ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в источниках питания светодиодных светильников.
Известно устройство «Источник питания светодиодного светильника с повышенным ресурсом» (патент РФ №166986, опубл. 20.12.2016 г.). Источник электропитания светодиодного светильника, содержащий входной фильтр, выпрямитель, активный корректор коэффициента мощности с пленочным конденсатором на выходе, к обкладкам которого подключен вход импульсного стабилизатора тока, нагруженного на светодиодный источник света, отличающийся тем, что импульсный стабилизатор тока выполнен в виде квазирезонансного преобразователя напряжения с коммутацией при нулевых значениях тока и частотно-импульсной модуляцией, первичная сторона которого организована по схеме однотактного прямоходового импульсного преобразователя с гальванической развязкой, где на первичной обмотке высокочастотного трансформатора формируются импульсы напряжения при помощи силового полупроводникового коммутирующего элемента, представляющего из себя диодно-транзисторный электронный ключ, на вход которого подается сигнал со схемы управления, служащей согласующим устройством между информационным управляющим сигналом и входом управления коммутирующего элемента, длительность импульсов задается формирователем импульса фиксированной длительности, частота импульсов на выходе которого формируется поданным на вход сигналом от генератора, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом усилителя рассогласования, на неинвертирующий вход которого подается опорное напряжение с выхода источника опорного напряжения, а на инвертирующий вход подается напряжение с выхода датчика тока, измерительная часть которого включена последовательно со светодиодной нагрузкой, конец вторичной обмотки импульсного трансформатора подключен к одному из выводов индуктивного элемента резонансного контура, второй конец которого соединен с анодом выпрямительного диода, катод которого соединен с одной из обкладок конденсатора резонансного контура и с катодом рекуперативного диода, анод которого соединен со второй обкладкой конденсатора резонансного контура, с началом вторичной обмотки импульсного трансформатора и со входом измерительной части датчика тока, к катодам выпрямительного и рекуперативного диодов подключен один конец дросселя выходного фильтра, второй конец которого присоединен к аноду светодиодной нагрузки, катод которой соединен со вторым электродом измерительной части датчика тока.
Источник построен по двухкаскадной схеме преобразования. Входной каскад представляет собой активный корректор коэффициента мощности с пленочным конденсатором на выходе для накопления энергии. К накопителю энергии подключен импульсный стабилизатор тока, первичная сторона которого организована по схеме однотактного прямоходового импульсного преобразователя с гальванической развязкой.
Недостатком является большое количество силовых элементов, сложность в организации обратной связи прямоходового преобразователя. Как следствие это приведет к удорожанию источника.
Известно устройство «Импульсный оптоизолированный стабилизированный источник постоянного тока для светодиодного светильника с малыми пульсациями выходного тока» (патент РФ№137 169, опубл. 27.01.2014). Принципиальная электрическая схема оптоизолированного стабилизированного источника постоянного тока для светодиодного светильника с малыми пульсациями выходного тока и высоким КПД состоит из узла корректора коэффициента мощности, включающего в себя микросхему DDI (например, МС33262) в стандартном включении, трансформатора Т1, выпрямителя VD1, накопительного конденсатора С1, узла управления, узла источника стабильного тока. Узел управления состоит из операционного усилителя DA1A (например, LM2904), сдвоенного оптрона DA2 (например, TLP521-2), стабилитрона VD2, резисторов R1, R2, R3. Узел источника стабильного тока состоит из пропорционально-интегрирующего фильтра R4, R5, С4, R8, полевого транзистора VT2 (например IRFZ48NS), датчика тока R0, операционного усилителя DA1B (например, LM2904), резисторов R6, R7.
Схема управления и источник стабильного тока питаются выходным напряжением источника тока от параметрического стабилизатора R3, VD2.
Введение дополнительного источника стабильного тока приведет к увеличению стоимости изделия. Не исключена возможность появления низкочастотных пульсаций, т.к. корректор коэффициента мощности используется в «стандартном включении».
Недостатком данного устройства является применение в источнике стабильного тока дополнительного линейного стабилизатора на транзисторе VT2, что приводит к снижению КПД источника, ограничению диапазона выходного напряжения и как следствие нагреву регулирующего транзистора.
Наиболее близким аналогом является источник питания для светодиодов А220Т070С145К03 производства ЗАО «ММП-Ирбис» (http://www.mmp-irbis.ru/katalog/LED_drivers/model_A220T070C145K03.php), предназначенный для питания светодиодной нагрузки мощностью до 101,5 Вт стабилизированным током. Источник питания обеспечивает низкий уровень пульсации выходного напряжения и может быть использован в осветительных установках для промышленного, уличного и внутреннего освещения. Выполнен в алюминиевом корпусе и залит теплопроводным компаундом, предполагает охлаждение за счет естественной конвекции.
Основные свойства:
работа в диапазоне входного напряжения 170-260 В переменного тока;
выдерживает скачки входного напряжения до 280 В;
защита от короткого замыкания, холостого хода, превышения входного напряжения и перегрева;
гальваническая развязка.
Недостатком источника питания А220Т070С145К03 является то, что при работе на светодиодную нагрузку появляются низкочастотные пульсации (при изменении сетевого напряжения), вызывающие мерцание светового потока. При повышении сети питания от номинала до верхнего значения в выходном напряжении появляется пульсация 25 Гц, что приводит к мерцанию светодиодов (высоким пульсациям тока).
Существенным отличием между источником питания для светодиодов А220Т070С145К03 производства ЗАО «ММП-Ирбис» и заявленной полезной модели является состав и место подключение узла синхронизации. Синхронизирующая цепь в А220Т070С145К03 с выхода сетевого выпрямителя через резистор R7, диод VD2 подключена к выводу микросхемы DA1.
Технической задачей заявленной полезной модели является улучшение технико-эксплуатационных характеристик импульсного источника питания, используемого для светодиодных светильников. Техническим результатом является уменьшение пульсаций тока при высоком коэффициенте мощности (cosϕ) во всем диапазоне изменения питающего напряжения.
Для достижения заявленного технического результата предложен импульсный источник питания для светодиодных светильников, содержащий сетевой фильтр, совмещенный корректор коэффициента мощности с конвертором, включающий в себя микросхему корректора коэффициента мощности в стандартном включении; трансформатор, выпрямитель, выходной фильтр, узел управления, состоящий из сдвоенного операционного усилителя, параметрического стабилизатора, транзисторной оптопары, управляемой через диод канала стабилизации тока и диод канала стабилизации напряжения; транзисторный ключ, при этом, в цепь усилителя ошибки обратной связи корректора коэффициента мощности введен узел синхронизации, включающий три резистора, два конденсатора и диод, при этом узел синхронизации одним выходом соединен с обмоткой трансформатора, питающей микросхему корректора коэффициента мощности, а вторым выходом со входом управления указанной микросхемы.
Импульсный источник питания для светодиодных светильников выполнен по однокаскадной схеме изолированного преобразователя, выполняющего функции корректора коэффициента мощности, работающего в широких диапазонах изменения сопротивления нагрузки и входного напряжения, обеспечивающего показатели стабильной работы с высоким коэффициентом мощности (cosϕ). Использование узла синхронизации (дополнительная обратная связь, совмещенная с классической) позволяет исключить пульсации тока («мерцание») во всем диапазоне изменения питающего напряжения.
Введение указанной регулировки позволяет обеспечить синхронизацию работы корректора коэффициента мощности во всем диапазоне входных напряжений. В итоге схема управления корректора мощности вырабатывает управляющий сигнал, воздействующий на транзисторный ключ в режиме широтно-импульсной модуляции, значительно повышающий коэффициент мощности (cosϕ), что повышает стабильность работы (малые пульсации тока) устройства.
В качестве активного корректора коэффициента мощности используется Микросхема IL34262N (НПО «Интеграл»), которая специально спроектирована для использования в качестве первичного преобразователя в схемах автономных преобразователей мощности. Особенностью данной интегральной микросхемы является наличие внутреннего таймера запуска, схемы для получения коэффициента мощности близкого к единице, детектора нулевого тока для обеспечения надежности функционирования, усилителя ошибки для ввода обратной связи, схемы быстрого старта для оптимизации режима запуска, внутреннего источника опорного напряжения, компаратора контроля тока для защиты от короткого замыкания, и двухтактного выходного каскада для управления мощным МОП-транзистором.
Указанные преимущества полезной модели, а также ее особенности поясняются с помощью чертежа.
На фиг. 1 показана электрическая схема заявленной полезной модели, где - 1 - сетевой фильтр,
2 - совмещенный корректор коэффициента мощности с конвертором,
3 - микросхема,
4 - узел синхронизации,
5 - резисторы в составе узла синхронизации,
6 - конденсаторы в составе узла синхронизации,
7 - диод в составе узла синхронизации,
8 - трансформатор,
9 - выпрямитель,
10 - выходной фильтр,
11 - узел управления,
12 - операционный усилитель (компаратор выходного тока),
13 - операционный усилитель (компаратор выходного напряжения),
14 - параметрический стабилизатор,
15 - транзисторная оптопара,
16 - диод канала стабилизации тока,
17 - диод канала стабилизации напряжения,
18 - транзисторный ключ.
Импульсный источник питания для светодиодных светильников (фиг. 1), содержащий сетевой фильтр 1 выход которого соединен со входом совмещенного корректора коэффициента мощности с конвертором 2, содержащим микросхему 3, соединенную с узлом синхронизации 4, включающего три резистора 5, два конденсатора 6 и диод 7, и соединенным с транзисторным ключом 18. Совмещенный корректор коэффициента мощности с конвертором 2 выходом соединен с трансформатором 8, выход которого соединен с выпрямителем 9, выход которого соединен с выходным фильтром 10, выход которого соединен с узлом управления 11, включающим два операционных усилителя 12 и 13 (компараторы выходного тока и напряжения), соединенных с диодами канала стабилизации тока и напряжения 16 и 17 соответственно. Развязка узла управления выполнена на транзисторной оптопаре 15, управляемой через диоды 16 и 17.
Работа импульсного источника питания для светодиодных светильников происходит следующим образом:
Компаратор выходного тока 12 через транзисторную оптопару 15 поддерживает стабильное напряжение (2,4-2,5) В на входе усилителя ошибки обратной связи микросхемы 3 в составе совмещенного корректора коэффициента мощности с конвертором 2. Этим достигается стабильность выходного тока при изменении нагрузки, во всем диапазоне выходного напряжения, и сетевого питания. Компаратор выходного напряжения 13 поддерживает стабильность выходного напряжения при отсутствии стабилизации выходного тока.
Особенностью в данном ИП является введение в цепь узла синхронизации (усилителя ошибки дополнительной обратной связи) с обмотки трансформатора 8, что позволяет дополнительно регулировать сигнал обратной связи в цепи усилителя ошибки в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора 8. Воздействие на узел синхронизации 4 осуществляется в момент формирования импульсов выходного напряжения (обратный ход трансформатора 8). Данная обратная связь позволяет обеспечить синхронизацию работы совмещенного корректора коэффициента мощности с конвертором 2 во всем диапазоне входных напряжений. В итоге совмещенный корректор коэффициента мощности с конвертором 2 вырабатывает управляющий сигнал, воздействующий на транзисторный ключ 18 в режиме широтно-импульсной модуляции, значительно повышающий коэффициент мощности.
Развязка узла управления выполнена на транзисторной оптопаре 15, управляемой через диоды 16 и 17. Узел управления 11, включающий в себя компаратор выходного тока 12 и компаратор выходного напряжения 13, питается от параметрического стабилизатора 14. Выпрямительный диод 9 соединен входом с трансформатором 8 и выходом с выходным фильтром 10, и отвечает за выпрямление напряжения.
Технические показатели заявленной полезной модели достигнуты за счет введения узла синхронизации.
Особенности полезной модели поясняются на прилагаемом чертеже. Импульсный источник питания для светодиодных светильников выполнен в алюминиевом корпусе и залит теплопроводным компаундом, предполагает охлаждение за счет естественной конвекции.
Были изготовлены и испытаны опытные образцы предлагаемого источника питания по схеме, представленной на фиг.1 со следующими характеристиками:
диапазон входного напряжения (150-260) В;
номинальный стабилизируемый ток нагрузки 0,7 А;
диапазон выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки (50-115) В.