Импульсный источник питания для светодиодного фонаря

Полезная модель относится к светотехнике, а именно к источникам питания (драйверам) светодиодов, используемых для освещения. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение степени пожаробезопасности, повышение срока службы. Технический результат достигается тем, что импульсный источник питания для светодиодного фонаря, содержащий входной фильтр, входной выпрямитель, узел управления, узел защиты по току, транзисторный ключ, выход которого через трансформатор соединен с мощным выходным выпрямителем и выходным фильтром, устройство коррекции (содержащее минимум одну схему сравнения), первый вход которого соединен с выходным фильтром, выход устройства коррекции через оптопару соединен с первым управляющим входом блока управления, второй управляющий вход блока управления связан с выходом узла защиты по току, а выход блока управления соединен с управляющим входом транзисторного ключа, характеризуется тем, что дополнительно содержит термореле с нормально-замкнутыми контактами, включенное последовательно между входом блока питания и входным фильтром. Температура размыкания цепи термореле может находиться в диапазоне 105-125 градусов по Цельсию. Указанная температура отключения позволяет, с одной стороны, сохранять работоспособность источника питания до температур, допустимых для всех элементов, входящих в состав источника питания, с другой стороны, отключать прибор при превышении предельных температур для наиболее чувствительных к повышению температуры элементов (в частности электролитических конденсаторов). Полезная модель может быть с успехом использована для производства долговечных источников питания светодиодных фонарей, защищенных от выхода из строя при повышении температуры.

Полезная модель относится к светотехнике, а именно к источникам питания (драйверам) светодиодов, используемых для освещения.

Известен «ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ» RU 2385553 [1], содержащий сетевой фильтр, два входа которого подключены к сети питания, а два выхода соединены с соответствующими входами выпрямителя, отрицательный выход которого соединен с общим входом ШИМ контроллера и с общим выходом оптопары, положительный выход выпрямителя подключен к электроду конденсатора, к электродам первого и второго резисторов, к общему входу оптопары и через дроссель к стоку силового транзистора и к аноду диода, катод которого соединен с другим электродом конденсатора, с катодом стабилитрона и через «п» последовательно соединенных светодиодов с другим электродом второго резистора, другой электрод первого резистора подключен к аноду стабилитрона, другой выход оптопары соединен с входом управления ШИМ контроллера, выход которого соединен с затвором силового транзистора, третий резистор, качестве ШИМ контроллера применен корректор коэффициента мощности (ККМ), также введены датчик напряжения, датчик температуры, умножитель и блок управления, причем отрицательный выход выпрямителя соединен с входом датчика напряжения и с электродом третьего резистора, положительный выход выпрямителя подключен к другому входу датчика напряжения, к входу питания ККМ, к общим входам датчика температуры, блока управления и умножителя, выход датчика напряжения соединен с входом ККМ, другой электрод третьего резистора подключен к входу обратной связи по току ККМ и к истоку силового транзистора, катод стабилитрона соединен с входом умножителя, анод стабилитрона подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры, третий вход соединен с другим электродам второго резистора и с другим входом умножителя, выход которого подключен к четвертому входу блока управления, выход которого соединен с другим входом оптопары.

Недостатком известной конструкции является отсутствие гальванической развязки между излучающими светодиодами и питающей сетью, что приводит к снижению электробезопасности устройства. Недостатком также является неудовлетворительная защищенность устройства от перегрева и, соответственно, пониженная пожаробезопасность.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ» ПМ RU 44212 [2], содержащий входной фильтр, входной выпрямитель, узел управления, узел защиты по току, транзисторный ключ, выход которого через трансформатор соединен с мощным выходным выпрямителем и фильтром, схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом фильтра, выход схемы сравнения через оптопару соединен с первым управляющим входом узла управления, второй управляющий вход узла управления связан с выходом узла защиты по току, третий управляющий вход узла управления связан с блоком контроля температуры а выход соединен с управляющим входом транзисторного ключа

Известный источник питания выполнен с гальванической развязкой между входным сетевым питанием и светодиодным светильником, что, безусловно, повышает степень электробезопасности.

Недостатком известного источника питания является отсутствие средства полного отключения светильника при превышении температуры корпуса определенной величины, и, как следствие пониженная степень пожаробезопасности и возможность понижения срока службы, обусловленное ускоренным «высыханием» электролитических конденсаторов входящих в состав блока, при высокой температуре.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение степени пожаробезопасности, повышение срока службы.

Технический результат достигается тем, что импульсный источник питания для светодиодного фонаря, содержащий входной фильтр, входной выпрямитель, узел управления, узел защиты по току, транзисторный ключ, выход которого через трансформатор соединен с мощным выходным выпрямителем и выходным фильтром, устройство коррекции (содержащее минимум одну схему сравнения), первый вход которого соединен с выходным фильтром, выход устройства коррекции через оптопару соединен с первым управляющим входом блока управления, второй управляющий вход блока управления связан с выходом узла защиты по току, а выход блока управления соединен с управляющим входом транзисторного ключа, характеризуется тем, что дополнительно содержит термореле с нормально-замкнутыми контактами, включенное последовательно между входом блока питания и входным фильтром.

Температура размыкания цепи термореле может находиться в диапазоне 105-125 градусов по Цельсию. Указанная температура отключения позволяет, с одной стороны, сохранять работоспособность источника питания до температур, допустимых для всех элементов, входящих в состав источника питания, с другой стороны, отключать прибор при превышении предельных температур для наиболее чувствительных к повышению температуры элементов (в частности электролитических конденсаторов).

Источник питания может дополнительно содержать маломощный выпрямитель и стабилизатор, питающий устройство коррекции и оптопару. Наличие маломощного выпрямителя и стабилизатора позволит создать более экономичный и стабильный источник питания благодаря независимому питанию устройства коррекции и оптопары.

Схема сравнения может дополнительно содержать датчик выходного тока, соединенный со вторым входом устройства коррекции. Наличие датчика тока позволяет поддерживать номинальный ток светодиодов при изменении внешних условий.

Источник питания может дополнительно содержать ключевое устройство защиты от мгновенного сверхтока, включенное в разрыв цепи питания полезной нагрузки, вход ключевого устройства защиты от мгновенного сверхтока подключен ко второму выходу устройства коррекции. Наличие ключевого устройства защиты от сверхтока позволит повысить защищенность светодиодов от любых перегрузок по току, включая кратковременные, что дополнительно повышает надежность и долговечность устройства в целом.

Источник питания может дополнительно содержать цепь смягчения перегрузки, подключенную к первичной обмотке трансформатора. Цепь смягчения перегрузки позволить защитить выход транзисторного ключа от перегрузки по напряжению, что приведет к дополнительному повышению долговечности и надежности устройства.

Схема структурная источника питания с использованием ПП. 1, 3, 5 Формулы изображена на фиг, где:

1 - входной фильтр;

2 - входной выпрямитель;

3 - блок управления;

4 - узел защиты преобразователя по току;

5 - транзисторный ключ;

6 - трансформатор;

7 - мощный выходной выпрямитель;

8 - выходной фильтр;

9 - устройство коррекции;

10 - оптопара;

11 - термореле;

12 - маломощный выпрямитель;

13 - стабилизатор;

14 - датчик выходного тока;

15 - клеммы для подключения нагрузки;

16 - ключевое устройство защиты от мгновенного сверхтока;

17 - цепь смягчения перегрузки.

Источник питания действует следующим образом: Вход источника соединен при помощи известных коммутационных элементов (не показано) с источником сетевого напряжения. Ток от источника электроэнергии проходит через термореле 12, входной фильтр 1, питает входной выпрямитель 2. Входной выпрямитель питает блок управления 3 и первичную (входную) обмотку (высокочастотного, импульсного) трансформатора 6. На входы блока 3 управления подаются сигналы с выхода узла защиты преобразователя по току 4, с выхода оптопары 10. Выход блока управления соединен с входом транзисторного ключа 5. Выход транзисторного ключа соединен с первичной (входной) обмоткой трансформатора 6 и цепью смягчения перегрузки 17, которая защищает трансформатор 6 и транзисторный ключ 5 от бросков напряжения при переключении. Вторичная (выходная) мощная (силовая) обмотка трансформатора 6 соединена с входом мощного выходного выпрямителя 7, выход которого соединен с входом выходного фильтра 8. Выход фильтра 8 соединен с одной из клемм для подключения нагрузки 15. Вторая клемма 15 соединена через ключевое устройство защиты от мгновенного сверхтока 16 с датчиком тока 14. Дополнительный маломощный выпрямитель 12 получает питание от трансформатора 6. Выход маломощного выпрямителя 12 соединен со стабилизатором 13, стабилизированное питание от которого поступает на оптопару 10 и устройство коррекции 9. Первый вход устройства коррекции соединен с выходом (выходом выходного фильтра) источника питания, второй вход соединен с датчиком выходного тока 14. Первый выход устройства коррекции 9 соединен с входом оптопары 10. Второй выход устройства коррекции соединен с входом ключевого устройства защиты от мгновенного сверхтока 16. В штатном (номинальном) режиме при исправной нагрузке источник поддерживает постоянный ток во вторичной цепи, в соответствии со спецификацией используемых светодиодов. В качестве датчика тока, как правило, используется постоянный резистор сравнительно невысокого номинала (доли Ом). При этом сигнал обратной связи от датчика выходного тока 14 посредством устройства коррекции 9, оптопары 10, блока управления 3, поступает на вход транзисторного ключа 5 и выступает в качестве регулятора энергии, поступающей через транзисторный ключ 5 в обмотку трансформатора 6. В нештатном режиме при превышении выходного напряжения больше заданного (например, при обрыве в цепи нагрузки), устройство коррекции 9 посредством оптопары 10, блока управления 3, транзисторного ключа 5 ограничивает энергию, поступающую через транзисторный ключ 5 на трансформатор 6 и до значения напряжения на выходе фильтра, безопасного для компонентов электрической схемы. Превышение выходного напряжения сверх допустимого напряжения выходных конденсаторов выходного фильтра 8 практически мгновенно приведет к неисправности выходных конденсаторов и к выходу источника питания из строя. При превышении заданного тока даже на небольшое время (доли микросекунды) устройство коррекции вырабатывает сигнал на втором выходе, поступающий на устройство защиты от мгновенного сверхтока 17, которое ограничивает даже кратковременные броски тока, обусловленные различными внешними причинами, например сетевыми или радиопомехами, защищая дорогостоящие светодиоды и продлевая их срок службы и срок службы самого светильника.

Питание схемы источника питания происходит через термореле 12 на входе с нормально-замкнутыми контактами (размыкание происходит в аварийном состоянии - при условии повышения внутренней температуры корпуса, или что то же самое - на источнике питания, до температуры 115 градусов Цельсия), Т.к. интенсивная конвекция внутри источника питания отсутствует, то эксплуатация источника питания при более высокой температуре чрезвычайно быстро снизит его долговечность (за счет высыхания входящих в состав электролитических конденсаторов), следовательно, эксплуатация должна автоматически ограничиваться при достижении критической температуры и снова начинаться при условии, что причина перегрева устранена. Ситуация сильного перегрева может возникнуть при следующих условиях: непрогнозируемое самовоспламенение источника питания, работа светодиодного фонаря при условии неэффективного охлаждения радиатора при нарушении теплообмена с окружающей средой (например забивание ребер радиатора загрязнениями - продуктами жизнедеятельности флоры и фауны), при нагреве радиатора внешним источником тепла (например забыли выключить фонарь при падении прямых солнечных лучей в жаркий летний день или перегрев воздуха горячего цеха в котором ведется эксплуатация фонаря). После наступления аварийной ситуации источник питания включится только при охлаждении на 15-20 градусов - до температуры замыкания реле. Таким образом, биметаллическое термореле во входных цепях источника питания позволяет перенести часть сервисной нагрузки внутрь источника. На сегодняшний день исследование аналогичных источников питания на рынке показывает, что термо-механические устройства защиты, к которым относятся так же и биметаллические термореле, во входных цепях источников питания не применяются.

Промышленное применение. Полезная модель может быть с успехом использована для производства долговечных источников питания светодиодных фонарей, защищенных от выхода из строя при повышении температуры.

1. Импульсный источник питания для светодиодного фонаря, содержащий входной фильтр, входной выпрямитель, блок управления, узел защиты по току, транзисторный ключ, выход которого через трансформатор соединен с мощным выходным выпрямителем и выходным фильтром, устройство коррекции, первый вход которого соединен с выходным фильтром, выход устройства коррекции через оптопару соединен с первым управляющим входом блока управления, второй управляющий вход блока управления связан с выходом узла защиты по току, а выход блока управления соединен с управляющим входом транзисторного ключа, отличающийся тем, что дополнительно содержит термореле с нормально-замкнутыми контактами, включенное последовательно между входом блока питания и входным фильтром.

2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что температура размыкания цепи термореле находится в диапазоне 105-125ºС.

3. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит маломощный выпрямитель и стабилизатор, питающий устройство коррекции и оптопару.

4. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик выходного тока, соединенный со вторым входом схемы сравнения.

5. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит ключевое устройство защиты от мгновенного сверхтока, включенное в разрыв цепи питания полезной нагрузки, вход ключевого устройства защиты от мгновенного сверхтока подключен ко второму выходу устройства коррекции.

6. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит цепь смягчения перегрузки, подключенную к первичной обмотке трансформатора.