RU2572378C2 - Device for protecting lighting-emitting diodes against overload - Google Patents
Device for protecting lighting-emitting diodes against overload Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572378C2 RU2572378C2 RU2013109498/08A RU2013109498A RU2572378C2 RU 2572378 C2 RU2572378 C2 RU 2572378C2 RU 2013109498/08 A RU2013109498/08 A RU 2013109498/08A RU 2013109498 A RU2013109498 A RU 2013109498A RU 2572378 C2 RU2572378 C2 RU 2572378C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- parallel
- light
- electric energy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в коммутируемых источниках электропитания светодиодов с защитой от перегрузок по току и напряжению в переходных режимах.The present invention relates to the field of electronic technology and can be used in switched power sources of LEDs with protection against overcurrent and voltage in transient conditions.
Широко известно устройство защиты светодиодов от перегрузок по току и напряжению, где светоизлучающие элементы параллельно-последовательных цепочек объеденены в группы, каждая из которых дополнительно снабжена шунтирующим электронным элементом [1].The device for protecting LEDs from overcurrent and voltage is widely known, where light-emitting elements of parallel-series circuits are combined into groups, each of which is additionally equipped with a shunt electronic element [1].
Устройство, реализующее известный способ, содержит (фиг.1) преобразователь электрической энергии 1, который включает в себя выпрямитель 2, выполненный на четырех выпрямительных диодах 15 по мостовой схеме с ограничивающим резистром 17; первый емкостный фильтр 3; варистор 4; стабилизатор напряжения 5, содержащий резистор 18, транзистор 19, узел управления 20, обратный диод 21, дроссель 22, делитель напряжения 23, второй емкостный фильтр 24; параллельно-последовательные цепочки 6 излучающих элементов 7 с ограничителями тока 8 и узел защиты, выполненный в виде соединенных последовательно предохранителя 10, катушки индуктивности 11, силового ключа 12, управляющий вход которого через резистор 13 соединен с выходом детектора напряжения 14.A device that implements the known method includes (Fig. 1) an
Недостатками известного устройства являются большие потери на пассивных элементах узла защиты, низкая надежность из-за режима короткого замыкания во время открытого состояния транзистора в цепи защиты, установленной параллельно по отношению к нагрузке, что может привести к выходу его из строя, особенно в переходных режимах.The disadvantages of the known device are large losses on the passive elements of the protection node, low reliability due to the short circuit mode during the open state of the transistor in the protection circuit installed in parallel with the load, which can lead to its failure, especially in transient conditions.
Целью изобретения является повышение надежности, снижение потерь и улучшение динамических показателей, таких как уровень перенапряжения и интервал переходного процесса при деструктивных воздействиях и в момент подключения светодиодов.The aim of the invention is to increase reliability, reduce losses and improve dynamic performance, such as the level of overvoltage and the transition interval during destructive influences and at the time of connection of the LEDs.
Поставленная цель достигается тем, что в излучающем устройстве, подключаемом к источнику электрической энергии, содержащем преобразователь электрической энергии, включающий выпрямитель с емкостным фильтром, стабилизатор напряжения, блок защиты с параллельным силовым ключом и катушкой индуктивности, соединенные последовательно, и параллельно-последовательные цепочки излучающих элементов, согласно изобретению новым является то, что силовой ключ с катушкой индуктивности подключены последовательно ко всем светоизлучающим элементам, а алгоритм управления обеспечивает защиту устройства от деструктивных воздействий, что исключает необходимость установки блока защиты и ограничителей тока во всех параллельных ветвях светоизлучающих элементов. Алгоритм управления силовым ключом заключается в том, что на интервале включения ограничивается максимальный коэффициент заполнения импульсов (на уровне 0,5) сигнала управления, а после выхода на установившийся режим работы сигнал управления формируется методом широтно-импульсной модуляции по среднему значению тока светодиодов, где коэффициент заполнения изменяется в пределах от 0 до 0,5.This goal is achieved in that in a radiating device connected to an electric energy source containing an electric energy converter, including a rectifier with a capacitive filter, a voltage stabilizer, a protection unit with a parallel power switch and an inductor connected in series, and parallel-serial chains of radiating elements , according to the invention, new is that a power switch with an inductor is connected in series to all light emitting elements, control algorithm provides protection from destructive impacts device that eliminates the need for protection and block current limiters in all the parallel branches of light-emitting elements. The power key control algorithm consists in the fact that the maximum duty cycle of the pulses (at the level of 0.5) of the control signal is limited at the on-time interval, and after reaching the steady state operation mode, the control signal is generated by pulse-width modulation by the average value of the LED current, where the coefficient filling ranges from 0 to 0.5.
При работе светодиодов 1/4 часть потребляемой электроэнергии расходуется на излучение и 3/4 преобразуется в тепло. Поэтому при конструировании светодиодных светильников решающую роль в обеспечении их максимальной эффективности играет оптимизация теплового режима светодиода. Превышение температуры светодиода значительно снижает срок его службы и приводит к деформации корпуса. При разработке схем управления освещением необходимо достичь оптимального светового выхода, рассеяния мощности, надежности и возможно большего срока эксплуатации [2].In operation, the LEDs fourth part of consumed electric power consumed for emission and 3/4 is converted into heat. Therefore, when designing LED luminaires, the optimization of the thermal regime of the LED plays a decisive role in ensuring their maximum efficiency. Exceeding the temperature of the LED significantly reduces its service life and leads to deformation of the housing. When developing lighting control circuits, it is necessary to achieve optimal light output, power dissipation, reliability and the longest possible life [2].
На фиг.2 представлена функциональная схема описываемого устройства двухпозиционного регулирования освещением в переходных режимах. Устройство содержит блок 8 ограничения и стабилизации тока для нормального функционирования светодиодов 7 как в стационарных, так и переходных режимах работы, питающихся через преобразователь электрической энергии 1, содержащий выпрямитель 2 и стабилизатор напряжения 5. Интегратор тока 38 формирует сигнал, пропорциональный среднему току датчика тока 25, и подключен к входу компаратора среднего тока 37, на инверсный вход которого поступает пилообразное напряжение с генератора 39, а выход компаратора присоединен к R входу триггера 35. Компаратор максимального тока 42 сравнивает сигнал датчика тока 25 с регулируемым через внешний вывод 44 эталоном 41. Сигналы с выходов схем температурной защиты 31 и защиты по напряжению 32 поступают на вход логической схемы И (36), второй вход которой присоединен к выходу RS-триггера 35. Задающий генератор 30 формирует тактовые импульсы с коэффициентом заполнения 0,5 и его выход соединен с входом формирователя импульсов запуска 34 и входом генератора пилы 39. Схема плавного включения 40 с возможностью внешней регулировки интервала через вывод 43 подключена к инверсному входу компаратора 42. Встроенный ключ на МОП-транзисторе 26, присоединен стоком к катушке индуктивности 27 и аноду диода 43, а истоком к земле через низкоомный датчик тока 25 и входу блоков 38, 42.Figure 2 presents a functional diagram of the described device on-off lighting control in transition modes. The device contains a
Активная защита от пусковых токов через светодиоды обеспечивается использованием цифровых 34, 35, 36 и аналоговых 37, 42 устройств, где в момент включения или иных деструктивных воздействиях осуществляется ограничение тока и уровня напряжения посредством фиксированной длительности сигнала, поступающего на затвор 26, а после выхода на стационарный режим происходит переход к регулированию по среднему значению тока светодиодов методом широтно-импульсной модуляции, что также снижает уровень перенапряжения и длительность переходного процесса.Active protection against inrush currents via LEDs is provided by using digital 34, 35, 36 and analog 37, 42 devices, where at the moment of switching on or other destructive influences the current and voltage level are limited by means of a fixed signal duration arriving at gate 26, and after exiting to stationary mode, the transition to regulation by the average current of the LEDs by the method of pulse-width modulation, which also reduces the level of overvoltage and the duration of the transition process, takes place.
Проверка функционирования устройства двухпозиционного регулирования освещением (фиг.2) проведена посредством моделирования в среде OrCAD [3] по разработанной математической модели, представленной на фиг.3. Исследования проводились в момент включения источника питания при варьировании числа светодиодов в ряду (D2…D4, D6…D8, D10…D12, D14…D16) и уровне напряжения питания V1. На выходе задающего генератора da4 формируются прямоугольные импульсы с частотой 150 кГц с уровнем, равным выходному напряжению преобразователя da1. RS-триггер выполнен на логических элементах ИЛИ-НЕ (DD5, DD6) и допускает блокировку подачи управляющих сигналов на усилитель мощности, выполненный на МОП-транзисторах t1, t2, инверторе dd4, резисторе r6. Транзистор t1 служит для ускорения выключения t2. Блок задержки включает конденсатор с4 и делитель r10, r11 для установки уровня ограничения максимального значения тока светодиодов. На выходе компаратора максимального тока da6 формируется “1” при превышении уровня напряжения на прямом входе компаратора, а на инверсный вход приходит сигнал обратной связи с датчика тока r7. На интервале запуска схемы, после окончания времени задержки, происходит ограничение пикового значения тока светодиодов на уровне 750 мА. На фиг.4а показаны входные (r2:1) и выходные (da6:out) сигналы компаратора максимального тока, а на фиг.4б - ток дросселя (11) и напряжение на шунте (r7:1), пропорциональное току светодиодов.The functional check of the on-off lighting control device (Fig. 2) was carried out by means of modeling in the OrCAD environment [3] according to the developed mathematical model presented in Fig. 3. The studies were carried out at the time of turning on the power source with varying the number of LEDs in the row (D2 ... D4, D6 ... D8, D10 ... D12, D14 ... D16) and the supply voltage level V1. At the output of the da4 master oscillator, rectangular pulses with a frequency of 150 kHz are formed with a level equal to the output voltage of the da1 converter. The RS-trigger is made on OR-NOT gates (DD5, DD6) and allows blocking the supply of control signals to a power amplifier made on MOS transistors t1, t2, inverter dd4, and resistor r6. Transistor t1 is used to accelerate the shutdown of t2. The delay unit includes a capacitor c4 and a divider r10, r11 to set the limit level of the maximum current value of the LEDs. At the output of the comparator of the maximum current da6, “1” is formed when the voltage level at the direct input of the comparator is exceeded, and a feedback signal from the current sensor r7 arrives at the inverse input. In the start-up interval of the circuit, after the end of the delay time, the peak current value of the LEDs is limited to 750 mA. Fig. 4a shows the input (r2: 1) and output (da6: out) signals of the maximum current comparator, and Fig. 4b shows the inductor current (11) and the voltage at the shunt (r7: 1) proportional to the current of the LEDs.
Колебательность переходного процеса при включении драйвера зависит от характеристик светодиодов и уровня напряжения питания. Проверка функционирования схемы драйвера проводилсаь посредством имитационных испытаний, где использовались модель эквивалента светодиода в виде последовательно включенных резистора, источника порогового напряжения смещения и моделей светодиодов из библиотеки среды OrCAD. На фиг.5 показано включение драйвера на линейную модель с напряжением смещения 9,45 В и сопротивлением 1,6 Ом, а на фиг.6 - на модель 3Х MLED81, где включение выполнялось при напряжении питания 35 В. Из диаграмм фиг.5, 6 видно, что на переходные процессы влияет эквивалент нагрузки, поэтому необходимо подбирать внешние элементы подключения в зависимости от конкретных параметров светодиодов. На фиг.7. показан процесс включения при двух MLED81 и показана форма выходного напряжения внутреннего регулятора при внешнем сглаживающем конденсаторе 0,2 мкф. Для подтверждения правильности работы предлагаемого устройства проведены натурные испытания в рамках выполнения ОКР по техническому заданию ФГУП «НЗПП с ОКБ».The oscillation of the transition process when the driver is turned on depends on the characteristics of the LEDs and the supply voltage level. The operation of the driver circuit was tested by means of simulation tests, where the LED equivalent model was used in the form of a series-connected resistor, a threshold bias voltage source, and LED models from the OrCAD environment library. In Fig.5 shows the inclusion of the driver on a linear model with a bias voltage of 9.45 V and a resistance of 1.6 Ohms, and Fig.6 - on the model 3X MLED81, where the inclusion was performed at a supply voltage of 35 V. From the diagrams of Fig.5, Figure 6 shows that transients are affected by the equivalent load, therefore, it is necessary to select external connection elements depending on the specific parameters of the LEDs. 7. shows the switching process with two MLED81 and shows the shape of the output voltage of the internal regulator with an external smoothing capacitor of 0.2 microfarads. To confirm the correct operation of the proposed device, full-scale tests were carried out as part of the design and development work on the terms of reference of FSUE “NZPP with OKB”.
Результаты исследований показали, что фиксированное значение коэффициента заполнения на уровне 0,5 приводит к более плавному изменению тока светодиодов на интервале включения, что снижает уровень перенапряжений и бросков тока, уменьшает время переходного процесса и исключает необходимость параллельного подключения ограничителей (резисторов или варисторов). Последнее приводит к повышению надежности и кпд. Кроме того, предлагаемое устройство имеет высокое быстродействие, так как время срабатывания цифровых устройств исчисляется единицами наносекунд.The research results showed that a fixed value of the fill factor at the level of 0.5 leads to a smoother change in the LED current on the switching interval, which reduces the level of overvoltage and inrush currents, reduces the transient time and eliminates the need for parallel connection of limiters (resistors or varistors). The latter leads to increased reliability and efficiency. In addition, the proposed device has a high speed, since the response time of digital devices is calculated in units of nanoseconds.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Турышев К.О., Кутина И.Ю., Саукко Р.Т. Излучающее устройство. Авт. Св., №2264053, кл. Н05В 37/00, 2004.1. Turishev K.O., Kutina I.Yu., Saukko R.T. Emitting device. Auth. St., No. 2264053, class HB05 37/00, 2004.
2. Константинов В.И., Вставская Е.В., Барбасова Т.А., Волков В.О. Выбор оптимального режима работы светодиодных излучателей // Вестник ЮУрГУ, №2, 2010.2. Konstantinov V.I., Vstavskaya E.V., Barbasova T.A., Volkov V.O. The choice of the optimal mode of operation of LED emitters // Bulletin of SUSU, No. 2, 2010.
3. Роберт Хайнеман. PSPICE Моделирование работы электронных схем. - М.: Изд. ДМК-Пресс, 2005.3. Robert Heinemann. PSPICE Modeling electronic circuits. - M.: Publishing. DMK-Press, 2005.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013109498/08A RU2572378C2 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Device for protecting lighting-emitting diodes against overload |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013109498/08A RU2572378C2 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Device for protecting lighting-emitting diodes against overload |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013109498A RU2013109498A (en) | 2014-09-10 |
RU2572378C2 true RU2572378C2 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=51539822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013109498/08A RU2572378C2 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Device for protecting lighting-emitting diodes against overload |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572378C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108141208A (en) * | 2015-09-30 | 2018-06-08 | 爱信艾达株式会社 | Driving device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249925C2 (en) * | 2003-03-27 | 2005-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Электронгарантсервис" | Illumination control apparatus |
RU2264053C1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-11-10 | Константин Олегович Турышев | Emitter |
RU84130U1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-06-27 | Руслан Сергеевич Зайцев | DEVICE CONTROLLER FOR CONTROL OF ULTRA-LIGHT LEDS IN ACTIVE LIGHT HEADS |
US7834561B2 (en) * | 2008-02-01 | 2010-11-16 | Pacific Tech Microelectronics | Systems and methods for powering a light emitting diode lamp |
-
2013
- 2013-03-04 RU RU2013109498/08A patent/RU2572378C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249925C2 (en) * | 2003-03-27 | 2005-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Электронгарантсервис" | Illumination control apparatus |
RU2264053C1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-11-10 | Константин Олегович Турышев | Emitter |
US7834561B2 (en) * | 2008-02-01 | 2010-11-16 | Pacific Tech Microelectronics | Systems and methods for powering a light emitting diode lamp |
RU84130U1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-06-27 | Руслан Сергеевич Зайцев | DEVICE CONTROLLER FOR CONTROL OF ULTRA-LIGHT LEDS IN ACTIVE LIGHT HEADS |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108141208A (en) * | 2015-09-30 | 2018-06-08 | 爱信艾达株式会社 | Driving device |
CN108141208B (en) * | 2015-09-30 | 2021-05-28 | 爱信艾达株式会社 | Drive device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013109498A (en) | 2014-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9820349B2 (en) | Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices | |
US9392656B2 (en) | Method of driving LED lighting sources and related device | |
EP2533608A1 (en) | Multiple channel light source power supply with output protection | |
RU2013133905A (en) | DEVICE AND METHOD FOR CURRENT CONTROL FOR SOLID LIGHTING CIRCUIT | |
CN106851906B (en) | A kind of piecewise linearity constant current LED drive circuit | |
US8872434B2 (en) | Constant-current-drive LED module device | |
JP2014507752A5 (en) | ||
JP2007287617A (en) | Driving circuit of light-emitting element and lighting system | |
CN210042317U (en) | LED high-speed pulse driving circuit | |
RU2015143233A (en) | Light emitting diode driver circuit | |
JP2006278526A (en) | Light emitting diode driving device | |
CN206433225U (en) | A kind of piecewise linearity constant current LED drive circuit | |
RU2572378C2 (en) | Device for protecting lighting-emitting diodes against overload | |
US20140226688A1 (en) | Multiple output diode driver with independent current control and output current modulation | |
Schoening et al. | Braking chopper solutions for modular multilevel converters | |
CN114205944B (en) | Control circuit of pulse xenon lamp power supply | |
US20170013693A1 (en) | Lighting system including a protection circuit, and corresponding method for protecting light sources from electrostatic discharges | |
Wu et al. | Analysis and design of digital SEPIC converter with programmed dimming and current sharing for automobile LED headlights application | |
WO2020246119A1 (en) | Power converter | |
KR20160124588A (en) | LED power supply control circuit | |
KR101108094B1 (en) | Bidirectional lighting emitting diode module device to drive with constant current | |
JP5528240B2 (en) | Constant current generation circuit | |
KR101400798B1 (en) | Outdoor light emitting diode lighting apparauts | |
KR101047027B1 (en) | Constant Current Driving Unidirectional LED Module Device | |
JP6050554B2 (en) | AC direct drive LED power supply capable of handling overvoltage |