ИМПУЛЬСНЫЙ ОПТОИЗОЛИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО СВЕТИЛЬНИКА С МАЛЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ ВЫХОДНОГО ТОКА

Полезная модель может быть использована в светильниках использующих, в качестве излучателя светодиоды.
Известно устройство «ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО ФОНАРЯ». RU. Патент №127570. U1. МПК Н05В 37/02 (2006.01) Заявка: 2012133286/07, 03.08.2012.
1. Импульсный источник питания для светодиодного фонаря, содержащий входной фильтр, входной выпрямитель, блок управления, узел защиты по току, транзисторный ключ, выход которого через трансформатор соединен с мощным выходным выпрямителем и выходным фильтром, устройство коррекции, первый вход которого соединен с выходным фильтром, выход устройства коррекции через оптопару соединен с первым управляющим входом блока управления, второй управляющий вход блока управления связан с выходом узла защиты по току, а выход блока управления соединен с управляющим входом транзисторного ключа, отличающийся тем, что дополнительно содержит термореле с нормально-замкнутыми контактами, включенное последовательно между входом блока питания и входным фильтром.
2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что температура размыкания цепи термореле находится в диапазоне 105-125°С.
3. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит маломощный выпрямитель и стабилизатор, питающий устройство коррекции и оптопару.
4. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик выходного тока, соединенный со вторым входом схемы сравнения.
5. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит ключевое устройство защиты от мгновенного сверхтока, включенное в разрыв цепи питания полезной нагрузки, вход ключевого устройства защиты от мгновенного сверхтока подключен ко второму выходу устройства коррекции.
6. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит цепь смягчения перегрузки, подключенную к первичной обмотке трансформатора. (прототип).
Недостатком является высокая температура источника питания, низкий КПД преобразования, большие пульсации выходного тока.
Известен «СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА И СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ». RU. Патент №2210851. С2. МПК7 Н02М 3/335 Заявка: 2001115925/09, 08.06.2001.
Дополнительно регулируют сигнал обратной связи в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора. В скважности импульсов содержится информация о величине тока нагрузки и его изменении. Введение указанной регулировки позволяет скомпенсировать изменение выходного напряжения преобразователя при изменении тока нагрузки.
Недостатком является высокая температура источника питания, низкий КПД преобразования, большие пульсации выходного тока.
Известен «Способ преобразования напряжения постоянного тока и стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания». RU. Заявка №2001115925. А. МПК 7 Н02М 3/335.
1. Способ преобразования напряжения постоянного тока, при котором преобразуемое напряжение превращают в последовательность импульсов, подают их на первичную обмотку трансформатора, на вторичной обмотке которого получают выходное напряжение, сигнал, пропорциональный выходному напряжению, получают с обмотки обратной связи, сравнивают его с опорным, получают сигнал их разности и по этому сигналу изменяют скважность импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, отличающийся тем, что дополнительно регулируют сигнал обратной связи в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, при этом при уменьшении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи увеличивают, а при увеличении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи уменьшают.
2. Стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания, содержащий ШИМ-контроллер и трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным зажимам источника через транзистор, управляющий вход которого подключен к выходу ШИМ-контроллера, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными зажимами источника, обмотка обратной связи трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к входу питания ШИМ-контроллера, который через резистор запускающей цепи соединен с первым входным зажимом, а вход "общий" ШИМ-контроллера соединен со вторым входным зажимом источника, вход обратной связи ШИМ-контроллера через резисторы подключен к выходу регулируемого делителя напряжения, содержащего резисторы и фильтровые конденсаторы и соединенного через один диод с обмоткой обратной связи трансформатора, а через второй диод - с силовым транзистором.
Недостатком является высокая температура источника питания, низкий КПД преобразования, большие пульсации выходного тока.
Техническим результатом является малая пульсация выходного тока (1-3%) и высокий КПД (более 90%).
Технический результат достигается тем, что для достижения малых пульсаций выходного тока и высокого КПД при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах, применен источник стабильного тока на полевом транзисторе охваченный отрицательной связью по напряжению сток-исток, чем обеспечивается постоянство напряжения сток-исток регулирующего полевого транзистора, и как следствие постоянство мощности потерь при изменении сопротивления нагрузки.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема импульсного оптоизолированного стабилизированного источника постоянного тока для светодиодного светильника с малыми пульсациями выходного тока и высоким КПД.
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 (1) (выделен рамкой), включающего в себя микросхему DD1 (2) (например, МС33262) в стандартном включении, трансформатора Т1 (3), выпрямителя VD1 (4), накопительного конденсатора С1 (5), узла управления (6), узла источника стабильного тока (13). Узел управления (6) состоит из операционного усилителя DA1A (7) (например, LM2904) (7), сдвоенного оптрона DA2 (8) (например, TLP521-2), стабилитрона VD2 (9), резисторов R1 (10), R2 (11), R3 (12). Узел источника стабильного тока (13) состоит из пропорционально-интегрирующего фильтра R4, R5, C4, R8 (14), полевого транзистора VT2 (15) (например IRFZ48NS), датчика тока R0 (16), операционного усилителя DA1B (17) (например, LM2904), резисторов R6 (18), R7 (19).
Схема управления (6) и источник стабильного тока (13) питаются выходным напряжением источника тока от параметрического стабилизатора R3 (12), VD2 (9).
Выходной ток источника стабильного тока (13) (ток нагрузки) равен
H
ОП
J=U/R0 (формула 1)
H
где J - ток нагрузки,
ОП
U - опорное напряжение получаемое, например, с делителя R8, R10 от параметрического стабилизатора R3, VD2.
R0 - сопротивление датчика тока.
C
Для получения высокого КПД в широком диапазоне нагрузок, необходимо поддерживать напряжения на стоке транзистора VT2 постоянным не зависимо от сопротивления нагрузки. Для этого напряжение U со стока транзистора VT2 через пропорционально-интегрирующий фильтр R4, R5, C2, R8 подается на не инвертирующий вход ОУ DA1A (7). Это напряжение выбирается равным удвоенному амплитудному значению напряжения пульсаций на конденсаторе С1 (5) при заданном токе. На инвертирующий вход ОУ подается напряжение U2 обратной связи с резистора R1 (10)
U2=J2*R1 (формула 2)
где J2 - ток коллектора транзистора нижнего по схеме канала оптрона DA2 (8), (током базы пренебрегаем).
Операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью поддерживает на своих входах одинаковые напряжения, поэтому
C
U=U2 или, учитывая (формулу 2)
C
U=J2*R1 (Формула 3)
Так как светодиоды обоих каналов оптрона DA2 (8) включены последовательно - их токи равны, следовательно, (входные токи и температурные характеристики обоих каналов оптрона DA2 равны) ток коллектора J1 верхнего по схеме канала оптрона DA2 может отличаться от тока J2 нижнего по схеме канала оптрона DA2 только постоянным множителем, т.е.
J1=C*J2 (формула 4)
где С - постоянный множитель.
Далее, ток J1 создает на резисторе R2 напряжение U3
U3=J1*R2 (формула 5)
ref
Это напряжение подается на управляющий вход микросхемы DD1 (2) корректора коэффициента мощности (1) и поддерживается этой микросхемой на уровне ее внутреннего источника опорного напряжения U, т.е.
ref
U3-J1*R2=U отсюда
ref
J1=U/R2 или, учитывая (формулу 4)
ref
J2=U/(C*R2) (Формула 6).
Подставляя (формулу 6) в (формулу 3) окончательно имеем
C
ref
U=U*R1/(R2*C) (формула 7)
Таким образом, напряжение на стоке регулирующего транзистора VT2 (15) не зависит от сопротивления нагрузки, чем достигается постоянство выделяемой на нем мощности (тепла) в широком диапазоне сопротивления нагрузки.
При этом выделяемая на транзисторе VT2 (15) мощность равна
H
ref
Pvt2=J*U*R1/(R2*C) или учитывая (формулу 1)
ОП
ref
Pvt2=U*U*R1/(R2*C*R0) (формула 8)
и не зависит от сопротивления нагрузки.
Технике-экономические показатели устройства значительно превосходят прототип, т.к. источник постоянного тока для питания светодиодных светильников имеет коэффициент пульсаций светового потока менее 2% и КПД более 90%.
Были изготовлены несколько устройств показавших приемлемые показатели.
Перечень позиций.
1. - узел корректора коэффициента мощности (выделен рамкой),
2. - микросхема DD1,
3. - трансформатор Т1,
4. - выпрямитель VD1,
5. - накопительный конденсатор С1,
6. - узел управления,
7. - операционный усилитель DA1A,
8. - сдвоенный оптрон,
9. - стабилитрон VD2,
10. - резистор R1,
11. - резистор R2,
12. - резистор R3,
13. - узел источника стабильного тока,
14 - пропорционально интегрирующий фильтр,
15 - полевой транзистор VT2,
16 - датчик тока R0,
17 - операционный усилитель DA1B,
18 - резистор R6,
19 - резистор R7.