Мощный светодиодный осветитель, управляемый контроллером

Область техники
Решение относится к светотехнике и предназначено для использования в составе светодиодных осветителей, работающих в трехфазной сети.
Существующее состояние
0
Проверена идея, когда при последовательном соединении 2 источников последовательно и согласно, когда один из источников является активным источником тока, а другой - источником напряжения после выпрямления 3-фазного сетевого напряжения. Можно нагружать суммарное напряжение на светодиоды и иметь все преимущества мощного источника тока, имея достаточно маломощный дополнительный источник тока. При этом мощность этого дополнительного источника тока зависит от максимального напряжения на выводах источника тока и общего тока светодиодов. В то же время напряжение на выводах источника тока (его диапазон) должен быть не меньше, чем имеющаяся нестабильность 3-фазного сетевого напряжения. Например, если нестабильность сетевого напряжения +10 -15% (25%), то диапазон изменения напряжения ИТ должен быть такой же, но к нему должно быть прибавлено ненулевое начальное напряжение ИТ, необходимое ему для работоспособности. Так если сетевое напряжение после выпрямителя равно , то диапазон изменения напряжения ИТ должен быть такой же (135V), но для работы ему нужно некоторое начальное напряжение, например U=20V. Это означает, что напряжение ИТ меняется от 20 V до 155 V, то есть его минимальная мощность будет равна Pmin=155М×I, где I - рабочий ток. Адаптивный источник тока так подстраивает напряжение на своих выходах, что общее напряжение, независимо от напряжения сети (в указанных пределах) будет всегда постоянным и равным:
Uобщ=U max сети + U min ИТ=540×1,1+20=594 В+20=614 В
Uобщ=U min сети + U max ИТ=540×0,85+155=459+155=614 В
При этом мощность двух последовательных источников будет:
Ρ общ=Uобщ×I=614×I
А мощность ИТ при U сети max РИТ min=20×I; при Uсети min РИТ max=155×I
Соответственно Робщ=Рсети+РИТ
Из этого следует вывод, что для создания источников любой мощности нам необходимо:
-набрать светодиодов на максимальное напряжение.
-выбрать ток для соответствующей мощности
Для уменьшения мощности дополнительного ИП (оставив общ. мощность постоянной), то нам необходимо:
0
-снижать U ИТ
-уменьшать диапазон возможного изменения напряжения от выпрямителя.
Так если мы уменьшим диапазон изм. U до 540±5% то общее напряжение будет:
Uобщ=540×l,05+20=587 В, Δ U сети=U max - U min=567-513=54 В
РИТ max=(20+54) I=74 I, вместо 155×I (в предыдущем случае)
Техническим результатом заявленного решения является повышение надежности светодиодных осветителей; снижение материалоемкости; повышения эффективности системы питания; исключение перекоса фаз.
Раскрытие решения
Заявленное решение может быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
Мощный осветитель на светодиодах, включающий в себя основной источник постоянного напряжения после выпрямления 3-фазной сети, стабилизатор тока светодиодов, по меньшей мере, две группы светодиодов, электронный переключатель количества светодиодов, электронный переключатель тока светодиодов, контроллер, управляющий работой переключателей, отличающийся тем, что массив светодиодов разделен, по меньшей мере, на 2 группы, включенные последовательно и одна из групп имеет выводы от каждого последовательно соединенного светодиода, которые могут подключаться к питающей сети посредством первого переключателя, а количество последовательно включенных светодиодов зависит от величины напряжения основного источника, стабилизатор тока, имеющий возможность изменения тока светодиодов в зависимости от положения второго переключателя и оба переключателя управляются контроллером, анализирующим уровень напряжения основного источника синхронно, таким образом, что изменения входного напряжения на определенную величину приводит к изменению количества включенных светодиодов на ту же величину напряжения, посредством первого переключения и одновременно с изменением количества светодиодов, происходит изменение тока светодиодов обратно пропорционально изменению количества светодиодов, посредством второго переключателя таким образом, что мощность, потребляемая светодиодами, а соответственно и световой поток остаются постоянным, независимо от изменения напряжения основного источника напряжения в заданных пределах, при этом изменение напряжения на светодиодах в процентах к исходному значению напряжения точно соответствует проценту изменения тока светодиодов.
В качестве сигнала для работы контроллера вместо напряжения основного источника напряжения, используется напряжение на источнике тока.
Мощный осветитель может быть снабжен компенсатором пульсаций переменного тока, включенным последовательно с группой светодиодов.
Для возможности диммирования, осветитель может быть снабжен высоковольтным оптроном, управляющим источником тока.
На рис. 1 показана схема питания светодиодов от трехфазного выпрямленного напряжения с источником тока и компенсаторами изменения входного напряжения:
1. D1…Dn - основная группа светодиодов
2. Dn+1…Dn+n1 - группа светодиодов, участвующая в компенсации изменения входного напряжения
3. U1 - основной источник мощности (от выпрямителя 3-фазной сети)
4. Стабилизатор тока с возможностью регулировки уровня тока
5. П1а - переключатель количества работающих светодиодов
6. П1б - переключатель тока светодиодов
7. Контроллер, управляющий переключателями в зависимости от уровня входного напряжения.
Устройство работает следующим образом:
Контроллер 7 анализирует состояние напряжения на выходе выпрямителя и дает сигнал на переключатели П1а, П1б. Переключатель П1а устанавливает (включает) количество светодиодов, соответствующее напряжению выпрямителя. Переключатель П1б устанавливает требуемый ток светодиодов через источник тока.
Общая мощность светодиодов и, соответственно, световой поток всегда остаются примерно постоянными.
Необходимо иметь в виду, что для правильности работы схемы пульсации на выходе выпрямителя желательно иметь меньше, чем напряжение на ступени переключения светодиодов.
Возможен вариант решения, при котором можно уменьшить мощность источника тока, но получить расширенный диапазон работоспособности источника питания, когда в пределах ±5% работает схема с маломощным ИТ, а за пределами этой зоны изменяется количество светодиодов в соответствии с диапазоном изменения входного напряжения - если напряжение уменьшается, то уменьшается количество светодиодов, включенных в схему и наоборот.
Если в схему включены 12 В светодиоды, то добавление или исключение одного светодиода будет приводить к изменению напряжения (мощности) на . Если добавить по три светодиода на уменьшение и увеличение входного напряжения и сделать отводы от их точек соединения для включения и выключения данных светодиодов, то получим расширение диапазона рабочего напряжения на +4×1,9%=5,7% и -4×1,9%=-5,7%, а общий рабочий диапазон будет ±10,7%.
При изменении рабочего напряжения и включении (выключении) светодиодов одновременно происходит увеличение (уменьшение) мощности осветителя, поэтому одновременно с изменением числа работающих светодиодов в источнике тока должен быть изменен рабочий ток в сторону, обратную изменению светодиодов ровно на ту же величину (если 1 светодиод, то ток изменяется на 1,9%). Иначе говоря, при увеличении напряжения на выпрямителе более чем на 1,9% выше зоны +5% включается дополнительный светодиод, и автоматически ток уменьшается на 1,9% и, наоборот, при уменьшении напряжения на выпрямителе цепь светодиодов уменьшается на 1 светодиод, а общий ток увеличивается на 1,9%, чтобы компенсировать падение светового потока.
В дальнейшем можно вообще отказаться от активного источника тока, имеющего отдельное питание, и заменить его обычным (пассивным) источником тока, питание светодиодов производить полностью от выпрямителя трехфазной сети через этот источник тока.
Схема может быть реализована на полностью цифровой элементной базе, не содержать элементов, снижающих надежность (например электролитических конденсаторов).