядным резистором, вместе с токоограничивающим резистором последовательно подключены в сеть переменного тока, отличающаяся тем, что параллельно входу выпрямителя в цепь переменного тока подключен дополнительный конденсатор.
Недостатками этой схемы является использование дополнительных резистивных элементов для ограничения пускового тока или разрядки конденсаторов, что приводит к дополнительным потерям электрической мощности - так как резистивные элементы являются источниками дополнительного тепловыделения. Соединение светодиодных элементов последовательно приводит к снижению надежности схемы из-за того, что при возможном повреждении одного светодиода произойдет либо разрыв цепи, либо перераспределение напряжений, что приведет к дальнейшим повреждениям светодиодов.
Технический результат в предлагаемой схеме включения светодиодных излучателей для светильников в сети переменного тока заключается в повышении ее надежности и увеличении к.п.д.
Обеспечивается технический результат тем, что параллельно к шунтирующему конденсатору подключены две группы последовательно-параллельно соединенных светодиодов, а параллельно к ограничивающему ток конденсатору подключено электронное реле, выходные контакты которого подключены параллельно к ограничивающему ток резистору, величина которого выбирается по формуле:
1
2
где ω - циклическая частота тока, R - сопротивление ограничивающего ток резистора, С - емкость ограничивающего ток конденсатора.
На Фиг. 1 показана схема подключения светодиодных излучателей в сеть переменного тока, которая состоит из ограничивающего ток резистора 1, ограничивающего ток конденсатора 2, шунтирующего конденсатора 3, групп последовательно-параллельно соединенных светодиодов 4, 5, электронного реле 6, выходных нормально разомкнутых контактов электронного реле 7.
Принцип действия схемы подключения светодиодов для светильников в сети переменного тока заключается в следующем, ограничивающий ток конденсатор 2 и шунтирующий конденсатор 3, включенные последовательно, образуют емкостной делитель напряжения, который обеспечивает рабочее напряжение в двух группах последовательно-параллельно соединенных светодиодов 4, 5, подключенных параллельно к шунтирующему конденсатору 3. Для того чтобы уменьшить емкостной пусковой ток при запуске схемы, используются ограничивающий резистор 1, включенный последовательно с ограничивающим ток конденсатором 2, величина которого выбирается из следующего выражения:
1
2
где ω - циклическая частота тока, R - сопротивление токоограничивающего резистора 1, С - емкость ограничивающего ток конденсатора. При такой величине ограничивающего ток резистора 1 максимальный пусковой ток схемы будет превышать номинальный ток в 2 раза, это защитит от повреждений коммутационное оборудование, а дальнейшее шунтирование ограничивающего ток резистора 1, выходными нормально разомкнутыми контактами электронного реле 7, не приведет к превышению напряжение на группах последовательно-параллельно соединенных светодиодов 4, 5 выше его номинального значения.
При запуске схемы и окончании первичного переходного пускового процесса величина действующего значения напряжения на ограничивающем ток конденсаторе 2 достигнет номинального значения. Это же номинальное значение напряжения будет и на электронном реле 6, которое подключено параллельно к ограничивающему ток конденсатору 2, в результате чего произойдет замыкание нормально разомкнутых контактов электронного реле 7, подключенных параллельно к ограничивающему ток резистору 1 с его шунтированием. При шунтировании резистора 1 начнется переходный процесс установления рабочего напряжения на двух группах последовательно-параллельно соединенных светодиодов 4, 5 и окончится выходом схемы на потребление номинальной мощности.
Для разрядки ограничивающего ток конденсатора 2 при выключении схемы используется внутреннее сопротивление катушки электромагнитного реле или входа электронного реле 6, что позволяет избежать применения отдельного резистора. Шунтирование ограничивающего ток резистора 1 при выходе схемы на потребление номинальной мощности приводит к уменьшению тепловых потерь в схеме и увеличению ее к.п.д.
Последовательно-параллельное соединение светодиодов в группы 4, 5 в схеме подключения светодиодных излучателей в сеть переменного тока позволяет уменьшить количество последовательно включенных светодиодов. Так при выходе из строя одного из светодиодов происходит либо обрыв цепочки, либо перераспределение напряжений, что приведет к повреждению всей оставшейся цепи последовательно соединенных светодиодов. Уменьшенное количество светодиодов в последовательном соединении позволяет при повреждении одного или нескольких светодиодов и обрыве последовательной цепи снизить общее количество вышедших из строя светодиодов и увеличить надежность.
Встречное включение групп последовательно-параллельно соединенных светодиодов 4, 5 позволяет избежать возникновения обратных перенапряжений и уменьшить вероятность их повреждений. Также встречное включение групп последовательно-параллельно соединенных светодиодов обеспечивает использование каждой группы светодиодов только полпериода переменного напряжения, что приводит к возможности более эффективного рассеивания тепла, выделяемого светодиодами, и уменьшению необходимого для этого радиатора.
Список литературы:
1. Патент РФ на ПМ №113329, 05.08.2011 г.
2. Патент РФ на ПМ №2151473, 25.06.1998 г.
3. Сергеев А. Светодиодная сетевая «лампа». Журнал Радио, 2004, №9, с. 40.
4. Патент РФ на ПМ №95214, 17.12.2009 г.