RU221204U1 - Светодиодный драйвер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к схемам управления светодиодами. Технической задачей полезной модели, совпадающей с положительным результатом от ее применения, является возможность плавного регулирования свечения светодиодной лампы, подключаемой к силовому выходу устройства, за счет применения в драйвере ШИМ-контроллера и гальванической развязки, реализуемой на основе трансформатора. Драйвер содержит блок питания, снабженный первым и вторым фильтрами, последний из которых подключен к первичной обмотке трансформатора гальванической развязки. К упомянутому второму фильтру подключена цепь питания ШИМ-контроллера, соединенная с его входом напряжения питания. ШИМ-контроллер содержит низкочастотный диммирующий вход, вход для подключения внешнего резистора, с помощью которого задается максимальный ток светодиода, вход аналогового диммирования, выход для регулирования напряжения питания и выход микросхемы, предназначенный для подачи модулированного сигнала на вход силового транзистора. Выход микросхемы ШИМ-контроллера подключен к затвору N-канального MOSFET транзистора, исток которого через токоограничивающие резисторы подтянут к входу для подключения внешнего резистора и «земле», а сток через токоограничивающие резисторы и конденсатор через цепь питания – к первичной обмотке трансформатора гальванической развязки. Первая вторичная обмотка трансформатора через фильтр подключена к силовому выходу устройства, выполненному с возможностью подключения к нему нагрузки в виде светодиодной лампы и через оптопару к низкочастотному диммирующему входу ШИМ-контроллера, а вторая вторичная обмотка трансформатора через стабилизатор напряжения и усилитель, выполненный на основе транзисторов, к которому дополнительно подключен диммер, через оптопару и токоограничивающие резисторы подключена к входу аналогового диммирования ШИМ-контроллера. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к схемам управления светодиодами [LEDs], а именно к устройствам для регулирования яркости их свечения, и может применяться для эксплуатации в качестве встроенного элемента управления светодиодными светильниками внутри зданий.

Из уровня техники известно устройство управления уровнем светоотдачи светодиодов (RU2693844C1, МПК H05B 37/02, опубл. 05.07.2019). Прибор содержит положительный и отрицательный входы подачи напряжения питания на устройство, светодиоды, последовательно соединенные в цепь с анодным и катодным концами, импульсный стабилизатор тока, блок управления и электронный ключ с управляющим входом, при этом положительный вход подачи напряжения питания на устройство соединен с «землей» посредством электрической цепи, содержащей резистивный делитель напряжения, импульсный стабилизатор тока имеет управляющий вход, а также положительный и отрицательный токоподающие выходы, блок управления содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с ним блок обработки и анализа цифрового сигнала, а также блок генерирования периодических импульсов напряжения и имеет управляющий вход и два управляющих выхода.

Недостатком известного устройства является его сложность, вследствие использования в конструкции блока анализа цифрового сигнала, что одновременно снижает надежность работы прибора. Кроме того в конструкции устройства не предусмотрен управляющий элемент плавного регулирования яркости свечения светодиодов.

Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели признан драйвер светодиодов (RU2675793C2, МПК H05B 33/08, опубл. 25.12.2018). Устройство содержит преобразователь постоянного напряжения, имеющий цепь широтно-импульсного управления, создающую последовательность импульсов, которая имеет время включения, время выключения и частоту переключения и цепь управления, содержащую вход для приема установочного параметра регулирования яркости, причем цепь управления предназначена для управления цепью широтно-импульсного управления для изменения времени включения, а также частоты переключения, в зависимости от установочного параметра регулирования яркости.

Недостатком известного устройства является отсутствие гальванической развязки между блоком питания и выходом устройства, что снижает качество регулирования свечения светодиодов, а также снижает надежность устройства.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка драйвера, предназначенного для питания светодиодов от сети переменного тока 220 В 50 Гц, обеспечивающего гальваническую развязку между сетью и цепью питания светодиодов.

Указанная задача решена тем, что драйвер светодиодов (устройство для управления светодиодами) содержит блок питания, снабженный первым и вторым фильтрами, последний из которых подключен к первичной обмотке трансформатора гальванической развязки. К упомянутому второму фильтру подключена цепь питания ШИМ-контроллера, выполненного на основе микросхемы, соединенная с его входом напряжения питания. ШИМ-контроллер содержит низкочастотный диммирующий вход, вход для подключения внешнего резистора, с помощью которого задается максимальный ток светодиода, вход аналогового диммирования, выход для регулирования напряжения питания и выход микросхемы, предназначенный для подачи модулированного сигнала на вход транзистора. Выход микросхемы ШИМ-контроллера подключен к затвору N-канального MOSFET-транзистора, исток которого через токоограничивающие резисторы подтянут к входу для подключения внешнего резистора и «земле», а сток через токоограничивающие резисторы и конденсатор через цепь питания – к первичной обмотке трансформатора гальванической развязки. Первая вторичная обмотка трансформатора через третий фильтр подключена к выходу устройства, выполненному с возможностью подключения к нему нагрузки в виде светодиодной лампы, и через оптопару к низкочастотному диммирующему входу ШИМ-контроллера, а вторая вторичная обмотка трансформатора через стабилизатор напряжения и усилитель, выполненный на основе транзисторов, к которому дополнительно подключен диммер, через оптопару и токоограничивающие резисторы подключена к входу аналогового диммирования ШИМ-контроллера.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытыми выше признаками устройства, является возможность плавного регулирования свечения светодиодной лампы, подключаемой к выходу устройства, за счет применения в драйвере ШИМ-контроллера и гальванической развязки, реализуемой на основе трансформатора.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема драйвера, а на фиг. 2 – один из возможных вариантов его электрической принципиальной схемы.

Драйвер (устройство для управления светодиодами) устроен следующим образом.

Он содержит блок питания 1, включающий в себя первый фильтр, состоящий из последовательно включенных в цепь первого конденсатора, катушки индуктивности и второго конденсатора, выход которого подключен к диодному мосту, положительный выход которого посредством электрической цепи питания через термистор и второй фильтр 2 подключен к первичной обмотке трансформатора 3 гальванической развязки. К выходу фильтра 2 подключена цепь питания ШИМ-контроллера 4, соединенная с его входом V_IN (вход напряжения питания). ШИМ-контроллер 4 содержит управляющие входы: PWM_D (низкочастотный диммирующий вход), CS (вход для подключения внешнего резистора, с помощью которого задается максимальный ток светодиода), LD (вход аналогового диммирования), выход для регулирования напряжения питания V_DD и выход микросхемы GATE, предназначенный для подачи модулированного сигнала на вход транзистора.

Выход GATE микросхемы ШИМ-контроллера 4 подключен к затвору N-канального MOSFET-транзистора 5, исток которого через токоограничивающие резисторы подтянут к входу CS и «земле», а сток через токоограничивающие резисторы и конденсатор через цепь питания – к первичной обмотке трансформатора 3 гальванической развязки. Первая вторичная обмотка трансформатора через третий фильтр 6 подключена к выходу 7 устройства, выполненному с возможностью подключения к нему нагрузки в виде светодиодной лампы, и через первую оптопару 8 к входу PWM_D ШИМ-контроллера 4, а вторая вторичная обмотка трансформатора через стабилизатор напряжения 9 и усилитель 10, выполненный на основе транзисторов, к которому дополнительно подключен диммер 11, выполненный в виде подстроечного резистора, через вторую оптопару 12 и токоограничивающие резисторы подключена к входу LD ШИМ-контроллера 4.

ШИМ-контроллер 4 может быть выполнен на основе микросхемы IL9910AD, стабилизатор напряжения – на основе микросхемы L78L12ACU. Выход 7 устройства может представлять собой контактное соединение KLS2-128I-5.00-02P-4S. С помощью аналогичного контактного соединения к усилителю 10 может быть подключен диммер 11. В качестве оптопар могут быть применены сборки PC817X2CSP9F. В качестве диммера может также применяться сборка модели SMART-DALI (Диммер SMART-DALI (12-24V, 1x15A) // LED Premium. URL: https://ledpremium.ru/catalog/ dimmery_dali/dimmer_smart_dali_12_24v_1x15a/ (дата обращения 01.09.2023)), рассчитанная на напряжение 12÷24 В и силу тока до 15 A.

Один из вариантов драйвера светодиодов может быть выполнен на основе электрической принципиальной схемы, приведенной на фиг. 2, спецификация к которой приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Спецификация схемы драйвера

Обозначение	Элемент	Количество однотипных элементов
Конденсаторы
C8	0805 NP0 100 пФ ±10% 50 В	1
C2, C17	0805 X5R 1 мкФ ±10% 50 В	2
C13	0805 X7R 0.01 мкФ ±10% 50 В	1
C14	1206 X7R 4.7 мкФ ±10% 50 В	1
C15, C16	1206 X7R 4.7 мкФ ±10% 100 В	2
C3	1206 X5R 100 мкФ ±20% 6,3 В	1
C11, C12	1812 X7R 1000 пФ ±10% 3000 В	2
C7	ECW-FE2W155J	1
C9, C10	EHS2WM470M20OT	2
C1, C4÷C6	J2103M3DY5VS7,5LE	4
Микросхемы
D1	IL9910AD	1
DA2	L78L12ACU	1
DA1	TL431QDBZR	1
Разрядники, предохранители, устройства защитные
F1	LVR100S-240	1
Катушки индуктивности
L1	PLA10AS5521R0R2B	1
Резисторы
R7	0805 1 кОм ±1%	1
R17, R28	0805 2.2 кОм ±1%	2
R3, R13	0805 4.7 кОм ±1%	2
R16, R18, R20, R22,R26	0805 10 кОм ±1%	5
R1, R4	0805 20 кОм ±1%	2
R15	0805 47 кОм ±1%	1
R2	0805 91 кОм ±1%	1
R19, R24, R27	0805 100 кОм ±1%	3
R6	0805 270 кОм ±1%	1
R9, R10, R23	0805 750 кОм ±1%	3
R11	1206 100 Ом ±1%	1
R21	1206 32 кОм ±1%	1
R8	2512 0.15 ом ±1%	1
R25	2512 0.24 Ом ±1%	1
R12	2512 10 кОм ±5%	1
R14	3266Y-1-130LF	1
R5	SCK-501X	1
Трансформаторы
T1	ТМДФ.671111.002	1
Диоды
VD5-VD8	1N4148W	4
VD9	BZV55C62	1
VD1	DF10S	1
VD4	STPS3150U	1
VD2, VD3	US2M	2
Транзисторы
VT2, VT3	BC807-40	2
VT1	STD4NK80ZT4	1
Оптопары
VU1, VU2	PC817X2CSP9F	2
Соединения контактные
X2, X3	KLS2-128I-5.00-02P-4S	2
X1	KLS2-128I-5.00-03P-4S	1

Драйвер светодиодов может дополнительно содержать узел цифрового диммирования (на фигурах условно не показан), выполненный на основе восьмиразрядного микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро, включающее в себя FLASH-память программ, SRAM-память-данных, арифметико-логическое устройство (ALU) и регистры общего назначения, соединенное системной шиной со встроенными периферийными устройствами, к которым относятся, в том числе, универсальные двунаправленные порты ввода-вывода, выполненные с возможностью выполнения альтернативных функций, восьми- и шестнадцатиразрядные таймеры-счетчики и электрически независимую перепрограммируемую память (EEPROM). При этом шестиразрядный таймер-счетчик подключен к линии одного из портов ввода-вывода и обеспечивает возможность генерации сигналов с широтно-импульсной модуляцией (PWM) фиксированной разрядности с заданной частотой и скважностью. Упомянутая линия порта ввода-вывода может быть подключена к PWM_D ШИМ-контроллера 4 и обеспечивать подачу на микросхему управляющего низкочастотного сигнала, параметры которого могут быть предварительно записаны в EEPROM-память микроконтроллера. При этом микроконтроллер на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ, с использованием для буферизации данных SRAM-памяти может формировать управляющий сигнал прямоугольной формы и программно изменять яркость свечения светодиодной лампы. В случае наличия в составе периферийных устройств микроконтроллера универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART) с подключенным к нему радиомодулем, параметры свечения лампы могут быть переданы микроконтроллеру по радиоканалу с пульта управления или от удаленной микропроцессорной системы. В этом случае драйвер может являться элементом системы автоматизации жилого или коммерческого здания «умный дом». В качестве микроконтроллера в драйвере может быть применена микросхема ATMega128L, при этом генератором импульсов может быть шестнадцатиразрядный счетчик T1 микросхемы, выход схемы сравнения которого подключен к линии PB6(OC1A) порта B.

Драйвер (устройство для управления светодиодами) используют следующим образом.

Первоначально к выходу 7 устройства подключают светодиодную лампу. Далее блок питания 1 подключают к сети переменного тока 220 В 50 Гц. После чего с помощью диммера 11, устанавливают требуемую яркость свечения лампы, подавая управляющий сигнал на вход аналогового диммирования LD ШИМ-контроллера 4 в случае использования в качестве диммера подстроечного резистора или подавая управляющий сигнал прямоугольной формы на вход PWM_D при использовании в качестве диммера сборки SMART-DALI или микроконтроллера. Далее устройство работает в автоматическом режиме. При этом ШИМ-контроллер 4 формирует на выходе GATE сигнал прямоугольной формы, управляя MOSFET-транзистором 5, который подает управляющий сигнал через первую вторичную обмотку трансформатора 3 гальванической развязки через третий фильтр 6 на выход 7 устройства, управляя свечением светодиодной лампы, при этом сигнал с выхода фильтра 6 дополнительно подается на низкочастотный диммирующий вход PWM_D, корректируя частоту сигнала генерируемую ШИМ-контроллером.

Таким образом, в настоящей заявке раскрыта конструкция устройства, позволяющего управлять яркостью свечения светодиодных светильников, обладающего высокой надежностью и качеством регулирования свечения ламп с исключением их мерцания за счет применения в конструкции устройства гальванической развязки, выполненной на основе трансформатора.

Claims (6)

1. Устройство для управления светодиодами, содержащее блок питания, снабженный первым и вторым фильтрами, последний из которых подключен к первичной обмотке трансформатора гальванической развязки, отличающееся тем, что к упомянутому второму фильтру подключена цепь питания ШИМ-контроллера, выполненного на основе микросхемы, соединенная с его входом напряжения питания, ШИМ-контроллер содержит низкочастотный диммирующий вход, вход для подключения внешнего резистора, с помощью которого задается максимальный ток светодиода, вход аналогового диммирования, выход для регулирования напряжения питания и выход микросхемы, предназначенный для подачи модулированного сигнала на вход транзистора, выход микросхемы ШИМ-контроллера подключен к затвору N-канального MOSFET-транзистора, исток которого через токоограничивающие резисторы подтянут к входу для подключения внешнего резистора и «земле», а сток через токоограничивающие резисторы и конденсатор через цепь питания – к первичной обмотке трансформатора гальванической развязки, первая вторичная обмотка трансформатора через третий фильтр подключена к выходу устройства, выполненному с возможностью подключения к нему нагрузки в виде светодиодной лампы и через оптопару к низкочастотному диммирующему входу ШИМ-контроллера, а вторая вторичная обмотка трансформатора через стабилизатор напряжения и усилитель, к которому дополнительно подключен диммер, через оптопару и токоограничивающие резисторы подключена к входу аналогового диммирования ШИМ-контроллера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилитель выполнен на основе транзисторов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диммер выполнен в виде подстроечного резистора.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диммер выполнен на основе сборки модели SMART-DALI.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ШИМ-контроллер выполнен на основе микросхемы IL9910AD.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стабилизатор напряжения выполнен на основе микросхемы L78L12ACU.