Источник питания для мощных светодиодов

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для питания мощных светодиодов, используемых для освещения. Сущность полезной модели заключается в том, что в источнике питания для мощных светодиодов содержащем ключевой преобразователь, выход которого соединен с нагрузкой, управляющую схему на базе ШИМ-контроллера и датчик тока нагрузки, соединенный с управляющей схемой, преобразователь выполнен по двухключевой схеме, а датчик тока нагрузки выполнен в виде трансформаторного датчика тока, одна обмотка которого включена в цепь нагрузки, а вторая связана со схемой управления на базе ШИМ-контроллера. Положительный эффект предлагаемого технического решения - повышение точности стабилизации и обеспечение гальванической развязки.

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для питания мощных светодиодов, используемых для освещения.

Известен преобразователь напряжения, использующий для обеспечения гальванической развязки по цепи управления оптический канал обратной связи. [1] Недостатком такого устройства является зависимость параметров от температуры и невысокая точность стабилизации.

Известен источник оптического излучения, питаемый от сети переменного напряжения, содержащий выпрямитель переменного напряжения, группу последовательно согласно соединенных светодиодов, подключенных к выходу выпрямителя напряжения через резистор, первый конденсатор, включенный параллельно группе последовательно соединенных диодов, второй конденсатор, включенный параллельно входу выпрямителя напряжения, и две цепочки, включенные между входными клеммами устройства и входом выпрямителя, первая из которых состоит из первого резистора, а вторая - из параллельно соединенных второго резистора и третьего конденсатора [2]. Недостатком устройства является невысокая точность стабилизации.

В качестве ближайшего аналога предлагаемому техническому решению выбран «Драйвер светодиода с регулированием постоянного тока» описанный в патенте США 7944153, [3] как совпадающий по функциональному назначению и обеспечиваемому техническому эффекту. Совокупность существенных признаков ближайшего аналога, общих с исследуемым объектом: ключевой преобразователь, выход которого соединен с нагрузкой, управляющая схема на базе ШИМ-контроллера, обеспечивающая включение и выключение ключевых элементов, и датчик тока нагрузки, соединенный с управляющей схемой, которая в ответ на измеренный ток генерирует управляющий ШИМ сигнал, который управляет работой ключевых элементов. Недостатком устройства-прототипа является наличие гальванической связи между входом и выходом и низкая точность стабилизации тока нагрузки, обусловленная косвенным способом получения сигнала обратной связи.

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - обеспечение гальванической развязки между входом и выходом и повышение точности стабилизации.

Решение поставленной задачи достигается тем, что источник питания для мощных светодиодов, также как и прототип содержит ключевой преобразователь, выход которого соединен с нагрузкой, управляющая схема на базе ШИМ-контроллера, датчик тока соединенный с управляющей схемой. В отличии от прототипа, ключевой преобразователь выполнен по двухключевой схеме, а в качестве датчика тока используется трансформаторный датчик тока, одна обмотка которого включена в цепь нагрузки, а вторая связана со схемой управления. Техническим результатом такого решения является повышение точности стабилизации за счет непосредственного измерения выходного тока и обеспечение гальванической развязки за счет применения трансформаторного датчика.

Схема предлагаемого источника питания приведена на Фиг. Однотактный преобразователь постоянного напряжения, выполненный в виде двухключевого преобразователя содержит в одной диагонали транзисторы 7, 11, а в другой - диоды 8, 10, первичная обмотка согласующего трансформатора 12 включена в диагональ полумоста, вторичная обмотка согласующего трансформатора связана с выходным выводом преобразователя, предназначенным для подключения нагрузки 16, а управляющие входы транзисторов связаны с выходами 3, 4 системы управления 6. Трансформаторный датчик тока 13 одной обмоткой включен в цепь нагрузки, а второй обмоткой связан со схемой управления 6.

Устройство работает следующим образом. Когда транзисторы 7, 11 открыты, то диод 14 закрыт, энергия первичного источника, запасается в индуктивности трансформатора 12. При этом магнитопровод трансформатора TV1 намагничивается в прямом направлении.

Когда транзисторы 7, 11 закрыты, то диод 14 открыт и накопленная энергия через него поступает в конденсатор фильтра 15 и нагрузку 16. Часть энергии не отданная в нагрузку, возвращается в конденсатор 5 через открывающиеся диоды 8, 10, благодаря чему происходит размагничивание магнитопровода за счет приложения обратного напряжения к первичной обмотке. Поскольку к моменту открытия ключевого транзистора процесс размагничивания должен окончиться, режим работы преобразователя выбирается таким, чтобы коэффициент заполнения не превышал величину 0,5.

Источник питания изготовлен в виде макетных образцов и экспериментально установлено, что предлагаемое техническое решение повышает точность стабилизации тока в нагрузке (плюс-минус 2%, или плюс-минус 0,02 А) и обеспечивает гальваническую развязку между входом и выходом.

Источники информации, использованные при составлении описания полезной модели:

1. Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение, с. 247, рис. 6-14 - М.: Радио и связь, 1981. - 280 с.

2. Патент РФ 95214, МПК: H05B 37/00. Схема подключения светодиодного светового прибора в сеть переменного тока // Кумин A.M. (RU) - Заявл. 17.12.2009, опубл. 10.06.2010.

3. Патент США 7944153, МПК: G05F 1/00 «Драйвер светодиода с регулированием постоянного тока» // Fred Greenfield (US) - Заявл. 17.12.2007, опубл. 18.09.2008.

Источник питания для мощных светодиодов, включающий сетевой выпрямитель, низкочастотный фильтрующий конденсатор, двухключевой преобразователь, два нормально запертых диода, систему управления, работающую по ШИМ-алгоритму, трансформатор тока, выходной диод, высокочастотный фильтрующий конденсатор, нагрузку из соединенных светодиодов, причем первый транзистор подключен стоком к плюсовому выводу фильтрующего конденсатора, а истоком к катоду первого нормально запертого диода, второй транзистор подключен истоком к минусовому выводу фильтрующего конденсатора, а стоком к аноду второго нормально запертого диода, анод первого нормально запертого диода подключен к минусовому выводу фильтрующего конденсатора, катод второго нормально запертого диода подключен к плюсовому выводу фильтрующего конденсатора, выпрямительный диод соединен катодом с высокочастотным конденсатором, а система управления соединена с затворами первого и второго транзисторов, нагрузка из соединенных светодиодов подключается параллельно высокочастотному конденсатору, отличающийся тем, что в схему введен согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена одним выводом к истоку первого транзистора, а вторым к стоку второго транзистора, а его вторичная обмотка подключена одним выводом к минусовому выводу высокочастотного конденсатора, а вторым выводом к первичной обмотке трансформатора тока, причём первичная обмотка трансформатора тока подключена между выводом согласующего трансформатора и анодом выпрямительного диода, а вторичная обмотка трансформатора тока подключена к системе управления, первый нормально запертый диод подключен анодом к минусу низкочастотного конденсатора, а второй нормально запертый диод подключен катодом к плюсу низкочастотного конденсатора.