RU2692466C1 - Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures - Google Patents

Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures Download PDF

Info

Publication number
RU2692466C1
RU2692466C1 RU2018129951A RU2018129951A RU2692466C1 RU 2692466 C1 RU2692466 C1 RU 2692466C1 RU 2018129951 A RU2018129951 A RU 2018129951A RU 2018129951 A RU2018129951 A RU 2018129951A RU 2692466 C1 RU2692466 C1 RU 2692466C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
current
transistor
converter
input
Prior art date
Application number
RU2018129951A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Беспалько
Андрей Сергеевич Иванов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Плазмаинформ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Плазмаинформ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Плазмаинформ"
Priority to RU2018129951A priority Critical patent/RU2692466C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2692466C1 publication Critical patent/RU2692466C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to conversion equipment and can be used as a source of supply of LED lamps from AC rectifier, in operation under conditions of high negative ambient temperatures.
EFFECT: technical result consists in reduction of output ripple of output voltage/current transducer pulsation at negative temperature due to adjustment of voltage on transistor of current stabilizer, compensating pulsation, in compliance with ambient temperature, and use of increased power allocated on transistor of current stabilizer, for heating of output electrolytic capacitor.
1 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с низкими пульсациями выходного напряжения относится к преобразовательной технике и может быть использован в качестве источника питания светодиодных светильников от выпрямителя переменного тока, при эксплуатации в условиях больших отрицательных температур окружающей среды.A quasi-resonant DC / DC converter with low ripple output voltage refers to converter technology and can be used as a power source for LED luminaires from an AC rectifier, when operating in conditions of high negative ambient temperatures.

Известный уровень техникиPrior art

Основным источником электрической энергии для осветительных устройств является сеть переменного тока. Питание светодиодных светильников в большинстве случаев осуществляется преобразователем, содержащим диодный выпрямитель. Основной характеристикой потребления тока таким преобразователем является коэффициент формы потребляемого тока. Действующие нормативные документы предъявляют к устройствам управления светодиодными светильниками жесткие требования в части коэффициента формы потребляемого тока (коэффициента мощности).The main source of electrical energy for lighting devices is the AC network. The power supply of LED lamps in most cases is carried out by a converter containing a diode rectifier. The main characteristic of current consumption by such a converter is the shape factor of the current consumed. The current regulatory documents impose strict requirements on LED lighting control devices in terms of the shape of the current consumed (power factor).

Для удовлетворения требованиям нормативных документов применяется способ управления преобразователем, обеспечивающий удовлетворительный коэффициент формы потребляемого тока. Такой преобразователь называют преобразователем с коррекцией коэффициента мощности или часто просто корректором коэффициента мощности. Негативным следствием применения такого способа будут увеличенные пульсации выходного напряжения с частотой пульсаций сетевого выпрямителя, вызывающие пульсации тока светодиодной нагрузки и пульсации светового потока.To meet the requirements of regulatory documents, a converter control method is used that provides a satisfactory form factor for the current consumed. Such a converter is called a power factor correction converter, or often simply a power factor corrector. A negative consequence of the application of this method will be increased output voltage ripple with the ripple frequency of the mains rectifier, causing current ripple of the LED load and light ripple.

Уровень пульсаций светового потока регламентирован нормативными документами, с тенденцией к ужесточению в будущем, для обеспечения низких пульсаций света, менее 5%, необходимо применить специальные меры.The level of pulsation of the light flux is regulated by regulatory documents, with a tendency to toughen in the future, to ensure low pulsations of light, less than 5%, it is necessary to apply special measures.

Пульсации на выходе преобразователя с коррекцией коэффициента мощности в основном определяются величиной выходного конденсатора, так как частота среза петли обратной связи не превышает (10-15) Гц, то корректор не отрабатывает более высокие частоты, а наибольшая частота пульсаций на выходе - 100 Гц (двойная частота выпрямленного напряжения сети). Так как частота 100 Гц достаточно низкая, то требуется достаточно большая величина выходной емкости.Pulsations at the output of the converter with power factor correction are mainly determined by the size of the output capacitor, since the cut-off frequency of the feedback loop does not exceed (10-15) Hz, the equalizer does not work out higher frequencies, and the highest ripple frequency at the output is 100 Hz (double frequency of rectified mains voltage). Since the frequency of 100 Hz is quite low, a sufficiently large amount of output capacitance is required.

Пульсации выходного напряжения вызывают пульсации тока в нагрузке. Если нагрузкой являются светодиоды, то следствием пульсаций тока будут пульсации светового потока светодиодного светильника с частотой пульсаций сетевого выпрямителя. Пульсации светового потока и освещенности низкой частоты (ниже 400 Гц) повышают утомляемость и вредны для зрения человека.Output voltage ripple causes current ripple in the load. If the load is LEDs, then the ripple of current will be the ripple of the light flux of the LED lamp with the ripple frequency of the mains rectifier. Pulsations of the luminous flux and low-frequency illumination (below 400 Hz) increase fatigue and are harmful to human vision.

Существует решение, когда первым каскадом является корректор коэффициента мощности, а вторым является либо обратноходовой, либо LLC типа стабилизатор выходного тока. Второй каскад имеет частоту среза петли обратной связи до нескольких килогерц и отрабатывает пульсации частотой 100 Гц, на выходе корректора.There is a solution when the first stage is a power factor corrector, and the second is either a flyback or LLC type output current regulator. The second stage has a cut-off frequency of the feedback loop of up to several kilohertz and performs pulsations with a frequency of 100 Hz at the output of the equalizer.

Недостатком данного решения является увеличенная сложность, высокая стоимость (имеем два каскада преобразования вместо одного) и большие массогабаритные показатели.The disadvantage of this solution is increased complexity, high cost (we have two conversion stages instead of one) and large weight and size parameters.

Подобное решение применено в тестовой плате РМР8911 «High Eff 2Stage Univ Input Power Supply-Transition Mode PFC LLC Resonant Conv Reference Design», разработки фирмы «Texas Instruments)) (США) (http://www.ti.com/lit/df/slura79/slura79.pdf, 25.06.2018)A similar solution was used in the PMP8911 “High Eff 2Stage Univ Input Power Supply Transition Mode PFC LLC Resonant Conv Reference Design” test board developed by Texas Instruments) (USA) (http://www.ti.com/lit/df /slura79/slura79.pdf, 06/25/2018)

Известен импульсный оптоизолированный стабилизированный источник постоянного тока для светодиодного светильника с малыми пульсациями выходного тока. (Патент RU 137169 U1, МПК Н05В 37/00, опубликован 27.01.2014), в котором малые пульсации выходного тока обеспечиваются источником стабильного тока на полевом транзисторе.A pulsed opto-isolated stabilized DC source for an LED lamp with small ripple output current is known. (Patent RU 137169 U1, IPC H05B 37/00, published Jan. 27, 2014), in which small ripples of the output current are provided by a source of stable current at the field-effect transistor.

Недостатком подобного решения является то, что при больших отрицательных температурах возрастает внутреннее сопротивление и снижается емкость электролитических конденсаторов, применяемых в стабилизированном источнике питания, что приводит к увеличению пульсаций выходного напряжения стабилизированного источника питания выше пределов компенсируемых источником стабильного тока и, как следствие, к увеличению пульсаций тока светодиодной нагрузки.The disadvantage of this solution is that at high negative temperatures the internal resistance increases and the capacity of electrolytic capacitors used in the stabilized power supply decreases, which leads to an increase in the ripple of the output voltage of the stabilized power source beyond the limits compensated by the source of stable current and, as a result, to an increase in the ripple current LED load.

Известен уличный морозоустойчивый светильник, (патент RU 2465687 С1, МПК H01L 33/00, опубликован 27.10.12), в котором нормальный режим эксплуатации электролитических конденсаторов при низких температурах обеспечивается подогревателем, управляемым термочувствительным элементом.Known outdoor frost-resistant lamp (patent RU 2465687 C1, IPC H01L 33/00, published 10/27/12), in which the normal mode of operation of electrolytic capacitors at low temperatures is provided by a heater, controlled by a temperature-sensitive element.

Недостатком подобного решения является то, что при низких температурах происходит значительная задержка включения светодиодов, до момента подогрева блока питания светодиодов.The disadvantage of this solution is that at low temperatures there is a significant delay in turning on the LEDs until the power supply of the LEDs is heated.

Известен также квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении (патент RU 139333 U1, Н02М 3/338, опубликован 10.04.2014).A quasi-resonant DC / DC converter with zero voltage switching is also known (patent RU 139333 U1, Н02М 3/338, published April 10, 2014).

Недостатком подобного решения является то, что при использовании преобразователя в качестве корректора коэффициента мощности и больших отрицательных температурах увеличиваются пульсаций выходного напряжения преобразователя.The disadvantage of this solution is that when using the converter as a power factor corrector and large negative temperatures, the ripple of the output voltage of the converter increases.

Решение по RU 139333 имеет наибольшее количество совпадающих признаков и принято в качестве прототипа.The decision on RU 139333 has the largest number of matching features and is taken as a prototype.

Технический результат заявленного решения заключается в быстром включении преобразователя в рабочем режиме, при больших отрицательных температурах окружающей среды, снижении выходных пульсаций напряжения/тока, повышении эксплуатационных параметров, а также минимизации габаритов.The technical result of the claimed solution is to quickly turn on the converter in the operating mode, with large negative ambient temperatures, reducing the output voltage / current ripple, increasing the operating parameters, and minimizing dimensions.

Результат достигается автоматической регулировкой напряжения компенсации пульсаций на транзисторе стабилизатора тока, автоматического нагрева и поддержания температуры выходного электролитического конденсатора в оптимальных рабочих пределах в соответствии с окружающей температурой, за счет использовании повышенной мощности выделяющейся на транзисторе.The result is achieved by automatically adjusting the voltage ripple compensation at the transistor current regulator, automatically heating and maintaining the temperature of the output electrolytic capacitor in the optimal operating limits in accordance with the ambient temperature, due to the use of increased power generated by the transistor.

Подробное описание решенияDetailed solution description

Заявленное решение характеризуется следующей совокупностью признаков:The claimed solution is characterized by the following set of features:

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные к первому и второму входным выводам преобразователя первичную обмотку трансформатора, первый токовый датчик и силовой ключ, управляющий вход которого подключен к выходу контроллера, один вход которого соединен со вторым входным выводом преобразователя, а вход определения нулевого напряжения соединен с первым выводом обмотки управления, при этом вторичная обмотка трансформатора через выпрямительный диод подключена к выходному конденсатору, подключенному к выходным выводам преобразователя, а второй вывод обмотки управления трансформатора соединен с входом преобразователя через параллельно включенные первый резистор и конденсатор и точкой соединения силового ключа и первого датчика тока через последовательно соединенные диод и второй резистор, отличающийся тем,Quasiresonant dc voltage converter with zero voltage switching, containing transformer primary winding connected to the first and second input terminals of the converter, first current sensor and power switch, the control input of which is connected to the controller output, one input of which is connected to the second input terminal of the converter, and input determining the zero voltage is connected to the first output of the control winding, while the secondary winding of the transformer is connected via a rectifying diode on the output capacitor connected to the output terminals of the converter, and the second terminal of the transformer control winding is connected to the converter input through a parallel-connected first resistor and capacitor and the connection point of the power switch and the first current sensor through a series-connected diode and second resistor, characterized in

что дополнительно введены транзистор, второй токовый датчик, термочувствительный элемент, схема управления стабилизатором тока, при этом, к общей точке выходного конденсатора и вторичной обмотки трансформатора присоединен первый вывод резистора второго токового датчика, второй вывод которого соединен с истоком транзистора, сток которого является отрицательным выходом преобразователя, соединенным с третьим входом схемы управления стабилизатором тока, затвор транзистора соединен с первым выходом схемы управления стабилизатором тока, первые два входа которой соединены с термочувствительным элементом, четвертый вход соединен с общей точкой резистора второго токового датчика и истока транзистора, а второй выход соединен с дополнительным входом контроллера, при этом, конденсатор, транзистор и термочувствительный элемент находятся в тепловом контакте между собой или установлены с возможностью теплообмена.that a transistor, a second current sensor, a temperature-sensitive element, a current stabilizer control circuit are additionally introduced, and the first terminal of the second current sensor’s resistor is connected to the common point of the output capacitor and the secondary winding of the transformer, the second terminal of which is connected to the negative output the converter connected to the third input of the current regulator control circuit, the gate of the transistor is connected to the first output of the current stabilizer control circuit , the first two inputs of which are connected to a temperature-sensitive element, the fourth input is connected to the common point of the resistor of the second current sensor and the source of the transistor, and the second output is connected to the auxiliary input of the controller, while the capacitor, transistor and temperature-sensitive element are in thermal contact with each other or installed with the possibility of heat exchange.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Решение иллюстрируется следующими графическими материалами:The solution is illustrated with the following graphics:

на фиг. 1 показана электрическая схема устройства;in fig. 1 shows the electrical circuit of the device;

на фиг. 2 представлены эпюры напряжения на выходном конденсаторе (верхняя кривая) и на стоке транзистора стабилизатора тока (нижняя кривая);in fig. 2 shows the voltage plots on the output capacitor (upper curve) and on the drain of the current regulator transistor (lower curve);

на фиг. 3 представлены эпюры напряжения на выходном конденсаторе (верхняя кривая) и на стоке транзистора стабилизатора тока (нижняя кривая) при низкой отрицательной температуре при отсутствии термозависимого элемента;in fig. 3 shows the voltage plots on the output capacitor (upper curve) and on the drain of the current stabilizer transistor (lower curve) at a low negative temperature in the absence of a thermo-dependent element;

на фиг. 4 представлены эпюры напряжения на выходном конденсаторе (верхняя кривая) и на стоке транзистора стабилизатора тока (нижняя кривая) при низкой отрицательной температуре с термозависимой обратной связью;in fig. 4 shows the voltage plots on the output capacitor (upper curve) and on the drain of the current regulator transistor (lower curve) at low negative temperature with thermo-dependent feedback;

на фиг. 5 - графики коэффициента пульсаций тока, измеренного сразу после включения при различной температуре окружающей среды;in fig. 5 - graphs of the ripple current coefficient, measured immediately after switching on at different ambient temperatures;

на фиг. 6 - графики коэффициента пульсаций тока, измеренного после прогрева устройств, при различной температуре окружающей среды.in fig. 6 - graphs of the ripple coefficient of the current, measured after heating the devices, at different ambient temperatures.

Пояснения к эпюрам, представленным на фиг. 2, 3 и 4:The explanations for the diagrams shown in FIG. 2, 3 and 4:

Uпульс - размах пульсаций на выходном конденсаторе;Upulse - the amplitude of the pulsations on the output capacitor;

Uc - напряжение на выходном конденсаторе;Uc is the voltage on the output capacitor;

Uc сред - среднее напряжение на выходном конденсаторе;Uc media - the average voltage at the output capacitor;

Ump - напряжение на стоке стабилизатора тока;Ump is the voltage on the current regulator drain;

Ump сред - среднее напряжение на транзисторе стабилизатора тока;Ump media - the average voltage on the transistor current regulator;

Ump мах - максимальное напряжение на транзисторе стабилизатора тока;Ump max - the maximum voltage on the transistor current regulator;

Uпульс тр - размах пульсаций на транзисторе стабилизатора тока;Pulse Tr - Pulsation Span at the Current Stabilizer Transistor;

Uпульс отр темп - размах пульсаций на выходном конденсаторе при низкой отрицательной температуре;Upulz abd tempo - pulsation on the output condenser at low negative temperature;

Uпульс тр отр темп - размах пульсаций на транзисторе стабилизатора тока при низкой отрицательной температуре;Pulse rp temp - the amplitude of the pulsations on the transistor current regulator at a low negative temperature;

Для обеспечения необходимых параметров светодиодного светильника при отрицательных температурах, в состав преобразователя дополнительно введен оригинальный стабилизатор тока, включающий в себя регулирующий транзистор 13, токовый датчик 14, термочувствительный элемент 15 и схему управления стабилизатором тока 16. При этом электролитический конденсатор 7, регулирующий транзистор 13 и термочувствительный элемент 15 расположены так, что бы обеспечить хороший тепловой контакт и хорошую теплопередачу между собой.To ensure the required parameters of the LED lamp at negative temperatures, the original current regulator was added to the converter, which includes a control transistor 13, a current sensor 14, a temperature sensor 15 and a control circuit for a current stabilizer 16. At the same time, an electrolytic capacitor 7, a control transistor 13 and the heat-sensitive element 15 is arranged so as to ensure good thermal contact and good heat transfer among themselves.

Принцип работы схемы. Для уменьшения пульсаций тока последовательно с выходом квазирезонансного преобразователя включен стабилизатор тока. Стабилизатор тока обеспечивает постоянный ток нагрузки практически без пульсаций, при этом на регулирующем элементе стабилизатора тока - транзисторе 13 возникают пульсации напряжения Uпульс mp, совпадающие по частоте и фазе с пульсациями напряжения на выходном конденсаторе 7 преобразователя Uпульс (фиг. 2) и компенсирующие их.The principle of the scheme. To reduce current ripple in series with the output of the quasi-resonant converter, a current stabilizer is included. The current stabilizer provides a constant load current with almost no ripple, while the voltage regulating element U - pulse mp arises on the regulating element of the current stabilizer - transistor 13, coinciding in frequency and phase with the voltage ripple on the output capacitor 7 of the pulse U converter (Fig. 2) and compensating for them .

Полное подавление пульсаций возможно, если максимальное напряжение Ump max на регулирующем элементе стабилизатора тока -транзисторе 13, превышает или равно размаху пульсаций напряжения Uпульс на выходном конденсаторе 7. В случае равенства потери на транзисторе будут минимальны.Full ripple suppression is possible if the maximum voltage U mp max on the regulating element of the current stabilizer transistor 13 is greater than or equal to the amplitude of the ripple voltage U pulse on the output capacitor 7. In case of equality, the losses at the transistor will be minimal.

Максимальное напряжение Ump max на транзисторе стабилизатора тока стабилизируется преобразователем по сигналу обратной связи 166-54 от схемы управления стабилизатором тока 16 к контроллеру 5.The maximum voltage U mp max on the current regulator transistor is stabilized by the converter according to the feedback signal 16 6 -5 4 from the control circuit of the current stabilizer 16 to the controller 5.

В качестве выходных конденсаторов в большинстве преобразователей применяют электролитические конденсаторы, имеющие значительно лучшее отношение емкости к объему и массе, а также более низкую стоимость, чем другие типы конденсаторов. Однако характеристики электролитических конденсаторов зависят от температуры. При отрицательных температурах снижается емкость и возрастает внутреннее сопротивление, если температура опускается ниже критической (около -25°С), то внутренне сопротивление может вырасти в 8-10 раз, соответственно пульсации напряжения на выходном конденсаторе 7 преобразователя Uпульс отр темп (фиг. 3) вырастут в 8-10 раз по сравнению с нормальным уровнем Uпульс норм.Electrolytic capacitors, which have a significantly better ratio of capacitance to volume and mass, as well as lower cost, than other types of capacitors, are used as output capacitors in most converters. However, the characteristics of electrolytic capacitors are temperature dependent. At negative temperatures, the capacitance decreases and the internal resistance increases, if the temperature drops below the critical (about -25 ° C), then the internal resistance can increase 8-10 times, respectively, the voltage pulsations on the output capacitor 7 of the converter U pulse pulse temp (Fig. 3 ) will increase by 8-10 times compared to the normal level of U pulse rate .

При превышении размаха пульсаций Uпульс отр темп, уровня Ump max стабилизатор тока перестает корректно работать и компенсирует только часть пульсации напряжения выходного конденсатора (заштрихованная часть Uпульс рис. 3) в результате пульсации напряжения на выходе преобразователя и пульсации тока нагрузки резко возрастают.When pulsation U is exceeded, the pulse is decelerating , the Ump max level stabilizes the current stabilizer and compensates only part of the output capacitor voltage ripple (shaded part U pulse in Fig. 3) as a result of the voltage ripple at the converter output and the current ripple of the load current sharply increase.

Привести в норму пульсации тока нагрузки при отрицательных температурах возможно двумя способами: подогревом конденсатора до нормализации его параметров, либо увеличением максимального напряжения Ump max на регулирующем элементе стабилизатора тока - транзисторе.The ripple of the load current at negative temperatures can be normalized in two ways: by heating the capacitor until its parameters normalize, or by increasing the maximum voltage U mp max on the regulator element of the current stabilizer, the transistor.

Для реализации одновременно обоих способов устранения пульсаций в состав квазирезонансного преобразователя (фиг. 1) дополнительно введен стабилизатор тока, включающий в себя: транзистор 13, токовый датчик 14, термочувствительный элемент 15, схему управления стабилизатором тока 16.To implement both methods of eliminating pulsations at the same time, a current stabilizer is added to the quasi-resonant converter (Fig. 1), which includes: a transistor 13, a current sensor 14, a temperature-sensitive element 15, a current stabilizer control circuit 16.

Схема управления стабилизатором тока 16 выдает управляющий сигнал 165 на затвор транзистора 13, обеспечивая заданный уровень стабилизированного тока, и заданный уровень пульсаций тока нагрузки, за счет полной или частичной компенсации пульсаций напряжения на выходном конденсаторе Uпульс (фиг. 3). Транзистор 13 служит для стабилизации тока нагрузки. Напряжение с резистора токового датчика 14 пропорциональное току, протекающему через транзистор 13, поступает на вход 164 схемы управления стабилизатором тока 16. Термочувствительный элемент подключен ко входам 161 162 схемы управления стабилизатором тока, по уровню напряжения с термочувствительного элемента, соответствующего температуре, схема управления 16, подавая сигнал со своего выхода 166 на вход 54 контроллера 5, регулирует работу корректора коэффициента мощности для поддержания уровня напряжения сток-исток транзистора 13 необходимого для компенсации пульсаций. Напряжение сток-исток транзистора 13 поступает на вход 163 схемы управления стабилизатором тока.The control circuit of the current stabilizer 16 outputs a control signal 16 5 to the gate of the transistor 13, providing a given level of stabilized current and a given level of load current ripple, due to the full or partial compensation of the voltage ripple on the output capacitor U pulse (Fig. 3). The transistor 13 is used to stabilize the load current. The voltage from the resistor of the current sensor 14 is proportional to the current flowing through the transistor 13, is fed to the input 16 4 of the control circuit of the current stabilizer 16. The temperature-sensitive element is connected to the inputs 16 1 16 2 of the control circuit of the current stabilizer, according to the voltage level of the temperature-sensitive element corresponding to the temperature control 16, giving a signal from its output 16 6 to the input 5 4 of the controller 5, adjusts the operation of the power factor corrector to maintain the drain-source voltage level of the transistor 13 to compensate for pulsations. The voltage of the drain-source of the transistor 13 is fed to the input 16 3 of the control circuit of the current regulator.

Компенсация пульсаций напряжения возможна, если размах пульсаций выходного напряжения (Uпульс на конденсаторе 7 не превышает падения напряжения сток-исток транзистора 13 (Ump max фиг. 3).Voltage ripple compensation is possible if the output voltage ripple (U pulse on the capacitor 7 does not exceed the drain-source voltage drop of the transistor 13 (U mp max Fig. 3).

При нормальной температуре задачей схемы управления является стабилизация тока и поддержание максимального КПД преобразователя, за счет минимальной мощности потерь.At normal temperature, the task of the control circuit is to stabilize the current and maintain the maximum efficiency of the converter, due to the minimum power loss.

Мощность потерь на полевом транзистореPower loss at the field-effect transistor

Pmp=Ump ср * Icm, гдеP mp = U mp cf. * I cm , where

Ump cp - действующее напряжение сток-исток на полевом транзистореU mp cp is the effective drain-source voltage at the field-effect transistor

Icm - ток стабилизатора.I cm - stabilizer current.

При нормальной рабочей температуре схема управления 16 стабилизатором тока поддерживает минимально необходимый уровень напряжения сток-исток транзистора 13 (Ump cp фиг. 2), что обеспечивает минимальные потери на транзисторе 13 и максимальный КПД преобразователя.At normal operating temperature, the control circuit of the 16 current stabilizer maintains the minimum required drain-source voltage level of the transistor 13 (U mp cp of Fig. 2), which ensures the minimum losses on the transistor 13 and the maximum efficiency of the converter.

При понижении температуры электролитического конденсатора 7 размах пульсация на нем возрастает Uпульс omp mемп (фиг. 4). С другой стороны напряжение с термочувствительного элемента при понижении температуры воздействует на сигнал управления 166 таким образом, чтобы увеличить напряжение на транзисторе стабилизатора тока Ump max (фиг. 4). Увеличенное напряжение на транзисторе стабилизатора тока обеспечивает компенсацию возросших пульсаций на выходном конденсаторе.With a decrease in the temperature of the electrolytic capacitor 7, the amplitude of the pulsation on it increases the U pulse omp temp (Fig. 4). On the other hand, the voltage from the temperature-sensitive element with a decrease in temperature affects the control signal 16 6 in such a way as to increase the voltage on the transistor current stabilizer U mp max (Fig. 4). The increased voltage on the current stabilizer transistor compensates for the increased ripple on the output capacitor.

За счет увеличения Ump max возрастают потери на полевом транзисторе, и снижается КПД преобразователя. Тепло, выделяемое на транзисторе 13, используется для подогрева выходного конденсатора 7 до температуры нормализации его параметров, для чего конденсатор 7 транзистор 13 размещены с возможностью хорошего теплообмена между собой и с термочувствительным элементом. Через некоторое время, необходимое для прогрева выходного конденсатора, его параметры приходят в норму и пульсации напряжения на нем снижаются. Термочувствительный элемент 15 сигнализирует о повышении температуры, и схема управления 16, управляя контроллером 5, контролируя ток и падение напряжения сток-исток транзистора 13, снижает это напряжения до уровня соответствующего температуре. При дальнейшем росте температуры падение напряжения сток-исток транзистора снижается до минимального уровня, что обеспечивает минимальные потери на полевом транзисторе и максимальный КПД преобразователя.By increasing U mp max , the losses in the field effect transistor increase, and the efficiency of the converter decreases. The heat generated by the transistor 13 is used to heat the output capacitor 7 to the temperature of normalization of its parameters, for which the capacitor 7 transistor 13 is placed with the possibility of good heat exchange with each other and with a temperature-sensitive element. After some time required to warm up the output capacitor, its parameters return to normal and the voltage ripples on it decrease. The thermosensitive element 15 signals the temperature rise, and the control circuit 16, controlling the controller 5, controlling the current and the drain-source voltage drop of the transistor 13, reduces this voltage to the level corresponding to the temperature. With a further increase in temperature, the voltage drop in the drain-source of the transistor decreases to a minimum level, which ensures minimum losses at the field-effect transistor and maximum efficiency of the converter.

Таким образом, осуществляется автоматическое регулирование и минимизация пульсаций на выходе корректора коэффициента мощности во всем рабочем диапазоне температур.Thus, automatic regulation and minimization of the pulsations at the output of the power factor corrector are carried out over the entire operating temperature range.

На основе предлагаемого решения был изготовлен блок питания светодиодного светильника PSL95C-0,7-140/80-1 и проведены его испытания. Для сравнения испытывался вариант блока питания PSL95C-0,7-140/80-1 без термочувствительного элемента с фиксированным минимальным напряжением на транзисторе стабилизатора тока, характеристики такого варианта блока примерно соответствует характеристикам устройства, описанного в патенте RU 137169. При испытаниях сравнивались пульсации тока светодиодной нагрузки при различной температуре окружающей среды. Графики коэффициента пульсаций выходного тока блоков в зависимости от температуры окружающей среды приведены на фиг. 5 и фиг. 6.On the basis of the proposed solution, the PSL95C-0.7-140 / 80-1 LED lamp power supply unit was manufactured and tested. For comparison, the power supply variant PSL95C-0.7-140 / 80-1 without a temperature-sensitive element with a fixed minimum voltage at the current regulator transistor was tested, the characteristics of this variant of the unit roughly correspond to the characteristics of the device described in patent RU 137169. During testing, the current ripple LED was compared loads at different ambient temperatures. Graphs of the ripple coefficient of the output current of the blocks as a function of the ambient temperature are shown in FIG. 5 and FIG. 6

Линия 1 - Коэффициент пульсаций выходного тока преобразователя со стабилизатором тока без термочувствительного элемента, с минимальным падением напряжения на транзисторе стабилизатора тока, аналога устройства описанного в Патенте RU 137169, сразу после включения, при различной температуре окружающей среды.Line 1 - Pulsation coefficient of the output current of the converter with a current stabilizer without a temperature-sensitive element, with a minimum voltage drop at the transistor of the current stabilizer, similar to the device described in Patent RU 137169, immediately after switching on, at different ambient temperatures.

Линия 2 - Коэффициент пульсаций выходного тока преобразователя в соответствии с заявляемым решением, сразу после включения при различной температуре окружающей среды.Line 2 - Pulsations of the output current of the converter in accordance with the proposed solution, immediately after switching on at various ambient temperatures.

Испытания показали в 2,5 раза меньшие пульсации выходного тока, измеренные сразу после включения, при температуре ниже минус 50°С, у источника питания PSL95C-0,7-140/80-1, изготовленного в соответствии с заявляемым решением, по сравнению с устройством, аналогичным описанном в Патенте RU 137169.The tests showed a 2.5-fold smaller ripple of the output current, measured immediately after switching on, at a temperature below minus 50 ° С, at the PSL95C-0.7-140 / 80-1 power supply, manufactured in accordance with the claimed solution, compared to a device similar to that described in the Patent RU 137169.

Графики коэффициента пульсаций выходного тока блоков после прогрева и в установившемся температурном режиме при различной температуре окружающей среды приведены на фиг. 6.The graphs of the ripple coefficient of the output current of the blocks after heating and in the steady-state temperature at various ambient temperatures are shown in FIG. 6

Линия 3 - Коэффициент пульсаций выходного тока преобразователя со стабилизатором тока без термочувствительного элемента, с минимальным падением напряжения на транзисторе стабилизатора тока, аналога устройства описанного в патенте RU 137169, через 20 минут после включения в установившемся температурном режиме, при различной температуре окружающей среды.Line 3 - Pulsation coefficient of the output current of the converter with a current stabilizer without a temperature-sensitive element, with a minimum voltage drop at the transistor current regulator, similar to the device described in the patent RU 137169, 20 minutes after switching on in a steady-state temperature mode, at different ambient temperatures.

Линия 4 - Коэффициент пульсаций выходного тока преобразователя в соответствии с заявляемым решением, через 5 минут после включения, при различной температуре окружающей среды.Line 4 - Pulsation coefficient of the output current of the converter in accordance with the proposed solution, 5 minutes after switching on, at different ambient temperatures.

Линия 5 - Коэффициент пульсаций выходного тока преобразователя в соответствии с заявляемым решением, через 20 минут после включения, после включения, в установившемся температурном режиме, при различной температуре окружающей среды.Line 5 - Pulsation coefficient of the output current of the converter in accordance with the proposed solution, 20 minutes after switching on, after switching on, in a steady-state temperature mode, at different ambient temperatures.

Испытания показали более чем в 2 раза меньшие пульсации выходного тока, в установившемся температурном режиме, при температуре ниже минус 25°С, у источника питания PSL95C-0,7-140/80-1, изготовленного в соответствии с заявляемым решением, по сравнению с устройством, аналогичным описанному в патенте RU 137169. При этом пульсации выходного тока, источника питания PSL95C-0,7-140/80-1, измеренные через 5 минут после подачи питания, близки к пульсациям в установившемся температурном режиме, после полного прогрева изделия. Таким образом, минимальный уровень пульсаций достигается в 4 раза быстрее, чем в аналоге, описанном в патенте RU 137169.The tests showed more than 2 times smaller ripple of the output current, at steady state temperature, at a temperature below minus 25 ° С, at the power supply PSL95C-0,7-140 / 80-1, manufactured in accordance with the claimed solution, compared to a device similar to that described in patent RU 137169. At the same time, the ripple of the output current of the PSL95C-0.7-140 / 80-1 power source, measured 5 minutes after energizing, is close to the ripple in the steady-state temperature mode after the product is fully heated. Thus, the minimum level of pulsations is achieved 4 times faster than in the analogue described in patent RU 137169.

По сравнению с аналогом патент RU 2465687 преимущество еще более значительно т.к. светильник патент RU 2465687 включается с задержкой после подачи питания, необходимой для прогрева, что составляет несколько минут, a PSL95C-0,7-140/80-1, изготовленный в соответствии с заявляемым решением, включается сразу после подачи питания с приемлемыми параметрами.Compared with the analogue patent RU 2465687, the advantage is even more significant since The patent RU 2465687 turns on with a delay after the power supply required for warming up, which is several minutes, and PSL95C-0.7-140 / 80-1, made in accordance with the claimed solution, is turned on immediately after the power supply with acceptable parameters.

Промышленная применимостьIndustrial Applicability

Приведенные в описании конструктивные особенности квазирезонансного преобразователя не являются исчерпывающими. Могут быть использованы эквивалентные признаки, позволяющие обеспечить достижение указанного технического результата. Преобразователь может быть изготовлен известными способами на высокопроизводительном автоматизированном оборудовании.The design features of the quasi-resonant transducer given in the description are not exhaustive. Equivalent features can be used to ensure the achievement of the specified technical result. The converter can be manufactured by known methods on high-performance automated equipment.

Claims (1)

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные к первому и второму входным выводам преобразователя первичную обмотку трансформатора, первый токовый датчик и силовой ключ, управляющий вход которого подключен к выходу контроллера, один вход которого соединен со вторым входным выводом преобразователя, а вход определения нулевого напряжения соединен с первым выводом обмотки управления, при этом вторичная обмотка трансформатора через выпрямительный диод подключена к выходному конденсатору, подключенному к выходным выводам преобразователя, а второй вывод обмотки управления трансформатора соединен с входом преобразователя через параллельно включенные первый резистор и конденсатор и точкой соединения силового ключа и первого датчика тока через последовательно соединенные диод и второй резистор, отличающийся тем, что дополнительно введены транзистор, второй токовый датчик, термочувствительный элемент, схема управления стабилизатором тока, при этом к общей точке выходного конденсатора и вторичной обмотки трансформатора присоединен первый вывод резистора второго токового датчика, второй вывод которого соединен с истоком транзистора, сток которого является отрицательным выходом преобразователя, соединенным с третьим входом схемы управления стабилизатором тока, затвор транзистора соединен с первым выходом схемы управления стабилизатором тока, первые два входа которой соединены с термочувствительным элементом, четвертый вход соединен с общей точкой резистора второго токового датчика и истока транзистора, а второй выход соединен с дополнительным входом контроллера, при этом конденсатор, транзистор и термочувствительный элемент находятся в тепловом контакте между собой или установлены с возможностью теплообмена.Quasiresonant dc voltage converter with zero voltage switching, containing transformer primary winding connected to the first and second input terminals of the converter, first current sensor and power switch, the control input of which is connected to the controller output, one input of which is connected to the second input terminal of the converter, and input determining the zero voltage is connected to the first output of the control winding, while the secondary winding of the transformer is connected via a rectifying diode on the output capacitor connected to the output terminals of the converter, and the second terminal of the transformer control winding is connected to the converter input through a parallel-connected first resistor and capacitor and the connection point of the power switch and the first current sensor through a series-connected diode and second resistor, characterized in that A transistor, a second current sensor, a temperature-sensitive element, a current stabilizer control circuit are introduced, with the common point of the output capacitor and the second The transformer winding is connected to the first output of the second current sensor resistor, the second output of which is connected to the source of the transistor, the drain of which is the negative output of the converter connected to the third input of the current regulator control circuit, the gate of the transistor is connected to the first output of the current regulator control circuit, the first two inputs of which connected to a temperature-sensitive element, the fourth input is connected to the common point of the resistor of the second current sensor and the source of the transistor, and the second output union of the controller with the additional input, the capacitor, the transistor and the sensing element are in thermal contact with each other or are arranged to the heat exchange.
RU2018129951A 2018-08-17 2018-08-17 Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures RU2692466C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129951A RU2692466C1 (en) 2018-08-17 2018-08-17 Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129951A RU2692466C1 (en) 2018-08-17 2018-08-17 Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018124813 Substitution 2018-07-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2692466C1 true RU2692466C1 (en) 2019-06-25

Family

ID=67038340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018129951A RU2692466C1 (en) 2018-08-17 2018-08-17 Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2692466C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0757428B1 (en) * 1995-07-31 1998-11-18 Hewlett-Packard Company Flyback converter
RU2465687C1 (en) * 2011-06-27 2012-10-27 Закрытое Акционерное Общество "Кб "Света-Лед" Street frostproof lamp
RU137169U1 (en) * 2013-07-19 2014-01-27 Александр Владимирович Новосельцев PULSE OPTOSOLATED STABILIZED DIRECT CURRENT SOURCE FOR LED LAMP WITH SMALL OUTPUT CURRENT

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0757428B1 (en) * 1995-07-31 1998-11-18 Hewlett-Packard Company Flyback converter
RU2465687C1 (en) * 2011-06-27 2012-10-27 Закрытое Акционерное Общество "Кб "Света-Лед" Street frostproof lamp
RU137169U1 (en) * 2013-07-19 2014-01-27 Александр Владимирович Новосельцев PULSE OPTOSOLATED STABILIZED DIRECT CURRENT SOURCE FOR LED LAMP WITH SMALL OUTPUT CURRENT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. A primary-side control scheme for high-power-factor LED driver with TRIAC dimming capability
US8941328B2 (en) Variable power dimming control circuit
US9392654B2 (en) Method and apparatus for controlling a power adjustment to a lighting device
RU2638958C2 (en) Circuit device and led lamp, containing this circuit device
US8933642B2 (en) Dimmable LED lamp
US9313844B2 (en) Lighting device and luminaire
KR101248807B1 (en) Isolation-type flyback converter for light emitting diode driver
US8653757B2 (en) DC-DC converter
US9872353B2 (en) LED lighting device and LED illuminating device
TW201233248A (en) Led driving apparatus and led lighting apparatus
CN107251652B (en) Switching regulator for operating a lighting device and method for controlling a switching regulator
RU2677625C2 (en) Systems and methods for valley switching in pulsed power converter
JP2017070192A (en) Switching power supply device and LED lighting circuit
KR100954123B1 (en) The power supply for led lighting fixtures
RU2692700C2 (en) Linear positioner
KR100980242B1 (en) Switching-mode power supply
RU2692466C1 (en) Quasi-resonance constant voltage converter with low pulsations of output voltage during operation in conditions of high negative temperatures
EP2936934B1 (en) Primary side controlled constant current converter for lighting means
KR20140104196A (en) Power supply circuit for light emitting diode lighting
RU191122U1 (en) Quasi-resonant DC voltage converter with low ripple output voltage when operating in conditions of high negative temperatures
JP6135635B2 (en) Lighting device and lighting apparatus
JP2017127166A (en) Feedback control circuit
Wang et al. Design and implementation of a single-stage high-efficacy LED driver with dynamic voltage regulation
JP2016100987A (en) Switching power supply device and hot-water supply device
KR100959376B1 (en) Power supply for led traffic light able to adjust brightness

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200818