ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных интегрированных источников оптического излучения с повышенным сроком службы, универсальных, предназначенных как для внутренней, так и для наружной установки, имеющих низкий уровень пульсаций светового потока. Полезная модель направлена на снижение коэффициента пульсаций светового потока.
Известен интегрированный источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на четырех диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент, а выходные выводы зашунтированы конденсатором, аналоговый контроллер постоянного тока, имеющий выводы REXT и GND, и вывод OUT, вывод OUT которого соединен с положительным выходным выводом моста через последовательную цепь из нескольких светодиодных матриц, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор (SM2082B Single Channel LED Constant Current Driver (datasheet) // www.dianyua-nic.com).
Недостатком известного интегрированного источника оптического излучения является высокий коэффициент пульсаций светового потока, который может достигать 35-50%. Снижение пульсаций светового потока за счет увеличения емкости конденсатора приводят к снижению коэффициента мощности и возрастанию коэффициента гармоник и броска пускового тока. При снижении напряжения на выходе моста до величины порогового напряжения последовательной цепи из светодиодных матриц световой поток снижается до нуля. Отмеченный недостаток, в частности, значительно сужает область применения интегрированного источника оптического излучения.
Известен интегрированный источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на четырех диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент, аналоговый контроллер постоянного тока, имеющий выводы REXT и GND, и четыре вывода OUT1-OUT4, четвертый вывод OUT4 которого соединен с положительным выходным выводом моста через последовательную цепь из четырех светодиодных матриц, первый вывод OUT1 контроллера подключен к общей точке соединения первой и второй светодиодных матриц, второй вывод OUT2 контроллера подключен к общей точке соединения второй и третьей светодиодных матриц, а третий вывод OUT3 контроллера подключен к общей точке соединения третьей и четвертой светодиодных матриц, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор (Altoran Chip and Systems. Driver 1С Introduce. ACS1004S and ACS1404S // www.altorancns.com).
Недостатком известного интегрированного источника оптического излучения является высокий коэффициент пульсаций светового потока, достигающий 50%. На выходе моста напряжение имеет форму последовательности полуволн синусоиды. Контроллер работает по принципу циклического переключения выводов OUT1-OUT4 при изменении уровня напряжения на выходе моста. Если напряжение на выходе моста меньше порогового напряжения первой светодиодной матрицы, световой поток равен нулю. По мере роста напряжения включается первая матрица. Затем к ней последовательно подключается вторая, далее третья и четвертая матрицы. Световой поток изменяется от нулевого уровня до максимального (работают все четыре матрицы) и обратно. Пульсация светового потока, таким образом, максимальная. Отмеченный недостаток, в том числе, значительно сужает область применения источника.
Известен интегрированный источник оптического излучения, содержащий однофазный мост на четырех диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент, аналоговый контроллер постоянного тока, имеющий выводы REXT и GND, и четыре вывода OUT1-OUT4, четвертый вывод OUT4 которого соединен с положительным выходным выводом моста через последовательную цепь из четырех светодиодных матриц, первый вывод OUT1 контроллера подключен к общей точке соединения первой и второй светодиодных матриц, второй вывод OUT2 контроллера подключен к общей точке соединения второй и третьей светодиодных матриц, а третий вывод OUT3 контроллера подключен к общей точке соединения третьей и четвертой светодиодных матриц, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор (SM2087 High Power Factor Linear Constant Current LED Driver (datasheet) // www.dianyua-nic.com).
Известный интегрированный источник оптического излучения является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.
Недостатками прототипа также является высокий коэффициент пульсаций светового потока, равный 50%. Работает известный интегрированный источник оптического излучения аналогично. На выходе моста напряжение имеет форму последовательности полуволн синусоиды сетевого напряжения. Контроллер функционирует по принципу циклического переключения выводов OUT1-OUT4 на вывод GND при изменении уровня напряжения на выходе моста. Если напряжение на выходе моста меньше порогового напряжения первой светодиодной матрицы, световой поток равен нулю. По мере роста напряжения включается первая матрица. Затем к ней последовательно подключается вторая, далее третья и четвертая матрицы. Световой поток на полупериоде входного (сетевого) напряжения изменяется от нулевого уровня до максимального (работают все четыре матрицы) и обратно. Пульсация светового потока, таким образом, максимальная и имеет частоту 100 Гц (при частоте сетевого напряжения 50 Гц). Отмеченный недостаток, в частности, значительно сужает область применения источника.
Полезная модель направлена на решение задачи снижения коэффициента пульсаций светового потока интегрированного источника оптического излучения, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в интегрированном источнике оптического излучения:
1 Содержащем однофазный мост на четырех диодах, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент, а выходные выводы зашунтированы последовательной цепью из конденсатора, пятого диода и второго конденсатора, анод пятого диода соединен с катодом шестого диода, анод шестого диода подключен к отрицательному выходному выводу моста, а катод пятого диода соединен с анодом седьмого диода, катод седьмого диода подключен к положительному выходному выводу моста, аналоговый контроллер постоянного тока, имеющий выводы REXT и GND, и четыре вывода OUT1-OUT4, четвертый вывод OUT4 которого соединен с положительным выходным выводом моста через вторую последовательную цепь из четырех светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, или групп светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, первый вывод OUT1 контроллера подключен к второму выводу OUT2 и к общей точке соединения второго и третьего светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, или групп светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, а третий вывод OUT3 контроллера подключен к общей точке соединения третьего и четвертого светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, или групп светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, соединенных электрически последовательно довательно или параллельно, или последовательно-параллельно, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор;
2. По п. 1 третий и четвертый светодиоды или светодиодные матрицы, или светодиодные линейки, или группы светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, зашунтированы вторым и третьим резисторами соответственно;
3. По п.п. 1 или 2 третий и четвертый диоды моста зашунтированы третьим и четвертым конденсаторами соответственно.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение коэффициента пульсаций светового потока интегрированного источника оптического излучения за счет изменения принципа функционирования, улучшения его технических характеристик и возможных вариантов конструктивного исполнения. Заявляемый источник оптического излучения имеет высокий коэффициент мощности (более 92%) и низкий уровень радиопомех, обладает сравнительно малым коэффициентом гармоник потребляемого от сети тока (менее 27%) и обеспечивает малые пульсации светового потока (12-25% и менее 5% для вариантов исполнения). Броски пускового тока при включении интегрированного источника оптического излучения практически отсутствуют.
Снижение коэффициента пульсаций светового потока обусловлено новыми принципами устройства и новой конструкцией источника, новой электрической схемой, реализацией входной цепи контроллера, новыми элементами и связями, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого источника оптического излучения являются существенными.
На рисунке приведена электрическая схема интегрированного источника оптического излучения.
Интегрированный источник оптического излучения содержит однофазный мост на четырех диодах 1-4, входные выводы которого подключены к входным выводам источника через защитный элемент 5, а выходные выводы зашунтированы последовательной цепью из конденсатора 6, пятого диода 7 и второго конденсатора 8, анод пятого диода соединен с катодом шестого диода 9, анод шестого диода подключен к отрицательному выходному выводу моста, а катод пятого диода соединен с анодом седьмого диода 10, катод седьмого диода подключен к положительному выходному выводу моста, аналоговый контроллер постоянного тока 11, имеющий выводы REXT и GND, и четыре вывода OUT1-OUT4, четвертый вывод OUT4 которого соединен с положительным выходным выводом моста через вторую последовательную цепь из четырех 12-15 светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, или групп перечисленных элементов, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, первый вывод OUT1 контроллера подключен к второму выводу OUT2 и к общей точке соединения второго и третьего светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, или групп перечисленных элементов, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, а третий вывод OUT3 контроллера подключен к общей точке соединения третьего и четвертого светодиодов или светодиодных матриц, или светодиодных линеек, или групп перечисленных элементов, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, вывод GND контроллера подключен к отрицательному выходному выводу моста, а вывод REXT соединен с выводом GND через резистор 16. Третий и четвертый светодиоды или светодиодные матрицы, или светодиодные линейки, или группы перечисленных элементов, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно, могут быть зашунтированы вторым 17 и третьим 18 резисторами соответственно. Третий и четвертый диоды моста, как вариант,
могут быть зашунтированы третьим 19 и четвертым 20 конденсаторами соответственно.
Интегрированный источник оптического излучения в установившемся режиме работает следующим образом.
Светодиоды (светодиодные матрицы, светодиодные линейки или группы перечисленных элементов, соединенных электрически последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно) 12-15 генерируют оптическое излучение в диапазоне видимого света или инфракрасном (ультрафиолетовом) частях спектра. Аналоговый контроллер 11 стабилизирует ток через светодиоды (12-15), что необходимо для их нормальной работы. При этом уровень номинального (стабилизированного) тока через светодиоды 12-15 задается с помощью резистора 16 (выводы REXT, GND контроллера 11).
Устройство подключается к входным выводам через защитный элемент 5 (предохранитель, резистор или индуктивность). Элемент 5 защищает источник оптического излучения от короткого замыкания. Кроме того, защитный элемент (резистор, индуктивность) может ограничивать бросок пускового тока, а также амплитуды бросков рабочих токов, возникающих при заряде конденсаторов 6, 8, 19, 20.
Однофазный мост (диоды 1-4) может быть реализован на дискретных элементах или иметь интегральное исполнение (например, MBS10F или КЦ407). Принцип работы устройства при этом остается неизменным. Однофазный мост (диоды 1-4) выпрямляет (преобразует) переменное питающее (сетевое) напряжение в знакопостоянное с пульсацией на частоте 100 Гц (при сетевом напряжении частотой 50 Гц).
Конденсаторы 6, 8 заряжаются через диод 7 до напряжения, равного половине амплитуды выходного напряжения моста (диоды 1-4) или, что то-же самое, до половины амплитуды сетевого питающего (переменного) напряжения. Заряд конденсаторов 6, 8 осуществляется по последовательной схеме включения, что снижает амплитуды токов заряда и обеспечивает работу уст-
с высоким коэффициентом мощности. При разряде (через диоды 9, 10) на нагрузку (светодиоды 10-15) конденсаторы 9, 10 работают параллельно. Это энергетически выгодно. Коэффициент гармоник (искажения) потребляемого устройством от сети тока лежит в пределах 20-26%. Напряжение на выходных выводах моста не снижается до величины менее 50% амплитудного значения. При соответствующем выборе параметров светодиодов 12-15 (пороговое напряжение) обеспечиваются условия для постоянной работы первого 12 и второго 13 светодиодов. В результате коэффициент пульсаций светового потока снижается в 2 раза (до величины около 25%). Дальнейшее снижение коэффициента пульсаций обеспечивается работой третьего 19 и четвертого 20 конденсаторов, которые шунтируют (или заменяют) третий 3 и четвертый 4 диоды. Уровень напряжения на выходе моста (диоды 1-4) при этом увеличивается, пульсации напряжения снижаются, а в работе постоянно могут оставаться первый 12, второй 13 и третий 14 светодиоды. Конденсаторы 19, 20 ограничивают ток устройства и понижают падение напряжения и потери на активных элементах контроллера 11. Чип контроллера 11 нагревается значительно меньше, что снижает пульсацию выходного тока и, следовательно, светового потока источника.
При работе контроллера 11 циклически его выводы OUT1-OUT4 подключаются к выводу GND. При повышении напряжения на выходе моста (диоды 1-4) выше напряжения на конденсаторах 6, 8 (половина амплитуды) на величину порогового напряжения на третьем светодиоде 14 отключаются выводы OUT1 и OUT2 и подключается вывод OUT3. В результате в работу вступает третий светодиод 14. Таким образом работают три светодиода 12-14. При дальнейшем повышении напряжения отключатся вывод OUT3 и подключается вывод OUT4. В работу вступает четвертый светодиод 15. Отключение третьего 14 и четвертого 15 светодиодов происходит в обратном порядке при снижении напряжения на выходе моста (диоды 1-4).
Шунтирование (или, как вариант, замена) третьего 14 и четвертого 15 светодиодов вторым 17 и третьим 18 резисторами соответственно позволяет снизить пульсации светового потока до величины менее 5% (обеспечивается контроллером 11). При этом параметры светодиодов 12, 13 (при замене) должны быть выбраны на несколько больший световой поток (для сохранения общего светового потока и неизменности световых характеристик). Резисторы 17, 18 «разгружают» активные элементы контроллера 11 по мощности. В результате, чип контроллера 11 нагревается значительно меньше, что снижает пульсацию выходного тока и, следовательно, светового потока интегрированного источника оптического излучения.
Технические решения по устройству входной цепи контроллера (выпрямитель (1-4), последовательная цепь (6- 8), отсекающие диоды 9, 10) применимы для любых типов контроллеров постоянного тока («линейных», конденсаторных и импульсных) аналогичного назначения (например, SM2087, SM2082, РТ6913, ZONOPO8062, SM7315, ACS1004, ACS1404, ВР2833, ВР3122 и других).
Шунтирование третьего 3 и четвертого 4 диодов моста третьим 19 и четвертым 20 конденсаторами улучшает характеристики устройства и является, своего рода, промежуточным вариантом полной замены указанных диодов (3, 4) на конденсаторы (19, 20).
По сравнению с прототипом снижается коэффициент пульсаций светового потока и расширяется область применения нового интегрированного источника оптического излучения. Заявляемый источник соответствует современным требованиям к техническим характеристикам подобных устройств.
Действительно, новый интегрированный источник оптического излучения может более эффективно использоваться как для внутренней, так и для наружной установки в системах повышенного качества оптического излучения, а также в закрытых светильниках ограниченного объема в различных системах освещения, либо в специальных генераторах (источниках) инфра-
красного или ультрафиолетового излучения.
Номенклатура типоисполнений интегрированных источников оптического излучения по новой схеме значительно расширяется. Каждое типоисполнение может представлять собой оптимальное по конструкции и достаточно технологичное изделие, что снижает, в частности, конечную цену изделий.
Новый источник оптического излучения обеспечивает снижение бросков пускового тока.
Коэффициент мощности для заявляемого источника сохраняется приблизительно на уровне 92-98%. При этом, коэффициент гармоник потребляемого от сети тока не превышает 27-30%. Пульсации светового потока (потока излучения) остаются на сравнительно малом уровне (12-25%) или могут быть уменьшены до 5%.
Новый интегрированный источник оптического излучения также имеет низкий уровень радиопомех (не превышающий установленные нормы).