УСТРОЙСТВО ОСВЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании осветительных приборов широкого назначения, в конструкции которых задействованы энергосберегающие светодиодные модули.
Известны устройства освещения, содержащие светодиодный модуль, соединенный с источником переменного напряжения стабильного тока. Для обеспечения надежной работы при увеличении температуры светодиоды устанавливают на радиаторах, выполненных из керамики (Журнал «Полупроводниковая светотехника» №2, 2011 г.) или алюминия («Мощные светодиодные матрицы на анодированной алюминиевой подложке» «Температурные исследования надежности матриц мощных светодиодов» В.И.Мамушкин и др. УДК 621.315.592, 22.04.2010 г.).
Недостатком известных технических решений является низкая надежность работы схемы при повышении температуры окружающей среды (из-за того, что охлаждение светодиодов происходит только за счет теплоотвода подложки).
Наиболее близким к полезной модели является устройство освещения, содержащее светодиодный модуль, выводы питания которого подключены к выходу двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, входом подсоединенного к вторичной обмотке трансформатора. Первичная обмотка трансформатора присоединена к источнику переменного тока, в выходные цепи которого включен стабилизатор тока (International Rectifier, IRS2548D, April 18, 20011). Компенсация температурной зависимости параметров светодиодов реализована за счет схемного решения, а именно, с помощью включения блока обратной связи, поддерживающего постоянный ток через светодиоды при увеличении температуры окружающей среды. Стабилизация переменного тока на первичной обмотке трансформатора реализована с помощью многофункционального блока управления с оптронной связью..
Недостатком известного технического решения является низкая надежность работы устройства, являющаяся следствием сложности схемного решения, как в части компенсации температурной зависимости тока через светодиоды, так в части стабилизации переменного тока.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение надежности путем упрощения схемы.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве освещения, содержащем светодиодный модуль, выводы питания которого подключены к выходу двухполупериодного синхронного выпрямителя, выполненного со средней точкой на управляемых от вторичной обмотки трансформатора полевых транзисторах, имеющих положительный температурный коэффициент сопротивления, абсолютная величина которого в каждом из плеч выпрямителя равна абсолютной величине отрицательного температурного коэффициента напряжения светодиодного модуля, первичная обмотка трансформатора подключена через линейный дроссель к входным выводам, предназначенным для подсоединения источника переменного тока, а сердечник трансформатора выполнен с зазором.
На чертеже представлена электрическая схема устройства.
Устройство освещения содержит светодиодный модуль 1, выводы питания которого подключены к выходу двухполупериодного синхронного выпрямителя, выполненного со средней точкой на полевых транзисторах 2. Транзисторы 2, имеющие положительный температурный коэффициент сопротивления (+ТКС), управляются вторичной обмоткой 3 трансформатора, с которой связаны их затворы. Первичная обмотка 4 трансформатора подключена через линейный дроссель 5 к входным выводам, предназначенным для подключения источника переменного тока. Диодный модуль 1 может состоять из одного или нескольких (N) параллельно соединенных светодиодов.
Устройство работает следующим образом.
w1
др
При подключении входных выводов устройства к первичному источнику питания переменного тока напряжение первичной обмотки 4 трансформатора, распределяющееся между ее индуктивностью (L) и индуктивностью дросселя 5 (L.), передается на вторичную обмотку 3. Полевые транзисторы 2 попеременно переключаются (в соответствии с изменением полярности обмотки 3) и на выходе выпрямителя формируется постоянное напряжение, которое прикладывается к выводам питания светодиодного модуля 1, в результате чего его светодиоды загораются.
Из-за того, что напряжение на обмотке 3 имеет непрямоугольную форму (за счет наличия в первичной цепи трансформатора линейного дросселя 5), выпрямительные функции выполняют сами полевые транзисторы 2 и их паразитные диоды (сток-исток), объективно присутствующие в конструкции. При этом на фронтах переменного напряжения работают диоды транзисторов, а на пологой части (на которой имеет место температурная компенсация) - сами транзисторы, имеющие в режиме насыщения сопротивление Rc с температурным коэффициентом ТКС. Если светодиодный модуль состоит из нескольких (N) параллельно соединенных идентичных светодиодов, с одинаковыми отрицательными температурными коэффициентами напряжения (- ТКН), то компенсации подлежит величина напряжения, изменяющаяся от воздействия температуры окружающей среды и температуры кристалла светодиода, эта величина равна:
U=-Uд·ТКН·(t-t2), где
t2 - максимальная температура кристалла светодиода;
t1 - минимальная температура окружающей среды;
Uд - прямое падение напряжения светодиода при температуре t1.
Для того, чтобы реализовать данную компенсацию одного полевого транзистора бывает недостаточно, поэтому в каждом из плеч выпрямителя необходимо включить несколько (М) параллельно соединенных транзисторов, общим сопротивлением, равным сопротивлению насыщения единичного транзистора, деленному на М.
Компенсация обеспечивается изменением от температуры сопротивления Rc (сопротивления сток-исток полевого транзистора в насыщенном состоянии), т.е. при Uпор<Uс-и), т.е.
U=+Iд·N·Rc·ТКС·(t2-t1)/M,
где Iд-ток единичного светодиода светодиодного модуля;
М - количество параллельно соединенных транзисторов.
Учитывая линейный характер ТКС и ТКН от температуры, получим условие полной компенсации:
Uд·ТКН=Iд·N·Rc·ТКС/М или
Uд·ТКН/Iд·N=Rc ТКС/М, где:
Uд·ТКН/Iд·N - параметры светодиодного модуля,
Rc·TКС/M - параметры синхронного выпрямителя.
др
wl
др
wl
wl
др
wl
wl
Благодаря наличию дросселя 5 в схеме происходит деление переменного входного напряжения между его индуктивностью (L.) и индуктивностью первичной обмотки трансформатора (L). Для того, чтобы обеспечить постоянную величину индуктивности первичной обмотки трансформатора при воздействии дестабилизирующих факторов, например, при 10 L.≤L,. (постоянство соотношения между L и L.), введен зазор в магнитопроводе трансформатора. Наличие зазора приводит к снижению L, однако сохраняет ее постоянство при воздействии дестабилизирующих факторов. Величина L. (зависящая от размеров зазора в магнитопроводе и коэффициента трансформации), определяет рабочее напряжение питания светодиодов.
Ток через дроссель (Iдр.), равный току первичной обмотки 4, определяет величину тока через светодиодный модуль (Iсд.), величина которого равна Iдр·n, где n - коэффициент трансформации.
Дроссель 5, являющийся реактивным балластным элементом, обеспечивает стабильность изменения тока через светодиоды (ΔIсд) при изменении входного переменного напряжения (ΔUвх.), т.е.
ΔUвх.≈ΔIсд., если Uсд.<< Uвх., где Uсд - напряжение на светодиодах.
Дроссель 5 и трансформатор, в магнитопроводе которого имеется зазор, задают ток светодиодов, а полевые транзисторы (благодаря положительному ТКС сопротивления Rc) компенсируют отклонения этого тока при увеличении температуры окружающей среды и температуры кристалла светодиода.
Таким образом, за счет введения линейного дросселя в цепь первичной обмотки трансформатора и использования в выпрямителе полевых транзисторов, имеющих положительный температурный коэффициент сопротивления, (абсолютная величина которого равна отрицательному температурному коэффициенту напряжения светодиодного модуля при равенстве динамического сопротивления светодиода и сопротивления сток-исток транзистора), исключается зависимость тока через светодиоды от изменений температуры окружающей среды и температуры кристалла, а также степени нестабильности входного напряжения переменного тока.
Сохранение постоянства тока через светодиоды при воздействии дестабилизирующих внешних факторов и изменении входного напряжения переменного тока, обеспечивает высокую надежность работы схемы без применения сложной обратной связи с использованием оптронной развязки, что является техническим результатом полезной модели.
Благодаря простоте и высокой надежности работы схемы полезная модель может быть наиболее предпочтительной при разработке энергосберегающих устройств освещения широкого назначения.