САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ДРАЙВЕР ОСВЕЩЕНИЯ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА И ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ДРАЙВЕР ОСВЕЩЕНИЯ
SELF-ADJUSTING LIGHTING DRIVER FOR LIGHT SOURCES AGITATION AND LIGHTING DEVICE INCLUDING A SELF-ADJUSTING LIGHTING DRIVER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к драйверу освещения для возбуждения одного или более источников света, в частности, источников света на основе светоизлучающих диодов (СИД), и осветительному устройству, включающему в себя драйвер освещения. Более конкретно, различные изобретенные способы и устройство, раскрытые здесь, относятся к самонастраивающемуся драйверу освещения для возбуждения одного или более источников света на основе светоизлучающих диодов (СИД), и осветительному устройству на основе СИД, включающему в себя самонастраивающийся драйвер освещения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Осветительное устройство на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИД), предлагают перспективную альтернативу традиционным флуоресцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности (HID) и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды от применения СИД включают в себя высокий коэффициент преобразования энергии и высокую оптическую эффективность, более продолжительный ожидаемый срок службы, более низкие эксплуатационные расходы и многое другое.
В некоторых приложениях осветительное устройство на основе СИД может включать в себя драйвер освещения, который подает ток возбуждения СИД в множество модулей СИД, каждый из которых в свою очередь включает в себя один или более СИД. В данном случае, модуль СИД может включать в себя плату (например, печатную плату), имеющую один или более СИД, установленных на ней. В некоторых вариантах осуществления такие печатные платы можно вставлять в разъемы, расположенные в осветительном приборе, или на системной плате, на которой в некоторых вариантах осуществления можно выполнить драйверы освещения.
В различных приложения и установках, осветительное устройство на основе СИД может включать в себя различное число СИД и/или модулей СИД. Например, число СИД и модулей СИД может изменяться в зависимости от требований к выходной мощности света, например, в люменах для конкретной установки.
С точки зрения производства было бы желательным для производителя уменьшить число различных компонентов, которые необходимо производить и поддерживать в наличии, чтобы собирать большое количество различных осветительных устройств на основе СИД, имеющих широкое разнообразие требований к выходной мощности света. Соответственно, было бы желательно иметь возможность использования одного и того же драйвера освещения для различных осветительных устройств на основе СИД, которые имели бы значительные различия по числу СИД и модулей СИД, который включены в них.
В общем, магнитуда и уровень тока возбуждения СИД на выходе драйвера освещения обязательно будут изменяться в зависимости от числа СИД и модулей СИД, к которым он подсоединен и которые он возбуждает. Это означает, что если один драйвер освещения собираются использовать в раде осветительных устройств на основе СИД с различным числом СИД и/или модулей СИД, то драйвер освещения должен включать в себя средство или техническое обеспечение для регулировки тока возбуждения СИД, чтобы удовлетворить требования, относящиеся к возбуждению тока, для различных осветительных устройств на основе СИД в зависимости от различного числа источников света, которые они могут включать в себя. Между тем число СИД и модулей СИД, которые будут включены в конкретное осветительное устройство на основе СИД, определяется во время изготовления этого осветительного устройства на основе СИД. Таким образом, если тот же самый драйвер освещения необходимо будет использовать в ряде осветительных устройств на основе СИД с различным числом СИД и модулями СИД, то драйвер освещения необходимо будет программировать во время изготовления для каждого различного осветительного устройства на основе СИД таким образом, чтобы его выходной ток возбуждения СИД соответствовал конкретному числу СИД и модулю СИД, которые включены в это осветительное устройство на основе СИД.
Однако отдельное программирование драйвера освещения каждого осветительного устройства на основе СИД требует затрат и накладывает ограничения на условия производства. Например, такое программирование может потребовать, чтобы производственные мощности включали в себя специальное оборудование и персонал, обладающий специальными знаниями и способностью программировать драйвер освещения в то время, когда выбирается ряд модулей СИД для осветительного устройства на основе СИД.
С другой стороны, как отмечено выше, если драйвер освещения с фиксированным током возбуждения СИД используется для каждого осветительного устройства на основе СИД, которое имеет различное число модулей СИД, то потребуются построить производственные мощности для хранения большого числа различных драйверов освещения. Кроме того, ремонт в условиях эксплуатации или замена драйверов освещения становится более сложной и дорогой, если существует большое количество различных драйверов освещения, каждый из которых соответствует конкретному осветительному устройству на основе СИД, имеющему конкретное число СИД и модулей СИД.
Еще одна проблема, которая возникает в связи с осветительными устройствами на основе СИД, относится к температуре. Срок службы СИД существенно зависит от температуры, при которой он работает, которая, в свою очередь, зависит от тока возбуждения СИД, протекающего через него. Поэтому было бы желательно, чтобы драйвер освещения был выполнен с возможностью уменьшения тока, проходящего через СИД, когда его температура увеличивается выше номинальной температуры или пороговой температуры, чтобы уменьшить температуру СИД и тем самым продлить его срок службы.
Таким образом, было бы желательно выполнить драйвер освещения и осветительное устройство на основе СИД, которое включало бы в себя драйвер освещения, которые могли бы удовлетворять одному или более из этих требований.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее раскрытие направлено на изобретенные способы и устройство для драйвера освещения и осветительное устройство, которое включает в себя драйвер освещения. Например, в некоторых вариантах осуществления драйвер освещения может автоматически регулировать магнитуду тока возбуждения СИД, который он подает для удовлетворения требований СИД, которые он возбуждает.
Обычно в одном аспекте изобретение относится к системе, которая включает в себя множество модулей светоизлучающих диодов (СИД) и драйвер освещения, функционально подключенный с каждым из множества модулей СИД. Каждый модуль СИД включает в себя соответствующее множество СИД и соответствующий источник тока идентификации, обеспечивающий подачу идентификационного модуля СИД в соответствующий выходной узел тока идентификации модуля СИД, и каждый из выходных узлов тока идентификации модуля СИД из множества модулей СИД соединен вместе для подачи общего тока идентификации модуля СИД, имеющего магнитуду общего тока идентификации модуля СИД, которая изменяется в ответ на число из множества модулей СИД, которые функционально соединены с драйвером освещения. Драйвер освещения включает в себя: управляемый источник тока, подключенный для подачи тока возбуждения СИД к СИД модулей СИД; и контроллер, выполненный с возможностью реагирования на общий ток идентификации модуля СИД для управления управляемым источником тока для того, чтобы подавать ток возбуждения СИД с магнитудой тока возбуждения СИД, которая изменяется в ответ на число из множества модулей СИД, которые функционально соединены с драйвером освещения.
В одном варианте осуществления каждый модуль СИД дополнительно включает в себя соответствующий источник тока с компенсацией температуры, который выполнен с возможностью уменьшения тока идентификации модуля СИД из модуля СИД, когда зарегистрированная температура модуля СИД превышает пороговое значение.
В другом варианте осуществления каждый источник тока идентификации включает в себя соответствующее токовое зеркало, соединенное между соответствующим входным узлом тока возбуждения СИД соответствующего модуля СИД для получения тока возбуждения СИД из драйвера освещения, и выходным узлом тока идентификации модуля СИД. Согласно одной дополнительной особенности данного варианта осуществления, каждый из множества модулей СИД включает в себя соответствующий узел возврата тока возбуждения СИД, где каждый из узлов возврата тока возбуждения СИД из множества модулей СИД соединены вместе и с узлом возврата тока возбуждения СИД драйвера освещения для возврата тока возбуждения СИД в драйвер освещения.
Согласно другому варианту осуществления, когда дополнительный модуль СИД добавлен в систему, драйвер освещения обнаруживает дополнительный модуль СИД и автоматически увеличивает ток возбуждения СИД.
Согласно еще одному варианту осуществления в каждом модуле СИД множество СИД включает в себя множество цепочек СИД, соединенных параллельно друг с другом, где каждая цепочка СИД содержит, по меньшей мере, два СИД.
Согласно еще одному варианту осуществления каждый модуль СИД включает в себя свою соответствующую печатную плату, имеющую соответствующее множество СИД и соответствующий источник тока идентификации, расположенный на ней.
Согласно дополнительному варианту осуществления драйвер освещения включает в себя схему резисторного делителя напряжения, выполненную с возможностью приема общего тока идентификации модуля СИД и дополнительного приема обратного тока возбуждения СИД, который возвращается из всех модулей СИД, и, в ответ на это, подачи сигнала регулировки тока возбуждения СИД в контроллер для регулировки магнитуды тока возбуждения СИД таким образом, чтобы она изменялась в ответ на число из множества модулей СИД, которые подсоединены к драйверу освещения.
В общем, в другом аспекте изобретение относится к драйверу освещения, включающему в себя:
управляемый источник тока, выполненный с возможностью подачи тока возбуждения в один или более осветительных модулей, каждый из которых включает в себя, по меньшей мере, один источник света; и
контроллер, выполненный с возможностью реагирования на общий ток идентификации, который подается из одного или более осветительных модулей, и, в ответ на это, управления управляемым источником тока для подачи тока возбуждения с магнитудой тока возбуждения, которая изменяется в ответ на число из одного или более осветительных модулей, которые функционально соединены с драйвером освещения.
В одном варианте осуществления драйвер освещения дополнительно включает в себя схему резисторного делителя напряжения, выполненную с возможностью приема общего тока идентификации во входном узле тока идентификации, и дополнительно выполнены с возможностью приема обратного тока возбуждения, возвращаемого из одного или более осветительных модулей в узле возврата тока возбуждения, и дополнительно выполненного с возможностью в ответ на это подавать сигнал регулировки тока возбуждения в контроллер для регулировки магнитуды тока возбуждения, чтобы он изменялся в ответ на число одного или более осветительных модулей, которые функционально соединены с драйвером освещения.
Согласно одной дополнительной особенности данного варианта осуществления, схема резисторного делителя напряжения содержит: установочный резистор, соединенный между узлом ввода тока идентификации и узлом возврата тока возбуждения; измерительный резистор, соединенный между узлом возврата тока возбуждения и землей; первый резистор, соединенный между узлом ввода тока идентификации и узлом управления, обеспечивающим подачу сигнала регулировки тока возбуждения в контроллер; и второй резистор, соединенный между узлом управления и землей.
Согласно другой дополнительной особенности данного варианта осуществления, управляемый источник тока содержит переключающее устройство, выполненное с возможностью переключения в ответ на управляющий сигнал переключения, подаваемый из контроллера, где магнитуда (амплитуда) тока возбуждения изменяется в ответ на рабочий цикл и/или частоту переключения переключающего устройства.
В общем, в еще одном аспекте, изобретение сосредоточено на модуле осветительном модуле, который включает в себя: по меньшей мере, один источник света; узел ввода тока возбуждения, выполненный с возможностью приема тока возбуждения и подачи тока возбуждения, по меньшей мере, в один источник света; узел возврата тока возбуждения, соединенный, по меньшей мере, с одним источником света и выполненный с возможностью вывода обратного тока возбуждения, который возвращается из, по меньшей мере, одного источника света; узел вывода тока идентификации; и источник тока идентификации, соединенный между узлом ввода тока возбуждения и узлом ввода тока идентификации и выполненный с возможностью вывода тока идентификации в узел вывода тока идентификации.
В одном варианте осуществления осветительный модуль дополнительно включает в себя источник тока компенсации температуры, который выполнен с возможностью уменьшения тока идентификации, выводимого с помощью осветительного модуля, при увеличении измеренной температуры осветительного модуля.
Согласно одной дополнительной особенности данного варианта осуществления, источник тока идентификации представляет собой токовое зеркало.
Согласно другой дополнительной особенности данного варианта осуществления источник тока компенсации температуры включает в себя пару источников опорного напряжения, и где одна из пар источников напряжения включает в себя элемент с отрицательным коэффициентом тока, такой как опорное напряжение первой одной из пары источников опорных напряжений, которое изменяется от температуры больше, чем опорное напряжение второй одной из пары источников опорного напряжения, которое изменяется от температуры.
Согласно еще одной дополнительной особенности данного варианта осуществления, по меньшей мере, один осветительный модуль включает в себя множество цепочек СИД, соединенных параллельно друг другу, где каждая цепочка СИД содержит, по меньшей мере, два СИД.
В другом варианте осуществления осветительный модуль дополнительно включает в себя плату, имеющую источник тока идентификации и, по меньшей мере, один СИД, расположенный на ней.
В некоторых вариантах осуществления осветительный модуль дополнительно включает в себя светочувствительный датчик, выполненный с возможностью обнаружения количества окружающего света в окружающей среде осветительного модуля.
Согласно дополнительной особенности этих вариантов осуществления осветительный модуль выполнен с возможностью отключения выходного сигнала тока идентификации в ответ на обнаружение светочувствительным датчиком того, что окружающий свет в окружающей среде осветительного модуля превышает пороговое значение.
В некоторых вариантах осуществления осветительный модуль дополнительно включает в себя датчик присутствия, выполненный с возможностью обнаружения того, присутствует ли человек в окружающей среде осветительного модуля.
Согласно дополнительной особенности этих вариантов осуществления осветительный модуль выполнен с возможностью отключения выходного сигнала тока идентификации в ответ на обнаружение светочувствительного датчика того, что человек не присутствует в окружающей среде осветительного модуля.
В общем, в еще одном аспекте изобретение относится к системе, которая включает в себя один или более осветительных модулей; драйвер освещения; и кабель, состоящий из трех проводов, выполненный с возможностью оперативного подключения драйвера освещения к одному или более осветительным модулям. Три провода включают в себя первый провод, несущий ток возбуждения, второй провод, несущий обратный ток возбуждения, и третий провод, несущий общий ток идентификации осветительного модуля.
В общем, в дополнительном аспекте изобретение сориентировано на драйвер освещения, выполненный с возможностью соединения с одним или более осветительных модулей. Драйвер освещения включает в себя схему для выработки тока возбуждения; и интерфейс для кабеля для функционального подключения драйвера освещения к одному или более осветительным модулям. Кабель состоит из трех проводов, включающих в себя, первый провод, несущий ток возбуждения из драйвера освещения, второй провод, несущий обратный ток из одного или более осветительных модулей, и третий провод, несущий общий ток идентификации осветительного модуля из одного или более осветительных модулей.
В общем, в еще одном аспекте изобретение рассматривает осветительный модуль, выполненный с возможностью подсоединения к драйверу освещения. Осветительный модуль включает в себя один или более источников света; генератор тока идентификации, выполненный с возможностью выработки тока идентификации для вывода с помощью осветительного модуля; и интерфейс для кабеля для функционального подключения осветительного модуля к драйверу освещения. Кабель состоит из трех проводов, включающих в себя первый провод, несущий ток возбуждения из драйвера освещения для одного или более источников света, второй провод, несущий обратный ток возбуждения из модуля системы освещения, и третий провод, несущий ток идентификации модуля освещения из осветительного модуля.
В качестве используемого здесь для целей настоящего раскрытия термин "СИД" следует понимать, как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции носителей/на основе перехода, который позволяет генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин "СИД"  включает в себя, но не ограничивается этим, различные структуры на основе полупроводника, которые излучают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИД), электролюминесцентные полосы и т.п. В частности, термин "СИД" относится к светоизлучающим диодам всех типов (в том числе к полупроводниковым и органическим светоизлучающим диодам), которые можно выполнить с возможностью генерации излучения в одном или более из инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных участках видимого спектра (обычно включающего в себя излучение на длинах волн от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры СИД включают в себя, но не ограничиваются этим различные типы инфракрасных СИД, ультрафиолетовых СИД, красных СИД, синих СИД, желтых СИД, СИД с янтарным оттенком, оранжевых СИД и белых СИД (которые будут дополнительно обсуждены ниже). Следует также отметить, что СИД можно выполнить и/или управлять с возможностью генерации излучения, имеющего различную ширину полосы пропускания (например, полную ширину на уровне полумаксимума или FWHM) для заданного спектра (например, узкополосного, широкополосного) и ряд доминирующих длин волн в пределах заданной общей категоризации цвета.
Например, одна реализация СИД, выполненного с возможностью генерации, по существу, белого света (например, белый СИД), может включать в себя ряд кристаллов, которые, соответственно, излучают свет в различных спектрах электролюминесценции, которые, при объединении, смешиваются для получения, по существу, белого света. В другой реализации СИД, излучающий белый свет, может ассоциироваться с фосфорным материалом, который преобразует электролюминесценцию, имеющую в первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере этой реализации, электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкополосный спектр "накачивает" фосфорный материал, который в свою очередь излучает более длинноволновое излучение, имеющее отчасти уширенный спектр.
Следует также отметить, что термин "СИД" не ограничивает тип физической и/или электрической упаковки СИД. Например, как обсуждено выше, СИД можно рассматривать как единое светоизлучающее устройство, имеющее многочисленные кристаллы, которые выполнены с возможностью излучения соответствующим образом различных спектров излучения (например, которыми можно или нельзя по отдельности управлять). Кроме этого, СИД можно ассоциировать с фосфором, который рассматривается как единая часть СИД (например, некоторые типы белых СИД). В общем, термин "СИД" может относиться к корпусированным СИД, некорпусированным СИД, СИД, установленным на поверхности, СИД, установленным по типу "кристалл на плате", СИД с Т-пакетным монтажом, СИД с радиальной упаковкой, мощный упакованный СИД, СИД, включающий в себя некоторый тип корпуса и/или оптического элемента, например, рассеивающую линзу и т.д.
Термин "источник света" следует понимать как относящийся к любому одному или более из множества источников излучения, включающих в себя, но неограниченных, источники на основе СИД (в том числе один или более СИД, которые были описаны выше), источники излучения с нитью накала (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцентные источники, разрядные источники с высокой интенсивностью разряда (например, лампы с парами натрия, парами ртути и металлогалогенные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиро-люминесцентные источники (например, пламя), свече-люминесцентные источники (например, газокалильные светильники, источники излучения на основе углеродной дуги), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодные люминесцентные источники, использующие электронное насыщение, гальвано-люминесцентные источники, кристалло-люминесцентные источники, кине-люминесцентные источники, термо-люминесцентные источники, турбо-люминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
Термин "драйвер освещения" используется здесь для ссылки на устройство, которое обеспечивает подачу электрической мощности на один или более источников света в формате, который побуждает источники света излучать свет. В частности, драйвер освещения может получать электрическую мощность в первом формате (например, питание от сети переменного тока; фиксированное постоянное напряжение и т.д.) и обеспечивает питание во втором формате, который адаптирован к требования источника(ов) света (например, источника(ов) света на основе СИД), которые он возбуждает.
Термин "осветительный модуль" используется здесь для ссылки на модуль, который может включать в себя плату (например, печатную плату), имеющую один или более источников света, установленных на ней, а также один или более ассоциированных электронных компонентов, таких как датчики, источники тока и т.д., и которые выполнены с возможностью подключения к драйверу освещения. Такие осветительные модули можно вставлять в разъемы, расположенные в осветительном приборе или на системной плате, на которой может быть выполнен драйвер освещения. Термин "модуль СИД" используется здесь для ссылки на модуль, который может включать в себя плату (например, печатную плату), имеющую один или более СИД, установленных на ней, а также один или более ассоциированных электронных компонентов, таких как датчики, источники тока и т.д., и которые выполнены с возможностью подключения к драйверу освещения. Такие осветительные модули можно вставлять в разъемы, расположенные в осветительном приборе или на системной плате, на которой может быть выполнен драйвер освещения.
Термин "осветительное устройство" используется здесь для ссылки на устройство, включающее в себя один или более источников света одного и того же типа или различных типов. Данное осветительное устройство может иметь любое одно из множества монтажных размещений для источника(ов) света, размещения и формы кожуха/корпуса и/или конфигурации электрического и механического соединения. Кроме того, данное осветительное устройство может быть дополнительно связано с (например, включать в себя, иметь возможность подключения к и/или размещаться в корпусе вместе с) различными другими компонентами (например, схемой управления; драйвером освещения), относящимися к работе источника(ов) света. Термин "осветительное устройство на основе СИД" относится к осветительному устройству, которое включает в себя один или более источников света на основе СИД, как обсуждено выше, отдельно или в сочетании с другими источниками света, не основанными на СИД.
Термины "осветительный прибор" и "светильник" используются здесь взаимозаменяемо для ссылки на реализацию или размещение одного или более осветительных устройств в виде конкретного форм-фактора, сборки или корпуса, и могут ассоциироваться с (например, включать в себя, иметь возможность подключения к и/или размещения в корпусе вместе с) другими компонентами.
Термин "контроллер" используется в данном документе, в общем, для описания различных устройств, относящихся к работе одного или более источников света. Контроллер можно реализовать различными способами (например, таким как с помощью специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, которые обсуждаются в данном документе. "Процессор" представляет собой один пример контроллера, в котором используется один или более микропроцессоров, которые можно запрограммировать с использованием программного обеспечения (например, микрокода), для выполнения различных функций, которые обсуждаются в данном документе. Контроллер можно реализовать с помощью или без применения процессора, и также можно реализовать в качестве комбинации специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций, и процессора (например, один или более программируемых микропроцессоров и связанных схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые можно использовать в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия, включают в себя, но не ограничиваются, традиционные микропроцессоры, проблемно-ориентированные интегральные микросхемы (ASIC) и программируемые логические матрицы (FPGA).
Следует понимать, что когда на элемент ссылаются как на "подсоединенный" или "подключенный" к другому элементу, и его можно непосредственно соединить или подсоединить к другому элементу, или могут присутствовать промежуточные элементы. Напротив, когда на элемент ссылаются как на "непосредственно подсоединенный" или "непосредственно подключенный" к другому элементу, то промежуточные элементы не присутствуют.
Следует понимать, что все комбинации вышеуказанных концепций и дополнительных концепций, обсужденных более подробно ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно противоречащими), рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого здесь. В частности, все комбинации заявленного предмета изобретения, приведенного в конце данного раскрытия, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого здесь. Следует также понимать, что терминологии, которая однозначно используется здесь и которая также может появиться в любом раскрытии в качестве ссылки, следует предавать значение в соответствии с конкретными концепциями, раскрытыми в данном описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах одинаковые ссылочные позиции, в общем, относятся к одинаковым частям на всем протяжении различных видов. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, и основное внимание обращается, в общем, на иллюстрации принципов настоящего изобретения.
Фиг. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления осветительного устройства на основе СИД.
Фиг. 2 иллюстрирует один примерный вариант осуществления драйвера освещения для осветительного блока на основе СИД.
Фиг. 3 - принципиальная схема одного варианта осуществления модуля СИД.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как отмечалось выше, нежелательно иметь для производства, хранения и поставки различные драйверы освещения для различных осветительных устройств на основе СИД в зависимости от числа модулей СИД, которые включают в себя различные блоки. Также нежелательно, чтобы СИД в осветительном устройстве на основе СИД работали при температурах, которые являются слишком высокими и которые могут сократить срок службы СИД.
Поэтому автор данного изобретения распознал и оценил, что было бы полезным выполнить драйвер освещения, который можно было бы установить в ряд осветительных устройств на основе СИД, которые имели бы широкий разброс по числу СИД и модулей СИД, которые включены и можно изготовить на предприятии без потребности в специальном оборудовании и персонале, обладающим специальными знаниями и способностью программировать драйвер освещения. Изобретатель также распознал, что было бы преимущественным выполнить такой драйвер освещения, который позволил бы уменьшить ток, подаваемый на СИД, когда температура модуля СИД превышает номинальное или пороговое значение.
В свете вышеизложенного, различные варианты осуществления и реализации настоящего изобретения направлены на самонастраивающийся драйвер освещения и осветительного устройства на основе СИД, которые включает в себя самонастраивающийся драйвер освещения.
Фиг. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления осветительного устройства 100 на основе светоизлучающих диодов (СИД), которые включают в себя драйвер 110 освещения, подключенный к множеству (N) модулей 120-1~120-N СИД с помощью кабеля 130, состоящего из трех проводов, как будет описано более подробно ниже со ссылкой на фиг.2.
В общем, драйвер 110 освещения любую схему общего применения для подачи управляемого тока I_Drive возбуждения СИД в модуле 120-1~120-N СИД, вместе со схемой, примеры которой описаны ниже, для автоматической регулировки уровня или магнитуды тока I_Drive возбуждения СИД в ответ на требования к току соединенных модулей 120-1~120-N СИД. В конкретном варианте осуществления, как будет объяснено ниже, драйвер 110 освещения включает в себя схему, которая может работать совместно с модулями 120-1~120-N СИД для автоматической регулировки уровня или магнитуды тока I_Drive возбуждения СИД, чтобы увеличивать тогда, когда увеличивается число N модулей СИД, присутствующих в осветительном устройстве 100 на основе СИД, и уменьшать, когда уменьшается число N модулей СИД, присутствующих в осветительном устройстве 100 на основе СИД. Таким образом, можно использовать один и тот же драйвер 110 освещения для первого варианта осуществления осветительного устройства 100 на основе СИД, имеющего N=8 модулей 120 СИД, и для второго варианта осуществления осветительного устройства 100 на основе СИД, имеющего N=4 модуля СИД.
Модуль 120 СИД включает в себя один или более цепочек 122 СИД, первый источник 124 тока, второй источник 126 тока и плату 128. Во избежание путаницы и для ясности изложения первый источник 124 тока в дальнейшем будет называться как "источник 124 тока идентификации", и второй источник 126 тока в дальнейшем будет называться как "источник 126 тока компенсации температуры".
В некоторых вариантах осуществления осветительных устройств, модуль СИД может не включать в себя источник 126 тока компенсации температуры. В некоторых вариантах осуществления осветительных устройств, модуль СИД может не включать в себя отдельную плату. Соответственно, термин "модуль СИД" следует рассматривать в широком смысле, который распространяется на блок, который включает в себя минимум, по меньшей мере, один СИД и, по меньшей мере, один источник 124 тока идентификации.
Как показано на фиг.1, каждый модуль 120-i СИД получает ток возбуждения СИД в узле 160 ввода тока возбуждения как часть общего тока I_Drive возбуждения СИД, выводимого с помощью драйвера 110 освещения, и возвращает обратный ток I_Drive_Ret возбуждения СИД через узел 170 возврата тока возбуждения СИД. Модуль 120 СИД также выводит ток I_Module идентификации модуля СИД через узел 180 вывода тока идентификации модуля СИД. Как будет объяснено более подробно ниже по отношению к обсуждению фиг.3, ток I_Module идентификации модуля СИД представляет собой разность между током I-Ident источника 124 тока идентификации и током I_Temp компенсации температуры схемы 126 тока компенсации температуры 126:
Как показано на фиг.1, каждый из модулей 120-1~120-N СИД подает соответствующий ток I_Module_1~I_Module_N тока идентификации модуля СИД. Все узлы 180 вывода тока идентификации модуля СИД из множества модулей 120-1~120-N СИД соединены вместе для подачи общего тока I_Module_Tot идентификации модуля СИД в драйвер 110 освещения, где:
Общий ток I_Module_Tot идентификации модуля СИД имеет общую магнитуду тока идентификации модуля СИД, которая изменяется в ответ на число (N) из множества модулей 120 СИД, которые представлены в осветительном устройстве 100 СИД.
В частности, предполагая в качестве примера, что каждый из модулей 120-1~120-N выводит ток I_Module идентификации модуля СИД, который имеет одинаковый уровень и магнитуду, общий ток I_Module_Tot идентификации имеет вид:
Этот пример может быть применен, например, в вариантах осуществления, где все модули 120-1~120-N СИД включают в себя одинаковое число цепочек СИД и не включают в себя любой источник 126 тока компенсации температуры. Кроме этого, уравнение 3 можно применить в случае, где источники 126 тока компенсации температуры не включаются в ответ на высокую температуру в соответствующем модуле 120 СИД, как будет объяснено более подробно ниже по отношению к обсуждению к фиг.3.
Поэтому общий ток I_Module_Tot идентификации модуля СИД обеспечивает индикацию числа модулей 120-1~120-N СИД, которые подключены к драйверу 110 освещения, и в дальнейшем будут возбуждаться драйвером 110 освещения. В общем, I_Module_Tot обеспечивает индикацию в драйвере 110 освещения требований к возбуждению тока подключенных модулей 120-1~120-N СИД.
Фиг.2 иллюстрирует один примерный вариант осуществления драйвера 200 освещения для осветительного устройства СИД. Драйвер 200 освещения может представлять собой один вариант осуществления драйвера 130 освещения в осветительном устройстве 100. Для других вариантов осуществления драйвера 200 освещения возможны многие другие специфические построения схем, которые отличаются от той, которая показана на фиг. 2. Но данный вариант осуществления изложен в качестве примера для иллюстрации самонастраивающегося драйвера освещения, который позволяет регулировать уровень или магнитуду тока возбуждения СИД в ответ на общий ток I _Module_Tot идентификации модуля СИД, который подается в него с помощью множества модулей СИД.
Драйвер 200 освещения включает в себя выпрямитель 210, переключающее устройство 220, контроллер 230, напряжение питания 240 Vcc, силовую цепь 250, схема 260 резисторного деления напряжения и дополнительно датчик 270 напряжения для измерения напряжения на СИД параллельно выходу драйвера 200 освещения. Драйвер 200 освещения также включает в себя узел 212 вывода тока возбуждения СИД, узел 214 возврата тока возбуждения СИД и узел 216 ввода общего тока идентификации. Узел 212 вывода тока возбуждения СИД, узел 214 возврата тока возбуждения СИД и узел 216 ввода общего тока идентификации обеспечивают интерфейс для кабеля 130 для функционального подключения драйвера 200 освещения к одному или более осветительным модулям, в частности, модулям СИД. Преимущественно, кабель 130 состоит только из трех проводов, включающих в себя первый провод, несущий ток I _Drive возбуждения СИД из драйвера освещения, второй провод, несущий обратный ток I_Drive_Ret возбуждения СИД из одного или более модулей системы освещения, и третий провод, несущий общий ток I_Module_Tot идентификации модуля СИД из одного или более осветительных модулей в драйвер 200 освещения. Схема 260 резисторного делителя напряжения включает в себя: установочный резистор Rset, соединенный между узлом 216 ввода общего тока идентификации и узлом 214 возврата тока возбуждения СИД; измерительный резистор Rsense, соединенный между узлом 214 возврата тока возбуждения СИД и землей; первый резистор R1, соединенный между узлом 216 ввода общего тока идентификации и узлом 218 управления, который обеспечивает подачу сигнала Uref регулировки тока возбуждения в контроллер 230; и второй резистор, соединенный между узлом 218 управления и землей. Обратный ток I_Drive_Ret возбуждения СИД поступает с помощью драйвера 200 освещения через узел 214 возврата тока возбуждения СИД; и подается в контроллер 230 в качестве измеренного тока на концах измерительного резистора Rsense для управления магнитудой тока I_Drive возбуждения СИД.
Во время работы переключающее устройство 220 вместе с силовой цепью 250 функционируют как управляемый источник тока или источник питания для тока I_Drive возбуждения СИД. Контроллер 230 обеспечивает подачу сигнала управления переключением в переключающее устройство 220 через драйвер 250 переключения. С помощью управления рабочим циклом переключения и/или частотой переключения переключающего устройства 220, контроллер 230 может управлять магнитудой (амплитудой) или уровнем тока I_Drive возбуждения СИД. Контроллер 230 устанавливает рабочий цикл и/или частоту переключения переключающего устройства 220 и, таким образом, магнитуду или уровень тока I_Drive возбуждения СИД в ответ на напряжение Uref, выработанное с помощью схемы 260 резисторного делителя напряжения, которое, в свою очередь, вырабатывается из общего тока I_Module_Tot идентификации модуля СИД, согласно уравнению (4):
Преимущественно, R1=R2 и R1 и R2 имеют значение, которое значительно выше, чем Rset, причем значение Rset, в свою очередь, значительно выше, чем значение Rsense (например, Rset=1000*Rsense).
Контроллер 230 использует напряжение Uref в качестве сигнала регулировки тока возбуждения СИД для регулировки магнитуды или уровня тока I_Drive возбуждения СИД, который имеет вид:
Таким образом, как можно увидеть из уравнения (5) I_Drive возбуждения СИД является функцией от общего тока I_Module_Tot идентификации модуля СИД, подаваемого с помощью модулей СИД. Сочетание с уравнением (3), в случае, где каждый из модулей СИД выводит ток I_Module идентификации модуля СИД с одинаковым уровнем и магнитудой, ток I_Drive возбуждения СИД принимает вид:
Из уравнений (5) и (6) можно увидеть, что драйвер 200 освещения автоматически регулирует ток I_Drive возбуждения СИД, который он обеспечивает в ответ на число N модулей СИД, которые присутствуют в осветительном устройстве и возбуждаются с помощью драйвера 200 освещения.
Кроме того, в случае, где каждый модуль включает в себя источник тока для компенсации температуры, как показано на фиг. 1, и будет описано более подробно ниже со ссылкой на фиг. 3, общий ток I_Module_Tot идентификации модуля СИД будет уменьшаться тогда, когда измеренная температура любого одного или более модулей СИД будет превышать номинальную или пороговую температуру. Таким образом, согласно уравнению (5), ток I_Drive возбуждения СИД будет также уменьшаться, снижая при этом ток, подаваемый в СИД модулей СИД, тем самым уменьшая их рабочие температуры и продлевая их предполагаемый срок службы.
На фиг. 1 изображена схема одного варианта осуществления модуля 300 СИД. Модуль 300 СИД включает в себя множество (K) цепочек 322-1~322-K СИД, причем каждая из цепочек 322-1~322-K включает в себя множество СИД 323, соединенных последовательно друг с другом, и которые в некоторых случаях могут включать в себя первую группу M (например, M=5) СИД 323, соединенных последовательно со второй группой Р (например, P=6) СИД 323. Модуль 300 СИД также включает в себя первый источник 324 тока "идентификации" и второй источник 326 тока "компенсации температуры".
Источник 324 идентификации включает в себя транзисторы T1 и T3, шунтирующий источник Q1 опорного напряжения и резисторы R3, R4 и Re1 и соединен между узлом 360 входа возбуждения СИД и узлом 380 выхода тока идентификации модуля СИД. Источник 326 тока компенсации температуры включает в себя транзисторы T5 и T7, источники Q5 и Q7 опорного напряжения, резисторы R5, R7, R8 и Re7 и элемент NTC с отрицательным коэффициентом тока. Транзисторные пары T1 и T3 и T5 и T7 могут представлять собой согласованные по параметрам двойные транзисторы, двойные транзисторы или два одиночных транзистора в зависимости от желательного допуска для соответствующего источника тока. Резисторы Rc1, Rc5 и R соединяют источник, соединяют вместе источник 324 тока идентификации, источник 326 тока компенсации температуры и цепочку 322-1 СИД.
Во время работы модуль 300 СИД получает часть тока I_Drive возбуждения СИД через узел 360 ввода тока возбуждения СИД и возвращает часть обратного тока I_Drive_Ret возбуждения СИД через узел 370 возврата тока возбуждения СИД. Узел 360 ввода тока возбуждения СИД подсоединен к СИД 323 из цепочек 322-1~322-K и модуль 300 СИД обеспечивает питание участка тока I_Drive возбуждения СИД в СИД 323 цепочек 322-1~322-K СИД.
Источник 324 тока идентификации вырабатывает ток I-Ident. В рабочем состоянии, где измеренная температура модуля 300 СИД меньше, чем номинальное или пороговое значение, источник 326 тока компенсации температуры отключен. В этом случае модуль 300 СИД выдает ток I-Ident из узла 380 вывода тока идентификации модуля СИД в качестве тока I_Module идентификации модуля СИД.
Так как измеренная температура модуля 300 СИД увеличивается выше номинальной или пороговой температуры, источник 326 тока компенсации температуры выполнен с возможностью уменьшения тока I_Module идентификации, который подается из модуля 300 СИД. Q7 и Q5 образуют два источника напряжения, один из которых зависит от температуры из-за элемента NTC с отрицательным коэффициентом тока. Например, в одном варианте осуществления NTC может иметь импеданс от 15 кОм при 35°C и пониженный импеданс 2,5 кОм при +70°C. Так как импеданс NTC уменьшается в зависимости от температуры, в определенной точке срабатывания (соответствующей, например, заданной пороговой температуре) напряжение на эмиттере T5 будет равняться и затем превышать напряжение источника Q7 опорного напряжения. Когда напряжение на эмиттере T5 становится больше, чем напряжение источника Q7 опорного напряжения, транзистор T7 перейдет в проводящее состояние, выдавая ток I_Temp компенсации температуры, магнитуда которого увеличивается в зависимости от увеличения модуля 300 СИД. Ток I_Temp компенсации температуры вычитается из тока коллектора T3, что приводит, в результате, к уменьшению тока I_Module идентификации модуля СИД, который выходит из узла 380 вывода тока идентификации модуля СИД. Как объяснено выше по отношению к фиг. 1 и 2 и как видно из приведенных выше уравнений (2) и (5), когда ток I_Module идентификации для одного или более модулей 300 СИД уменьшается, ток I_Drive возбуждения СИД, подаваемый с помощью драйвера освещения, также уменьшается, уменьшая ток, проходящий через СИД 323, и тем самым снижая температуру модуля 300 СИД.
Как упомянуто выше, в некоторых вариантах осуществления модуль 300 СИД может обойтись без источника 326 тока компенсации температуры, при этом недостаток драйвера освещения состоит в отсутствии возможности автоматической регулировки (уменьшения) тока возбуждения СИД при увеличении температуры СИД. В этом случае, ток I_Module идентификации модуля СИД равен току I-Ident, полученному с помощью источника 326 тока компенсации температуры.
В некоторых вариантах осуществления, когда температура конкретного модуля 300 СИД продолжает увеличиваться, ток I_Temp компенсации температуры для конкретного модуля 300 СИД может увеличиваться до тех пор, пока он не станет больше, чем ток I-Ident, при этом ток подается из источников 324 тока идентификации других модулей 300 СИД, к которому он подсоединен, в случае которого конкретный модуль СИД уменьшает общий ток I_Module_Tot идентификации модуля СИД, который подается в качестве обратной связи в драйвер СИД.
Модуль 300 СИД дополнительно включает в себя, по меньшей мере, датчик 330 и переключатель 340. Датчик(и) может включать в себя датчик окружающего света и/или датчик присутствия, который позволяет управлять освещением, производимым модулем 300 СИД в ответ на изменение условий окружающей среды. Например, когда датчик 330 окружающего света обнаруживает, что уровень окружающего света в окружающей среде модуля 300 СИД выше определенного порога, и/или когда датчик 330 присутствия не обнаруживает, что какой либо человек присутствует в окружающей среде модуля 300 СИД, может быть желательным уменьшить или отключить освещение, обеспечиваемое модулем 300 СИД с целью экономии электроэнергии. В этом случае, одним или более переключателями (например, переключателем 340) можно управлять таким образом, чтобы запретить прием тока I_Drive возбуждения СИД и/или запретить вывод тока I _Module идентификации модуля СИД, когда, например, обнаружено, что уровень окружающего света в окружающей среде модуля 300 СИД выше определенного порога и/или, что люди не присутствуют в окружающей среде модуля 300 СИД.
Поэтому, как объяснено выше, в осветительном устройстве 100, имеющем вышеописанные модули СИД с размещенным на плате источником тока идентификации, самонастраивающийся драйвер освещения может автоматически адаптировать свой ток возбуждения СИД к требованиям подключенных модулей СИД. В частности, драйвер освещения на основе СИД позволяет подавать ток возбуждения СИД с магнитудой тока возбуждения СИД, которая изменяется в ответ на число из множества модулей СИД, которые присутствуют в системе.
Следует понимать, что хотя, чтобы обеспечить конкретную иллюстрацию, примерные варианты осуществления были описаны выше в контексте модулей СИД, которые включают в себя источники света на основе СИД, концепции, описанные выше, не должны быть, таким образом, ограниченными, и их можно применить к драйверам освещения, обеспечивающим подачу питания в осветительные модули, которые включают в себя другие типы источников света, и которые обеспечивают подачу тока и идентификации обратно в модуль системы освещения с целью облегчения регулировки с помощью драйвера освещения уровня мощности, который он подает в ответ, например, на число осветительных модулей, к которым он подключен.
Хотя здесь описаны и проиллюстрированы несколько вариантов осуществления изобретения, обычные специалисты в данной области техники легко смогут предусмотреть множество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного более преимуществ, описанных здесь, и предполагается, что каждое из таких изменений и/или каждая из таких модификаций находится в рамках объема притязаний вариантов осуществления изобретения, описанных здесь. Более обобщенно специалисты в данной области техники легко поймут, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, будут зависеть от конкретного приложения или конкретных приложений, для которых применяется или применяются положение или положения данного изобретения. Специалисты в данной области техники поймут или будут способны разработать с помощью не более чем самых обычных экспериментов многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления, описанных здесь. Поэтому должно быть понятно, что вышеуказанные варианты осуществления представлены лишь в качестве примера и что в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты осуществления изобретения могут быть воплощены на практике не теми способами, которые конкретно описаны и заявлены. Различные варианты осуществления данного изобретения посвящены каждому отдельному признаку, каждой отдельной системе, каждому отдельному изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанным здесь. Кроме того, любая совокупность двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, находится в рамках объема притязаний данного изобретения.
Все употребляемые здесь определения следует понимать, руководствуясь словарными определениями, определениями, указанными в документах, приведенных для справок, и/или в обычном смысле определяемых терминов.
Если явно не указано противоположное, то признаки единственного числа существительных, употребляемые в описании и формуле изобретения, следует понимать в смысле "по меньшей мере, один (одна, одно)".
В том смысле, в каком оно употребляется в описании и формуле изобретения, выражение "по меньшей мере, один" применительно к списку из одного или более элементов следует понимать как означающее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого или любых элементов в списке элементов, но не обязательно включающее в себя, по меньшей мере, один из каждого и всякого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов, и не исключающее любые комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает ситуацию, в которой, по выбору, могут присутствовать элементы, отличающиеся от тех элементов, конкретно указанных в пределах списка элементов, к которому относится выражение "по меньшей мере, один", как связанные, так и не связанные с теми элементами, которые конкретно указаны. Следует также понять, что если ясно не указано противоположное, то в любых способах, заявляемых здесь, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничивается тем порядком, в котором этапы или действия способа представлены. Кроме того, ссылочные позиции, появляющиеся в скобках в формуле изобретения, если таковые имеются, предназначены только для удобства и в любом случае не должны быть истолкованы как ограничивающие формулу изобретения.