Светодиодный источник освещения с питанием от нестабильной трехфазной сети переменного тока

Авторы патента:

Соколов Юрий Борисович (RU)

H05B37/02 - управление

Владельцы патента RU 2643526:

Соколов Юрий Борисович (RU)

Изобретение относится к светотехнике и предназначено для использования в составе светодиодных осветительных устройств, работающих от нестабильной трехфазной сети переменного тока. Техническим результатом является повышение надежности драйверов светодиодных осветителей, а также повышение их эффективности. Светодиодный источник освещения включает выпрямитель трехфазного напряжения (первый источник напряжения), второй адаптивный источник напряжения, датчик напряжения первого источника напряжения, группу последовательно соединенных светодиодов с пассивным источником тока, первый и второй источники напряжения соединены согласовано и последовательно, а в их суммарное напряжение включена группа светодиодов, последовательно соединенных с пассивным источником тока, при этом напряжение адаптивного (второго) источника напряжения управляется датчиком напряжения первого источника напряжения таким образом, что суммарное напряжение обоих источников напряжения всегда постоянно и зависит от диапазона нестабильности сети переменного тока и напряжения на адаптивном источнике напряжения. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Решение относится к светотехнике и предназначено для использования в составе мощных профессиональных осветителей на светодиодах.

Уровень техники

Основное решение светодиодных осветительных систем - это типовой источник питания с преобразованием частоты, который вырабатывает стабилизированный ток для питания светодиодов, а напряжение на выводах этого источника питания соответствует суммарному напряжению на светодиодах и, как правило, с точки зрения безопасности имеет низкое значение от 12 В до 120 В и только в отдельных случаях выше. В то же время, если необходимы высокие интенсивности света (большая мощность) осветителей, которые применяются в профессиональной технике (мощные High Bay, для кранов, высоких помещений, мощные прожекторы для освещения больших площадей стадионов, аэродромных площадей и т.д.), то такие решения не оправданы, поскольку низкая надежность источников питания, ввиду наличия в них электролитических конденсаторов, высокая стоимость, большие вес и габариты сдерживают развитие светодиодного освещения во многих отраслях (патент RU 2452893, МПК F21S 8/00, опубликован 10.06.2012).

Далее, при больших мощностях и низких выходных напряжениях резко вырастают необходимые токи для реализации мощных осветителей, а большие токи препятствуют передаче энергии на расстояние, поскольку возрастают потери в проводах. Так, при освещении стадионов прожектора, как правило, находятся в значительном удалении от шкафов с источниками питания и устанавливаются на места с помощью альпинистов. В таких устройствах от источника до прожектора, как правило, идут два провода с напряжением >700 В, т.к. мощность прожекторов бывает от 700 до 2000 Вт. Также в настоящее время в инновационном светодиодном освещении уже начали применять напряжение постоянного тока высокого уровня (более 700…800 В) (А. Никитин «Применение импульсных повышающих преобразователей фирмы National Semiconductor для управления светодиодами, «Компоненты и технологии», №8, 2007). Иначе говоря, для проектирования освещения высокой мощности, особенно для тех устройств, которые находятся в недоступных местах (вышки, башни, столбы внешнего освещения, фонари высоких промышленных зданий, прожектора и т.д.), вполне приемлемо применение повышенных напряжений и даже источников питания, не изолированных от промышленной сети.

Техническими и экономическими результатами заявленного решения является существенное снижение стоимости, повышение надежности, снижение веса и габаритов драйверов светодиодных осветителей, а также повышение их эффективности на 3…4,9% по отношению к лучшим драйверам, известным в настоящее время.

Раскрытие решения

Заявленное решение может быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:

Источник освещения на светодиодах, включающий в себя выпрямитель трехфазного напряжения - первый источник напряжения, второй адаптивный источник напряжения, датчик напряжения первого источника напряжения, группа последовательно соединенных светодиодов с пассивным источником тока, отличающийся тем, что первый и второй источники напряжения включены согласно и последовательно и в их суммарное напряжение включена группа светодиодов, последовательно соединенных с пассивным источником тока, а напряжение адаптивного источника напряжения управляется датчиком напряжения первого источника напряжения таким образом, что суммарное напряжение обоих источников напряжения всегда постоянно и зависит от диапазона нестабильности сети переменного тока и напряжения на адаптивном источнике напряжения.

Основой для создания драйверов высокого напряжения является 6-ти диодный выпрямитель трехфазной сети переменного тока, который в номинале дает 540…560 В (220…230 V) пикового напряжения с пульсациями порядка 5-6% без всяких конденсаторов. Однако нестабильность промышленной сети может быть более ±10%, и поэтому следует принять некоторые меры для устранения влияния этой нестабильности на световые характеристики осветителя.

На фиг. 1 показана схема питания светодиодов от двух источников напряжения с управлением от датчика напряжения, на которой:

U₁ - первый основной нестабилизированный источник напряжения (это выпрямленное напряжение трехфазной сети, в случае трехфазной сети, с диапазоном напряжений от 486 В до 594 В);

U₂ - это постоянное напряжение от адаптивного источника напряжения ИПАД;

1 - ИПАД источник напряжения адаптивный;

2 - D.T. датчик напряжения первого источника напряжения, управляющий сигналом на управление ИПАД;

С - выходная емкость ИПАД;

D₁…D_n светодиоды;

I₁ - источник тока (пассивный).

Источники питания включены последовательно и в их суммарное напряжение включены светодиоды последовательно с источником тока. Управление адаптивным источником напряжения производится от датчика 2 (D.T.) напряжения с выпрямителя трехфазной сети. Чем больше напряжение с выпрямителя, тем меньше напряжение на ИПАД и наоборот. При нестабильности сети ±10% напряжение после выпрямителя будет в пределах ~485 В … 595 В. Если принять минимальное напряжение на ИПАД равным 20 В, то диапазон напряжений, который будет на ИПАД питания, составит 595 В - 485 В=110 В, то есть от 20 В до 130 В, а общее напряжение всегда будет равно 615 В. В это напряжение и будут включены светодиоды с источником тока I₁. Если необходимый ток для светодиодов принять равным 0,7 А, то общая мощность драйвера будет Робщ.=615×0,7=430,5 Вт. Мощность, отбираемая от первого источника напряжения 1, будет в пределах:

от 485 В ×0,7 А=339,5 Вт

до 595 В × 0,7А=416,5 Вт.

Мощность ИПАД будет в пределах: от 20 В × 0,7 А=14 Вт до 130 В × 0,7 А=91 Вт, то есть мощность ИПАД составляет только 21% от общей мощности всего драйвера.

На фиг. 2 приведена аналогичная схема драйвера, но обратная связь на управление ИПАД взята с источника тока, что имеет существенные преимущества по отношению к предыдущей схеме. Поддерживается минимально допустимое напряжение на источнике тока, что позволяет достичь максимальной эффективности (максимального кпд). Одновременно достигается автоматическая компенсация разброса напряжений на светодиодах, которые неизбежны даже для одной партии и уж тем более для светодиодов из разных партий.

На фиг. 3 показана схема драйвера с активным источником тока, питающимся от однофазной сети переменного тока, в которой:

U₁ - выпрямленное напряжение трехфазной сети;

U₂ - напряжение на выходных клеммах активного источника тока;

3 - активный источник тока с питанием от однофазной сети переменного тока;

4 - группа светодиодов.

В качестве ИПАД применен стандартный активный источник тока, питающийся от однофазной, трехфазной сети или от выпрямленного напряжения трехфазной сети. Активный источник тока - это источник тока, имеющий независимое питание. Если кпд источника тока η₁=0,92 при мощности 91 Вт (самый худший вариант), то общее кпд драйвера будет:

В номинальной рабочей точке (при номинальном напряжении) мощность источника тока будет 38,5 Вт при кпд ~0,9, тогда кпд драйвера будет:

Лучшие показатели для стандартного драйвера на 430 Вт могут быть порядка 0,95, т.е. выигрыш составляет более 4,0% без учета падения мощности на выпрямительном мосте. Поскольку нагрузкой драйвера являются светодиоды, что можно считать активной нагрузкой, коэффициент мощности также будет близок к единице (даже если фактор мощности PF=0,97 для источника тока, то при общей мощности 430 Вт он будет близок к единице). Гармонические составляющие будут определяться только источником тока, которые при его номинальной мощности 38,5 Вт ниже требований стандарта, а для мощности 430 Вт они будут ничтожными. Есть еще одно преимущество предложенных схем - не нужно балансировать фазы, поскольку основная мощность, потребляемая драйвером, автоматически сбалансирована, а если питание источника тока будет выполнено от выпрямленного напряжения трехфазной сети, то реализуется 100% балансировка нагрузки на фазы.

Источник освещения на светодиодах, включающий в себя трехфазный выпрямитель, подключенный к трехфазной сети переменного тока, дополнительного источника питания, включенного последовательно с напряжением трехфазного выпрямителя, и в их общее напряжение включена группа последовательно соединенных светодиодов. Если дополнительный источник является источником напряжения, то он должен быть адаптивным к изменениям напряжения на выпрямителе и последовательно с светодиодами включается пассивный источник тока. Если дополнительный источник сам является активным источником тока, то дополнительный источник тока не устанавливается.

1. Светодиодный источник освещения с питанием от нестабильной трехфазной сети переменного тока, включающий в себя источник напряжения в виде подключенного к нестабильной трехфазной сети переменного тока выпрямителя трехфазного напряжения, снабженного датчиком напряжения; адаптивный источник напряжения, соединенный с датчиком напряжения; группу светодиодов и источник тока, при этом источник напряжения и адаптивный источник напряжения включены согласно и последовательно и в их суммарное напряжение включена группа светодиодов, последовательно соединенных с источником тока.

2. Светодиодный источник освещения, включающий в себя источник напряжения в виде подключенного к нестабильной трехфазной сети переменного тока выпрямителя трехфазного напряжения; адаптивный источник напряжения; группу светодиодов и источник тока, при этом источник напряжения и адаптивный источник напряжения включены согласно и последовательно, а в их суммарное напряжение включена группа светодиодов, последовательно соединенная с источником тока, а адаптивный источник напряжения соединен с точкой соединения группы светодиодов и источника тока.

3. Светодиодный источник освещения, включающий в себя источник напряжения в виде подключенного к нестабильной трехфазной сети переменного тока выпрямителя трехфазного напряжения и адаптивный источник тока, соединенные согласно и последовательно, а в их суммарное напряжение включена группа светодиодов, последовательно соединенная с источником тока.

Изобретение относится к способу самокалибровки осветительного устройства и к осветительному устройству, выполненному с возможностью выполнять способ. Техническим результатом является предоставление независимого осветительного устройства, выполняющего способ самокалибровки, которое менее чувствительно к помехам в сцене и которое не требует инфраструктуры, ассоциированной с центрально управляемой системой освещения.

Технология энергоснабжения фонаря // 2642823

Изобретение относится к области электропитания уличных фонарей. Устройство выполнено с возможностью направления электричества к фонарю и уменьшения количества энергии, направляемой к фонарю, как функции от доступной электрической энергии в источнике.

Способ и устройство для управления освещением в пространстве внутри помещения // 2642502

Изобретение относится к области светотехники, имеющей отношение к управлению освещением в пространстве. Способ управления освещением в пространстве включает в себя этапы, на которых определяют ориентацию элемента блокировки дневного освещения и/или осветительного устройства (301) и автоматически корректируют по меньшей мере одну характеристику элемента блокировки дневного освещения и/или осветительного устройства по меньшей мере частично на основе определенной ориентации (305).

Способ и устройство для управления освещением в пространстве внутри помещения // 2642502

Светодиодная лампа с регулировкой яркости, инициированной спросом на мощность // 2640576

Светодиодная лампа с регулировкой яркости со стороны спроса на мощность, работающая на источнике питания постоянного тока, который питает осветительную подсистему.

Способ и устройство для ввода в эксплуатацию узлов сети // 2639300

Изобретение относится к системам управления освещением. Техническим результатом является предоставление способа и устройства для ввода в эксплуатацию узлов сети, которые обеспечивают возможность достоверного определения регистрационной таблицы, предпочтительно таблицы соседей узлов сети.

Способы и аппарат для конфигурирования устройств управления // 2638156

Способы и аппарат для конфигурирования физической панели (120) управления. В некоторых вариантах осуществления на мобильном устройстве (150) обнаруживается по меньшей мере одно свойство (128) физической панели (120) управления; идентифицируются множество событий (122, 124, 126), которые могут быть сгенерированы посредством физической панели (120) управления; одно или более действий (154) управления ассоциируются с одним или более из идентифицированных событий на мобильном устройстве (150); и упомянутые ассоциирования передаются (159) контроллеру (130).

Схема обратноходового драйвера быстрого пуска и способ возбуждения // 2637775

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения мощной нагрузки, например светодиодной трубки для подсветки в жидкокристаллическом дисплее.

Схема обратноходового импульсного источника питания и драйвер подсветки, в котором она используется // 2637773

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в бытовых приборах, зарядных устройствах и других приборах. Техническим результатом является уменьшение потерь переключающей способности МОП-транзисторов.

Система и способ предоставления альтернативного пути связи для управления элементами осветительной сети // 2635379

Изобретение относится к области светотехники. Способ раскрывает альтернативный путь связи и управления, который может обходить главную линию связи и управления при управлении источниками света осветительной сети.

Формирователь сд-подсветки и жидкокристаллическое устройство // 2643784

Формирователь ЖК-подсветки включает инвертор для преобразования входного напряжения в необходимое выходное напряжение и для подачи выходного напряжения на по меньшей мере одну цепочку светодиодов, повторитель соединен с отрицательным концом цепочки светодиодов, и модуль опорного напряжения соединен с опорным напряжением и повторителем. Повторитель предназначен для детектирования напряжения на отрицательном конце цепочки светодиодов и для генерации напряжения повторителя согласно напряжению на отрицательном конце. Напряжение повторителя взаимодействует с модулем опорного напряжения. Модуль опорного напряжения регулирует выходное напряжение согласно напряжению повторителя, генерируемому повторителем. Выходное напряжение регулируется в соответствии с падением напряжения цепочки светодиодов. Также раскрыто жидкокристаллическое устройство, включающее формирователь ЖК-подсветки. Технический результат - снижение энергопотребления.2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Осветительная система, имеющая контроллер, которая содействует выбранной световой сцене, и способ для управления такой системой // 2644411

Изобретение относится к осветительной системе для освещения области пространства и способу для управления такой системой. Техническим результатом является расширение арсенала технических возможностей систем освещения. Результат достигается тем, что осветительная система содержит множество источников света для освещения области и блок управления, приспособленный для управления источниками света. Блок управления имеет пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю выбирать световую сцену. Пользовательский интерфейс имеет экран для отображения информации для пользователя. Блок управления приспособлен для управления пользовательским интерфейсом для отображения выбранного контента на экране, причем контент выбирают таким образом, чтобы свет, излучаемый из экрана во время отображения контента, содействовал выбранной световой сцене. Когда экран используют таким образом, т.е. в виде части световой сцены, созданной посредством осветительной системы, экран усиливает световую сцену и риск создания экраном помех для световой сцены уменьшается, что приводит к улучшению пользовательского восприятия. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Управляемая осветительная установка // 2645301

Изобретение относится к области освещения и, в частности, к управляемой по беспроводной связи осветительной установке. Техническим результатом является повышение эффективности беспроводной передачи сигнала. Заявленная осветительная установка (100) содержит по меньшей мере один источник (402) света, теплоотвод (102) для рассеивания тепла, выделяемого во время работы указанного по меньшей мере одного источника (402) света, ножку (104) лампы для подключения указанного по меньшей мере одного источника света к источнику питания, блок управления для управления указанным по меньшей мере одним источником света и первое антенное устройство (204), подключенное к блоку управления и электрически изолированное от теплоотвода (102) и ножки (104) лампы, в которой теплоотвод (102) и ножка (104) лампы образуют второе антенное устройство (108), при этом первое антенное устройство (204) расположено вблизи второго антенного устройства (108) для обеспечения ближнепольной передачи радиочастотного сигнала, выдаваемого для управления указанным по меньшей мере одним источником (402) света. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ и аппарат для установки яркости экрана // 2645302

Изобретение относится к области регулирования яркости экрана мобильного устройства, а именно к регулированию яркости на основании измерения внешнего освещения. Техническим результатом является повышение точности уровня яркости подсветки аз счет определения взаиморасположения датчика света и источника освещения. Для этого осуществляют получение датчиком света первой яркости внешнего освещения в среде, где расположен терминал, и обнаружение, направлен ли датчик света в противоположную сторону от источника света в среде. Далее производят вычисление первого уровня яркости подсветки согласно первой яркости внешнего освещения, если датчик света направлен в противоположную сторону от источника света, причем упомянутый первый уровень яркости подсветки выше, чем второй уровень яркости подсветки, который вычисляется согласно первой яркости внешнего освещения, когда датчик света направлен в сторону источника света. И затем осуществляют установку яркости подсветки терминала на первый уровень яркости подсветки. Таким образом, решается проблема вычисления неточного уровня яркости подсветки, когда датчик света направлен в противоположную сторону от источника света, поскольку измеренная яркость внешнего освещения является более низкой, когда датчик света направлен в противоположную сторону от источника света. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Управление источниками света через портативное устройство // 2645306

Изобретение относится к управлению освещением и более конкретно к управлению одним или более источниками света через портативное устройство. Технический результат заключается в обеспечении переносного вычислительного устройства, которое способно управлять источником света, способностью автоматически обнаруживать источники света, которыми оно потенциально может управлять. Результат достигается тем, что способ управления содержит прием ввода, получаемого посредством одного или более датчиков портативного вычислительного устройства, причем ввод указывает на текущую ориентацию портативного вычислительного устройства. Способ дополнительно содержит определение по меньшей мере частично на основании ввода, что портативное вычислительное устройство находится в заданной инициирующей ориентации, например в общем в горизонтальной ориентации. В ответ на определение этого один или более кадров данных изображения получают через датчик изображений, соединенный с портативным вычислительным устройством (110). Способ дополнительно содержит получение идентификатора источника света, например, по информации, кодируемой в свете, испускаемом источником (105) света, определив, что один или более кадров данных изображения содержат данные изображения, представляющие источник (105) света. Способ дополнительно содержит передачу на источник (105) света команды, указывающей на желаемую настройку света для источника (105) света, причем желаемая настройка света, например, может быть обеспечена через пользовательский ввод или может представлять собой заданную настройку, извлекаемую из памяти. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство управления светильником для туалета // 2647129

Изобретение предназначено для управления источниками освещения, преимущественно в туалетах. Устройство управления светильником для туалета содержит связанные электрически между собой: два датчика, один из которых инфракрасный PIR-датчик движения со встроенной электрической платой и линзой; блок управления; блок питания; светильник, блок питания соединен с обоими датчиками, блоком управления и светильником, оба датчика и светильник соединены с блоком управления, при этом в качестве второго датчика использован ультразвуковой датчик расстояния - приемопередатчик со встроенной электрической платой, при этом он выполнен с возможностью реагировать на изменение расстояния во время использования унитаза или писсуара туалета пользователем - установлен и отрегулирован таким образом, чтобы определять расстояние до поверхности унитаза или до поверхности писсуара, и так, чтобы пользователь находился в поле действия акустического излучения ультразвукового датчика расстояния во время пользования унитазом или писсуаром; ультразвуковой датчик расстояния выдает сигнал об измеренном расстоянии до унитаза или писсуара туалета в блок управления; блок управления сравнивает полученное от ультразвукового датчика расстояния значение расстояния с записанным в памяти значением расстояния до поверхности унитаза или писсуара, и если измеренное ультразвуковым датчиком расстояния значение расстояния меньше, чем записанное в памяти, поддерживает работу светильника, игнорируя сигнал инфракрасного PIR-датчика движения об отсутствии движения. Устройство имеет простую конструкцию и обеспечивает работу светильника все время, пока пользователь находится в туалете, даже если пользователь не двигается. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ управления осветительным устройством // 2647494

Изобретение относится к управлению освещением. Техническим результатом является повышение точности регулирования уровня выводимого света для осветительного устройства. Результат достигается тем, что принимают ввод от светорегулятора, причем ввод представляет собой желаемый уровень выводимого света для осветительного устройства, при этом напряжение управления для осуществления функционирования блока-возбудителя, содержащегося в осветительном устройстве, вычисляется на основе упомянутого ввода и откалиброванного соотношения между потреблением мощности и напряжением управления для осветительного устройства. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Устройство питания электрической нагрузки // 2647881

Изобретение относится к устройству питания электрической нагрузки, например СИД (светоизлучающего диода). Техническим результатом является обеспечить создание устройства питания электрической нагрузки, которое может продлить срок службы ИИП (импульсного источника питания) сверх срока службы электрической нагрузки, например светодиодного компонента, даже при высокой температуре окружающей среды, вызванной теплом, генерируемым СИД электрической нагрузки. Результат достигается тем, что устройство питания электрической нагрузки содержит выпрямительный блок, сконфигурированный для выпрямления тока на выходном контуре ИИП; блок ограничения тока, сконфигурированный для ограничения тока на выходе выпрямительного блока до значения, равного или меньшего, чем заранее заданное значение; сглаживающий блок, сконфигурированный для подачи электрической энергии на нагрузку путем сглаживания тока на выходе блока ограничения тока; а также блок предотвращения буферного режима, сконфигурированный для установки между выходной клеммой выпрямительного блока и входной клеммой блока ограничения тока и для предотвращения выхода выпрямительного блока из буферного режима при прерывании работы блока ограничения тока. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способы для адаптивного управляемого освещения на основе транспортного потока в наружных осветительных сетях // 2648271

Изобретение относится к области светотехники, в частности к адаптивному управлению освещением на основе транспортного потока в наружной осветительной сети (100). Это адаптивное управление обеспечивает освещение с помощью некоторого диапазона чувствительности на основе детектирования объекта (20) и, кроме того, возможно, скорости объекта (20), посредством осветительного устройства (LU 1-8), снабженного датчиком (12). Для наружной осветительной сети (100) эти варианты способов включают в себя принятие решения, когда следует передавать управляющее сообщение другим осветительным устройствам (LU 1-8), выбор одного или нескольких протоколов обмена управляющими сообщениями с использованием режимов, адаптированных для достижения диапазона чувствительности в зависимости от скорости объекта (20), и управления характером выходного уровня яркости осветительного устройства (LU 1-8). Технический результат - повышение надежности управления освещением на основе транспортного потока в наружной осветительной сети. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 8 табл.