Импульсный источник питания для светодиодных осветителей

АННОТАЦИЯ

В этой статье рассмотрены проблемы импульсного источника питания для светодиодных осветителей. Известно, что в настоящее время используются светодиодные светильники в качестве приборов уличного освещения, в качестве общего источника электроэнергии. Исследования показали, что использование распространенных источников электроэнергии сегодня значительно снижает надежность светодиодных ламп. Это связано с тем, что эксплуатационные характеристики светодиодов не были полностью исследованы и несовместимы с текущими режимами работы источника питания.

Поэтому создание и исследование эффективного блока питания для светодиодов уличного освещения является одной из актуальных проблем современности.

ABSTRACT

This article discusses the problems of switching power supply for LED illuminators. It is known that LED lamps are currently used as street lighting fixtures. They are currently used as a common source of electricity. Studies have shown that the use of common sources of electricity today significantly reduces the reliability of LED lamps. This is due to the fact that the operational characteristics of the LEDs have not been fully investigated and are incompatible with the current operating conditions of the power source.

Therefore, the creation and study of an effective power supply for LED street lighting is one of the pressing problems of our time.

Ключевые слова: светодиод, светоизлучающий элемент, эффективность светодиода, вольт-амперная характеристика, драйверы.

Keywords: LED, light-emitting element, LED efficiency, current-voltage characteristic, driver.

Среди множества осветительных приборов на основе мощных светодиодов, появившихся в настоящее время на рынке, большое распространение получили приборы, где в качестве светоизлучающего элемента используются мощные светодиодные матрицы.

Производители мощных матриц заявляют срок жизни от 50 000 до 100 000 часов. Но, чтобы добиться такой наработки, необходимо соблюдать ряд технических условий, таких как: параметры питания матрицы не должны превышать параметры, заявленные производителем для конкретного типа матрицы, температура на кристаллах не должна превышать допустимую. И если параметры питания, как правило, соблюдаются, то с тепловым режимом все не так однозначно [1].

Правильно организованное охлаждение светодиодной матрицы (здесь речь ведется о качественных матрицах) обеспечит ей работу без спада светового потока и деградации кристаллов в течение времени, заявленного производителем этих самых матриц. И наоборот: перегрев матрицы чреват выгоранием люминофора (заметно по изменению цвета свечения, цвет уходит в синеву, вокруг кристаллов появляется черная каемка), деградацией кристаллов и, как следствие, снижением светового потока, или попросту обрывом проводников, которыми распаяны кристаллы в светодиодной матрице между собой.

Эффективность светодиода в значительной степени зависит от рабочей температуры и температуры окружающей среды. В приведенных эксплуатационных параметрах производитель берет за основу температуру в помещении 25 °C. В обычных условиях эксплуатации температура спая составляет 80 °C или выше, отмечают специалисты. При этом для светодиода не существует понятия оптимальной рабочей температуры, в отличие от люминесцентной лампы, например, для которой идеальной температурой является 35 °C. Если температура будет выше или ниже заявленной, то эффективность осветительного прибора заметно снизится [1].

В результате получится еще один важнейший параметр, присущий любому диоду, – вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она является нелинейной и наглядно доказывает то, что даже незначительное превышение номинального прямого напряжения ведет к резкому росту тока и, следовательно, к деградации кристалла полупроводника. Вольт-амперные характеристики p-n-перехода для двух значений температуры окружающей среды приведены на рис. 1. Увеличение температуры приводит к уменьшению потенциального барьера, а следовательно, к увеличению прямого тока. Увеличение температуры приводит к увеличению скорости тепловой генерации, концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике растет, а следовательно, растет обратный ток, который часто приводит к выходу из строя светодиодных осветительных устройств.

Гарантией яркости свечения, эффективности и долговечности светодиодных осветительных устройств является правильное питание, которое могут обеспечить специальные электронные устройства – драйверы для светодиодов. Они преобразуют напряжение переменного тока в сети 220 В в напряжение постоянного тока заданного значения.

Драйверы для светодиодов классифицируют по типу устройства на линейные и импульсные. Структура и типовая схема драйвера для светодиодов линейного типа представляет собой генератор тока на транзисторе с р-каналом. Такие устройства обеспечивают плавную стабилизацию тока при условии неустойчивого напряжения на входном канале.

Рисунок 1. Вольт-амперная характеристика светодиодных матриц 30 Вт

Они являются простыми и дешевыми устройствами, однако отличаются низкой эффективностью, выделяют при работе много тепла и не могут быть использованы как драйверы для мощных светодиодов. Для решения данной проблемы нами был разработан импульсный источник питания для светодиодных осветителей, который обеспечит стабильный ток в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды.

Принципиальная схема импульсного источника питания приведена на рис. 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема импульсного источника питания для светодиодных осветителей

Благодаря высокому КПД преобразований (до 95 %) и компактности устройств они нашли широкое применение для портативных светодиодных конструкций. Кроме того, эффективность устройств положительно сказывается на длительности функционирования автономных приборов питания. Преобразователи импульсного типа имеют компактные размеры и отличаются обширным диапазоном входных напряжений.

Список литературы:

1. Тепловой анализ светодиодных матриц видимого диапазона с силиконовой заливкой и люминофором / М.В. Воропаев, Д.Д. Каримбаев [и др.]  // Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь. Доклады ТУСУРа. – 2012. – № 2 (26). – Ч. 2.
2. Obtaining and researching of thermoelectric semiconductor materials for high-efficienting thermoelectric generators with an increased efficiency coefficien T / N.M. Bozorovich [et al.] // Проблемы современной науки и образования. – 2019. – № 12-2 (145).