Устройство освещения
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании осветительных приборов в конструкции которых задействованы энергосберегающие светодиодные модули. 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, управляются вторичной обмоткой 3 трансформатора. Первичная обмотка 4 которого подключена через линейный дроссель 5 к входным выводам переменного тока. Диодный модуль 1 может состоять из одного или нескольких параллельно соединенных светодиодов. Из-за наличия в первичной цепи трансформатора линейного дросселя 5 напряжение на обмотке 3 имеет непрямоугольную форму, и выпрямительные функции выполняют сами полевые транзисторы 2 и их паразитные диоды, объективно присутствующие в конструкции. На фронтах переменного напряжения работают диоды транзисторов, а на пологой части - сами транзисторы. Для того, чтобы реализовать компенсацию большого количества светодиодов модуля необходимо в каждое из плеч выпрямителя включить несколько параллельно соединенных транзисторов, общий температурный коэффициент сопротивления которых будет равен общему температурному коэффициенту напряжения светодиодов. Дроссель 5 и трансформатор, в магнитопроводе которого имеется зазор, задают ток светодиодов, а полевые транзисторы компенсируют отклонения этого тока при увеличении температуры окружающей среды. Сохранение постоянства тока через светодиоды при воздействии дестабилизирующих внешних факторов и изменении входного напряжения переменного тока, обеспечивает высокую надежность работы схемы, что является техническим результатом полезной модели. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.
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.
При подключении входных выводов устройства к первичному источнику питания переменного тока напряжение первичной обмотки 4 трансформатора, распределяющееся между ее индуктивностью (Lw1) и индуктивностью дросселя 5 (Lдр.), 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.
Благодаря наличию дросселя 5 в схеме происходит деление переменного входного напряжения между его индуктивностью (Lдр.) и индуктивностью первичной обмотки трансформатора (Lwl ). Для того, чтобы обеспечить постоянную величину индуктивности первичной обмотки трансформатора при воздействии дестабилизирующих факторов, например, при 10 Lдр.
Lwl,. (постоянство соотношения между Lwl и Lдр.), введен зазор в магнитопроводе трансформатора. Наличие зазора приводит к снижению Lwl, однако сохраняет ее постоянство при воздействии дестабилизирующих факторов. Величина Lwl. (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 (
Iсд) при изменении входного переменного напряжения (Uвх.), т.е.
Uвх.
Iсд., 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.
Устройство освещения, содержащее 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, при этом первичная обмотка трансформатора подключена через линейный дроссель к входным выводам, предназначенным для подсоединения источника переменного тока, а магнитопровод трансформатора выполнен с зазором.
