СВЕТОДИОДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА С УЛУЧШЕННЫМ УМЕНЬШЕНИЕМ ОСТАТОЧНОГО СВЕЧЕНИЯ
LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE WITH IMPROVED REDUCTION OF RESIDUAL GLOW

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области светодиодных источников света. Более конкретно, изобретение относится к светодиодным источникам света, оснащенным функцией ожидания, когда, другими словами, работа светодиодного источника света может быть прекращена, хотя сетевое питание к нему все еще подключено.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Системы освещения на основе светодиодов используются в увеличивающемся масштабе. Светодиоды имеют высокую эффективность и длительный срок службы. Кроме того, во многих системах освещения светодиоды предлагают большую оптическую эффективность, чем другие источники света. Как следствие, светодиоды предлагают интересную альтернативу хорошо известным источникам света, таким как люминесцентные лампы, газоразрядные лампы высокой интенсивности или лампы накаливания.
Светодиодные источники света часто входят в состав световой системы, в которой работа этих светодиодных источников света управляется командами управления. Такие команды управления включают команды на активацию светодиодного источника света и команды на прекращение работы светодиодного источника света, то есть соответственно команды на начало генерации тока светодиода и команды на прекращение генерации тока светодиода. В последнем случае работа прекращается не прерыванием подключения светодиодного источника света к сетевому источнику питанию, а, например, прекращением работы схемы преобразователя, входящего в состав светодиодного источника света. В этом последнем случае говорят, что светодиодный источник света находится в режиме ожидания. В этом режиме ожидания, поскольку сетевое питание к светодиодному источнику света все еще подключено, светодиодный источник света все еще способен принимать дополнительные команды и обрабатывать эти команды. Однако сетевое питание при этом может вызвать ток утечки через паразитные емкости и (из части) нагрузку светодиода, входящие в светодиодный источник света. Этот ток утечки может вызвать генерацию светодиодной цепочкой небольшого количества света, что приводит к эффекту остаточного свечения, который часто бывает нежелательным.
Опубликованная международная патентная заявка WO 2013/132379, принадлежащая этому же заявителю, относится к светодиодному источнику света, допускающему, что во время работы подаваемый на светодиоды ток может протекать через элемент управления током, а также через первый управляемый переключатель, который поддерживается в проводящем состоянии. В случае прекращения преобразователем подачи тока светодиода на светодиодную нагрузку, светодиодный источник света будет находиться в режиме ожидания, а первый управляемый переключатель станет непроводящим. В результате токи утечки, вытекающие из сетевого источника питания на нагрузку светодиода через паразитные емкости, будут эффективно подавляться, так что светодиоды в режиме ожидания не создают даже небольшого количества света. Однако, что удивительно, описанный в упомянутой выше заявке WO 2013/132379 светодиодный источник света во время работы при определенных условиях может по-прежнему характеризоваться нежелательным эффектом остаточного свечения (послесвечения).
Заметим, что, хотя такой светодиодный источник света в сочетании со светодиодными платами, имеющими относительно низкую емкость, и со светодиодными платами, имеющими относительно высокую емкость по отношению к защитному заземлению, функционирует должным образом, когда такой светодиодный источник света объединен со светодиодными платами, имеющими умеренную паразитную емкость, может возникать некоторый эффект остаточного свечения.
В настоящем раскрытии то, что относится к светодиодной нагрузке, может содержать один светодиод или множество светодиодов. Когда светодиодная нагрузка содержит множество светодиодов в последовательном соединении, тогда то, что относится к аноду светодиодной нагрузки, будет анодом первого светодиода в последовательном соединении, через который должен будет протекать ток, а то, что относится к катоду светодиодной нагрузки, будет катодом последнего светодиода в последовательном соединении, через который должен будет протекать ток. Аналогичным образом, когда светодиодная нагрузка содержит множество светодиодов в параллельном подключении с возможно множеством параллельных ветвей, каждая из которых содержит множество светодиодов, соединенных последовательно, тогда то, что относится анодом такого подключения, будет электрическим узлом, который находится под тем же самым потенциалом, что и аноды первых светодиодов каждой параллельной ветви, по которой должен будет протекать ток, при этом то, что относится к катоду такого подключения, будет электрическим узлом, который находится под тем же самым потенциалом, что и катоды последнего светодиода в каждой параллельной ветви, по которой должен будет протекать ток. Другими словами, анод светодиодной нагрузки будет считаться ее наиболее положительным узлом, в то время как катод будет считаться наиболее отрицательным узлом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является обеспечение светодиодного источника света, имеющего улучшенное уменьшение остаточного свечения, особенно по сравнению со светодиодным источником света, описанным в процитированной выше патентной заявке WO 2013/132379.
В соответствии с первым аспектом изобретения обеспечен светодиодный источник света, содержащий:
- входные выводы для подключения к источнику сетевого напряжения питания,
- выпрямитель, подсоединенный к входным выводам, для выпрямления сетевого напряжения питания, подаваемого источником сетевого напряжения питания, и содержащий выходные выводы выпрямителя,
- преобразователь постоянного тока в постоянный ток для создания постоянного тока за счет выпрямленного сетевого напряжения питания, содержащий входные выводы преобразователя, подключенные к выходным выводам выпрямителя, и содержащий первый выходной вывод преобразователя и второй выходной вывод преобразователя,
- светодиодную нагрузку, содержащую один или более светодиодов и имеющую анод в качестве своего наиболее положительного узла и катод в качестве своего наиболее отрицательного узла, причем анод подсоединен к первому выходному выводу преобразователя через первый элемент управления током для блокирования тока, вытекающего из анода светодиодной нагрузки в первый выходной вывод преобразователя, а катод подсоединен ко второму выходному выводу преобразователя через первый управляемый переключатель, имеющий подсоединенный к первой схеме управления управляющий электрод для приведения этого управляемого переключателя в непроводящее состояние в случае, когда светодиодный источник света находится в режиме ожидания, тем самым катод светодиодной нагрузки подсоединяется к первому управляемому переключателю через второй элемент управления током для блокирования тока, вытекающего из первого управляемого переключателя в катод светодиодной нагрузки.
Таким образом, первый элемент управления током и второй элемент управления током не разрешают протекание какого-либо нежелательного тока через нагрузку, что вероятно привело бы к эффекту остаточного свечения вне зависимости от использованного подключения светодиодной платы.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, второй элемент управления током может содержать диод.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, первый элемент управления током может содержать диод.
В дополнительном варианте осуществления изобретения светодиодный источник света может быть снабжен выводом РЕ защитного заземления и преимущественно емкостным элементом между выводом РЕ защитного заземления и узлом, соединяющим первый управляемый переключатель и второй элемент управления током.
В дополнительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере преобразователь постоянного тока в постоянный ток может быть расположен на первой печатной плате, причем на упомянутой первой печатной плате расположены первый элемент управления током и/или второй элемент управления током.
В дополнительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере светодиодная нагрузка может быть расположена на второй печатной плате, причем на упомянутой второй печатной плате расположены первый элемент управления током и/или второй элемент управления током.
В дополнительном варианте осуществления изобретения каждый из первого и второго элементов управления током могут иметь паразитную емкость, которая меньше паразитной емкости на первом управляемом переключателе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие характеристики и преимущества изобретения станут более ясными с учетом приведенного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, представленных лишь в качестве иллюстративного и не ограничивающего примера, а также сопроводительных чертежей, которые представляют:
Фиг. 1 - светодиодный источник света, известный в уровне техники, который не содержит цепь уменьшения остаточного свечения;
Фиг. 2 - светодиодный источник света, содержащий цепь уменьшения остаточного свечения, известный в уровне техники;
Фиг. 3 - светодиодный источник света с цепью улучшенного уменьшения остаточного свечения в иллюстративном варианте осуществления изобретения;
Фиг. 4 - график, изображающий форму сигнала напряжения, возникающего из паразитной емкости в светодиодном источнике света, содержащем цепь уменьшения остаточного свечения, которая показана на фиг. 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фигуре 1 К1 и К2 являются входными выводами для подключения к сетевому источнику питания. Диоды D1-D4 образуют выпрямитель RB, содержащий выходные выводы выпрямителя. Выходные выводы выпрямителя подключены к соответствующим входным выводам преобразователя CONV постоянного тока в постоянный ток для создания постоянного тока за счет выпрямленного сетевого напряжения питания. Конвертор CONV содержит первый выходной вывод А преобразователя и второй выходной вывод B преобразователя. Входные выводы преобразователя соединены посредством конденсатора Cin, а первый и второй выходные выводы преобразователя соединены посредством конденсатора Cout.
Преобразователь CONV оснащен входным выводом K3 для приема управляющего сигнала, который активирует или останавливает работу схемы управления преобразователем, содержащейся в преобразователе постоянного тока в постоянный ток и тем самым соответственно, включает в работу светодиодный источник света или вызывает переход светодиодного источника света в режим ожидания. Управляющий сигнал может генерироваться, например, схемой управления светом в системе освещения, часть которой составляет этот светодиодный источник света.
Преобразователь CONV постоянного тока в постоянный ток может содержать один или более каскадов преобразования. В случае, если преобразователь постоянного тока в постоянный ток содержит несколько каскадов, первый каскад может быть каскадом коррекции коэффициента мощности, согласовывающим светодиодный источник света с сетью питания, а один или более выходных каскадов, согласовывающими преобразователь со светодиодной нагрузкой.
Первый выходной вывод A преобразователя подключен к аноду светодиодной нагрузки LL. На фигуре 1 светодиодная нагрузка LL схематично представлена двумя светодиодами, LED1 и LED2. На практике светодиодная нагрузка будет, как правило, содержать гораздо большее число светодиодов. Катод светодиодной нагрузки LL подключен ко второму выходному выводу B преобразователя.
Показанный на фигуре 1 светодиодный источник света очень подходит для использования в светильнике. По соображениям безопасности такой светильник обычно подключен к защитному заземлению РЕ, которое, в свою очередь, соединено с "нейтралью" сетевого источника питания. Соединение линии PE с "нейтралью" сетевого источника питания не обязательно выполняется с помощью их прямого соединения, как показано на фигуре 1. Такое соединение может быть выполнено на уровне местной энергосети или через конденсатор линейного фильтра, такой как называемый "Y-вставкой". Светодиодная нагрузка может быть соединена со светильником и, таким образом, также и с защитным заземлением PE посредством паразитных емкостей, схематично представленных на фигуре 1 в виде Cparl, Cpar2 и Cpar3.
Во время нормальной работы показанного на фигуре 1 светодиодного источника света сетевое напряжение питания выпрямляется выпрямителем RB, а преобразователь CONV постоянного тока в постоянный ток за счет выпрямленного сетевого напряжения питания создает постоянный ток, который подается на светодиодную нагрузку LL. Этот постоянный ток вызывает генерацию света светодиодами.
Однако в случае, когда на выводе K3 принимается управляющий сигнал, который останавливает работу преобразователя постоянного тока в постоянный ток, постоянный ток, который течет через светодиоды, больше не создается, и светодиодный источник света находится в режиме ожидания.
Поскольку входные выводы светодиодного источника света все еще подключены к сетевому источнику питания, паразитные емкости, соединяющие защитное заземление со светодиодной нагрузкой, вызывают протекание тока утечки в виде переменного тока.
Во время первой части цикла сетевого питания из вывода К2 через паразитную емкость Cpar3 и диод D3 к входному выводу К1 течет первый ток. Из входного вывода К2 через паразитную емкость Cpar2, светодиод LED2 и диод D3 к входному выводу К1 течет второй ток. Из вывода К2 через паразитную емкость Cparl, конденсатор Cout и диод D3 к входному выводу К1 течет третий ток. Эти токи заряжают паразитные емкости.
Во время второй части цикла сетевого питания ток течет из вывода К1 через диод Dl и конденсатор Cin к выходному выводу B преобразователя. Из выходного вывода B преобразователя через конденсатор Cout и паразитную емкость Cparl к входу К2 течет первый ток. Из выходного вывода B преобразователя через конденсатор Cout, светодиод LED1 и паразитную емкость Cpar2 к входному выводу К2 течет второй ток. Из выходного вывода B преобразователя через паразитную емкость Cpar3 к выводу К2 течет третий ток. Эти токи разряжают паразитные емкости.
Таким образом, ток утечки течет через паразитные емкости, а также частично через светодиоды, и тем самым вызывает генерацию светодиодами небольшого количества света, который считается нежелательным.
Показанный на фигуре 2 светодиодный источник света описан в ранее процитированной патентной заявке WO 2013/132379. Он отличается от показанного на фигуре 1 источника светодиодного света тем, что светодиодный источник света по фигуре 2 дополнительно содержит резисторы R1 и R2, диод D5, первый управляемый переключатель M1 и стабилитрон Zl. В варианте осуществления, показанном на фигуре 2, первый управляемый переключатель является полевым транзистором. Выходные выводы преобразователя CONV постоянного тока в постоянный ток соединены между собой посредством последовательного соединения резистора Rl и резистора R2. Общий вывод резистора Rl и резистора R2 подключен к управляющему электроду первого управляемого переключателя M1, а резистор R2 зашунтирован стабилитроном Z1. Резистор R1, резистор R2 и стабилитрон Z1 вместе образуют первую схему управления для перевода управляемого переключателя M1 в непроводящее состояние в случае, когда работа преобразователя постоянного тока в постоянный ток остановлена, и светодиодный источник света находится в режиме ожидания.
Во время нормальной работы показанного на фигуре 2 светодиодного источника света напряжение на конденсаторе Cout и, следовательно, на последовательном соединении резистора Rl и резистора R2 достаточно велико, чтобы поддерживать первый управляемый выключатель M1 в проводящем состоянии. Как следствие, нормальная работа показанного на фигуре 2 светодиодного источника света очень похожа на обычную работу источника света предшествующего уровня техники, показанного на фигуре 1, поскольку диод D5 и управляемый выключатель M1 проводят постоянный ток, создаваемый преобразователем CONV постоянного тока в постоянный ток.
В случае, когда преобразователь постоянного тока в постоянный ток на своем выводе K3 принимает управляющий сигнал на переход из режима нормальной работы в режим ожидания, работа преобразователя постоянного тока в постоянный ток прекращается, подаваемый на светодиодную нагрузку постоянный ток больше не создается, и напряжение между выходными выводами преобразователя уменьшается, так что первый управляемый переключатель M1 становится непроводящим. Когда светодиодный источник света находится в режиме ожидания, диод D5 и корпусной диод управляемого переключателя M1 блокируют ток утечки, так что паразитные емкости больше не заряжаются и не разряжаются, а светодиоды больше не создают даже небольшого количества света, так что эффект остаточного свечения эффективно подавляется.
Следует отметить, что, если бы диода D5 не было, светодиоды все равно создавали бы небольшое количество света. Это обусловлено тем, что светодиоды при этом проводили бы обратный ток, вытекающий из их катода к их аноду в моменты высокой мгновенной величины сетевого напряжения, когда напряжение на выводе К2 выше, чем напряжение на выводе К1. Этот ток заряжает паразитные емкости. Затем светодиоды проводили бы ток разрядки этих паразитных емкостей, протекающий от их анода к их катоду, когда напряжение на выводе К1 выше, чем напряжение на выводе К2. В варианте осуществления, показанном на фигуре 2, обратный ток, протекающий через светодиоды, блокирован диодом D5, действующим в качестве первого элемента управления током.
Однако светодиодный источник света, который показан на фигуре 2, при некоторых обстоятельствах, как здесь далее со ссылкой на фигуры 3 и 4 поясняется более подробно, все еще может обладать некоторым эффектом остаточного свечения.
Фигура 3 в примерном варианте осуществления изобретения показывает светодиодный источник света с цепью улучшенного уменьшения остаточного свечения. Фигура 3 по существу аналогична фигуре 2, и большая часть изображенных на фигуре 3 элементов представлена выше со ссылкой на фигуру 2. В отличие от фигуры 2, фигура 3 дополнительно раскрывает обычный конденсатор линейного фильтра, такой как так называемый "Y-конденсатор" Ycap, который является преимущественно емкостным элементом, который соединяет электрод стока управляемого переключателя M1 с заземлением PE. Кроме того, управляемый переключатель M1 сам имеет паразитную емкость между электродом стока и электродом истока этого управляемого переключателя M1, обозначенную как Cpar на фигуре 3. Эта паразитная емкость Cpar управляемого переключателя M1 была идентифицирована авторами изобретения как основная причина возникновения течения нежелательного тока, приводящего к эффекту остаточного свечения даже во время непроводящего состояния управляемого переключателя M1. Фигура 4 показывает форму сигнала разности напряжений между вторым выходным выводом B преобразователя CONV и заземлением PE. Элементы Cpar и Ycap образуют емкостный делитель для разности напряжений между вторым выходным выводом B и заземлением PE. Однако оставшаяся величина разности напряжений между стоком управляемого переключателя M1 и PE все еще может быть достаточно высокой, вызывая возникновение протекающего через нагрузку LL тока, вероятно приводя к испусканию светодиодной нагрузкой света из остаточного свечения. Как изображено на фигуре 3, между защитным заземлением PE и узлом, соединяющим первый управляемый выключатель M1 и второй элемент D управления током, может быть подсоединен преимущественно емкостный элемент, который имеет полезный технический эффект дополнительного улучшения уменьшения тока остаточного свечения.
В настоящем изобретении предлагается, чтобы для блокировки тока, текущего из первого управляемого переключателя M1 в катод нагрузки LL светодиода использовался второй элемент управления током. В примерном варианте осуществления, показанном на фигуре 3, второй элемент управления током предпочтительно образован диодом D, но может быть также образован, например, тиристором, диодом SIDAC или стабилитроном. Анод диода D электрически подсоединен к катоду светодиодной нагрузки LL, а катод диода D электрически подсоединен к стоку управляемого переключателя M1.
Техническая функция второго элемента управления током заключается в том, что его паразитная емкость, которая может быть обозначена CparD, вместе с паразитной емкостью светодиодной платы Cpar3 образует дополнительный емкостный делитель разности напряжений между стоком управляемого переключателя M1 и заземлением PE, так что на светодиодной плате остается только небольшое напряжение пульсаций. Если это напряжение пульсаций меньше прямого напряжения светодиодной нагрузки LL, то никакого видимого остаточного свечения не будет. Каждый из первого и второго элементов управления током предпочтительно выбирают имеющими паразитную емкость, меньшую, чем паразитная емкость Cpar на управляемом переключателе M1, то есть емкость между истоком и стоком управляемого переключателя M1.
В некоторых вариантах осуществления все компоненты светодиодного источника света могут быть реализованы на подложке одной и той же печатной платы (PCB).
В других примерных вариантах осуществления преобразователь CONV постоянного тока в постоянный ток и, возможно, выпрямитель RB, а также конденсаторы Cin и Cout могут быть физически расположены на первой печатной плате или на так называемой "печатной плате драйвера", тогда как светодиодная нагрузка LL может быть физически расположена на второй печатной плате или "светодиодной печатной плате", как она названа выше. Первый элемент D5 управления током и/или второй элемент управления D током могут быть физически реализованы либо на первой, либо на второй печатной плате.
Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и вышеприведенном описании, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничительные; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения к раскрытым вариантам осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множества. Тот простой факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что не может быть использована с преимуществом комбинация этих мер. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем.