Импульсный оптостабилизированный источник постоянного напряжения - тока с неприрывным управлением

Полезная модель может быть использована в светильниках использующих в качестве излучателя светодиоды. Импульсный оптоизолированный стабилизированный источник постоянного напряжения - тока с непрерывным управлением состоящий из корректора коэффициента мощности, разделительного трансформатора, накопительного конденсатора, схемы управления с операционным усилителем, параметрического стабилизатора, отличающийся тем, что для гальванической развязки применен сдвоенный оптрон, что позволяет реализовать непрерывное управление поддержанием напряжения - тока в заданных пределах.

Полезная модель может быть использована в светильниках использующих в качестве излучателя светодиоды.

Известно устройство «ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДНОГО ФОНАРЯ».RU. Патент 127570. U1. МПК Н05В 37/02 (2006.01) Заявка: 2012133286/07, 03.08.2012.

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 105-125°C.

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.(прототип).

Недостатком является высокая температура источника питания, низкий КПД преобразования, имеются броски тока, низкий коэффициент стабилизации выходного напряжения тока.

Известен «СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА И СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ». RU. Патент 2210851. С2. МПК 7 Н02М 3/335 Заявка: 2001115925/09, 08.06.2001

Дополнительно регулируют сигнал обратной связи в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора. В скважности импульсов содержится информация о величине тока нагрузки и его изменении. Введение указанной регулировки позволяет скомпенсировать изменение выходного напряжения преобразователя при изменении тока нагрузки.

Недостатком является высокая температура источника питания, низкий КПД преобразования, имеются броски тока, низкий коэффициент стабилизации выходного напряжения тока.

Известен «Способ преобразования напряжения постоянного тока и стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания». RU. Заявка 2001115925. А. МПК 7 Н02М 3/335.

1. Способ преобразования напряжения постоянного тока, при котором преобразуемое напряжение превращают в последовательность импульсов, подают их на первичную обмотку трансформатора, на вторичной обмотке которого получают выходное напряжение, сигнал, пропорциональный выходному напряжению, получают с обмотки обратной связи, сравнивают его с опорным, получают сигнал их разности и по этому сигналу изменяют скважность импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, отличающийся тем, что дополнительно регулируют сигнал обратной связи в зависимости от скважности импульсов, подаваемых на первичную обмотку трансформатора, при этом при уменьшении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи увеличивают, а при увеличении длительности импульсов напряжение сигнала обратной связи уменьшают.

2. Стабилизированный импульсный источник вторичного электропитания, содержащий ШИМ-контроллер и трансформатор, первичная обмотка которого подключена к входным зажимам источника через транзистор, управляющий вход которого подключен к выходу ШИМ-контроллера, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными зажимами источника, обмотка обратной связи трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к входу питания ШИМ-контроллера, который через резистор запускающей цепи соединен с первым входным зажимом, а вход "общий" ШИМ-контроллера соединен со вторым входным зажимом источника, вход обратной связи ШИМ-контроллера через резисторы подключен к выходу регулируемого делителя напряжения, содержащего резисторы и фильтровые конденсаторы и соединенного через один диод с обмоткой обратной связи трансформатора, а через второй диод - с силовым транзистором.

Недостатком является высокая температура источника питания, низкий КПД преобразования, имеются броски тока, низкий коэффициент стабилизации выходного напряжения-тока.

Техническим результатом является повысить коэффициент мощности (cos ) источника питания, уменьшить броски тока через силовой ключ, повысить коэффициент стабилизации выходного напряжения-тока, повысить КПД (коэффициент полезного действия) источника постоянного напряжения-тока.

Технический результат достигается тем, что для гальванической развязки применен сдвоенный оптрон, что позволяет реализовать непрерывное управление поддержанием напряжения-тока в заданных пределах.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема импульсного оптоизолированного стабилизированного источника постоянного напряжения-тока с непрерывным управлением.

Импульсный оптоизолированный стабилизированный источник постоянного напряжения-тока с непрерывным управлением состоит из узла корректора коэффициента мощности (1) (выделен рамкой), включающего себя микросхему DD1(2) (например, МС33262), трансформатора Т1(3), выпрямителя VD1(4), накопительного конденсатора С1(5), делителя выходного напряжения R1, R2(6), датчика тока R0(7), узла управления (8). Узел управления(8) состоит из операционного усилителя DA1(9) (например, LM2904), сдвоенного оптрона DA2(10) (например, TLP521-2), резисторов R3(11), R5(12), R6(13), стабилитрона VD2(14).

Микросхема DA1(9) и нижний по схеме транзистор оптрона DA2(10) питаются выходным напряжением (изолированным от сети) через параметрический стабилизатор R6(13), и VD2(14).

Верхний по схеме транзистор оптрона DA2(10) питается напряжением (не изолированным от сети) от микросхемы DD1(2) корректора коэффициента мощности (1). Так как оба канала сдвоенного оптрона (10) изготовлены из одной пластины полупроводника и находятся в одном корпусе, то параметры обоих каналов оптрона (8) (в том числе и температурные) примерно одинаковы. Светодиоды обоих каналов оптрона DA2(10) включены последовательно, поэтому их токи равны.

На не инвертирующий вход ОУ DA1(9) подается напряжение U1 с делителя R1, R2(6) пропорциональное выходному напряжению.

где K_д=R2/(R1+R2) - коэффициент передачи делителя R1, R2(6).

На инвертирующий вход ОУ подается напряжение U2 обратной связи с резистора R3(11)

где J2 - ток коллектора транзистора нижнего по схеме канала оптрона DA2(10) (током базы пренебрегаем).

Операционный усилитель DA1(9), охваченный отрицательной обратной связью поддерживает на своих входах одинаковые напряжения, поэтому

U1=U2 или учитывая (формулу 1) и (формулу 2) имеем

Далее, так как входные токи и температурные характеристики обоих каналов оптрона DA2(10) равны, то ток коллектора J1 верхнего по схеме транзистора оптрона DA2(10) может отличаться от тока J2 нижнего по схеме транзистора оптрона DA2(10) только постоянным множителем, т.е.

где C - постоянный множитель.

Далее, ток J1 создает на резисторе R5(12) напряжение U3

Это напряжение подается на управляющий вход микросхемы DD1(2) корректора коэффициента мощности(1) и поддерживается этой микросхемой на уровне ее внутреннего источника опорного напряжения Uref, т.е.

U3=J1R5=U_ref отсюда

J1=U_ref /R5 или, учитывая (формулу 4)

J2=U_ref /(CR5) (формула 6)

Подставляя (формулу 6) в (формулу 3) окончательно имеем

U_вых =U_refR3/(K_дR5C) и не зависит от параметров оптрона, так как для конкретного оптрона C=const.

Для реализации источника тока не инвертирующий вход ОУ DA1(9) нужно подключить к правому по схеме выводу датчика тока R0(7). При этом

U1=J _нR0=J2R3 отсюда

J_н=J2R3/R0 где J_н - ток нагрузки.

Далее по аналогии окончательно с вышеуказанными выкладками имеем

J_н=U_refR3/(R0R5C)

Технико экономические показатели приведенного устройства позволяет улучшить форму входного тока, повысить коэффициент мощности (cos ), уменьшить броски тока через силовой ключ, повысить коэффициент стабилизации выходного напряжения-тока, повысить КПД и значительно превосходят прототип по эксплуатационным характеристикам.

Были изготовлены несколько устройств НФЛ0130 показавших приемлемые показатели.

Перечень позиций.

1. - узел корректора коэффициента мощности (выделен рамкой),

2. - микросхема DD1,

3. - трансформатор Т1,

4. - выпрямитель VD1,

5. - накопительный конденсатор С1,

6. - делитель выходного напряжения R1, R2,

7. - датчик тока R0,

8. - узел управления (выделен рамкой),

9. - операционный усилитель,

10. - сдвоенный оптрон,

11. - резистор R3,

12. - резистор R5,

13. - резистор R6,

14 - стабилитрон VD2.

Импульсный оптоизолированный стабилизированный источник постоянного напряжения-тока с непрерывным управлением, состоящий из корректора коэффициента мощности, разделительного трансформатора, накопительного конденсатора, схемы управления с операционным усилителем, параметрического стабилизатора, отличающийся тем, что для гальванической развязки применен сдвоенный транзисторный оптрон, входы которого и транзистор одного канала питаются со стороны, не связанной с сетью, а транзистор второго канала питается со стороны связанной с сетью, а светодиоды соединены последовательно и, следовательно, токи транзисторов оптрона равны, что позволяет реализовать непрерывное управление поддержанием напряжения-тока в заданных пределах.