RU2787838C1 - Ac lighting device with low light flux pulsations - Google Patents
Ac lighting device with low light flux pulsations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787838C1 RU2787838C1 RU2021120863A RU2021120863A RU2787838C1 RU 2787838 C1 RU2787838 C1 RU 2787838C1 RU 2021120863 A RU2021120863 A RU 2021120863A RU 2021120863 A RU2021120863 A RU 2021120863A RU 2787838 C1 RU2787838 C1 RU 2787838C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- leds
- group
- groups
- sources
- current
- Prior art date
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 76
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001447 compensatory Effects 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 7
- 101700036002 LED2 Proteins 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Решение относится к светотехнике и может быть использовано при изготовлении источников света, подключаемых к сети переменного тока и используемых в составе светотехнического оборудования для наружного и внутреннего освещения.The solution relates to lighting engineering and can be used in the manufacture of light sources connected to an alternating current network and used as part of lighting equipment for outdoor and indoor lighting.
Уровень техники.The level of technology.
К современным осветительным устройствам предъявляются жесткие требования по параметрам ЭМС и пульсациям светового потока. Традиционно в светодиодных осветительных устройствах применяют источники питания с преобразование частоты и стабилизированным выходным током. К их недостаткам относится высокая стоимость, сложность, невысокий срок службы. Фиг. 1. Традиционные схемы питания светодиодов непосредственно от сети переменного напряжения.Strict requirements are imposed on modern lighting devices in terms of EMC parameters and pulsations of the light flux. Traditionally, LED lighting devices use power supplies with frequency conversion and stabilized output current. Their disadvantages include high cost, complexity, low service life. Fig. 1. Traditional LED power supply circuits directly from the AC voltage.
Фиг. 2. Схема с дополнительными накопительными конденсаторами.Fig. 2. Scheme with additional storage capacitors.
Фиг. 3. Одноступенчатая схема с одним накопительным конденсатором.Fig. 3. Single-stage circuit with one storage capacitor.
Фиг. 4. Двухступенчатая схема с одним накопительным конденсатором.Fig. 4. Two-stage circuit with one storage capacitor.
Фиг. 5. Схема предложенного осветительного устройства.Fig. 5. Scheme of the proposed lighting device.
Фиг. 6. Диаграмма токов и световых потоков в осветительном устройстве.Fig. 6. Diagram of currents and light fluxes in the lighting device.
Известны схемотехнические решения [US 9,265103 В2, US 9,426,856 В2, US 8,519,636 В2], в которых реализовано питание светодиодов непосредственно от сети переменного напряжения (Фиг. 1а, 1б).Known circuitry solutions [US 9,265103 V2, US 9,426,856 V2, US 8,519,636 V2], in which the LEDs are powered directly from the AC voltage (Fig. 1a, 1b).
В таких схемах светодиодные цепочки LED1…LEDn последовательно подключаются к выпрямителю BR через источники тока (Фиг. 1а) или подключаются к общему источнику тока (Фиг. 1б) по мере нарастания выпрямленного напряжения. Аналогично, светодиодные цепочки LED1…LEDn отключаются от выпрямителя по мере спада выпрямленного напряжения. Форма тока потребления и токов через светодиодные цепочки для n=4 показана на Фиг. 1в.In such circuits LED1…LEDn chains are connected in series to the rectifier BR through current sources (Fig. 1a) or connected to a common current source (Fig. 1b) as the rectified voltage increases. Similarly, the LED strings LED1…LEDn are disconnected from the rectifier as the rectified voltage drops. The shape of current consumption and currents through LED strings for n=4 is shown in Fig. 1c.
Достоинством подобных схем является простота, компактность и надежность, отсутствие проблем с удовлетворением требований ЭМС, низкая стоимость. Основным недостатком, а в ряде случаев, и препятствием к применению является коэффициент пульсаций светового потока, равный 100%.The advantage of such circuits is simplicity, compactness and reliability, no problems with meeting EMC requirements, and low cost. The main disadvantage, and in some cases, an obstacle to application is the pulsation coefficient of the light flux, equal to 100%.
Продолжением схемотехнического решения, показанного на Фиг. 1а, является схема с дополнительными накопительными конденсаторами, подключенными параллельно каждой из светодиодных цепочек LED1…LEDn через разделительные диоды (Фиг. 2). Эта схема позволяет получить коэффициент пульсаций светового потока меньше 100%, при практической реализации эта величина может находиться в пределах 40-80%.Continuing the circuit design shown in Fig. 1a is a circuit with additional storage capacitors connected in parallel to each of the LED strings LED1...LEDn through separating diodes (Fig. 2). This scheme makes it possible to obtain a pulsation coefficient of the light flux less than 100%; in practical implementation, this value can be in the range of 40-80%.
Принципиальный недостаток этой схемы - практическая невозможность получить коэффициент пульсаций светового потока, нормируемый современными стандартами на уровне 5-20%. Действительно, не трудно видеть, что конденсатор может зарядиться только до величины пикового напряжения на светодиодной цепочке, следовательно, его разряд через светодиоды начинается с этой точке и сопровождается экспоненциальным падением напряжения и, соответственно, тока через светодиоды. Поскольку светодиод имеет крутую ВАХ, малому изменению напряжения на конденсаторе соответствует большое изменение тока светодиодов, и как следствие, светового потока. Кроме того, величина емкости конденсатора С относится к величине пульсации напряжения на нем ΔU в логарифмической зависимости:The fundamental disadvantage of this scheme is the practical impossibility of obtaining the pulsation coefficient of the light flux, which is normalized by modern standards at the level of 5-20%. Indeed, it is not difficult to see that the capacitor can only charge up to the peak voltage across the LED string, hence its discharge through the LEDs starts from this point and is accompanied by an exponential drop in voltage and, accordingly, current through the LEDs. Since the LED has a steep I-V characteristic, a small change in the voltage across the capacitor corresponds to a large change in the current of the LEDs, and as a result, the luminous flux. In addition, the value of the capacitance of the capacitor C refers to the value of the voltage ripple on it ΔU in a logarithmic relationship:
где td - интервал разряда конденсатора, RLED динамическое сопротивление светодиодной цепочки, U0 - пиковое напряжение на конденсаторе, U - напряжение на конденсаторе к концу интервала разряда. Это означает, что значительное увеличение емкости приводит лишь к незначительному снижению величины пульсации (Фиг. 2). Для достижения приемлемых величин пульсаций светового потока требуются неоправданно большие и дорогостоящие конденсаторы, что сводит все достоинства схемы к нулю.where t d is the capacitor discharge interval, R LED is the dynamic resistance of the LED string, U 0 is the peak voltage across the capacitor, U is the voltage across the capacitor at the end of the discharge interval. This means that a significant increase in capacitance leads to only a slight decrease in the amount of ripple (Fig. 2). To achieve acceptable pulsations of the light flux, unreasonably large and expensive capacitors are required, which reduces all the advantages of the circuit to zero.
Известно осветительное устройство [US 10,244,596 В2], содержащее мостовой выпрямитель BR1 к которому подключена цепь последовательно включенных светодиодов LED1, источники тока CS1, CS2, накопительный конденсатор С1 и диод VD1 (Фиг. 3). В установившемся режиме конденсатор С1 заряжен до напряжения, превышающего сумму прямых падений напряжения на светодиодах цепочки LED1. Пока выпрямленное напряжение меньше напряжения на конденсаторе, последний разряжается через диод VD1, цепочку светодиодов LED1 и источник тока CS1. Когда выпрямленное напряжение становится больше напряжения на конденсаторе, диод VD1 закрывается и ток от сети начинает протекать через цепочку светодиодов LED1 и источник тока CS1. Когда выпрямленное напряжение достигает суммы прямых падений напряжения на светодиодах цепочки LED1 и напряжения на конденсаторе, конденсатор начинает заряжаться от сети через LED1 и источник тока CS1.A lighting device [US 10,244,596 B2] is known, containing a bridge rectifier BR1 to which a chain of series-connected LEDs LED1, current sources CS1, CS2, a storage capacitor C1 and a diode VD1 are connected (Fig. 3). In steady state, capacitor C1 is charged to a voltage greater than the sum of direct voltage drops across the LEDs of the LED1 chain. As long as the rectified voltage is less than the voltage across the capacitor, the latter is discharged through the diode VD1, the chain of LEDs LED1 and the current source CS1. When the rectified voltage becomes greater than the voltage on the capacitor, the VD1 diode closes and the current from the network begins to flow through the LED1 chain and the current source CS1. When the rectified voltage reaches the sum of the direct voltage drops on the LEDs of the LED1 chain and the voltage across the capacitor, the capacitor starts to be charged from the network through LED1 and the current source CS1.
Данное устройство обладает существенными недостатками. Во-первых, начало потребления тока от сети определяется величиной напряжения на конденсаторе. Это приводит к тому, что угол отсечки потребляемого от сети тока оказывается слишком велик, что не позволяет удовлетворить существующим стандартам по ЭМС в части эмиссии гармонических составляющих тока. Кроме того, форма тока близка к прямоугольной, что дополнительно сказывается на увеличение амплитуды гармонических составляющих тока уже с 5-й гармоники.This device has significant drawbacks. First, the start of current consumption from the network is determined by the voltage across the capacitor. This leads to the fact that the cutoff angle of the current consumed from the network is too large, which does not allow meeting the existing EMC standards in terms of the emission of harmonic current components. In addition, the shape of the current is close to rectangular, which additionally affects the increase in the amplitude of the harmonic components of the current already from the 5th harmonic.
Во-вторых, устройство обладаем низким КПД, поскольку, очевидно, что падение напряжения на источнике тока CS2 дважды за период выпрямленного напряжения достигает величины напряжения на конденсаторе при постоянном протекающем через него токе. Это устройство может применяться лишь при малых мощностях - от нескольких ватт до 10 Вт.Secondly, the device has a low efficiency, since it is obvious that the voltage drop on the current source CS2 twice during the period of the rectified voltage reaches the voltage on the capacitor with a constant current flowing through it. This device can only be used at low power - from a few watts to 10 watts.
Известно осветительное устройство [US 10,187,945 В2], содержащее мостовой выпрямитель BR1 к которому через разделительный диод VD1 подключены цепочки последовательно включенных светодиодов LED1, LED2, накопительный конденсатор С1, дополнительные диоды VD2 - VD4 и схему управления (Фиг. 4).A lighting device [US 10,187,945 B2] is known, containing a bridge rectifier BR1 to which a chain of series-connected LEDs LED1, LED2, a storage capacitor C1, additional diodes VD2 - VD4 and a control circuit are connected through a separating diode VD1 (Fig. 4).
Как и в предыдущем устройстве (Фиг. 3), начало потребления тока определяется величиной напряжения на конденсаторе С1, при достижении которого выпрямленным напряжением ток начинает протекать через LED1 и ключ SW1. Отличительной особенностью данного устройства является то, что заряд конденсатора происходит через светодиодную цепочку LED1 и начинается при значении выпрямленного напряжения равном или большем сумме напряжений на LED1 и С1. Когда выпрямленное напряжение снижается ниже напряжения на конденсаторе С1, последний разряжается через обе последовательные светодиодные цепочки LED1 и LED2. Как и в устройстве Фиг. 3, напряжение на конденсаторе близко к среднеквадратичному значению питающего напряжения, поэтому угол отсечки потребляемого от сети тока оказывается слишком велик, что не позволяет удовлетворить стандартам по ЭМС в части эмиссии гармонических составляющих тока. Вторым существенным недостатком, как и в предыдущем устройстве, является низкий КПД.As in the previous device (Fig. 3), the start of current consumption is determined by the voltage across the capacitor C1, upon reaching which the rectified voltage begins to flow through LED1 and switch SW1. A distinctive feature of this device is that the capacitor is charged through the LED chain LED1 and starts when the value of the rectified voltage is equal to or greater than the sum of the voltages on LED1 and C1. When the rectified voltage drops below the voltage across capacitor C1, the latter is discharged through both LED1 and LED2 strings in series. As in the device of Fig. 3, the capacitor voltage is close to the RMS value of the supply voltage, so the cutoff angle of the current drawn from the network is too large, which does not allow meeting EMC standards regarding the emission of harmonic current components. The second significant drawback, as in the previous device, is low efficiency.
Заявленное решение решает задачу создания схемотехнической и конструкторской реализации осветительного устройства мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен ватт с питанием непосредственно от сети переменного напряжения.The claimed solution solves the problem of creating a circuit and design implementation of a lighting device with a power of several tens to several hundred watts, powered directly from an alternating voltage network.
Техническим результатом является снижение коэффициента пульсации светового потока, низкий коэффициент гармоник тока потребления, высокий КПД при низкой стоимости решения.The technical result is a reduction in the pulsation coefficient of the luminous flux, low harmonic current consumption, high efficiency at a low cost solution.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Осветительное устройство состоит из n последовательно включенных блоков схемы, каждый из которых содержит группу светодиодов, источник прямого тока и накопительный конденсатор, также подключенный через свой источник тока и обеспечивающий протекание постоянного тока в интервалах, когда выпрямленного напряжения недостаточно для протекания прямого тока через светодиоды группы. При этом начало протекания тока прямого тока через следующий блок схемы автоматически приводит к отключению источников тока предыдущего блока.The lighting device consists of n series-connected circuit blocks, each of which contains a group of LEDs, a direct current source and a storage capacitor, also connected through its own current source and providing direct current flow in the intervals when the rectified voltage is not enough for direct current to flow through the group LEDs. In this case, the beginning of the flow of direct current through the next block of the circuit automatically leads to the disconnection of the current sources of the previous block.
Заявленное осветительное устройство может быть представлено следующей совокупностью признаков:The claimed lighting device can be represented by the following set of features:
Осветительное устройство переменного тока с низкими пульсациями светового потока, включающее в себя двухполупериодный выпрямитель переменного тока, последовательно соединенные светодиоды, разбитые на группы от 1-й до n-й, причем анод первого светодиода первой группы подключен через выпрямительный диод к плюсу выпрямителя, отличается тем, что к катодам последних в группе k, 1≤k≤n, светодиодов подключены стоки полевых транзисторов, сконфигурированных в качестве источников прямого тока светодиодов, а их истоки через резисторы подключены к минусу выпрямителя через общий резистор обратной связи; к катодам последних в группе светодиодов через выпрямительные диоды подключены положительные электроды конденсаторов, отрицательные электроды конденсаторов подключены к стокам полевых транзисторов, сконфигурированных в качестве источников тока заряда конденсаторов, а их истоки через резисторы и параллельно включенные им диоды в прямом направлении подключены к истокам полевых транзисторов, сконфигурированных в качестве источников прямого тока, при этом положительные электроды конденсаторов подключены через диоды к анодам первых в группе светодиодов; все группы светодиодов соединены последовательно и разделены диодами, включенными в прямом направлении между катодами последних в группе светодиодов и анодами первых в следующей группе светодиодов.An AC lighting device with low luminous flux pulsations, which includes a full-wave AC rectifier, series-connected LEDs, divided into groups from 1st to nth, and the anode of the first LED of the first group is connected through a rectifier diode to the positive of the rectifier, differs in that that the cathodes of the last LEDs in the group k, 1≤k≤n, are connected to the drains of field-effect transistors configured as direct current sources of the LEDs, and their sources through resistors are connected to the minus of the rectifier through a common feedback resistor; the positive electrodes of the capacitors are connected to the cathodes of the latter in the group of LEDs through rectifier diodes, the negative electrodes of the capacitors are connected to the drains of field-effect transistors configured as sources of capacitor charge current, and their sources through resistors and diodes connected in parallel in the forward direction are connected to the sources of field-effect transistors, configured as direct current sources, while the positive electrodes of the capacitors are connected through diodes to the anodes of the first in the group of LEDs; all groups of LEDs are connected in series and separated by diodes connected in the forward direction between the cathodes of the last ones in the group of LEDs and the anodes of the first ones in the next group of LEDs.
Осветительное устройство может отличаться следующими особенностями:The lighting device may differ in the following features:
- количество светодиодов в n-й группе больше или равно сумме светодиодов в группах с 1-й по (n-1)-ю;- the number of LEDs in the n-th group is greater than or equal to the sum of the LEDs in the groups from 1st to (n-1)-th;
- n-я группа светодиодов является компенсационной;- n-th group of LEDs is compensatory;
- источники прямого тока и тока заряда конденсаторов групп с 1-й по n-ю выполнены на полевых транзисторах, биполярных транзисторах или транзисторах со статической индукцией;- sources of direct current and charge current of capacitors of groups from 1st to nth are made on field-effect transistors, bipolar transistors or transistors with static induction;
- источники прямого тока и тока заряда конденсаторов групп с 1-й по (n-1)-ю соединены между собой таким образом, что постоянный ток заряда конденсатора k-ой группы автоматически отключает источник прямого тока k-ой группы;- sources of direct current and charge current of capacitors of groups from the 1st to (n-1)th are interconnected in such a way that the direct current of the charge of the capacitor of the k-th group automatically turns off the direct current source of the k-th group;
- все источники тока с 1-го по n-й охвачены общей отрицательной обратной связью через резистор обратной связи;- all current sources from the 1st to the nth are covered by a common negative feedback through a feedback resistor;
- к схеме управления подключен датчик температуры, находящийся в тепловом контакте со светодиодами, а схема управления осуществляет термостабилизацию работы светодиодов за счет пропорционального изменения токов, протекающих через светодиоды в группах 1-й по n-ю;- a temperature sensor is connected to the control circuit, which is in thermal contact with the LEDs, and the control circuit performs thermal stabilization of the LEDs by proportionally changing the currents flowing through the LEDs in groups 1 to n;
- схема управления осуществляет регулировку светового потока за счет пропорционального изменения токов, протекающих через светодиоды в группах 1-й по n-ю;- the control circuit adjusts the luminous flux by proportionally changing the currents flowing through the LEDs in groups 1 to n;
- все элементы, включая светодиоды, размещены на общей печатной плате из теплопроводящего материала, например, алюминия.- all elements, including LEDs, are placed on a common printed circuit board made of a heat-conducting material, such as aluminum.
Прямой ток через группы светодиодов от 1-й до (n-1)-й формирует кривую тока потребления, а ток через компенсационную n-ю группу изменяется обратно пропорционально токам через группы светодиодов от 1-й до (n-1)-й для стабилизации суммарного светового потока. При этом количество светодиодов в n-й группе больше или равно сумме светодиодов в группах с 1-й по (n-1)-ю.The direct current through the groups of LEDs from the 1st to the (n-1)th forms a consumption current curve, and the current through the compensation nth group varies inversely with the currents through the groups of LEDs from the 1st to the (n-1)th for stabilization of the total luminous flux. In this case, the number of LEDs in the n-th group is greater than or equal to the sum of the LEDs in the groups from 1st to (n-1)-th.
Прямой ток и ток заряда 1 LEDn от 1-й до (n-1) группы увеличиваются с ростом номера группы, при этом ток заряда k-1 группы превышает прямой ток k-1 группы. Таким образом, количество ступеней тока потребления равно (2n-1). При этом устройство обеспечивает малый угол отсечки тока потребления и низкий коэффициент гармоник уже при п=3, что решает проблемы с ЭМС.The forward current and charge current of 1 LEDn from the 1st to (n-1) groups increase with the group number, while the charge current of the k-1 group exceeds the forward current of the k-1 group. Thus, the number of current consumption steps is (2n-1). At the same time, the device provides a small cutoff angle of the current consumption and a low harmonic coefficient already at n=3, which solves problems with EMC.
Устройство охвачено общей обратной связью через резисторы 1R2… (n-1) R2, nR1, Rfb, которая обеспечивает компенсационный режим стабилизации суммарного светового потока от 1-й до n-й группы за счет пропорционального снижения тока, протекающего через светодиоды n-й группы при увеличении прямого тока в группах с 1-й по k-ю при протекании прямого тока и тока заряда в (k+1)-й группе. Таким образом, световой поток Ф LEDn от светодиодов n-й группы изменяется обратно пропорционально изменениям светового потока в группах от 1-й до (n-1), в результате чего суммарный световой поток Ф LEDE осветительного устройства остается постоянным (Фиг. 6).The device is covered by a common feedback through resistors 1R2 ... (n-1) R2, nR1, Rfb, which provides a compensation mode for stabilizing the total luminous flux from the 1st to the nth group by proportionally reducing the current flowing through the LEDs of the nth group with an increase in forward current in groups from 1st to kth with the flow of direct current and charge current in the (k + 1)th group. Thus, the luminous flux Ф LEDn from the LEDs of the n-th group changes in inverse proportion to the changes in the luminous flux in groups from 1st to (n-1), as a result of which the total luminous flux Ф LEDE of the lighting device remains constant (Fig. 6).
Конденсаторы групп с 1-й по до (n-1)-ю подзаряжаются дважды за период выпрямленного напряжения в течение коротких интервалов, при этом пиковое напряжение на транзисторе ИТ3 k-й группы не превышает напряжения на конденсаторе (k+1)-й группы, что значительно снижает потери мощности в источниках тока заряда и увеличивает КПД.Capacitors of groups from 1st to (n-1)th are recharged twice during the period of rectified voltage for short intervals, while the peak voltage on the IT3 transistor of the kth group does not exceed the voltage on the capacitor of the (k+1)th group , which significantly reduces power losses in charge current sources and increases efficiency.
Устройство не содержит индуктивных компонентов (трансформаторов, дросселей), не нуждается ф сетевых фильтрах, что значительно снижает его стоимость по сравнению с традиционными аналогами.The device does not contain inductive components (transformers, chokes), does not need network filters, which significantly reduces its cost compared to traditional analogues.
Осветительное устройство (Фиг. 5) содержит двухполупериодный выпрямитель переменного тока BR, последовательно соединенные светодиоды, разбитые на группы от 1-й до n-й LED1…LEDn и питающиеся выпрямленным напряжением, управляемые источники прямого тока на транзисторах 1VT2…nVT2, соединенные с катодами последних светодиодов в группах от 1-й до n-й группы с одной стороны и с минусом выпрямителя переменного тока с другой стороны, конденсаторы С1…Cn, соединенные через выпрямительные диоды 1VD1…nVD1 с катодами последних светодиодов в группах от 1-й до n-й группы а также с анодами первых светодиодов в группах от 1-й до n-й группы через выпрямительные диоды 1VD2…nVD2 с одной стороны и управляемыми источниками тока заряда на транзисторах 1VT1…nVT1 с другой стороны, схему управления, задающую требуемые значения токов источников тока, формирующую сигналы управления включением или отключением источников прямого тока и источников тока заряда конденсаторов и обеспечивающую последовательное подключение групп при увеличении или отключение групп при уменьшении выпрямленного напряжения.The lighting device (Fig. 5) contains a full-wave alternating current rectifier BR, series-connected LEDs, divided into groups from the 1st to the nth LED1 ... LEDn and powered by a rectified voltage, controlled direct current sources on transistors 1VT2 ... nVT2, connected to the cathodes of the last LEDs in groups from the 1st to the nth group on one side and with the minus of the AC rectifier on the other side, capacitors C1 ... Cn connected through rectifier diodes 1VD1 ... nVD1 to the cathodes of the last LEDs in groups from 1st to n -th group as well as with the anodes of the first LEDs in groups from the 1st to the nth group through rectifier diodes 1VD2 ... nVD2 on the one hand and controlled charge current sources on transistors 1VT1 ... nVT1 on the other hand, a control circuit that sets the required current values current sources, which generates control signals for switching on or off direct current sources and capacitor charging current sources and provides serial connection e groups when increasing or switching off groups when reducing the rectified voltage.
В установившемся режиме конденсаторы С1…Cn заряжены до напряжения UkCl, несколько превышающего прямое падение напряжения ULED_k на светодиодах соответствующей группы к, например:In steady state, the capacitors C1...Cn are charged to a voltage UkCl, slightly higher than the direct voltage drop ULED_k on the LEDs of the corresponding group k, for example:
Когда выпрямленное напряжение достигает величины напряжения на конденсаторе 1С1, начинает протекать ток от плюса выпрямителя BR через светодиоды 1-й группы LED1, транзистор источника прямого тока (ИПТ) 1VT2, резисторы 1R2, Rfb к минусу выпрямителя. При этом ИПТ обеспечивает постоянство тока через светодиоды при изменении выпрямленного напряжения.When the rectified voltage reaches the voltage value on the capacitor 1C1, current begins to flow from the plus of the rectifier BR through the LEDs of the 1st group LED1, the direct current source transistor (IPT) 1VT2, resistors 1R2, Rfb to the minus of the rectifier. In this case, the IPT provides a constant current through the LEDs when the rectified voltage changes.
Когда выпрямленное напряжение достигает величины, равной сумме напряжений на конденсаторе 1С1 и прямого падения на светодиодах LED1, транзистор ИПТ 1VT2 закрывается и одновременно открывается транзистор источника тока заряда (ИТЗ) 1VT1. Ток протекает от плюса выпрямителя BR через светодиоды 1-й группы LED1, диод 1VD1, конденсатор 1С1, транзистор 1VT1, диод 1VD3, резисторы 1R2, Rfb к минусу выпрямителя. При этом конденсатор 1С1 заряжается постоянным стабилизированным током от сетевого напряжения.When the rectified voltage reaches a value equal to the sum of the voltages on the capacitor 1C1 and the direct drop on the LEDs LED1, the IPT 1VT2 transistor closes and at the same time the charge current source transistor (ITS) 1VT1 opens. The current flows from the plus of the rectifier BR through the LEDs of the 1st group LED1, diode 1VD1, capacitor 1C1, transistor 1VT1, diode 1VD3, resistors 1R2, Rfb to the minus of the rectifier. In this case, the capacitor 1C1 is charged with a constant stabilized current from the mains voltage.
Процесс аналогично продолжается, пока выпрямленное напряжение не достигнет величины, равной сумме напряжений на светодиодах от LED1 до LED (n-1) и конденсаторе пС1. В этот момент все транзисторы ИПТ 1VT2… (n-1) VT2 и 1VT1… (n-1) VT1 ИТЗ закрыты, открываются транзисторы ИПТ nVT2 и ИПЗ nVTl, через светодиоды групп от 1-й до (n-1)-й протекает ток, равный сумме токов заряда конденсатора пС1 и прямого тока n-й группы LEDn, пока выпрямленное напряжение не снизится ниже сумму напряжений на светодиодах от LED1 до LED(n-1) и конденсаторе пС1. В этот момент транзистор ИПЗ nVT1 закрывается и конденсатор nC1 начинает разряжаться от положительного электрода через диод nVD2, группу светодиодов LEDn, транзистор ИПТ nVT2, резистор nR1, антипараллельный диод транзистора nVT1 к минусовому электроду. При этом ИПТ поддерживает постоянный ток через группу LEDn. Одновременно, через группы светодиодов от 1-й до (n-1)-й протекает ток заряда конденсатора (n-1)C1. Далее, при снижении выпрямленного напряжения ниже сумме напряжений на светодиодах от LED1 до LED (n-1) и конденсаторе (n-1)С1, заряд конденсатора (n-1)С1 прекращается и прямой ток через группы светодиодов от 1-й до (n-1)-й протекает через ИПТ на транзисторе (n-1)VT1. При дальнейшем снижении выпрямленного напряжения происходит последовательное отключение ИТЗ и ток через светодиодные группы продолжает поддерживается за счет разряда соответствующих конденсаторов через ИПТ групп.The process similarly continues until the rectified voltage reaches a value equal to the sum of the voltages on the LEDs from LED1 to LED (n-1) and the capacitor pS1. At this moment, all the IPT transistors 1VT2 ... (n-1) VT2 and 1VT1 ... (n-1) VT1 ITZ are closed, the IPT nVT2 and IPT nVTl transistors open, through the LEDs of groups from the 1st to (n-1) th flows a current equal to the sum of the charge currents of the capacitor pC1 and the direct current of the n-th group LEDn, until the rectified voltage drops below the sum of the voltages on the LEDs from LED1 to LED(n-1) and the capacitor pC1. At this moment, the IPT nVT1 transistor closes and the nC1 capacitor begins to discharge from the positive electrode through the nVD2 diode, the LEDn group of LEDs, the nVT2 IPT transistor, the nR1 resistor, the antiparallel diode of the nVT1 transistor to the negative electrode. In this case, the IPT maintains a constant current through the LEDn group. Simultaneously, through the groups of LEDs from the 1st to (n-1)th, the charge current of the capacitor (n-1)C1 flows. Further, when the rectified voltage drops below the sum of the voltages on the LEDs from LED1 to LED (n-1) and the capacitor (n-1)C1, the charge of the capacitor (n-1)C1 stops and the direct current through the groups of LEDs from the 1st to ( n-1)th flows through the IPT on the transistor (n-1)VT1. With a further decrease in the rectified voltage, the ITZ is switched off in series and the current through the LED groups continues to be maintained due to the discharge of the corresponding capacitors through the IPT groups.
Когда выпрямленное напряжение падает ниже величины напряжения на конденсаторе 1С1, все группы светодиодов питаются от соответствующих конденсаторов групп от 1-й до n-ю. Этот процесс повторяется с периодом выпрямленного сетевого напряжения.When the rectified voltage drops below the voltage across the 1C1 capacitor, all groups of LEDs are powered by the corresponding capacitors of groups 1 to n. This process is repeated with a period of rectified mains voltage.
Для правильной работы устройства должны выполняться условия:For the correct operation of the device, the following conditions must be met:
Схема управления устанавливает необходимые уровни токов в устройстве, осуществляет стабилизацию токов по сигналу обратной связи с датчика тока Rfb, может реализовывать функции управления световым потоком (диммирования), стабилизации мощности потребления в зависимости от изменения напряжения питания, температурной стабилизации и защиты от перегрева. 2. Осветительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит схему управления, задающую требуемые значения токов источников тока, формирующую сигналы управления включением или отключением транзисторов источников прямого тока и источников тока заряда конденсаторов и обеспечивающую последовательное подключение групп светодиодов при увеличении или отключение групп светодиодов при уменьшении выпрямленного напряжения,The control circuit sets the required current levels in the device, stabilizes the currents according to the feedback signal from the current sensor Rfb, can implement the functions of controlling the light flux (dimming), stabilizing power consumption depending on changes in the supply voltage, temperature stabilization and protection against overheating. 2. The lighting device according to claim 1, characterized in that it contains a control circuit that sets the required values of currents of current sources, generates control signals for turning on or off transistors of direct current sources and capacitor charge current sources, and provides series connection of groups of LEDs when increasing or turning off groups LEDs when the rectified voltage decreases,
В интервале, на котором выпрямленное напряжение больше или равно сумме прямых падений напряжений светодиодов групп от 1-й до k-й, но меньше суммы прямых падений напряжений светодиодов групп от 1-й до k-й и напряжения на конденсаторе k-й группы, через светодиоды групп от 1-й до k-й протекает постоянный прямой ток от первичной сети, равный току k-ой группы, а через светодиоды групп от (k+1)-й до n-й протекает постоянный прямой ток от накопительных конденсаторов каждой из групп через источники прямого тока, обеспечивающие индивидуальные токи в группах от (k+1)-й до n-й; в интервале, на котором выпрямленное напряжение больше или равно суммы прямых падений напряжений светодиодов групп от 1-й до k-й и напряжения на конденсаторе k-й группы но меньше суммы прямых падений напряжений светодиодов групп от 1-й до (k+1)-й через светодиоды групп от 1-й до k-й протекает ток заряда конденсатора k-ой группы через источник тока заряда, при этом источник прямого тока k-ой группы отключен; в интервале на котором выпрямленное напряжение меньше суммы прямых падений напряжений светодиодов k-й группы через светодиоды k-й группы протекает постоянный ток разряда соответствующего конденсатора k-й группы; ток, протекающий через конденсаторы n-й группы обратно пропорционален токам групп от 1-й до (n-1)-й, при этом осуществляется компенсация изменения светового потока от групп с 1-й до (n-1)-ю за счет соответствующего обратного изменения светового потока n-й группы, а суммарный световой поток светодиодов групп от 1-й до n-ю постоянен во времени и не зависит пульсаций выпрямленного напряжения, при этом мощность осветительного устройства не ограничена.In the interval in which the rectified voltage is greater than or equal to the sum of the direct voltage drops of the LEDs of groups from 1st to the kth, but less than the sum of the direct voltage drops of the LEDs of groups from 1st to the kth and the voltage on the capacitor of the kth group, through the LEDs of groups from the 1st to the kth, a direct direct current flows from the primary network, equal to the current of the kth group, and through the LEDs of the groups from (k + 1)th to the nth, a direct direct current flows from the storage capacitors of each from groups through direct current sources providing individual currents in groups from (k + 1)-th to n-th; in the interval in which the rectified voltage is greater than or equal to the sum of direct voltage drops of LEDs of groups from 1st to kth and the voltage on the capacitor of the kth group but less than the sum of direct voltage drops of LEDs of groups from 1st to (k + 1) -th through the LEDs of groups from the 1st to the kth, the charge current of the capacitor of the kth group flows through the source of the charge current, while the direct current source of the kth group is turned off; in the interval in which the rectified voltage is less than the sum of direct voltage drops of the k-th group LEDs, a constant discharge current of the corresponding capacitor of the k-th group flows through the k-th group LEDs; the current flowing through the capacitors of the n-th group is inversely proportional to the currents of the groups from the 1st to the (n-1)-th, while the change in the luminous flux from the groups from the 1st to the (n-1)-th is compensated due to the corresponding the reverse change in the luminous flux of the n-th group, and the total luminous flux of the LEDs of groups from the 1st to the n-th is constant in time and does not depend on the ripple of the rectified voltage, while the power of the lighting device is not limited.
При увеличении выпрямленного напряжения от нуля до амплитудного значения прямой ток, протекающий через источники прямого тока и светодиоды групп от 1-й до n-й пропорционален выпрямленному напряжению, а переменный ток, потребляемый от первичной сети пропорционален сетевому напряжению.When the rectified voltage increases from zero to the amplitude value, the direct current flowing through the direct current sources and LEDs of groups from 1 to n is proportional to the rectified voltage, and the alternating current consumed from the primary network is proportional to the mains voltage.
Ток заряда конденсатора k-ой группы равен или больше прямого тока k-ой группы.The charge current of the capacitor of the k-th group is equal to or greater than the direct current of the k-th group.
Конденсатор k-й группы заряжается до напряжения, превышающего сумму прямых напряжений на светодиодах k-й группы на величину, достаточную для поддержания постоянного тока в интервале его разряда через светодиоды k-й группы.The capacitor of the k-th group is charged to a voltage that exceeds the sum of direct voltages on the LEDs of the k-th group by an amount sufficient to maintain a constant current in the interval of its discharge through the LEDs of the k-th group.
В интервале, на котором выпрямленное напряжение больше или равно сумме прямых падений напряжений светодиодов групп от 1-й до k-й и напряжения на конденсаторе k-й группы через светодиоды групп от 1-й до k-й протекает ток заряда конденсатора k-ой группы через источник тока заряда до тех пор, пока пиковое значение напряжения на нем не достигнет величины, необходимой для поддержания постоянного тока в интервале разряда конденсатора k-ой группы через источник прямого тока и светодиоды k-ой группы.In the interval in which the rectified voltage is greater than or equal to the sum of direct voltage drops of the LEDs of groups from the 1st to the kth and the voltage on the capacitor of the kth group, the charge current of the kth capacitor flows through the LEDs of the groups from 1st to the kth groups through the charge current source until the peak voltage on it reaches the value necessary to maintain a constant current in the interval of the discharge of the capacitor of the k-th group through the direct current source and the LEDs of the k-th group.
Ток заряда конденсатора тока k-ой группы равен или меньше прямого тока k-ой группы.The charge current of the current capacitor of the k-th group is equal to or less than the forward current of the k-th group.
Схема управления контролирует включение или отключение источников тока заряда конденсаторов и прямого тока групп в соответствии с изменением выпрямленного напряжения.The control circuit controls the switching on or off of the capacitor charge current sources and the direct current of the groups in accordance with the change in the rectified voltage.
Суммы прямых падений напряжений светодиодов в группах светодиодов с 1-й по (n-1)-ю равны или увеличиваются с ростом номера группы.The sums of direct voltage drops of LEDs in groups of LEDs from the 1st to (n-1)th are equal or increase with increasing group number.
Ток, протекающий через светодиоды n-й группы обратно пропорционален токам, протекающим в группах с 1-й по (n-1) так, что увеличение светового потока k-й группы за счет увеличения соответствующего прямого тока k-й группы светодиодов компенсируется уменьшением светового потока n-й группы за счет уменьшения соответствующего прямого тока n-й группы светодиодов.The current flowing through the LEDs of the n-th group is inversely proportional to the currents flowing in the groups from 1st to (n-1) so that the increase in the luminous flux of the k-th group due to the increase in the corresponding forward current of the k-th group of LEDs is compensated by a decrease in the light flow of the n-th group by reducing the corresponding forward current of the n-th group of LEDs.
Ток разряда конденсатора в интервале автономного питания k-ой группы светодиодов протекает от положительного электрода конденсатора через светодиоды k-й группы, источник прямого тока, стабилизирующий постоянный ток светодиодов и диод, шунтирующий транзистор источника тока заряда, к отрицательному электроду конденсатора.The capacitor discharge current in the interval of autonomous power supply of the k-th group of LEDs flows from the positive electrode of the capacitor through the LEDs of the k-th group, a direct current source that stabilizes the direct current of the LEDs and a diode that shunts the transistor of the charge current source to the negative electrode of the capacitor.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787838C1 true RU2787838C1 (en) | 2023-01-12 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7081722B1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-07-25 | Kimlong Huynh | Light emitting diode multiphase driver circuit and method |
| US8456095B2 (en) * | 2010-03-19 | 2013-06-04 | Active-Semi, Inc. | Reduced flicker AC LED lamp with separately shortable sections of an LED string |
| US8471495B2 (en) * | 2009-07-14 | 2013-06-25 | Nichia Corporation | Light-emitting diode driving apparatus and light-emitting diode lighting controlling method |
| KR20130091461A (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | (주)로그인디지탈 | A high efficiency direct driving circuit for leds with flickerless function |
| RU2597214C2 (en) * | 2011-06-10 | 2016-09-10 | Конинклейке Филипс Н.В. | Led light source |
| US9504109B2 (en) * | 2013-12-17 | 2016-11-22 | Altoran Chips & Systems | Balanced AC direct driver lighting system with a valley fill circuit and a light balancer |
| US10187945B2 (en) * | 2014-12-12 | 2019-01-22 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | LED drive circuit with improved flicker performance, and LED lighting device comprising same |
| US10244596B2 (en) * | 2014-10-14 | 2019-03-26 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | LED drive circuit having improved flicker performance and LED lighting device including the same |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7081722B1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-07-25 | Kimlong Huynh | Light emitting diode multiphase driver circuit and method |
| US8471495B2 (en) * | 2009-07-14 | 2013-06-25 | Nichia Corporation | Light-emitting diode driving apparatus and light-emitting diode lighting controlling method |
| US8456095B2 (en) * | 2010-03-19 | 2013-06-04 | Active-Semi, Inc. | Reduced flicker AC LED lamp with separately shortable sections of an LED string |
| RU2597214C2 (en) * | 2011-06-10 | 2016-09-10 | Конинклейке Филипс Н.В. | Led light source |
| KR20130091461A (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | (주)로그인디지탈 | A high efficiency direct driving circuit for leds with flickerless function |
| US9504109B2 (en) * | 2013-12-17 | 2016-11-22 | Altoran Chips & Systems | Balanced AC direct driver lighting system with a valley fill circuit and a light balancer |
| US10244596B2 (en) * | 2014-10-14 | 2019-03-26 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | LED drive circuit having improved flicker performance and LED lighting device including the same |
| US10187945B2 (en) * | 2014-12-12 | 2019-01-22 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | LED drive circuit with improved flicker performance, and LED lighting device comprising same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI428057B (en) | Light-emitting driving circuit with function of dynamic loading and increasing power factor and related dynamic loading module | |
| EP2490511B1 (en) | Electronic ballast | |
| US9474122B2 (en) | Circuit arrangement and led lamp comprising the same | |
| RU2560835C2 (en) | Adaptive circuit | |
| US8664883B2 (en) | LED lighting device with chopper circuit and dimming control method | |
| CN101861009B (en) | Control circuit for light emitting device | |
| US20120146525A1 (en) | Apparatus and methods of operation of passive and active led lighting equipment | |
| US8482214B2 (en) | Apparatus and methods of operation of passive LED lighting equipment | |
| CN107567130B (en) | Power supply circuit and LED driving circuit applying same | |
| TWI581667B (en) | Two-wire dimmer switch | |
| TW201431434A (en) | Electronic control gears for LED light engine and application thereof | |
| CN102647827A (en) | Illumination device | |
| US9713207B2 (en) | Driver module for driving LEDs | |
| Chung et al. | Low-cost drive circuit for AC-direct LED lamps | |
| TWI420970B (en) | Lighting devices | |
| US9999104B2 (en) | Lighting device and luminaire | |
| AU2010286130B2 (en) | Apparatus and methods of operation of passive and active LED lighting equipment | |
| US10082251B1 (en) | Light emitting diode driver circuit compatible with ballast | |
| KR101092218B1 (en) | LED Driving Circuit using Sumple Current Source | |
| CN211481551U (en) | LED power of mixing of colors temperature can adjust luminance | |
| RU2787838C1 (en) | Ac lighting device with low light flux pulsations | |
| US20200375003A1 (en) | Linear constant-current led drive circuit adaptive to wide voltage range | |
| RU207675U1 (en) | Low ripple AC lighting device | |
| KR20090056025A (en) | Power supply for a lamp comprising light emitting diode | |
| KR101435852B1 (en) | System for lighting using light emitting diode |