КОМПОНОВКА СВЕТОДИОДНОЙ СХЕМЫ
LIGHT DIODE CIRCUIT LAYOUT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к компоновке светодиодной схемы, к светодиодному источнику света и к способу работы компоновки светодиодной схемы. В частности, настоящее изобретение относится к возбуждению компоновки светодиодной схемы при рабочем напряжении с обеспечением безопасной и экономичной сборки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Светоизлучающие диоды (светодиоды) используются для множества применений, включая, в частности, сигнализацию, и в настоящее время в большей степени в применениях общего освещения. В зависимости от конкретной задачи и типа используемого светодиода существуют различные конструкции схем возбуждения для светодиодов. Вследствие экспоненциальной зависимости между рабочим током и напряжением, светодиоды, подобно другим диодам, обычно возбуждают от блока питания постоянного тока или схемы возбуждения. В наиболее простом виде эта схема возбуждения может состоять из последовательно включенного резистора, предназначенного для ограничения максимального тока, подаваемого в светоизлучающий диод, в случае изменения рабочего напряжения. Конечно, из-за относительно высоких потерь такая компоновка может быть совершенно непригодной для задач, связанных с освещением, то есть, для работы вместе с высокомощными светодиодами. Помимо вышеупомянутой простой схемы возбуждения с последовательно включенным резистором, в данной области техники известны другие схемы возбуждения. Однако такие схемы обычно являются сложными и дорогими. Кроме того, в большинстве случаев конструкция электрической схемы должна адаптироваться к типу и к количеству используемых светодиодов, что делает ее ограниченно масштабируемой. Таким образом, в частности, для все возрастающего использования светодиодов в применениях общего освещения такие схемы могут быть непригодны.
US 7468723 описывает устройство возбуждения для двух цепочек светодиодов, которые соединены последовательно. Устройство возбуждения включает в себя повышающий преобразователь, который выполнен с возможностью обеспечения выходного напряжения от источника напряжения. Кроме того, устройство возбуждения включает в себя переключатель, который соединен по половине соединенных последовательно цепочек светодиодов. Для управления переключателем используют коэффициент заполнения 50%. При задействованном повышающем преобразователе один из переключателей включен, а другой выключен. Такая конфигурация не оптимальна в отношении управления яркостью, в частности мерцанием, и не эффективна в виду требуемого числа светодиодов, так как светодиоды выборочно выключаются и включаются.
Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение компоновки светодиодной схемы, обеспечивающей эффективную работу светодиодного источника света при требуемой средней яркости без существенного мерцания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данная задача решается посредством компоновки светодиодной схемы в соответствии с п.1 формулы изобретения, светодиодного источника света в соответствии с п.12 и способа работы светодиодного источника света в соответствии с п.13. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам исполнения настоящего изобретения.
Основная идея этого изобретения состоит в предложении компоновки светодиодной схемы, в которой светодиодный источник света может работать в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения в зависимости от уровня тока для обеспечения управления током через светодиодный источник света. Таким образом, настоящее изобретение предпочтительно дает возможность возбуждать светодиодный источник света посредством простого и эффективного по стоимости источника напряжения, такого как обычный блок питания.
Компоновка светодиодной схемы в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере вход напряжения, предназначенный для подачи рабочего напряжения во время работы, реактивный элемент, соединенный последовательно с упомянутым входом напряжения, и по меньшей мере один светодиодный источник света. Светодиодный источник света содержит первый и второй светодиодные блоки, каждый из которых имеет по меньшей мере один светоизлучающий диод (светодиод), управляемые средства переключения для соединения упомянутых светодиодных блоков с упомянутым реактивным элементом в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения и блок управления. В упомянутом режиме низкого напряжения светодиодный источник света показывает первое прямое напряжение. В режиме высокого напряжения светодиодный источник света показывает второе прямое напряжение, более высокое, чем первое прямое напряжение. Блок управления сконфигурирован для установки первого переключающего средства в упомянутый режим низкого напряжения, когда ток, поданный на упомянутый светодиодный источник света, соответствует первому пороговому значению тока, и на установку упомянутого переключающего средства в упомянутый режим высокого напряжения, когда упомянутый поданный ток соответствует второму пороговому значению тока.
Как упоминалось выше, компоновка светодиодной схемы согласно изобретению содержит вход напряжения, предназначенный для подачи во время работы рабочего напряжения на упомянутый светодиодный источник света. Таким образом, вход напряжения может содержать соответствующий блок питания с регулируемым напряжением, или же он может быть выполнен с возможностью подсоединения к соответствующему источнику напряжения, например, к соответствующему внешнему источнику питания. Этот внутренний/ внешний источник питания может быть выполнен с возможностью обеспечения номинального выходного напряжения, например, в 3,3 В, 5 В, 12 В, 13,8 В, 24 В или 48 В и может быть установлен на заданный максимальный ток. Таким источником питания может быть, например, простой подключаемый к питающей сети трансформатор с выпрямителем или аккумуляторная батарея. Возможно, упомянутый источник питания может содержать схему фильтра. Таким образом, вход напряжения может содержать два электрических вывода, таких как контактные площадки для пайки, проволочные контактные выводы или любые подходящие проводники или вилку для подключения к электропитанию.
Хотя в соответствии с настоящим изобретением термин "рабочее напряжение" относится к однополярному напряжению, например, к напряжению постоянного тока, компоновка светодиодной схемы согласно изобретению допускает некоторое изменение напряжения в виде "пульсации" напряжения постоянного тока, обеспеченной от линии питающей сети через обычный нестабилизированный выпрямитель. Вход напряжения, конечно, может содержать дополнительные электрические или механические компоненты, например, соответствующий разъемный электрический соединитель, в случае, если для компоновки схемы предусмотрено отсоединение от источника напряжения.
Реактивный элемент соединен последовательно с входом напряжения для подачи на светодиодный источник света "реактивной мощности". Таким образом, этот реактивный элемент может быть установлен между входом напряжения и светодиодным источником света, но, альтернативно, в зависимости от соответствующего применения, может быть целиком или частично выполнен как единое целое с одним из вышеупомянутых компонентов. Например, этот реактивный элемент может быть расположен между одним из электрических выводов входа напряжения и соответствующим выводом светодиодного источника света.
Реактивный элемент может быть накопителем энергии любого подходящего типа, таким как устройство накопления энергии в магнитном поле, то есть, индуктором, связанным индуктором, трансформатором, соответствующим проводником или электрическим компонентом любого типа, обладающим индуктивными свойствами. Однако предпочтительно, чтобы этот реактивный элемент был индуктором, то есть, соответствующего типа катушкой и индуктивностью.
Компоновка светодиодной схемы в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит упомянутый светодиодный источник света, имеющий первый и второй светодиодные блоки. Каждый из первого и второго светодиодных блоков содержит по меньшей мере один светоизлучающий диод, который в терминах настоящего изобретения может содержать твердотельный источник света любого типа, такой как неорганический светодиод, органический светодиод или твердотельный лазер, то есть, лазерный диод.
Для использования в целях общего освещения светодиодный блок, предпочтительно, может содержать по меньшей мере один высокомощный светодиод, то есть, светодиод, имеющий световой поток, больший чем 1 лм. Предпочтительно, упомянутый высокомощный светодиод дает световой поток, больший чем 20 лм, более предпочтительно, более чем 50 лм. Для модифицированных применений особенно предпочтительно, чтобы общий световой поток светодиодного источника света находился в диапазоне от 300 до 10000 лм.
Наиболее предпочтительно, чтобы светоизлучающие диоды упомянутых первого и/или второго светодиодных блоков были выполнены интегрально на одном полупроводниковом кристалле или подложке, образуя, таким образом, компактную сборку.
Конечно, светодиодные блоки могут содержать другие электрические или электронные компоненты, такие как блок устройства возбуждения, например, предназначенные для установки яркости и/или цветности, сглаживающий конденсатор или фильтрующий конденсатор. Каждый светодиодный блок может содержать более чем один светодиод, например, для увеличения светового потока светодиодного источника света или в применениях, где необходимо цветовое управление излучаемым светом, например, с использованием RGB-светодиодов.
В соответствии с изобретением светодиодный источник света дополнительно содержит управляемые средства переключения для подсоединения первого и второго светодиодных блоков к реактивному элементу в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения. Таким образом, эти средства переключения могут быть средствами любого подходящего типа для обеспечения возможности соединения светодиодных блоков с упомянутым реактивным элементом в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения. Конечно, для реализации упомянутых режимов низкого и высокого напряжения могут присутствовать и другие электрические схемы. Однако средства переключения позволяют включать соответствующий режим работы, то есть, соответственно, режим низкого и высокого напряжения. Эти средства переключения, предпочтительно, должны быть адаптированы под электрические характеристики, необходимые для выполнения задачи, в показателях максимального напряжения и тока, а также и в том, что касается частоты переключения, то есть, они должны быть введены рекуррентно режиму низкого напряжения и режиму высокого напряжения. Наиболее предпочтительно, чтобы эти средства переключения были адаптированы совместно с реактивным элементом с учетом рабочего напряжения для обеспечения переключающей частоты более 20 кГц.
Средства переключения могут содержать одно или более электрических или электронных переключающих устройств, например, один или более транзисторов, в частности, один или более биполярных и/или полевых транзисторов. Средства переключения, предпочтительно, содержат один или более полевых МОП-транзисторов (MOSFET), которые особенно предпочтительны с точки зрения рабочего диапазона тока и частоты переключения.
Средства переключения управляются упомянутым блоком управления по соответствующему проводному или беспроводному соединению управления. Блок управления сконфигурирован с возможностью установки упомянутых средств переключения в режим низкого напряжения, когда рабочий ток, поданный на упомянутый светодиодный источник света, соответствует упомянутому первому пороговому значению, и установки упомянутых средств переключения в режим высокого напряжения, когда упомянутый поданный ток соответствует упомянутому второму пороговому значению. Блок управления, таким образом, выполнен с возможностью управления этими средствами переключения во время работы в зависимости от уровня тока, то есть, тока через светодиодный источник света, например, когда на вход напряжения компоновки схемы подано рабочее напряжение.
Блок управления может быть любого подходящего типа, позволяющий производить управление средствами переключения так, как описано выше. Поэтому блок управления может содержать дискретные и/или интегральные электрические или электронные компоненты, микропроцессорный и/или компьютерный узел, например, с соответствующим программированием. Предпочтительно, чтобы блок управления был выполнен интегрально со средствами переключения так, чтобы образовалась наиболее компактная сборка.
Первое и второе пороговые значения могут быть значениями с фиксированными установленными значениями, то есть установленными на заводе-изготовителе согласно соответственным задачам, например, в соответствии с типом светодиодов упомянутых первого и второго светодиодных блоков и с их потреблением по току. Альтернативно, первое и второе пороговые значения могут быть переменными, то есть, сохраненными в соответствующей памяти. В этом случае должен быть обеспечен пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю или монтажнику вводить пороговые значения. Альтернативно или дополнительно, пороговые значения могут устанавливаться или определяться схемой обратной связи, например, посредством измерения светового потока светодиодных блоков во время работы.
В соответствии с настоящим изобретением первое и второе пороговые значения относятся к определенным уровням тока, так что блок управления может устанавливать соответствующий рабочий режим средств переключения для обеспечения управления по току. Таким образом, режим работы средств переключения устанавливается в соответствии с уровнем рабочего тока. Блок управления устанавливает средства переключения для работы в режиме низкого напряжения, когда рабочий ток соответствует упомянутому первому пороговому значению. Соответственно, эти средства переключения устанавливаются для работы в режиме высокого напряжения, когда подаваемый ток соответствует упомянутому второму пороговому значению.
Эти два режима работы средств переключения отличаются один от другого прямым напряжением светодиодного источника света. Термин "прямое напряжение светодиодного источника света" в данном контексте относится к общему падению напряжения на светодиодном источнике света, когда к этому светодиодному источнику света приложено напряжение, то есть, к падению напряжения на входе напряжения.
Общее падение напряжения в соответствии с первым прямым напряжением, то есть в режиме низкого напряжения, меньше чем падение напряжения в соответствии со вторым прямым напряжением, то есть, в режиме высокого напряжения.
Полагая, что рабочее напряжение является относительно постоянным или медленно изменяющимся, разное падение напряжения светодиодного источника света предпочтительно позволяет производить управление током, поскольку последовательно включенный реактивный элемент в некоторой степени развязывает рабочее напряжение и напряжение на светодиодных источниках света и подает на светодиодный источник света ток в зависимости от соответствующего уровня напряжения. Например, в режиме низкого напряжения реактивный элемент может быть сконфигурирован с возможностью работы в режиме зарядки, то есть накопления энергии, что приводит к увеличению тока. В режиме высокого напряжения реактивный элемент, соответственно, может работать в режиме разрядки, так что ток при этом последовательно уменьшается. Таким образом, компоновка схемы согласно изобретению обеспечивает регулирование тока через первый и второй светодиодные блоки в допустимом пределе управления в соответствии с первым и вторым пороговыми значениями. Поэтому возможна работа компоновки светодиодной схемы с источником напряжения вместо источника фиксированного тока или сложной схемы управления током.
Компоновка светодиодной схемы и/или светодиодный источник света, конечно, могут содержать другие компоненты, такие как корпус, одну или более розеток, сглаживающий каскад, схему фильтрации мерцания и/или дополнительную схему управления, например, для установки цвета испущенного света в случае наличия по меньшей мере одного блока RGB-светодиодов. Кроме того, предпочтительно, может присутствовать интерфейс связи, предназначенный для получения команд управления и/или выдачи информации о состоянии, например, от настенного регулятора силы света посредством сигнала управления в 0-10 В, Dali, DMX, Ethernet/ WLAN, Zigbee или им подобными.
Как упоминалось выше, первое и второе пороговые значения могут быть введены в соответствии с задачей и, в частности, в соответствии с уровнями тока светодиодных блоков. В соответствии с предпочтительным вариантом исполнения настоящего изобретения ток, соответствующий первому пороговому значению, меньше чем ток, соответствующий второму пороговому значению.
В частности, в последнем случае блок управления, предпочтительно, сконфигурирован для управления упомянутыми средствами переключения для работы в режиме низкого напряжения, когда рабочий ток, меньше чем или равен упомянутому первому пороговому значению. Более предпочтительно, чтобы блок управления был дополнительно сконфигурирован для управления упомянутыми средствами переключения для работы в режиме высокого напряжения, когда рабочий ток выше чем или равен упомянутому второму пороговому значению.
Предпочтительно, чтобы в режиме низкого напряжения прямое напряжение упомянутого светодиодного источника света, то есть первое прямое напряжение было меньше, чем упомянутое рабочее напряжение. Более предпочтительно, чтобы прямое напряжение упомянутого светодиодного источника света в режиме высокого напряжения, то есть второе прямое напряжение было выше, чем рабочее напряжение.
Настоящий вариант исполнения делает возможной работу компоновки светодиодной схемы при управлении режимом переключения, то есть, в соответствии с работой многорежимного источника электропитания, такого как повышающий преобразователь, обеспечивающего еще более полное и гибкое управление. В соответствии с настоящим вариантом исполнения первое прямое напряжение светодиодного источника света в режиме низкого напряжения, то есть, общее прямое напряжение светодиодных блоков меньше, чем рабочее напряжение. Соответственно, в этом режиме работы имеет место падение напряжения на реактивном элементе, что приводит к увеличению тока. В режиме высокого напряжения второе прямое напряжение светодиодного источника света выше, чем рабочее напряжение, что приводит к появлению отрицательного напряжения на реактивном элементе, которым, как упоминалось выше, может быть последовательно включенная индуктивность. Соответственно, ток уменьшается. Поскольку реактивный элемент вследствие его свойства накапливать электрическую энергию старается поддержать уровень тока, то напряжение, приложенное к светодиодному источнику света в режиме высокого напряжения, выше, чем рабочее напряжение, что позволяет току протекать через этот светодиодный источник света. Таким образом, схема в соответствии с настоящим вариантом исполнения соответствует схеме повышающего преобразования.
Средства переключения, предпочтительно, выполнены с возможностью непрерывной работы с тем, чтобы светодиодные источники света были запитаны постоянно, то есть были бы соединены с реактивным элементом в обоих переключательных режимах. Настоящий вариант исполнения предпочтительно уменьшает видимое мерцание, поскольку оба светодиодных блока постоянно запитываются электрической энергией и, таким образом, излучают свет непрерывно. Кроме того, частота переключения средств переключения предпочтительно может быть увеличена, поскольку собственная емкость светодиодных блоков полностью не разряжена.
В соответствии с развитием настоящего изобретения средства переключения сконфигурированы таким образом, чтобы в упомянутом режиме низкого прямого напряжения упомянутые первый и второй светодиодные блоки были включены параллельно друг другу. Предпочтительно, чтобы эти средства переключения дополнительно были сконфигурированы таким образом, чтобы в режиме высокого напряжения они соединяли первый и второй светодиодные блоки последовательно друг с другом. Настоящий вариант исполнения предпочтительно позволяет дополнительное упрощение компоновки схемы.
Параллельное расположение светодиодных блоков обеспечивает относительно низкое первое прямое напряжение светодиодного источника света, которое в соответствии с этим вариантом исполнения по существу соответствует прямому напряжению параллельного соединения упомянутых первого и второго светодиодных блоков. Второе прямое напряжение светодиодного источника света в режиме высокого напряжения, то есть, при последовательном соединении светодиодных блоков по существу соответствует сумме прямых напряжений первого и второго светодиодных блоков. Таким образом, настоящий вариант исполнения обеспечивает вышеупомянутое управление упомянутыми режимами низкого и высокого напряжения с еще более упрощенной конфигурацией электрической схемы и в еще большей степени предпочтительно позволяет осуществлять непрерывную работу с уменьшением видимого мерцания "светового выхода" светодиодных блоков.
Средства переключения могут быть предназначены для переключения работы между упомянутыми параллельным и последовательным включением согласно любой подходящей конструкции. Предпочтительно средства переключения содержат по меньшей мере два переключающих устройства для соединения светодиодных блоков либо параллельно, либо последовательно друг другу.
Например, для соединения светодиодных блоков параллельно друг другу могут быть введены два переключающих устройства в первом состоянии переключения. Общая компоновка первого и второго светодиодных блоков в этом случае соединена, соответственно, последовательно с реактивным элементом и со входом напряжения. Во втором состоянии первый и второй светодиодные блоки соединены последовательно друг с другом, например, с использованием соответствующей мостовой схемы, содержащей диод защиты от обратного напряжения и/или дополнительное переключающее устройство, такое как полевой МОП-транзистор. И в этом случае последовательно соединенные между собой два светодиодных блока включены последовательно с реактивным элементом.
Как описано выше, в том случае, когда первый и второй светодиодные блоки соединены последовательно друг с другом, прямое напряжение светодиодного источника света соответствует сумме прямых напряжений первого и второго светодиодных блоков. Прямое напряжение первого и второго светодиодных блоков может быть выбрано в соответствии с выполняемой задачей. Для получения высококачественного светового выхода, пригодного для большинства задач, предпочтительно, чтобы прямое напряжение упомянутого первого светодиодного блока по существу соответствовало прямому напряжению второго светодиодного блока, что приводит к особо предпочтительному отношению напряжений, например, близкому к 1:1. Конечно, может быть трудно обеспечить первый и второй светодиодные блоки одинаковыми прямыми напряжениями, в частности, из-за наличия производственных допусков в обычном процессе массового производства. Однако отклонение приводит к неодинаковому распределению токов в том случае, когда первый и второй светодиодные блоки включены параллельно друг другу, вызывая неодинаковую нагрузку для светодиодных блоков и неодинаковую генерацию света. Поэтому прямое электрическое напряжение упомянутого первого светодиодного блока, предпочтительно, находится в диапазоне 90-110% относительно прямого напряжения упомянутого второго светодиодного блока.
Подходящий диапазон напряжения может также зависеть от характеристик при прямом направлении используемых светодиодов. Чем круче кривая "ток-напряжение" светодиодов, то есть, светодиодных блоков, тем выше возможная "неодинаковость" в распределении токов при данной разности между прямыми напряжениями. Поэтому, альтернативно или дополнительно по отношению к требованию по выравниванию прямых напряжений светодиодные блоки должны быть адаптированы к определенному выравниванию прямых напряжений при данном напряжении, то есть, при напряжении, установленном в соответствии с конкретной выполняемой задачей. В таком случае при данном прямом напряжении ток первого светодиодного блока должен по существу соответствовать току второго светодиодного блока, например, в диапазоне 90-110% относительно тока второго светодиодного блока.
В соответствии с развитием настоящего изобретения средства переключения управляются блоком управления таким образом, чтобы они имели частоту переключения от 400 Гц до 40 МГц, предпочтительно 16 кГц до 10 МГц, и более предпочтительно от 20 кГц до 4 МГц. Настоящий вариант исполнения предпочтительно обеспечивает дополнительное снижение видимого мерцания и повышение светового выхода компоновки светодиодной схемы.
Блок управления, предпочтительно, содержит схему обнаружения тока, предназначенную для определения значения тока через светодиодный источник света. Эта схема обнаружения тока может быть любого подходящего типа, позволяющая производить его надежное определение во время работы компоновки светодиодной схемы. Схема обнаружения тока должна выдавать на блок управления сигнал, соответствующий присутствующему уровню тока через светодиодный источник света и/или через светодиодные блоки во время работы. Схема обнаружения тока может быть выполнена интегрально с упомянутым блоком управления, например, на соответствующем микроконтроллере, или же она может быть установлена отдельно и соединена с блоком управления посредством проводного или беспроводного сигнального соединения. Схема обнаружения тока, предпочтительно, содержит токочувствительный резистор, последовательно подсоединенный к первому и ко второму светодиодным блокам для выдачи в блок управления сигнала напряжения, который соответствует току, протекающему через светодиодные блоки.
Более предпочтительно, чтобы блок управления работал со вспомогательным питающим напряжением, полученным из напряжений, присутствующих во время работы на светодиодном источнике света, таком как рабочее напряжение или прямое напряжение на любой из светодиодных блоков, с использованием соответствующей схемы, например, развязывающего диода, фильтрующего конденсатора и линейного регулятора напряжения. Получение вспомогательного напряжения питания из напряжения, которое уже присутствует на светодиодном источнике света, имеет преимущество, поскольку в этом случае светодиодному источнику света не требуются дополнительные выводы для ввода сгенерированного внешнего вспомогательного напряжения питания.
Как описано выше, светоизлучающие диоды светодиодных блоков, предпочтительно, сформированы на общем полупроводниковом кристалле, подложке или модуле. В частности, когда используются высокомощные светодиоды, для обеспечения необходимого светового потока с целью подсветки или в целях общего освещения на одном кристалле могут быть сформированы несколько светодиодов, то есть, p-n-переходов. Соответственно, особенно в последнем случае, на упомянутом общем кристалле можно сформировать первый и второй светодиодные блоки.
В соответствии с дальнейшим развитием настоящего изобретения светодиодные блоки, средства переключения и/или блок управления сформированы интегрально друг с другом, например, на одном кристалле или в общем корпусе или модуле. Настоящий вариант исполнения допускает дальнейшее сокращение размеров этой компоновки схемы согласно изобретению, обеспечивая тем самым высококомпактную сборку.
Светодиодные блоки, средства переключения и/или блок управления могут быть расположены на одном полупроводниковом кристалле, что обеспечивает еще более упрощенный производственный процесс. Альтернативно, может использоваться монтажная подложка, предназначенная для того чтобы механически поддерживать и/или электрически соединять светодиодные блоки, при этом данная монтажная подложка содержит средства переключения и/или блок управления. Эта монтажная подложка, конечно, может содержать дополнительные электрические или механические элементы, такие как, например, теплоотвод или тепловую трубку для отвода выделяемого светодиодными блоками тепла, или дополнительные электронные компоненты светодиодного источника света.
Кроме того, предпочтительно, чтобы реактивный элемент был сформирован интегрально со светодиодным источником света, то есть, со светодиодными блоками, средствами переключения и/или блоком управления. Наиболее предпочтительно, чтобы реактивный элемент был сформирован интегрально с упомянутой электрической монтажной подложкой.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом исполнения настоящего изобретения светодиодный источник света является двухполюсным устройством. В терминах настоящего описания двухполюсное или двухвыводное устройство представляет собой электрический компонент, имеющий два электрических вывода для подсоединения к упомянутой компоновке светодиодной схемы.
Настоящий вариант исполнения особенно предпочтителен с точки зрения установки светодиодного источника света на монтажную печатную плату. Хотя, как описано выше, светодиодный источник света содержит внутреннее управление током, пользователь может встроить это устройство таким же образом, как обычный светодиодный источник света предшествующего уровня техники в компоновку печатной платы. Таким образом, можно считать, что светодиодный источник света имеет "квазианод" и "квазикатод".
В соответствии с развитием настоящего изобретения компоновка светодиодной схемы содержит более одного светодиодного источника света, соединенного последовательно с входом напряжения. В соответствии с настоящим вариантом исполнения световой поток компоновки схемы согласно изобретению может быть дополнительно увеличен соответствующим последовательным соединением множества светодиодных источников света, как это пояснялось выше. В частности, настоящий вариант исполнения делает возможным использование компоновки светодиодной схемы с одним реактивным элементом, к которому подсоединено это множество светодиодных источников света. Поскольку вход напряжения дает рабочее напряжение, а ток внутренне управляется каждым светодиодным источником света, то нет никакой необходимости в дополнительной адаптации этой схемы. Однако, конечно, в том случае, когда используется стандартный источник питания, и он подсоединен к входу напряжения, напряжение, ток и номинальная мощность должны допускать работу соответствующего количества светодиодных источников света. Дополнительно или альтернативно, компоновка светодиодной схемы предпочтительно оснащена одним или более светодиодов предшествующего уровня техники, соединенных последовательно с упомянутыми одним или более светодиодными источниками согласно изобретению и с упомянутым по меньшей мере одним реактивным элементом. Такая комбинированная компоновка схемы является особенно экономичной и, в то же время, обеспечивает повышенный световой поток.
Кроме того, для увеличения светового потока к упомянутому источнику питания может быть параллельно подсоединено множество компоновок светодиодной схемы.
Частота переключения и, таким образом, коэффициент заполнения работы в режиме переключения зависит главным образом от рабочего напряжения. Поскольку ток через первый и второй светодиодные блоки в режиме низкого и высокого напряжения может быть разным, то и световой поток в обоих режимах может быть разным, что приводит к зависимости светового потока от рабочего напряжения. Хотя это и может иметь преимущество, поскольку при этом имеется возможность легкой установки светового потока в некотором диапазоне, в частности, в том случае, когда используется нестабилизированный источник питания, все же качество светового выхода может ухудшиться.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом исполнения блок управления выполнен с возможностью адаптации к первому и/или второму пороговому значению, так что ток через светодиодный источник света соответствует предопределенному среднему току лампы. Поскольку световой поток зависит от среднего тока лампы, настоящий вариант исполнения разрешает установку светового потока независимо от уровня входного напряжения, обеспечивая таким образом еще более стабильный световой выход. Средний ток лампы может быть установлен в соответствии с ее назначением, то есть, пользователем посредством соответствующего пользовательского интерфейса и сохранен в соответствующей памяти или же он может быть установлен на заводе-изготовителе. Альтернативно или дополнительно, средний ток лампы может быть изменяемым и устанавливаемым блоком управления, например, с использованием устройства обратной связи, предназначенного для измерения выходного светового потока и приведения среднего тока лампы к значению заданной установки светового потока. Таким образом, настоящий вариант исполнения обладает преимуществом, позволяя выполнять компенсацию, например, эффекта старения и температурного эффекта.
Блок управления предпочтительно выполнен с возможностью определения входного напряжения, например, используя схему измерения напряжения, и, соответственно, адаптации среднего тока лампы. В этом случае блок управления может быть сконфигурирован с возможностью установки среднего тока лампы для обеспечения постоянного светового потока, в значительной степени независимого от входного напряжения. Альтернативно или дополнительно, блок управления может быть сконфигурирован с возможностью установки среднего тока лампы в соответствии с заданным отношением к входному напряжению. Соответственно, можно устанавливать световой поток светодиодного источника света посредством управления входным напряжением, то есть, без необходимости использования дополнительного сигнала управления или пользовательского интерфейса. Более предпочтительно, чтобы блок управления был сконфигурирован с возможностью адаптации к первому, то есть, нижнему пороговому значению тока для обеспечения предопределенного среднего тока лампы.
Как обсуждалось ранее, светодиодный источник света в соответствии с настоящим изобретением приспособлен для работы с компоновкой светодиодной схемы. Светодиодный источник света содержит первый и второй светодиодные блоки, каждый из которых содержит по меньшей мере один светоизлучающий диод, управляемые средства переключения для соединения упомянутых светодиодных блоков с реактивным элементом в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения и блок управления. В упомянутом режиме низкого напряжения светодиодный источник света имеет первое прямое напряжение. В режиме высокого напряжения светодиодный источник света имеет второе прямое напряжение, более высокое, чем упомянутое первое прямое напряжение. Блок управления сконфигурирован с возможностью установки упомянутых средств переключения в упомянутый режим низкого напряжения, когда ток, подаваемый источником напряжения, соответствует первому пороговому значению, и установки упомянутых средств переключения в упомянутый режим высокого напряжения, когда упомянутый подаваемый ток соответствует второму пороговому значению. Конечно, светодиодный источник света, предпочтительно, может быть адаптирован к вышеупомянутым предпочтительным вариантам исполнения.
В соответствии со способом работы светодиодного источника света при рабочем напряжении согласно изобретению упомянутый светодиодный источник света содержит первый и второй светодиодные блоки, каждый из которых содержит по меньшей мере один светоизлучающий диод, и управляемые средства переключения для соединения упомянутых светодиодных блоков с реактивным элементом в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения. В упомянутом режиме низкого напряжения этот светодиодный источник света имеет первое прямое напряжение. В режиме высокого напряжения этот светодиодный источник света имеет второе прямое напряжение, более высокое, чем упомянутое первое прямое напряжение. Средства переключения устанавливаются в упомянутый режим низкого напряжения, когда подаваемый на упомянутый светодиодный источник света рабочий ток соответствует первому пороговому значению, и устанавливаются в упомянутый режим высокого напряжения, когда упомянутый подаваемый рабочий ток соответствует второму пороговому значению. Конечно, светодиодный источник света, предпочтительно, может работать с использованием компоновки светодиодной схемы в соответствии с вышеописанными вариантами исполнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из описания предпочтительных вариантов исполнения, в котором
фиг.1 показывает принципиальную схему компоновки светодиодной схемы со светодиодным источником света в соответствии с первым вариантом исполнения изобретения;
фиг.2 показывает временную диаграмму тока в компоновке светодиодной схемы в соответствии с фиг.1 во время работы;
фиг.3а показывает вид в разрезе светодиодного источника света в соответствии со вторым вариантом исполнения;
фиг.3b показывает вид в разрезе светодиодного источника света в соответствии с третьим вариантом исполнения;
фиг.3c показывает вид в разрезе светодиодного источника света в соответствии с четвертым вариантом исполнения;
фиг.4 показывает принципиальную схему компоновки светодиодной схемы в соответствии с еще одним вариантом исполнения настоящего изобретения и
фиг.5 показывает принципиальную схему компоновки светодиодной схемы в соответствии с еще одним вариантом исполнения настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ
Фиг.1 показывает принципиальную схему компоновки 1 светодиодной схемы в соответствии с первым вариантом исполнения настоящего изобретения. Компоновка 1 светодиодной схемы содержит схему 2 питания светодиода, соединенную со светодиодным источником 3 света. Светодиодный источник 3 света выполнен в виде одного модуля или микросхемы, что далее будет поясняться со ссылкой на фиг.2. Схема 2 питания светодиода содержит вход 4а напряжения и вход 4b напряжения, то есть в соответствии с настоящим вариантом исполнения два вывода для подсоединения к источнику 5 напряжения, обеспечивающему напряжение постоянного тока 15 В. Источник 5 может быть, например, блоком питания, работающим в импульсном режиме, соединенным с соответствующей линией питающей сети и включающим в себя выпрямитель для обеспечения упомянутого напряжения постоянного тока.
Схема 2 питания светодиода дополнительно содержит реактивный элемент 6, то есть, в настоящем примере катушку с индуктивностью в 100 мкГн, включенную последовательно между входом 4 напряжения и, таким образом, источником 5 напряжения, и светодиодным источником 3 света.
Светодиодный источник 3 света содержит два вывода 7а и 7b для соединения со схемой 2 питания светодиода. Таким образом, светодиодный источник 3 света по настоящему примеру может называться двухполюсным или двухвыводным устройством, так что при этом возможно легкое объединение светодиодного источника 3 света в одно целое с существующей схемой питания. Выводы 7а и 7b в соответствии с настоящим вариантом исполнения выполнены в виде, например, металлических контактных площадок для пайки для подсоединения к печатной плате. Светодиодный источник 3 света дополнительно содержит первый светодиодный блок 8 и второй светодиодный блок 9, каждый из которых в соответствии с настоящим примером содержит три последовательно соединенных высокомощных светоизлучающих диода 48 (на фиг.1 не показаны), что в результате дает определенное прямое напряжение значением приблизительно в 9 В. Для соединения первого и второго светодиодных блоков с реактивным элементом 6 и, таким образом, с источником 5 напряжения, имеются средства 10 переключения, в соответствии с настоящим вариантом исполнения содержащие два управляемых переключателя 11. Переключатели 11 управляются блоком 12 управления посредством соответствующего канала управления, показанного на фиг.1 пунктирной линией. В соответствии с настоящим примером блок 12 управления содержит микроконтроллер, должным образом запрограммированный для управления током, что будет пояснено далее. Этот блок 12 управления, далее, соединен с детектором 13 тока для измерения тока, протекающего через компоновку 1 схемы. Для работы светодиодного источника света 1 в режиме высокого напряжения и в режиме низкого напряжения имеются средства 10 переключения.
В режиме высокого напряжения переключатели 11, как показано на фиг.1, разомкнуты. Первый и второй светодиодные блоки 8 и 9, соответственно соединены последовательно друг с другом и с реактивным элементом 6 через мостовую схему 14, содержащую диод 15 защиты от обратного напряжения, в результате чего определено первое общее прямое напряжение светодиодного источника 3 света. В режиме низкого напряжения оба переключателя 11 замкнуты, так что первый и второй светодиодные блоки 8 и 9 включены параллельно друг другу, в результате чего определено второе общее прямое напряжение светодиодного источника 3 света. В этом режиме диод 15 защиты от обратного напряжения препятствует возникновению короткого замыкания. Таким образом, светодиодный источник 3 света может быть установлен в два режима. Общее прямое напряжение светодиодного источника 3 света и, таким образом, светодиодных блоков 8, 9, например, измеренное между двумя выводами 7а и 7b, соответственно, может быть установлено как первое прямое напряжение светодиодного источника света в 9 В в режиме низкого напряжения и как второе прямое напряжение светодиодного источника 3 света в 18 В в режиме высокого напряжения. Соответственно, общее прямое напряжение светодиодного источника 3 света в режиме низкого напряжения меньше, чем напряжение источника 5 напряжения. В режиме высокого напряжения прямое напряжение выше, чем подаваемое напряжение.
L
JUNC
Далее принцип работы компоновки 1 светодиодной схемы согласно изобретению в соответствии с вариантом исполнения по фиг.1 объясняется со ссылкой на временную диаграмму по фиг.2. На этой диаграмме показано изменение во времени тока I через реактивный элемент 6 и, таким образом, через выводы 7а и 7b светодиодного источника 3 света, а также тока I, начиная от соединения компоновки 1 светодиодной схемы до питания, то есть источника 5 напряжения.
JUNC
L
JUNC
L
L
L
L
L
L
L
L
Ток I относится к действующему значению тока на переход светодиода для каждого из светодиодных блоков 8, 9. В зависимости от того, находится ли светодиодный источник 3 света в режиме 33 низкого или высокого напряжения, ток I протекает через два светодиодных блока 8 и 9, соответственно, параллельно или последовательно. Следовательно, действующее значение тока I на светодиодный блок 8, 9 соответствует току I в режиме 33 высокого напряжения и половине тока I в режиме 32 низкого напряжения, поскольку в этом случае два светодиодных блока 8, 9 соединены между собой параллельно, так что ток I разделяется между ними. В соответствии с настоящим примером предполагается, что светодиодные блоки 8, 9 имеют соответствующие между собой электрические характеристики, то есть, отношение прямых напряжений светодиодных блоков 8, 9 равно 1:1. Таким образом, ток I делится поровну. Как упоминалось выше, блок 12 управления выполнен с возможностью измерения тока I, текущего через светодиодный источник 3 света, с использованием детектора 13. Блок 12 управления выполнен с возможностью управления переключателями 11 средств 10 переключения на их переход из упомянутого режима низкого напряжения, то есть, параллельного соединения, в упомянутое последовательное соединение. Блок 12 управления запрограммирован на первое пороговое значение 30 тока, в соответствии с настоящим примером в 700 мА, а второе пороговое значение 31 тока в 1400 мА, то есть более высокое, чем первый порог 30, на значение Δi пульсаций тока 700 мА. Когда измеренный ток меньше, чем упомянутое первое пороговое значение 30, блок 12 управления выдает средствам 10 переключения команду управления на работу в режиме 32 низкого напряжения. Даже если ток I увеличивается еще больше, средства 10 переключения остаются в режиме 32 низкого напряжения. В том случае, когда ток достигает упомянутого второго порогового значения 31, то есть, становится равным ему или больше него, средства 10 переключения получают команду на работу в режиме 33 высокого напряжения. И снова, средства 10 переключения удерживаются в режиме 33 высокого напряжения до тех пор, пока ток I не станет равным первому пороговому значению или меньше него. Таким образом, из управления током в соответствии с этим изобретением, которое позволяет в рабочих состояниях, то есть, при нормальных рабочих условиях, удерживать ток I между первым и вторым пороговыми значениями, может быть извлечена польза. Настоящий пример, в результате, имеет частоту переключения, примерно, в 30 кГц.
Коэффициент заполнения или частота переключений средств 10 переключения, конечно, зависит от пороговых значений 30, 31 и, таким образом, от значения Δi пульсаций тока, индуктивности реактивного элемента 6 и от характеристик, то есть, особенно от прямых напряжений светодиодных блоков 8, 9. Чтобы обеспечить частоту переключений в диапазоне от 20 кГц до 4 МГц при вышеупомянутых пороговых значениях, в частности предпочтительно, чтобы значение индуктивности составляло приблизительно от 150 мкГ до 750 нГ.
Таким образом, работа схемы по существу соответствует работе повышающего преобразователя, так что коэффициент заполнения или частота переключений может быть установлена согласно соответствующему применению специалистом в данной области техники, с использованием известных критериев разработки и формул.
L
L
Обратимся к фиг.2, работа блока 12 управления начинается с подсоединения устройства 1 к источнику 5 напряжения. Сначала блок 12 управления устанавливает средства 10 переключения в режим 32 низкого напряжения. Соответственно, ток I будет нулевым. Поскольку, как описано выше, в режиме 32 низкого напряжения эффективное общее прямое напряжение светодиодного источника 3 света меньше, чем рабочее напряжение источника 5 напряжения, на реактивном элементе 6 присутствует падение напряжения. Соответственно, во время режима/фазы 32 низкого напряжения ток I возрастает.
L
L
Когда ток I достигает второго порогового значения 31, блок 12 управления устанавливает переключатели 11 средств 10 переключения в открытое состояние, то есть, в режим/фазу 33 высокого напряжения. Общее прямое напряжение светодиодных блоков 8, 9 в этом режиме выше, чем рабочее напряжение источника 5 напряжения, вследствие их последовательного соединения. Однако, поскольку реактивный элемент 6 будет стараться препятствовать изменению I, то напряжение на выводах 7 светодиодного источника 3 света возрастает до уровня, при котором становится возможным протекание тока через последовательное соединение первого светодиодного блока 8, второго светодиодного блока 9 и диод 15 защиты от обратного напряжения. Увеличение напряжения происходит в то же самое время, что и процедура отключения средств 10 переключения, что приводит к непрерывному протеканию тока и, таким образом, к непрерывной работе светоизлучающих диодов первого и второго светодиодных блоков 8 и 9.
L
L
L
Поскольку общее прямое напряжение в соответствии с настоящим режимом 33 высокого напряжения выше, чем рабочее напряжение источника 5 напряжения, то напряжение на реактивном элементе 6 отрицательное, что приводит к уменьшению тока I в режиме 33 высокого напряжения, как показано на фиг.2. Когда ток I достигает первого порогового значения 30, блок 12 управления снова устанавливает переключатели 11 средств 10 переключения на работу в режиме 32 низкого напряжения, то есть, в режим работы при параллельном включении светодиодных блоков 8, 9. Соответственно, в последующем режиме 32 низкого напряжения ток I возрастает, и повторяется вышеописанная операция. Таким образом, работа блока 12 управления светодиодного источника 3 света обеспечивает управление током в диапазоне двух пороговых значений 30 и 31 и, таким образом, делает возможной работу светодиодного источника 3 света с источником 5 напряжения при стабилизации тока. То есть, при этом сложный регулятор тока может быть предпочтительно исключен. Кроме того, на светодиоды 48 светодиодных блоков 8, 9 непрерывно подается рабочий ток, в результате чего достигается световой выход без временных затемнений и по существу без мерцаний вследствие высокой частоты переключения. Когда в режиме 33 высокого напряжения компоновка 1 схемы работает с напряжением, более высоким, чем общее прямое напряжение светодиодного источника 3 света, внутренняя регулировка тока не активирована. Вместо этого в этом случае светодиодный источник 3 света может работать как обычная цепочка светодиодов 48, в которой ток требует внешнего управления. Соответственно, один и тот же источник 3 света, который в определенном диапазоне напряжения питания работает как самоуправляющее устройство, будучи в режиме 33 высокого напряжения запитан напряжением питания, более высоким, чем общее прямое напряжение, может работать как обычный высоковольтный светодиодный источник 3 света. В этом случае должно быть обеспечено внешнее устройство ограничения тока. Таким образом, светодиодный источник 3 света и компоновка 1 схемы являются в высокой степени универсальными. Конечно, электрические характеристики, а также пороговые значения тока должны быть настроены согласно соответствующей задаче и особенно в отношении того, что касается напряжения питания и конкретных используемых компонентов. Однако такая адаптация может быть проведена обычным специалистом в данной области техники.
Как описано выше, светодиодный источник 3 света может быть сформирован как интегральный модуль, имеющий таким образом, предпочтительно небольшой форм-фактор. Фиг.3а показывает вариант исполнения источника 3' света в разрезе по существу соответствующем варианту исполнения по фиг.1. Как показано, каждый из первого и второго светодиодных блоков 8, 9 сформирован из известного в данной области техники эпитаксиального полупроводникового слоя 20а, 20b, имеющего диодную полупроводниковую структуру. Для обеспечения белого светового выхода поверх эпитаксиального полупроводникового слоя 20а, 20b нанесен слой 21а, 21b люминофора. Вышеупомянутые слои 20а, 20b, 21а, 21b модуля 3' светодиодного источника света сформированы в ходе стандартного процесса полупроводникового производства с экономичной сборкой. Для обеспечения необходимых электрических соединений и механического крепления полупроводниковый слой 20а, 20b подсоединен к электрической монтажной подложке 23 посредством паяных соединений 22.
Электрическая монтажная подложка 23, как показано на фиг.3а, содержит остальные электрические компоненты показанного на фиг.1 модуля 3' светодиодного источника света, а именно: средства 10 переключения, блок 12 управления, детектор 13 тока и мостовую схему 14 с диодом 15 защиты от обратного напряжения. Из соображений большей ясности на фиг.3а показаны не все вышеупомянутые компоненты. Электрическая монтажная подложка 23 также образована посредством известного стандартного процесса производства полупроводниковой керамики или печатных плат. Общая конструкция может подсоединяться к схеме 2 питания светодиода (на фиг.3а не показана) через соответствующие предназначенные для пайки выводы 7а и 7b. Для рассеяния тепла, выделяемого светодиодными блоками 8, 9 и электрической монтажной подложкой 23, имеется сопрягающая теплоотводящая поверхность 24. Фиг.3b показывает еще один вариант исполнения светодиодного источника 3'' света.
Вариант исполнения по фиг.3b по существу соответствует варианту исполнения по фиг.3а, за исключением дополнительного электропроводящего слоя 25, который служит в качестве реактивного элемента 6'. Соответственно, светодиодный источник 3'' света обеспечивает еще более интегральную компоновку, так что этот светодиодный источник 3'' света может легко подсоединяться к источнику 5 напряжения через входы 4а и 4b напряжения.
Фиг.3с показывает еще один вариант исполнения светодиодного источника 3''' света согласно изобретению. Вариант исполнения по фиг.3с по существу соответствует варианту исполнения по фиг.3а, за исключением того, что здесь нет никакой монтажной подложки 23. Соответственно, первый и второй светодиодные блоки 8, 9 посредством паяных соединений 22 подсоединены к печатной плате 26, содержащей дополнительные вышеупомянутые компоненты светодиодного источника 3''' света, то есть, управляемые средства 10 переключения, блок 12 управления, детектор 13 тока и мостовую схему 14 (на фиг.3с не показана).
Фиг.4 показывает принципиальную схему компоновки 1' светодиодной схемы в соответствии еще одним вариантом исполнения.
Вариант исполнения компоновки 1' схемы по фиг.4 по существу соответствует варианту исполнения, описанному ранее со ссылкой на фиг.1, за исключением модифицированных средств 10' переключения и блока 12' управления. Средства 10' переключения в соответствии с настоящим примером содержат два полевых МОП-транзистора 40а и 40b, управляемые посредством блока 12' управления. Блок 12' управления в соответствии с вариантом исполнения по фиг.4 содержит триггерное устройство 46, выход Q которого соединен с формирователем 47 сигналов управления затворами. Этот формирователь 47 сигналов управления затворами предназначен для усиления сигнала триггерного устройства 46 до уровня, необходимого для возбуждения затвора полевых МОП-транзисторов 40. В соответствии с настоящим примером полевой МОП-транзистор 40а является транзистором с n-каналом, а полевой МОП-транзистор 40b является транзистором с р-каналом. В зависимости от конкретного типа полевых МОП-транзисторов 40а, 40b для возбуждения р-канального полевого МОП-транзистора 40b необязательно может требоваться смещение уровня, то есть, если высокое прямое напряжение меньше, чем допустимое напряжение затвор-исток р-канального полевого МОП-транзистора 40b. В данной области техники известны и существуют многочисленные принципы и интегральные схемы формирователей для возбуждения затвора полевого МОП-транзистора 40. Для вышеупомянутого интегрального устройства соответствующая схема построена на монтажной подложке 23 с учетом входных характеристик полевого МОП-транзистора 40, уровней напряжения и ожидаемой частоты переключения. Блок 12' управления дополнительно содержит первый компаратор 44 и второй компаратор 45, соединенные, соответственно с первым генератором 42 опорного напряжения и со вторым генератором 43 опорного напряжения.
Компараторы 44 и 45 сравнивают уровни напряжения, поданного на их входные соединения. Если напряжение на соответствующем неинвертирующем входе (на фиг.4 обозначенном знаком "+") выше, чем напряжение на соответствующем другом, инвертирующем входе, то выходной сигнал на триггерное устройство 46 будет высоким. Соответственно, этот выходной сигнал будет низким, если напряжение на неинвертирующем входе будет меньше чем напряжение на инвертирующем входе. Чтобы позволить желаемую операцию переключения, компараторы 44 и 45 должны иметь должный диапазон напряжения общего режима. Для большей эффективности падение напряжения на чувствительном резисторе 41 должно быть совсем небольшим, то есть, меньше чем 100 мВ. Следовательно, компараторы 44 и 45 должны работать с входным сигналом, близким к потенциалу "земли", который может быть подан как наиболее отрицательное напряжение питания. В продаже имеется многочисленные типы компараторов, пригодные для использования в настоящем изобретении, обычно они называются компараторами с "одиночным питанием" или даже компараторами "с полным размахом напряжения питания". В наиболее простом случае в качестве компаратора может использоваться соответствующий дифференциальный усилитель.
Генератор 42 опорного напряжения может содержать стабилитроны с индивидуальными смещениями, делители опорных напряжений, определяемых шириной запрещенной зоны, или обычные делители напряжения, запитываемые от общего вспомогательного источника питания с соответствующим уровнем напряжения и стабильностью.
L
Первый и второй компараторы 44 и 45 соединены с детектором 13 тока, который, в соответствии с настоящим примером, содержит чувствительный резистор 41. Этот чувствительный резистор 41 подает на первый и второй компараторы 44 и 45 напряжение, соответствующее току, текущему через лампу 3''''. Компараторы 44 и 45 сравнивают этот сигнал с опорными напряжениями, поданными упомянутыми первым и вторым генераторами 42, 43 опорного напряжения, которые выставлены таким образом, что соответствуют первому и второму пороговым значениям 30, 31 тока. Во время фазы запуска после включения устройства компаратор 45 генерирует высокий сигнал, устанавливающий триггерное устройство 46. Соответственно, выход Q триггерного устройства 46 высокий, что удерживает полевые МОП-транзисторы 40 в закрытом состоянии. Таким образом, светодиодный источник 3'''' света установлен в режим низкого напряжения. Когда падение напряжения на резисторе 41 достигает первого порогового значения 30, компаратор 45 генерирует низкий выходной сигнал, но из-за наличия триггерного устройства 46 переключатели будут оставаться в закрытом состоянии. Когда падение напряжения на резисторе 41 достигает второго порогового значения 31, то есть, напряжения, установленного вторым генератором 43 опорного напряжения, компаратор 45 генерирует высокий выходной сигнал, переключающий триггерное устройство 46, так что полевые МОП-транзисторы 40 отключаются, то есть, устанавливаются в открытое состояние. Таким образом, светодиодный источник 3'''' света оказывается установленным в режим высокого напряжения, что приводит к уменьшению тока I, как это описывалось ранее со ссылкой на фиг.2. Вариант исполнения по фиг.4 обеспечивает простую и, соответственно, экономичную сборку светодиодного источника 3'''' света. Как описывалось выше, первое и второе пороговые значения 30, 31 тока установлены соответствующими первым и вторым генераторами 42, 43 опорного напряжения. Хотя в обоих режимах, то есть, в режиме низкого напряжения и в режиме высокого напряжения на оба светодиодных блока 8, 9 (каждый из которых содержит по одному светодиоду 48) постоянно подается рабочий ток, световые потоки в обоих режимах, конечно, различны вследствие переключения светодиодных блоков 8, 9 из параллельного соединения в последовательное. Поэтому световой поток светодиодных блоков 8, 9 зависит от коэффициента заполнения управления и по меньшей мере в некоторой степени от напряжения источника 5 напряжения; хотя может быть предпочтительна возможность управления световым потоком посредством изменения рабочего напряжения между высоким и низким прямыми напряжениями, эта зависимость может быть нежелательной для работы схемы 1' с недостаточно стабилизированным источником 5 напряжения.
L
Фиг.5 показывает принципиальную схему компоновки 1'' светодиодной схемы в соответствии еще одним вариантом исполнения изобретения. Вариант исполнения по фиг.5 по существу соответствует варианту исполнения, описанному ранее со ссылкой на фиг.4, за исключением блока 12'' управления и светодиодных блоков 8', 9'. На фиг.5 каждый из первого и второго светодиодных блоков 8', 9' содержит только один светодиод 48. Блок 12'' управления содержит еще один источник 52 напряжения, определяющий разность между первым и вторым пороговыми значениями 30, 31 и, следовательно, определяющий значение Δi пульсаций тока I, протекающего через реактивный элемент 6. Первый операционный усилитель 50 устанавливает первое и второе пороговые значения 30, 31 тока. Они больше не являются постоянными, поскольку вход первого операционного усилителя 50 подсоединен к компоновке конденсатора 58, резисторов 56, 57 и инвертирующего выхода триггерного устройства 46, так что первое пороговое значение 30 тока главным образом зависит от коэффициента заполнения. Плавкий предохранитель 55 обеспечивает защиту от перегрева во время операции переключения. Второй операционный усилитель 51 соединен с резистором 41 и, как описано выше, выдает сигнал, соответствующий току, текущему через светодиодный источник 1'' света. В соответствии с вариантом исполнения по фиг.4 формирователи 53 сигналов управления затворами, то есть, операционные усилители служат для усиления сигналов триггерного устройства 46 до уровня, необходимого для возбуждения затворов полевых МОП-транзисторов 54а и 54b. Инвертирующий выход триггерного устройства 46 подсоединен к первому формирователю 53 сигналов управления затворами, а выход Q триггерного устройства 46 соединен со вторым формирователем 53 сигналов управления затворами.
L
В соответствии с настоящим вариантом исполнения первое и второе пороговые значения 30, 31 тока являются изменяемыми и зависят от коэффициента заполнения операции переключения, так что световой поток является линейно зависимым от входного напряжения источника 5 напряжения, тем самым наделяя устройство возможностью уменьшения светового потока без дополнительного средства управления. Образованная резистором 57 и конденсатором 58 RC-схема отфильтровывает все высокочастотные составляющие рабочего цикла полевых МОП-транзисторов 54а и 54b, так что для установки первого и второго пороговых значений 30, 31 тока используется среднее значение. Когда температура компоновки 1'' светодиодной схемы достигает верхнего предела, плавкий предохранитель 55 срезает сигнал рабочего цикла до низкого значения, так что средний ток Iкатушки индуктивности будет слаб для того, чтобы возбудить светодиоды 48 с низким или с нулевым энергетическим уровнем.
Рабочий цикл переключателей 54а и 54b определяется как
supply
high
up
S
где V является напряжением, приложенным к выводам 7 светодиодного источника 3''''' света, а Vf является общим прямым напряжением светодиодного источника 3''''' света в режиме 33 высокого напряжения. Время T является временем перезарядки реактивного элемента 6, время T обозначает периоды переключения,
low
где Vf является общим прямым напряжением светодиодного источника 3''''' света в режиме 32 низкого напряжения.
Для конкретного случая вышеописанного варианта исполнения следует, что
Частота переключения может быть выражена как
<mrow><msub><mi>F</mi><mi>s</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>sup</mi><mi>p</mi><mi>l</mi><mi>y</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mi>V</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>l</mi><mi>o</mi><mi>w</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
где Δi является амплитудой пульсации тока реактивного элемента 6.
В случае К=2 и в предположении, что общие прямые напряжения светодиодов в состоянии стабильной работы не изменяются, общая подаваемая на светодиоды 48 средняя мощность может быть определена как
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>L</mi><mi>E</mi><mi>D</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>V</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>h</mi><mi>i</mi><mi>g</mi><mi>h</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>a</mi><mi>v</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mrow>
av0
supply
где I является средним током реактивного элемента 6, который в соответствии с вышеописанным вариантом исполнения является независимым от V и равен
L1min
где I является минимальным значением колебаний тока индуктивной катушки в стабильном состоянии.
supply
мах
мах
supply
high
min
supply
low
Из вышеприведенных выражений можно видеть, что подаваемая на светодиоды 48 средняя мощность изменяется линейно с V. Максимальный размах мощности соответствует 0,5Р. Максимальная подача мощности Р достигается, когда V приближается к Vf. Соответственно, минимальная мощность P достигается, когда V приближается к Vf.
L1min
2
В соответствии с фиг.5 источник 52 напряжения определяет пульсацию тока ΔI, в то время как операционный усилитель 50 устанавливает I. Последний больше не является постоянным, поскольку вход операционного усилителя 50 соответствует (1-D). Таким образом, операционный усилитель 50 выдает выходной сигнал, такой что
<mrow />
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>L</mi><mn>1</mn><mi>min</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>L</mi><mn>1</mn><mi>min</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><msub><mi>m</mi><mi>x</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
L1min0
x
где I и m заданы установками источника 52 напряжения.
Таким образом, средний выходной ток в настоящей конфигурации
<mrow><msub><msup><mi>P</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mi>L</mi><mi>E</mi><mi>D</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>L</mi><mn>1</mn><mi>min</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>V</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>h</mi><mi>i</mi><mi>g</mi><mi>h</mi></mrow></msub></mrow>
.
Настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано в чертежах и в вышеприведенном описании. Это описание и чертежи следует рассматривать как иллюстративные или примерные, и не ограничивающие; данное изобретение не ограничено раскрытыми вариантами исполнения. Например, настоящее изобретение может работать в соответствии с вариантом исполнения, в котором:
- светодиодные блоки 8, 9 содержат большее или меньшее количество светоизлучающих диодов 48, соединенных между собой последовательно или параллельно или в сочетании того и другого;
- светодиодные блоки 8, 9 в качестве светоизлучающих элементов содержат органические светоизлучающие диоды или лазерные диоды;
- реактивный элемент 6 выполнен интегрально с модулем светодиодного источника 3, 3', 3'', 3''', 3'''', 3''''' света;
- в компоновках 1, 1', 1'' схемы многочисленные светодиодные источники 3, 3', 3'', 3''', 3'''', 3''''' света соединены с реактивным элементом 6 последовательно;
- источник 5 напряжения выполнен интегрально со схемой 2 питания светодиода;
- выводы 7а и 7b, вместо выполнения в виде проволочных контактных выводов или контактных площадок для пайки, выполнены в виде штырьковых разъемов, например, ламповых цоколей, и/или
- блок 12, 12', 12'' управления может быть сконфигурирован с переключателем режима, который выполнен с возможностью установки этого блока 12, 12', 12'' управления на заданную установку управления. Это может быть выполнено через обычные выводы 7 или с помощью средства активации, например, линейным повышением подаваемого сигнала в специальном режиме. После этого средства 10 переключения включаются или отключаются, и светодиодный источник 3, 3', 3'', 3''', 3'''', 3''''' света может работать в режиме либо низкого, либо высокого напряжения. В зависимости от реализации переключателя режима в светодиодном источнике 3, 3', 3'', 3''', 3'''', 3''''' света эта установка может быть не временной (постоянно сохраняемая в светодиодном источнике света), временной (действительна до тех пор, пока на выводах 7 присутствует напряжение питания, но пропадает после выключения питания) или динамической (действительна только в течение ограниченного времени после выдачи команды, так что, чтобы оставаться в нужном режиме управления, установка должна время от времени "обновляться"), в противном случае светодиодный источник 3, 3', 3'', 3''', 3'''', 3''''' света, как упомянуто выше, входит в нормальный внутренний режим управления).
В пунктах формулы изобретения слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а признаки единственного числа не исключают множественности. Тот простой факт, что некоторые меры повторяются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения или в вариантах исполнения, не указывает на то, что для преимущества не может быть использована комбинация этих мер. Любые ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения не должны пониматься как ограничивающие его объем.