АВАРИЙНЫЙ СВЕТИЛЬНИК ПОСТОЯННОГО ДЕЙСТВИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам аварийного освещения, а более конкретно к устройствам аварийного освещения со светодиодными источниками света.
Известны устройства аварийного освещения, см., например, патент США класса 315/86, №20050007024, дата публикации 13.01.2005 г., в котором содержатся: аккумуляторная батарея, зарядное устройство, первый преобразователь сетевого напряжения в низковольтное постоянное напряжение, второй преобразователь низковольтного напряжения в напряжение, соответствующее напряжению питания источника света, управляющее устройство для переключения источников рабочего и аварийного режимов.
В указанном устройстве отсутствует задание уровней напряжения сети для переключения рабочего и аварийного режимов, защита аккумуляторной батареи от глубокого разряда, управление переключением рабочего режима, автоматическое установление уровней рабочего и аварийного освещения, стабилизация светового потока в рабочем и аварийном режимах.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели, по назначению и устройству, является устройство аварийного освещения (патент РФ №71498 Н01В 41/26, дата публикации 10.03.2008), которое содержит: клеммы для подключения к сети переменного тока - L («линия 1»), N («нейтраль»), первый выпрямитель низкочастотного напряжения, преобразователь напряжения сети переменного тока в высокочастотное низковольтное напряжение, первую чувствительную пороговую схему, предназначенную для определения уровня напряжения сети переменного тока, первый, второй и третий выпрямители высокочастотного напряжения, аккумуляторную батарею, высокочастотный диод, вторую чувствительную пороговую схему с входом питания, входом управления и выходом, предназначенная для определения уровня напряжения аккумуляторной батареи, транзисторную схему с входом питания, входом управления и выходом, предназначенную для управления световым потоком в аварийном режиме, дополнительную клемму для подключения к сети переменного тока - Lком («линия 2»), первый, второй и третий резисторы,
второй выпрямитель низкочастотного напряжения, транзисторный оптрон, транзисторный ключ, предназначенный для включения и выключения электрического источника света в рабочем режиме, второй высокочастотный преобразователь напряжения, электрический источник света; вход первого выпрямителя низкочастотного напряжения подключен к клеммам сети переменного тока (L, N); вход преобразователя напряжения сети переменного тока в высокочастотное низковольтное подключен к выходу первого низкочастотного выпрямителя; вход первой чувствительной пороговой схемы подключен к выходу первого низкочастотного выпрямителя, а выход к входу управления преобразователя напряжения сети переменного тока в высокочастотное низковольтное напряжение; преобразователя; входы первого, второго и третьего высокочастотных выпрямителей подключены к выходам преобразователя напряжения сети переменного тока в высокочастотное низковольтное напряжение; между выходом первого высокочастотного выпрямителя и полюсом аккумуляторной батареи подключен блокировочный высокочастотный диод (диод Шоттки); выход второго высокочастотного выпрямителя через стабилизатор тока подключен к аккумуляторной батарее; чувствительный вход второй пороговой схемы подключен к выходу первого высокочастотного выпрямителя или к полюсу аккумуляторной батареи; вход второго низкочастотного выпрямителя через первый резистор подключен к дополнительной клемме сети переменного тока (L ком); выход второго низкочастотного выпрямителя через резистор подключен к входу транзисторного оптрона; выход третьего высокочастотного выпрямителя подключен к входу второй транзисторной схемы и через третий резистор подключен к выходу транзисторного оптрона; вход преобразуемого напряжения второго высокочастотного преобразователя напряжения подключен к выходу первого высокочастотною выпрямителя, а выход второго высокочастотного преобразователя напряжения подключен к электрическому источнику света; выход транзисторного оптрона подключен к входу транзисторного ключа, выход которого подключен к входу выключения второго высокочастотного преобразователя напряжения.
Известное устройство не может быть использовано для светодиодных источников света.
Предлагаемое устройство может управлять светодиодными источниками света, в аварийном светильнике, благодаря тому, что в нем: дополнительно содержится линейный стабилизатор напряжения, в качестве второго высокочастотного преобразователя напряжения используется преобразователь постоянного напряжения
в постоянное (DC/DC), снабженный входом управления выходной мощностью; в качестве источника света применена цепочка из последовательно соединенных светодиодов, вход стабилизатора напряжения подключен к выходу первого выпрямителя высокочастотного напряжения; вход питания второго высокочастотного преобразователя напряжения подключен к выходу стабилизатора напряжения; вход питания второй чувствительной пороговой схемы подключен к стабилизатору напряжения; вход питания транзисторной схемы подключен к стабилизатору напряжения, выход транзисторной схемы подключен к входу управления выходной мощностью второго высокочастотного преобразователя, выход второй пороговой схемы подключен к входу выключения второго высокочастотного преобразователя.
Преобразователь постоянного напряжения в постоянное позволяет согласовать светодиодный источник света с выходным напряжением первого высокочастотного преобразователя и с напряжением аккумуляторной батареи; линейный стабилизатор напряжения позволяет согласовать питание второго преобразователя напряжения, второй чувствительной пороговой схемы и транзисторной схемы с выходным напряжением первого высокочастотного преобразователя и с напряжением аккумуляторной батареи; подключение выхода транзисторной схемы к входу управления второго высокочастотного преобразователя позволяет переключать уровни выходной мощности второго преобразователя и, следовательно, уровни светового потока светодиодного источника света; подключение выхода второй пороговой схемы к входу выключения второго высокочастотного преобразователя позволяет, отключив потребление энергии светодиодным источником света, защитить аккумуляторную батарею от чрезмерного разряда.
Предлагаемое устройство отличается также тем, что в качестве второго высокочастотного преобразователя применен повышающий преобразователь постоянного напряжения.
Это позволяет использовать светодиодные источники света, состоящие из последовательно соединенных светодиодов при ограниченном количестве элементов в аккумуляторной батарее.
Предлагаемое устройство отличается также тем, что транзисторная схема с входом питания, входом управления и выходом состоит из ключа на р-п-р транзисторе, выполняющего функцию «НЕ», эмиттерного повторителя на п-р-п транзисторе и первого и второго резистивных делителей напряжения, причем транзисторный ключ на р-п-р транзисторе и эмиттерный повторитель включены
последовательно; вывод эмиттера р-п-р транзистора является входом питания транзисторной схемы; база р-п-р транзистора подключена к первому делителю напряжения, средняя точка которого является входом управления транзисторной схемы, второй делитель напряжения подключен к коллектору р-п-р транзистора, средняя точка второго делителя напряжения подключена к базе п-р-п транзистора, а его эмиттер - является выходом транзисторной схемы.
Это позволяет путем изменения соотношения сопротивлений резисторов второго делителя напряжения транзисторной схемы изменять световой поток в аварийном режиме.
Предлагаемое устройство отличается также тем, что вторая чувствительная пороговая схема с входом питания, входом управления и выходом состоит из каскада на параллельном стабилизаторе с первым и вторым резистивными делителями напряжения и ключа на р-п-р транзисторе с третьим резистивным делителем напряжения; вход параллельного стабилизатора через первый резистивный делитель напряжения подключен к входу питания второй чувствительной пороговой схемы; эмиттер р-п-р транзистора подключен к входу питания второй чувствительной пороговой схемы; к входу управления чувствительной пороговой схемы подключен второй резистивный делитель напряжения, средняя точка которого подключена к управляющему выводу параллельного стабилизатора напряжения; база р-п-р транзистора подключена к средней точке первого резистивного делителя напряжения; коллектор р-п-р транзистора подключен к третьему резистивному делителю напряжения, средняя точка которого подключена к выходу второй чувствительной пороговой схемы.
Такое устройство второй чувствительной пороговой схемы позволяет путем задания соотношения сопротивлений резисторов во втором резистивном делителе устанавливать необходимый уровень защиты аккумуляторной батареи от чрезмерного разряда, благодаря чему могут быть использованы аккумуляторные батареи с необходимым числом элементов, например, 4, 5, 6, 8. Задание соотношения сопротивлений резисторов в первом резистивном делителе напряжения позволяет согласовать работу второй чувствительной схемы с выходным напряжением линейного стабилизатора.
Задание сопротивлений резисторов в третьем резистивном делителе напряжения позволяет согласовать работу второй чувствительной схемы с транзисторным ключом и входом выключения второго высокочастотного преобразователя напряжения.
Полезная модель поясняется чертежами, приведенными на фиг.1-3.
На фиг.1 показана блок-схема полезной модели. (На схеме не показаны предохранитель, элементы фильтра радиопомех). Приняты следующие условные обозначения:
1 - клемма L (линия), 2 - клемма Lком (дополнительная коммутируемая линия),
3 - клемма N («нейтраль») сети переменного тока; 4 - выпрямитель, 5 - вход выпрямителя, 6 - выход выпрямителя; 7 - первое чувствительное пороговое устройство с входом 8 и выходом 9; первое пороговое устройство 7 предназначено для определения уровня напряжения сети переменного тока, при котором аварийный светильник должен работать в рабочем режиме; 10 - понижающий высокочастотный преобразователь выпрямленного напряжения сети в низковольтное высокочастотное напряжение, 11 - вход, 12-14 выходы высокочастотного напряжения преобразователя 10; 15 - вход управления преобразователя 10; 16, 17, 18 - первый, второй и третий высокочастотные выпрямители; 19 - стабилизатор тока; 20 - высокочастотный диод (или диод Шоттки); 21 - аккумуляторная батарея; 22 - первый низкочастотный выпрямитель, вход выпрямителя 22; 24 - выход выпрямителя 22; 25, 26 - резисторы, образующие делитель напряжения, ограничивающий максимальное входное напряжение выпрямителя 22 и ограничивающие его выходной ток; 27 - транзисторный оптрон, 28 - вход оптрона 27; 29 - выход оптрона 27; 30 - резистор, ограничивающий выходной ток оптрона 27; 31 - стабилизатор напряжения; 32 - второе чувствительное пороговое устройство (с чувствительным входом 33, входом питания 34 и выходом 35), предназначенное для контроля напряжения на аккумуляторной батарее 21; 36 - логическое транзисторное устройство, с входом питания 37 и входом 38, выходом 39, предназначенное для управления режимом работы аварийного светильника при отключении сетевого напряжения; 40 - транзисторный ключ с высокоомным входом 41 и выходом 42; 43 - второй высокочастотный преобразователь с входом питания 44, входом преобразуемого напряжения 44, входом выключения 46, входом управления выходной мощностью 47, выходом 48; 49 - источник света (последовательная цепь светодиодов), 50 - вход источника света 49.
На фиг.2 более подробно показана схема питания аварийного светильника. В выпрямителе 4: 51 - диодный мост; 52 - конденсатор; в выпрямителе 22: 53 - диодный мост, 54 - конденсатор; в первом чувствительном пороговом устройстве: 55, 56 - п-р-п транзисторы; 57 - стабилитрон; 58 - конденсатор; 59, 60, 61 - резисторы; в первом, втором и третьем высокочастотных выпрямителях 16, 17, 18: 62 - диод,
63 - конденсатор; 64 - диод; 65 - конденсатор; 66 - диод, 67 - конденсатор; в стабилизаторе тока 19: 68 - микросхема для стабилизации тока (например, LM317), 69 - резистор задания тока стабилизации; 70 - силовая шина питания понижающего преобразователя; 71 - шина для заряда аккумуляторной батареи; 72 - первая шина для подачи управляющего напряжения; 73 - вторая шина управляющего напряжения, 74 - общая шина («земля») на вторичной стороне источника питания.
На фиг.3 более подробно показана схема управления несколькими источниками света с применением второго высокочастотного преобразователя повышающего типа.
В стабилизаторе напряжения 31: 75 - п-р-п транзистор; 76 - стабилитрон; 77 - резистор; 78 - конденсатор; в логическом транзисторном устройстве 36: 79 - р-п-р транзистор; 80 - п-р-п транзистор; 81, 82 - резисторы; 83, 84 - резисторы, образующие делитель напряжения, предназначенный для установления задаваемой мощности источников света в аварийном режиме, во втором чувствительном пороговом устройстве 32: 85 - р-п-р транзистор; 86 - шунт-стабилизатор (например, микросхема TL431); 87-92 - резисторы; во втором высокочастотном преобразователе 43: 100 - микросхема, управляющая высокочастотным повышающим преобразователем напряжения (например, микросхема типа САТ4240 компании Catalyst); 93, 94 - конденсаторы; 95 - высокочастотный дроссель; 96 - диод Шоттки; 97-99 - резисторы; 101, 102 - второй и третий высокочастотные повышающие преобразователи напряжения; 103, 104 - вторая и третья цепочки последовательно соединенных светодиодов.
Для конкретной реализации предложенного устройства рекомендуется:
- применять источники света 49 (фиг.1), 103, 104 (фиг.3) из 4-6 последовательно соединенных светодиодов, например, типа EDEW-KLC8-B1 или аналогичных;
- применять никель кадмиевые аккумуляторы 21 (фиг.1, 2) с числом элементов 4-6;
- применять в высокочастотном преобразователе 10 (фиг.1, 2) микросхемы типа TNY280 компании Power Integration или аналогичные;
- применять в преобразователях 43 (фиг.1), 101, 102 (фиг.3) микросхемы типа САТ4240 компании Catalyst или аналогичные;
- устанавливать выходное напряжение выпрямителя 16 (фиг.1, 2) более максимального напряжения на аккумуляторе 21, но менее напряжения отпирания источника света 49 (фиг.1, 2), например, 10-12 В при применении аккумулятора из 6-и элементов (максимальное напряжение такого аккумулятора 9 В); напряжение отпирания источника света 49 (фиг.1) из 6 светодиодов EDEW-KLC8-B1 при этом составит 15 В; при таком выборе напряжений выпрямителя 16 и напряжении
21
отп49
16
отп49
16
отп49
аккумулятора 21 диод 20 в рабочем режиме будет заперт; в выключенном состоянии повышающего преобразователя напряжения 43 - напряжение выпрямителя 16 будет недостаточным для отпирания источника света 49 (6-и последовательно включенных светодиодов); в общем случае должно выполняться условие U<U<U, где U - порог отпирания источника света, U напряжение на выходе выпрямителя 16; U≈n×2,5 В, где 2,5 В порог отпирания для белых мощных светодиодов, указанного выше типа, а n - число последовательных светодиодов в источнике света 49;
17
19
17
17
21
19
21
19
- установить выходное напряжение выпрямителя 17 (U) большим суммы максимального напряжения на аккумуляторной батарее и минимального значения падения напряжения (U) на стабилизаторе тока 19; для 6-и элементной аккумуляторной батареи 21 U должно быть более 12 В (U>U+U, где U≈9 B, a U≈3 B);
- выходное напряжение выпрямителя 18 должно быть достаточным для включения второй транзисторной схемы 40;
- номинальное напряжение сети 50 Гц между клеммами 1-3 (L, N), 2-3 (Lком, N) предполагается соответствующим ~220 В;
- уровни переключения (открывания и закрывания) первого порогового устройства 7 рекомендуется установить в пределах ~135-175 В сети переменного тока, уровень напряжения защиты аккумуляторной батареи 21, выполняемой вторым пороговым устройством 32, должен соответствовать величине 0,8-1,0 В на элемент аккумуляторной батареи 21 (ГОСТ Р МЭК 598-2-22 для аварийных светильников).
Функционирование полезной модели, выполненной по схеме фиг.1, с учетом вышеприведенных рекомендаций, осуществляется следующим образом.
При подключении номинального напряжения сети переменного тока к клеммам 1 и 3 (фиг.1, 2, 3) появляются напряжения на шинах 70, 71, 72, 73.
При появлении напряжения на шине 70 (фиг.3) линейный стабилизатор напряжения обеспечивает питание первого порогового устройства 32, первой транзисторной схемы 36, высокочастотных преобразователей напряжения 43, 101 и 102. При этом первое пороговое устройство 32 (фиг.1) обеспечивает на выходе 39 положительный потенциал, который может включить высокочастотный преобразователь 43 и преобразователи 101 и 102 (фиг.3).
Подключение питания к входу питания 37 первой транзисторной схемы 36 (фиг.1, 3) создает возможность появления на ее выходе 39 управляющего потенциала.
Напряжение на шине 73 (фиг.3) блокирует работу высокочастотных преобразователей напряжения 43, 101, 102. Ток по шине 71 (фиг.2) через стабилизатор 19 заряжает аккумуляторную батарею 21. Напряжение на шине 72 запирает первую транзисторную схему 36 (фиг.3); при этом ток на вход управления мощностью 47 (фиг.1, 3) высокочастотного преобразователя 43 не поступает; ток через вход 45 высокочастотного преобразователя 43 не протекает, а источник света 49 выключен.
При подключении номинального напряжения сети переменного тока к клемме 2 (фиг.1, 2) выпрямитель 22 обеспечивает ток входа 28 транзисторного оптрона 27, напряжение на его выходе снижается, вторая транзисторная схема 40 выключается, блокировка входа выключения 46 высокочастотного преобразователя прекращается. Это приводит к тому, что второй высокочастотный преобразователь 43 (и аналогично преобразователи 101 и 102 фиг.3) создает на выходе 50 (фиг.1, 3) повышенное напряжение, которое зажигает светодиодный источник света 49. При этом запирающий сигнал на вход 47 высокочастотного преобразователя 43 не поступает, а на вход 46 высокочастотного преобразователя 43 не поступает регулирующий сигнал с выхода 39 первой транзисторной схемы 36. Светодиодный источник 49 питается полной мощностью высокочастотного преобразователя 43. Такое состояние соответствует рабочему режиму аварийного светильника. При этом аккумуляторная батарея заряжается через стабилизатор тока 19. Отключение питающей сети от клеммы 2 приводит к выключению второго высокочастотного преобразователя и гашению источника света.
Одновременное уменьшение напряжения на клеммах 1 и 2 (фиг.1, 2) или отключение сетевого напряжения приводят к процессу включения аварийного режима.
При уменьшении напряжения питающей сети в интервале ~135-175 В первое чувствительное пороговое устройство 7 останавливает первый высокочастотный преобразователь напряжения 10 через его вход 15. Напряжение на выходе выпрямителя 16 уменьшается, диод 20 отпирается; ток через стабилизатор тока 19 прекращается, аккумуляторная батарея начинает обеспечивать токи потребления второго высокочастотного преобразователя 43, второго порогового устройства 32, первой транзисторной схемы 36; третий высокочастотный выпрямитель не блокирует управляющий вход 38 первой транзисторной схемы 36; на выходе 39 первой транзисторной схемы 36 появляется управляющее напряжение, которое устанавливает соответствующий выбранным резисторам 83, 84 (фиг.3) управляющий ток, который через вход 47 второго высокочастотного преобразователя 43 изменяет
его выходную мощность и, соответственно, световой поток источника света 49. Аварийный светильник переходит в аварийный режим, отличающийся обычно пониженным уровнем потребляемой мощности. В случае внезапного отключения питающей сети переключение в аварийный режим происходит аналогично.
При работе в аварийном режиме напряжение аккумуляторной батареи 21 (фиг.1) уменьшается. Соответственно уменьшается напряжение на управляющем электроде параллельного стабилизатора 86 (фиг.3), ток через делитель напряжения 89, 90 уменьшается, транзистор 85 отключает ток через резистор 91, потенциал выхода 35 второго чувствительного порогового устройства уменьшается, как и потенциал входа 46 второго высокочастотного преобразователя 43. Это приводит к выключению второго высокочастотного преобразователя 43, напряжение на его выходе 48 падает, источник света 49 отключается, потребление мощности от аккумуляторной батареи 21 (фиг.1) прекращается, аккумуляторная батарея защищается от чрезмерного разряда.
При возрастании сетевого напряжения на клеммах 1, 2, 3 первое чувствительное пороговое устройство разблокирует первый высокочастотный преобразователь; на шинах 70, 71, 72 (фиг.2) появляются соответствующие напряжения; диод 20 запирается. На выходе 35 (фиг.1) второго чувствительного порогового устройства 32 появляется потенциал, который через вход 46 первого высокочастотного преобразователя 43 включает его. Потенциал на шине 72 (фиг.2) запирает первую транзисторную схему 36; ток через выход 39 и вход управления 47 второго высокочастотного преобразователя 43 прекращается и выходная мощность второго высокочастотного преобразователя восстанавливается до значения, соответствующего мощности рабочего режима аварийного светильника. Аккумуляторная батарея 21 (фиг.1) заряжается через стабилизатор тока 19 и подготавливается к очередному возможному циклу аварийного режима.
Если отключение питающей сети происходит при выключенном напряжении на клемме 2, то включается аварийный режим. В случае необходимости блокировать аварийный режим необходимо устанавливать коммутируемый ключ или перемычку между аккумуляторной батареей 21 и входом 41 второй транзисторной схемы 40.
Регулировка тока источника света 49 (фиг.3) осуществляется заданием сопротивления резистора 99.
Полезная модель может быть использована для конструирования аварийных светильников постоянного действия со светодиодными источниками света.