Пристрій керування струмом світлодіодів

Реферат: UA 99647 U UA 99647 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до світлотехніки і може бути використана у виробництві освітлювальних приладів, призначених для промислового або побутового освітлення. Відомі освітлювальні прилади, побудовані з використанням світлодіодів (див., наприклад, патент України на корисну модель № 39536, F21S 8/00, 2009). Подібний світлодіодний освітлювальний прилад складається з монтажної панелі зі світлодіодами на ній і стабілізованого джерела живлення. Найбільш близьким до даної корисної моделі є пристрій керування струмом світлодіодів, описаний у керівництві по розробці від Power Integration, наприклад DER-296, або довідковий листок TNY274-280. Пристроєм є зворотноходовий перетворювач напруги, до вихідного випрямляча якого підключена лінійка світлодіодів. Недоліком такого пристрою є наявність трансформатора напруги і демпферного ланцюжка, що обмежує викиди напруги на ключовому елементі перетворювача. Викиди напруги є наслідком наявності паразитних індуктивностей трансформатора. Зменшення цих паразитних індуктивностей можливе за рахунок збільшення складності конструкції трансформатора і, як наслідок, підвищення вартості всього пристрою. При цьому викиди напруги можуть бути зменшені, але не усунені цілком. Демпферний ланцюжок приглушує ці викиди напруги, що призводить до додаткових непродуктивних витрат енергії, з одного боку, і збільшення загальної вартості пристрою з іншою. В основу корисної моделі поставлена задача створення простішого і надійнішого пристрою керування струмом світлодіодів, що має меншу вартість і вищий коефіцієнт корисної дії. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій керування струмом світлодіодів, що містить у собі мікросхему зворотноходового перетворювача напруги, випрямний діод, електролітичний конденсатор випрямляча зворотноходового перетворювача, керамічний блокувальний конденсатор, лінійку світлодіодів, баластний опір, оптоелектронний перетворювач, згідно з корисною моделлю з схеми перетворювача виключений демпферний ланцюжок, а замість трансформатора напруги в схему зворотноходового перетворювача включений дросель, перший вивід якого з'єднаний з лінією високовольтного живлення перетворювача, а його другий вивід з'єднаний з першим виводом (стік польового транзистора) мікросхеми зворотноходового перетворювача і з анодом випрямного діода, катод якого з'єднаний з позитивною обкладкою електролітичного конденсатора випрямляча, негативна обкладка якого з'єднана з лінією високовольтного живлення перетворювача, при цьому катод випрямного діода з'єднаний також з позитивним виводом лінійки світлодіодів, негативний вивід якої з'єднаний з першим виводом баластного опору і з анодом світлодіода оптоелектронного перетворювача, при цьому другий вивід баластного опору і катод світлодіода оптоелектронного перетворювача з'єднані з лінією високовольтного живлення перетворювача, при цьому емітер транзистора оптоелектронного перетворювача з'єднаний із загальним дротом, а колектор транзистора оптоелектронного перетворювача з'єднаний з другим виводом (вхід керування) мікросхеми зворотноходового перетворювача, при цьому перший вивід керамічного блокувального конденсатора з'єднаний з третім виводом (ланцюг живлення) мікросхеми зворотноходового перетворювача, а другий вивід керамічного блокувального конденсатора і четвертий вивід (витік польового транзистора) мікросхеми зворотноходового перетворювача з'єднані з загальним дротом. Пристрій керування струмом світлодіодів в схему введений додатковий фототранзистор, емітер якого з'єднаний із загальним дротом, а його колектор з'єднаний з другим виводом (вхід керування) мікросхеми зворотноходового перетворювача, при цьому за допомогою цього додаткового фототранзистора здійснюють автоматичне плавне збільшення до максимуму і зменшення аж до нуля струму лінійки світлодіодів при зміні рівня зовнішнього освітлення. Ці властивості даної корисної моделі є новими, оскільки в способі-прототипі через властиві йому недоліки, що полягають в наявності трансформатора напруги зворотноходового перетворювача, присутні паразитні індуктивності, які приводять до виникнення викидів напруги на виході ключового каскаду мікросхеми зворотноходового перетворювача, які необхідно приглушувати демпферним ланцюжком. У пристрої керування, що заявляється, паразитна індуктивність відсутня, оскільки в схемі присутній лише один дросель, що включає як робочу, так і паразитну індуктивності. При цьому викид напруги на цьому дроселі є робочим викидом напруги зворотного ходу, який за допомогою вихідного діода випрямляють і подають на лінійку світлодіодів. Демпферний ланцюжок при цьому відсутній за непотрібністю, непродуктивні витрати енергії при цьому відсутні. Принципова схема пристрою керування струмом світлодіодів показана на фіг. 1. Пристрій керування струмом світлодіодів складається з мікросхеми зворотноходового перетворювача напруги 1, дроселя 2, випрямного діода 3, електролітичного конденсатора 4, керамічного блокувального конденсатора 5, лінійки світлодіодів 6, баластного опору 7, 1 UA 99647 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 оптоелектронного перетворювача 8, клеми подачі високої напруги постійного струму 9 (фіг. 1 а, б) і фото-транзистора 10 (фіг. 1 б). При цьому (фіг. 1-2) перший вивід дроселя 2 з'єднаний з лінією високовольтного живлення перетворювача, а його другий вивід з'єднаний з першим виводом (стік польового транзистора) мікросхеми зворотноходового перетворювача 1 і з анодом випрямного діода 3, катод якого з'єднаний з позитивною обкладкою електролітичного конденсатора випрямляча 4, негативна обкладка якого з'єднана з лінією високовольтного живлення перетворювача, при цьому катод випрямного діода з'єднаний також з позитивним виводом лінійки світлодіодів 6, негативний вивід якої з'єднаний з першим виводом баластного опору 7 і з анодом світлодіода оптоелектронного перетворювача 8, при цьому другий вивід баластного опору 7 і катод світлодіода оптоелектронного перетворювача 8 з'єднані з лінією високовольтного живлення перетворювача, при цьому емітер транзистора оптоелектронного перетворювача 8 з'єднаний з загальним дротом, а колектор транзистора оптоелектронного перетворювача 8 з'єднаний з другим виводом (вхід керування) мікросхеми зворотноходового перетворювача 1, при цьому перший вивід керамічного блокувального конденсатора 4 з'єднаний з третім виводом (ланцюги живлення) мікросхеми зворотноходового перетворювача 1, а другий вивід керамічного блокувального конденсатора 4 і четвертий вивід (витік польового транзистора) мікросхеми зворотноходового перетворювача 1 з'єднані з загальним дротом. У схемі пристрою керування (фіг. 2) емітер зовнішнього додаткового фототранзистора 10 з'єднаний зі загальним дротом, а його колектор з'єднаний з другим виводом (вхід керування) мікросхеми зворотноходового перетворювача 1. Працює пристрій таким чином. Спочатку польовий вихідний транзистор мікросхеми зворотноходового перетворювача 1 відкритий і через дросель 2 протікає лінійно наростаючий струм, накопичуючи енергію в дроселі. Напруга на другому виводі дроселя 2 близька до нуля і випрямний діод 3 закритий. Потім польовий транзистор мікросхеми зворотноходового перетворювача закривається і на дроселі виникає викид напруги позитивної полярності більший за вхідну напругу високовольтного живлення на величину так званої напруги зворотного ходу. Величина цієї напруги вибирається рівною робочій напрузі лінійки світлодіодів. Ця напруга відкриває випрямний діод 3 і заряджає електролітичний конденсатор 4. Через лінійку світлодіодів 6 починає протікати струм, створюючи на баластному опорі 7 невеликого номіналу падіння напруги. Як тільки величина цієї напруги перевищить напругу відкриття світлодіода оптоелектронного перетворювача 8, через останній починає протікати струм, відкриваючи фототранзистор оптоелектронного перетворювача 8, що знижує, у свою чергу, тривалість відкритого стану польового транзистора мікросхеми зворотноходового перетворювача 1 і, як наслідок, величину накопичуваної в дроселі енергії, а відповідно, і величину напруги зворотного ходу. Таким чином здійснюється стабілізація робочого струму лінійки світлодіодів. Величина цього струму визначається номіналом баластного опору 7 і напругою відкриття світлодіода оптоелектронного перетворювача, що має фіксовану величину. Додатково оптоелектронний перетворювач здійснює гальванічну розв'язку високовольтного ланцюга лінійки світлодіодів і ланцюга керування мікросхеми перетворювача. Додатковий зовнішній фототранзистор 10, підключений паралельно фототранзистору оптоелектронного перетворювача 8, зменшує робочий струм лінійки світлодіодів 6 за наявності зовнішнього природного освітлення. При перевищенні рівня зовнішнього природного освітлення деякої порогової величини, додатковий фототранзистор 10 виявляється відкритим настільки, що струм лінійки світлодіодів 6 може бути зменшений до нуля. Для виключення зворотного зв'язку, світловий потік, що створюється лінійкою світлодіодів 6, не повинен потрапляти на зовнішній додатковий фототранзистор 10 безпосередньо. Економічний ефект від застосування пристрою керування струмом світлодіодів, що заявляється, полягає в спрощенні конструкції пристрою в цілому і зниженні непродуктивних витрат енергії, пов'язаних з наявністю демпферного ланцюжка прототипу. Пристрій керування струмом світлодіода з зовнішнім додатковим фототранзистором є винятково корисним при організації освітлення на сходових майданчиках багатоквартирних житлових будинків. При цьому зміна рівня зовнішнього природного освітлення на сходових майданчиках автоматично вмикає і вимикає струм лінійки світлодіодів. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Пристрій керування струмом світлодіодів, що містить у собі мікросхему зворотноходового перетворювача напруги, випрямний діод, електролітичний конденсатор випрямляча зворотноходового перетворювача, керамічний блокувальний конденсатор, лінійку світлодіодів, 2 UA 99647 U 5 10 15 20 баластний опір, оптоелектронний перетворювач, який відрізняється тим, що у схему зворотноходового перетворювача включений дросель, перший вивід якого з'єднаний з лінією високовольтного живлення перетворювача, а його другий вивід з'єднаний з першим виводом (стік польового транзистора) мікросхеми зворотноходового перетворювача і з анодом випрямного діода, катод якого з'єднаний з позитивною обкладкою електролітичного конденсатора випрямляча, негативна обкладка якого з'єднана з лінією високовольтного живлення перетворювача, при цьому катод випрямного діода з'єднаний також з позитивним виводом лінійки світлодіодів, негативний вивід якої з'єднаний з першим виводом баластного опору і з анодом світлодіода оптоелектронного перетворювача, при цьому другий вивід баластного опору і катод світлодіода оптоелектронного перетворювача з'єднані з лінією високовольтного живлення перетворювача, при цьому емітер транзистора оптоелектронного перетворювача з'єднаний із загальним дротом, а колектор транзистора оптоелектронного перетворювача з'єднаний з другим виводом (вхід керування) мікросхеми зворотноходового перетворювача, при цьому перший вивід керамічного блокувального конденсатора з'єднаний з третім виводом (ланцюг живлення) мікросхеми зворотноходового перетворювача, а другий вивід керамічного блокувального конденсатора і четвертий вивід (витік польового транзистора) мікросхеми зворотноходового перетворювача з'єднані з загальним дротом. 2. Пристрій керування струмом світлодіодів за п. 1, який відрізняється тим, що в схему введений додатковий фототранзистор, емітер якого з'єднаний із загальним дротом, а його колектор з'єднаний з другим виводом (вхід керування) мікросхеми зворотноходового перетворювача, при цьому за допомогою цього додаткового фототранзистора здійснюють автоматичне плавне збільшення до максимуму і зменшення аж до нуля струму лінійки світлодіодів при зміні рівня зовнішнього освітлення. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3