СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМИ ДИОДАМИ (СИД)
CONTROL METHODS AND DEVICE OF IN-SERIES CONNECTED LIGHT-EMITTING DIODES (LED)

Предпосылки создания изобретения
[0001] Светоизлучающие диоды (СИД) представляют собой источники света на основе полупроводника, часто используемые в измерительной аппаратуре малой мощности и в электроприборах в целях выдачи показаний. СИД обычно применяют для создания многообразия цветов (например, красного, зеленого, желтого, синего, белого), на основе различных типов материалов, используемых при их изготовлении. Это цветовое разнообразие СИД недавно было использовано для создания новых источников света СИД, имеющих источники света, обладающих достаточным световым выходом для новых применений в освещении пространства. Например, как обсуждалось в Патенте США № 6016038, множество различным образом окрашенных СИД можно комбинировать с образованием осветительной арматуры, в которой интенсивность СИД для каждого отдельного цвета можно варьировать независимо друг от друга для получения множества различных оттенков. В одном примере такого устройства, красный, зеленый и синий СИД используют в сочетании для получения буквально сотен различных оттенков из одной осветительной аппаратуры. Дополнительно, относительные интенсивности красных, зеленых и синих СИД могут быть рассчитываемыми, управляемыми, обеспечивая, таким образом, программируемым многоцветным источником света. Такие источники света на основе СИД были использованы в различных применениях в освещении, в которых желательно изменяемое цветовое освещение.
[0002] Например, Патент США № 6777891 («патент 891»), включенный в настоящий документ в качестве ссылки, подразумевает установку множества осветительных блоков на основе СИД в качестве «световых струн», управляемых компьютером, в которых каждый осветительный прибор составляет индивидуально управляемый «узел» световой струны. Применения, пригодные для таких световых струн, включают в себя декоративные и развлекательно-ориентированные осветительные применения (например, в огоньках на рождественской елке, в излучении дисплеев, освещении парков отдыха, видео- и других игровых аттракционах, и т.д.). Через компьютерное управление, одна или несколько таких световых струн обеспечивают различные комплексные временные и цветопеременные осветительные эффекты. Во многих внедрениях, данные, касающиеся освещения, передаются на один или несколько узлов заданной световой дорожки последовательным образом, в соответствии с различными отличными друг от друга способами передачи данных и схемами обработки, тогда как мощность подается параллельно соответствующим осветительным устройствам струны (например, с источника высоковольтного выпрямленного напряжения, в некоторых случаях с практически пульсирующим напряжением).
[0003] Рабочее напряжение, требуемое для каждого осветительного блока (а также струны, из-за параллельного соединения осветительных блоков), обычно относится к прямому напряжению СИД в каждом осветительном блоке (например, с напряжением приблизительно 2-3,5 В, зависимости от типа/цвета СИД), к тому, сколько СИД используется для каждого «цветового канала» осветительного блока и того, как они соединены друг с другом, и того, как соответствующие цветовые каналы оборудованы для приема электропитания с источника электропитания. Например, рабочее напряжение для осветительного блока, имеющего параллельное расположение соответствующих цветовых каналов для приема энергии, где каждый канал включает в себя один СИД, имеющий прямое напряжение порядка 3 В и соответствующую цепь для обеспечения тока для канала, может составлять порядка 4-5 В, которые прикладывают параллельно всем каналам для прилаживания одного СИД и токовой цепи к каждому каналу. Следовательно, во многих применениях, желателен определенный тип аппарата для преобразования напряжения для обеспечения, как правило, низкого рабочего напряжения для одного или нескольких осветительных блоков на основе СИД, из, как правило, более употребительных более высоких напряжений источника питания (например, 12 В напряжения постоянного тока, 15 В напряжения постоянного тока, 24 В напряжения постоянного тока, выпрямленного линейного напряжения и т.д.).
[0004] Одной из помех для широко распространенного использования низковольтных СИД и низковольтных осветительных блоков на основе СИД в качестве источников света в применениях, в которых, как правило, широко применяют напряжения питания высокой мощности, является необходимость в преобразовании энергии из одного напряжения в другое, что во многих случаях приводит к неэффективному преобразованию и потерям энергии. Кроме того, преобразование энергии, как правило, включает в себя компоненты управления электропитания такого типа и размера, который обычно препятствует компоновке. Обычно СИД обеспечивают в качестве одиночных упаковок СИД, или нескольких СИД, соединенных последовательно или параллельно в одном модуле. В настоящее время, модули СИД, включающие в себя один или несколько СИД, интегрированные со схемой преобразования мощности определенного типа, не применяются. Одним значительным препятствием для интегрирования СИД и цепи преобразования мощности относится к компонентам управления электропитанием типа и размера, необходимых для преобразования энергии в энергию с относительно низкими уровнями напряжения, которые обычно требуются для управления СИД.
[0005] Например, в устройствах преобразования напряжения (например, в преобразователях постоянного тока) обычно используют индукторы в качестве элементов аккумулирования энергии, которые невозможно эффективно интегрировать в кремниевые кристаллы с образованием интегральных схем. Размер индуктора также является серьезным препятствием для внедрения интегральных схем, как в виде отдельного компонента индуктора в качестве части любой интегрированной схемы, так и, более конкретно, в СИД-модулях. Более того, индукторы, как правило, невозможно изготавливать таким образом, чтобы они и были бы более эффективными, и работали бы в относительно широком диапазоне напряжений, а индукционные преобразователи обычно требуют наличия значительной емкости для аккумулирования энергии в ходе работы преобразователя. Таким образом, стандартное устройство для преобразования напряжения на основе индукторов имеет довольно значительное посадочное место на печатной плате, по сравнению с единичными или многочисленными СИД-модулями, и сами по себе не приспособлены к легкому прилаживанию для интеграции с СИД-модулями.
[0006] Системы преобразования емкостного напряжения представляют аналогичные проблемы. Емкостные системы не могут преобразовывать напряжение непосредственно, а вместо этого создают фиксированные перемноженные или разделенные дробные напряжения. Количество требуемых конденсаторов непосредственно связаны с произведением целых чисел в числителе и знаменателе дроби. Поскольку для каждого конденсатора обычно требуются многопозиционные переключатели для его подключения между источником питания высокого напряжения и нагрузкой относительно низкого напряжения, причем количество компонентов резко повышается с повышением числителя и знаменателя, с соответствующим падением кпд. Если кпд является ясно выраженным требованием, эти системы должны иметь конкретные соотношения с целочисленным числителем или знаменателем; следовательно, либо вход, либо выход имеют низкое напряжение при высоком токе, что существенно понижает кпд. Таким образом, кпд неизбежно может быть ослаблен при любом конкретном рабочем напряжении с понижением степени интеграции и получением простых дробных чисел.
Сущность изобретения
[0007] Заявитель признал и оценил, что часто бывает полезным рассматривать соединение множества осветительных блоков или источников света (например, СИД), а также других типов нагрузок, для получения рабочей мощности, расположенных последовательно, а не параллельно. Последовательность соединения между множеством светоизлучающих диодов может позволить использование рабочих напряжений, значительно более высоких, чем прямые напряжения типичных СИД, и также может позволить функционирование множества СИД или осветительных блоков на основе СИД, без необходимости в трансформаторе между источником энергии (например, питающим напряжением или линейным напряжением, таким как 120 В или 240 В напряжения переменного тока) и нагрузками (т.е. множеством последовательно соединенных нагрузок, которые могут работать «непосредственно» от линейного напряжения).
[0008] Следовательно, различные варианты осуществления настоящего изобретения обычно относятся к способам и устройствам для управления источниками света на основе СИД, в которых соответствующие элементы многоэлементного источника света и/или сами многочисленные источника света соединены последовательно для получения рабочей мощности. Последовательное соединение таких компонентов обычно способствует повышению общего рабочего напряжения системы; например, каждый из трех СИД или осветительных блоков на основе СИД, имеющих номинальное рабочее напряжение приблизительно 3-7,4 В при постоянном токе, может быть подключен последовательно и работать при напряжениях 9-24 В при постоянном токе. Конечно, фактически любое подходящее количество СИД или осветительных блоков на основе СИД может быть аналогичным образом соединено последовательно, в зависимости, по меньшей мере, частично, от номинального рабочего напряжения каждого СИД или осветительного блока, и от ожидаемого номинального питающего напряжения, обеспечиваемого подходящим источником энергии. В целях следующего обсуждения, рассматриваются различные концепции, относящиеся к последовательно соединенным СИД; однако, следует учитывать, что многие, если не все концепции, обсуждаемые в настоящем документе, аналогично можно применять к различным группам СИД (с последовательным, параллельным, и/или последовательно-параллельным расположением), а также к множеству осветительных блоков на основе СИД, которые соединены последовательно для получения рабочей мощности.
[0009] В одном примере осуществления, множество СИД подключены номинально последовательно между двумя узлами, к которым приложено рабочее напряжение, а одна или несколько управляемых линий тока подключены параллельно с одним или несколькими последовательно соединенными СИД. В различных аспектах, управляемая линия (линии) тока может быть внедрена в виде одного или нескольких управляемых переключателей для полного изменения направления различных токов вблизи заданного СИД, или в качестве управляемых изменяемых или фиксированных источников тока, сконфигурированных на изменения направления всего или только части тока последовательного соединения, текущего между двумя узловыми точками вблизи заданного СИД. Таким образом, яркостью данного СИД можно управлять, а как максимум, СИД можно полностью отключать путем полного изменения направления тока вблизи него. Согласно другому аспекту, контроллер сконфигурирован таким образом, чтобы он управлял одной или несколькими управляемыми линиями тока согласно любой из многочисленных технологий; например, контроллер может управлять одной или несколькими управляемыми линиями тока исходя из данных, полученных в виде команд по освещению, и/или одним или несколькими измеряемыми параметрами, относящимися к имеющемуся в распоряжении рабочему напряжению, прикладываемому к двум узлам.
[0010] Точнее говоря, в одном варианте осуществления, способность к полному или частичному изменению направления тока вблизи одного или нескольких последовательно соединенных СИД используют в обстоятельствах, при которых номинальное ожидаемое рабочее напряжение, прилагаемое между двумя узлами, между которыми подключены последовательно соединенные аппараты, падает ниже минимального рабочего напряжения, необходимого для снабжения током всех последовательно соединенных аппаратов. Например, в применениях в автомобильной технике, основанной на электрической системе, включающей в себя стандартную автомобильную аккумуляторную батарею на 12 В, приемлемое рабочее напряжение для автомобильных принадлежностей при функционировании двигателя и зарядке электрической системы обычно составляет 13,8-14,5 В; однако, когда двигатель не работает, действующее рабочее напряжение может быстро падать до 12-12,8 В, или даже ниже (например, при наличии повышенных нагрузок, и/или при дальнейшей разрядке автомобильной аккумуляторной батареи). Таким образом, для осветительного блока, применяемого в автомобильной технике, основанных на последовательно соединенных СИД, следует учитывать все возможные обстоятельства, которые оказывают воздействия на имеющееся рабочее напряжение.
[0011] Принимая во внимание вышеописанное, один вариант осуществления настоящего изобретения направлен на создание осветительного устройства, включающего в себя несколько последовательно соединенных СИД, одна или несколько управляемых линий тока, соединенных параллельно с одним или несколькими последовательно соединенными СИД, и контроллер для управления одной или нескольких управляемых линий тока исходя из одного или нескольких контролируемых параметров, отображающих имеющееся рабочее напряжение для последовательно соединенных СИД. Следует учитывать, что, тогда как пример применения в автомобильной технике был предоставлен выше, различные внедрения данного варианта осуществления не обязательно ограничены применениями в автомобильной технике или конкретным диапазоном рассматриваемых рабочих напряжений для таких применений. В более общем смысле, согласно одному аспекту настоящего изобретения, контроллер можно сконфигурировать для управления одной или несколькими управляемыми линиями тока, с целью повышения величины тока, направление которого изменяют вблизи соответствующего СИД, когда один или несколько параметров означают, что рабочее напряжение меньше того, которое требуется для подачи электропитания на все последовательно соединенные СИД, соответственно, для снижения требуемого рабочего напряжения, необходимого для подачи электропитания на последовательно соединенные аппараты. Например, в одном внедрении, управляемые линии тока могут представлять собой переключатели, которые полностью изменяют направление тока вблизи соответствующего СИД с тем, чтобы полностью замкнуть накоротко СИД и устранить его из последовательного соединения аппаратов. Таким образом, рабочее напряжение, необходимое для эксплуатации оставшихся последовательно соединенных СИД, снижается за счет отдельных рабочих напряжений каждого СИД, которые замыкают накоротко вследствие изменения направления тока.
[0012] В еще одном варианте осуществления, осветительный блок, основанное на нескольких последовательно соединенных СИД, одна или несколько управляемых линий тока, соединенных параллельно с одним или несколькими последовательно соединенными СИД, и контроллер для управления одним или несколькими управляемыми линиями тока, могут быть внедрены в виде одной или нескольких интегральных схем. Более того, интегральные схемы могут быть надлежащим образом укомплектованы для простоты инсталляции, оснащения и/или использования в любом из многочисленных применений, включая те применения, в которых стандартные рабочие напряжения являются легкодоступными. Например, в одном варианте осуществления, осветительный блок на основе СИД, включающий в себя несколько последовательно соединенных СИД, одну или несколько управляемых линий тока, установленных параллельно одному или нескольким СИД, и контроллер для управления линиями тока могут быть встроены в виде одной или нескольких интегральных схем в одном модуле, включающем в себя один или несколько соответствующих электрических соединителей, которые можно легко соединить непосредственно с источником питания при одном из множества стандартных рабочих напряжений (например, для применений в автомобильной технике, обычно 12-14 В напряжения постоянного тока).
[0013] В целом, один вариант осуществления настоящего изобретения направлен на создание устройства, содержащего, по меньшей мере, два СИД, подключенных последовательно между первым и вторым узлом, причем между первым узлом и вторым узлом течет ток последовательного соединения, когда рабочее напряжение прикладывают между первым узлом и вторым узлом. Устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, одну управляемую линию тока, подключенную параллельно, по меньшей мере, с первым СИД, по меньшей мере, из двух СИД, по меньшей мере, для частичного изменения направления тока последовательного соединения вблизи первого СИД. Устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, один контроллер для управления, по меньшей мере, одним параметром, отображающим рабочее напряжение и определения максимального количества СИД, по меньшей мере, из двух СИД, которые можно снабжать энергией за счет рабочего напряжения. По меньшей мере, один контроллер управляет, по меньшей мере, одной управляемой линией тока для повышения величины тока последовательного соединения, направление которого переключают вблизи, по меньшей мере, первого СИД, когда максимальное количество меньше, чем полное количество всех СИД, по меньшей мере, из двух, соединенных последовательно.
[0014] Другой вариант осуществления направлен на способ снабжения энергией множества СИД, подключенных последовательно между первым узлом и вторым узлом, причем ток последовательного соединения течет между первым узлом и вторым узлом, когда рабочее напряжение прикладывают между первым и вторым узлом. Способ включает в себя: A) контроль, по меньшей мере, одного параметра, отображающего рабочее напряжение; B) определение максимального количества СИД, по меньшей мере, из двух СИД, которые можно снабжать энергией за счет рабочего напряжения; и C) замыкание накоротко, по меньшей мере, одного из нескольких СИД таким образом, чтобы можно было одновременно снабжать энергией менее чем всех из множества СИД, когда максимальное количество меньше, чем общее количество всех, по меньшей мере, из двух СИД, соединенных последовательно.
[0015] Другой вариант осуществления направлен на создание устройства, содержащего несколько СИД, подключенных последовательно между первым узлом и вторым узлом, причем ток последовательного соединения течет между первым узлом и вторым узлом, когда рабочее напряжение прикладывают между первым узлом и вторым узлом. Устройство дополнительно содержит множество управляемых линий тока, причем каждая линия тока параллельно соединена с соответствующим одним из множества СИД для изменения направления тока последовательного соединения вблизи соответствующего одного из множества СИД, и источник тока, подключенный последовательно с множеством СИД между первым узлом и вторым узлом для задания тока последовательного соединения. Устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, один контроллер для управления, по меньшей мере, одним параметром, относящимся к рабочему напряжению, и для периодического управления множества управляемых линий тока, с целью изменения направления тока последовательного соединения вблизи каждого соответствующего СИД из множества светоизлучающих диодов в периоды времени, когда, по меньшей мере, один управляемый параметр указывает на то, что рабочее напряжение меньше заданного порогового значения, вследствие чего одновременно снабжаются энергией меньше, чем все СИД из заданного множества.
[0016] Другой вариант осуществления направлен на создание осветительного устройства, работающего в автомобильной технологии, содержащего, по меньшей мере, одну интегральную микросхему. По меньшей мере, одна интегральная микросхема содержит: i) первый набор СИД, подключенных последовательно между первым узлом и вторым узлом, причем ток последовательного соединения течет между первым узлом и вторым узлом, когда между первым узлом и вторым узлом прикладывают рабочее напряжение; ii) второй набор управляемых линий тока, причем второй набор равен или меньше первого набора, и каждая линия тока параллельно соединена с каждым соответствующим СИД из первого набора для изменения направления тока последовательного соединения вблизи каждого соответствующего СИД из первого набора светоизлучающих диодов; iii) источник тока, соединенный последовательно с первым набором СИД между первым узлом и вторым узлом для задания тока последовательного соединения; и (iv) по меньшей мере, один контроллер для управления, по меньшей мере, одним параметром, отображающим рабочее напряжение, и определяющим максимальное количество СИД из первого набора СИД, который можно снабжать энергией, за счет рабочего напряжения. По меньшей мере, один контроллер управляет вторым набором управляемых линий тока с целью изменения направления тока последовательного соединения вблизи каждого соответствующего СИД из первого набора СИД, когда максимальное количество СИД меньше, чем количество СИД в первом наборе, таким образом, что одновременно снабжается энергией меньшее количество СИД, чем все СИД из первого набора. Осветительный блок, работающее в автомобильной технологии, дополнительно содержит модуль, по меньшей мере, для одной интегральной микросхемы, причем модуль включает в себя, по меньшей мере, один первый электрический соединитель, сконструированный таким образом, чтобы он сопрягался с комплементарным электрическим соединителем или с монтажным кабелем автомобиля. По меньшей мере, один первый электрический соединитель включает в себя, по меньшей мере, первый вывод, электрически соединенный с первым узлом, и второй вывод, электрически соединенный со вторым узлом, для приложения рабочего напряжения между первым узлом и вторым узлом.
Терминология, относящаяся к изобретению
[0017] В соответствии с настоящим документом, в целях настоящего раскрытия, термин «СИД» следует понимать, как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип системы на основе инжекции носителей заряда/p-n-перехода, которая способна генерировать излучение под действием электрического сигнала. Таким образом, термин СИД включает в себя (но не ограничен) различными структурами на основе полупроводника, которые испускают свет под действием тока, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (organic light emitting diodes, OLEDs), электролюминесцентные полосы и т.п.
[0018] В частности, термин СИД относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды), которые могут быть сконструированы для генерирования излучения в одном или нескольких спектрах, - инфракрасном спектре, ультрафиолетовом спектре и различных частях видимого спектра (обычно, включая излучение с длинами волн приблизительно 400 - 700 нанометров). Некоторые примеры СИД включают в себя (но не ограничены) различные типы инфракрасных СИД, ультрафиолетовых СИД, красных СИД, синих СИД, зеленых СИД, желтых СИД, СИД янтарного цвета, оранжевых СИД и белых СИД (обсуждаемых далее ниже). Также следует учитывать, что СИД можно сконструировать и/или управлять таким образом, чтобы они генерировали излучение, имеющее различные размеры ширины спектра (например, полную ширину при половине максимума, или FWHM (full width at half maximum, полную ширину на уровне полумаксимума)) для заданного спектра (например, узкую полосу пропускания, широкую полосу пропускания), и различные доминирующие длины волны в рамках заданной категории основного цветового диапазона.
[0019] Например, одно внедрение СИД, сконструированного для генерирования преимущественно белого света (например, белый СИД) может включать в себя множество матриц, которые соответственно испускают различные спектры электролюминесценции, которые перемешиваются в определенных сочетаниях с образованием преимущественно белого света. В другом варианте осуществления, белое излучение СИД может быть связано с кристаллическим люминофором, который преобразует электролюминесценцию, обладающую первым спектром излучения, в какое-либо излучение второго спектра. В одном примере согласно данному внедрению, электролюминесценция обладает относительно короткой длиной волны и узкой шириной полосы пропускания спектра, который «нагнетается» кристаллическим люминофором, который, в свою очередь, испускает излучение с большей длиной волны, имеющей несколько более широкий спектр.
[0020] Следует понимать, что термин СИД не ограничен физическим и/или электрическим типом модуля СИД. Например, как обсуждалось выше, СИД может относиться к одиночному светоизлучающему аппарату, имеющему несколько матриц, которые сконструированы для испускания соответствующих различных спектров излучения (например, которыми возможно или не возможно управлять по отдельности). Также, СИД может быть связан с люминофором, который рассматривается как составная часть СИД (например, некоторые типы белых СИД). Вообще термин СИД может относиться к СИД, заключенным в корпус, СИД, не заключенным в корпус, СИД с поверхностным монтажом, СИД с перевернутой микросхемой на плате, СИД с T-образным смонтированным модулем, СИД с радиальным модулем, СИД с силовым модулем, СИД, включающем в себя некоторый определенный тип упаковочного и/или оптического элемента (например, рассеивающую линзу), и т.д.
[0021] Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из множества источников излучения, включающих в себя (но не ограниченных) источники на основе СИД (включающие в себя один или несколько СИД, как определено выше), источники излучения с нитью накала (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцентные источники, разрядные источники высокой интенсивности (например, лампы с натриевым паром, ртутным паром и метало-галогенидные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиролюминесцентные источники (например, факеловидные), свечевидные источники люминесценции (например, газокалильные сетки, дуговые источники излучения с угольными электродами), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодные люминесцентные источники с использованием электронного насыщения, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кине-люминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
[0022] Данный источник света может быть настроен на генерирование электромагнитного излучения в пределах видимого спектра, за пределами видимого спектра, или с сочетанием того и другого. Следовательно, термины «свет» и «излучение» используются в настоящем документе взаимозаменяемо. Дополнительно, источник света может включать в себя в качестве встроенного компонента один или несколько фильтров (например, цветных фильтров), линз, или других оптических компонентов. Также, следует понимать, что источники света могут быть спроектированы для разнообразных применений, включающих в себя (но не ограниченных) индикацию, отображение на дисплее и/или освещение. «Источник освещения» представляет собой источник света, который, в частности, сконструирован для генерирования излучения, обладающего достаточной интенсивностью для эффективного освещения внутреннего или внешнего пространства. В данном контексте, термин «достаточная интенсивность» относится к достаточной мощности излучения в видимом спектре, генерируемом в пространстве или в окружающей среде (единицу измерения «люмены» часто используют для отображения полного излучения, исходящего из источника света во всех направлениях, в единицах мощности излучения или «светового потока») для обеспечения внешней засветки (т.е. света, который можно воспринимать косвенно, и который может, например, отражаться от одной или нескольких разнообразных препятствующих поверхностей перед его полным или частичным восприятием).
[0023] Термин «спектр» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким частотам (или длинам волн) излучения, генерируемого одним или несколькими источниками света. Следовательно, термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимом диапазоне, но также и к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой и других областях полного электромагнитного спектра. Также, данный спектр может иметь относительно узкую полосу пропускания (например, FWHM, обладающую, как правило, небольшой частотой, или компонентами длины волны) или относительно широкую полосу пропускания (несколько частот или компонентов длины волны, обладающие различными относительными интенсивностями). Следует также учитывать, что данный спектр может являться результатом смешения двух или более других спектров (например, смешения излучения, испускаемого соответственно из нескольких разных источников света).
[0024] В целях настоящего раскрытия, термин «цвет» используется взаимозаменяемо с термином «спектр». Однако, термин «цвет» в основном используют в первую очередь к свойству излучения, которое воспринимается наблюдателем (хотя это применение не рассматривается, как ограничивающее объем данного термина). Следовательно, термины «различные цвета» косвенным образом относятся ко многим спектрам, имеющим различные компоненты длин волн и/или величины полосы пропускания. Также следует учитывать, что термин «цвет» можно использовать в сочетании как с белым, так и с небелым излучением.
[0025] Термин «цветовая температура» в настоящем документе в основном используется в сочетании с понятием белого света, хотя это использование не следует рассматривать, как ограничивающее объем данного термина. Цветовая температура в основном относится к содержанию цвета или к оттенку (например, красноватый, синеватый) или к белому свету. Цветовую температуру заданного образца излучения обычно охарактеризовывают в соответствии с температурой в градусах Кельвина (K) излучателя черного тела, который излучает в основном тот же спектр, что и рассматриваемый образец излучения. Цветовые температуры излучателя черного тела обычно находятся в пределах диапазона приблизительно 700 градусов K (обычно рассматриваются как впервые увиденные человеческим глазом) до более 10000 градусов K; белый свет в основном воспринимается при цветовых температурах более 1500-2000 градусов K.
[0026] Низкие цветовые температуры обычно означают белый свет, имеющий более значительную компоненту красного света или «более теплую по ощущениям», тогда как более высокие цветовые температуры обычно означают белый свет, имеющий более существенную компоненту синего света или «более холодную по ощущениям». В качестве примера, пламя имеет цветовую температуру приблизительно 1800 K, a стандартная лампа накаливания имеет цветовую температуру приблизительно 2848 K, дневной свет ранним утром - 3000 K, а пасмурное полуденное небо - 10000 K. Цветовой образ, наблюдаемый при белом свете, имеющем цветовую температуру приблизительно 3000 K, имеет слегка красноватый оттенок, тогда как тот же цветовой образ, наблюдаемый при белом свете, имеющем цветовую температуру приблизительно 10000 K, имеет слегка синеватый оттенок.
[0027] Термин «осветительная арматура» используется в настоящем документе в отношении внедрения или установки одного или нескольких осветительных блоков с конкретными конструктивными параметрами, сборкой или упаковкой. Термин «осветительный блок» используют здесь в отношении устройства, включающего в себя один или несколько источников света одинакового или различных типов. Данный осветительный блок может иметь любое одно монтажное устройство из множества монтажных устройств для источника (источников) света, установку оболочки/кожуха и формы, и/или конфигурации электрического или механического соединения. Дополнительно, заданный осветительный блок (не обязательно) может быть связан (например, включать в себя, быть соединенным и/или укомплектованным с) с различными другими компонентами (например, со схемой управления), относящейся к работе источника (источников) света. Термин «осветительный блок на основе СИД» относится к осветительному блоку, который включает в себя один или несколько источников света на основе СИД, как обсуждалось выше, - один или в сочетании с другими источниками света не на основе СИД. Термин «многоканальный» осветительный блок относится к осветительному блоку на основе СИД или не на основе СИД, который включает в себя, по меньшей мере, два источника света, сконструированных для соответствующего генерирования различных спектров излучения, причем каждый конкретный спектр источника может называться «каналом» многоканального осветительного блока.
[0028] Термин «контроллер» используется здесь в основном для описания различных устройств, относящихся к функционированию одного или нескольких источников света. Контроллер может быть встроен многочисленными способами (например, со специализированной аппаратурой) для выполнения различных функций, обсуждаемых в настоящем документе. «Процессор» представляет собой пример контроллера, в котором задействован один или несколько микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микропрограммной поддержки) для выполнения различных функций, обсуждаемых в настоящем изобретении. Контроллер может быть внедрен с использованием процессора или без такового, а также может быть встроен в виде комбинации специализированной аппаратуры для выполнения некоторых функций и управления процессором (например, одним или несколькими программируемыми микропроцессорами и связанными схемами) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, который можно использовать в различных вариантах осуществления настоящего изобретения включают в себя (но не ограничены) стандартные микропроцессоры, интегральные схемы прикладной ориентации (application specific integrated circuits, ASICs) и вентильные матрицы с эксплуатационным программированием (field-programmable gate arrays, FPGAs).
[0029] В различных внедрениях, процессор или контроллер могут быть связаны с одним или несколькими средствами хранения (в общем, относящимся к упоминаемой в данном изобретении «памяти», например, энергозависимой и энергонезависимой компьютерной памяти, такой как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, флоппи-дискам, компакт-дискам, оптическим дискам, магнитной ленте и т.д.). В некоторых внедрениях, средства хранения могут быть закодированы с помощью одной или нескольких программ, которые, при функционировании на одном или нескольких процессорах и/или контроллерах, выполняют, по меньшей мере, некоторые из функций, обсуждаемых в настоящем изобретении. Для внедрения различных особенностей настоящего изобретения, обсуждаемых в данном документе, различные средства хранения могут быть зафиксированы внутри процессора или контроллера, или они могут быть переносными, таким образом, чтобы одну или несколько программ, хранящихся на нем, можно было бы загружать в процессор или контроллер. Термины «программа» или «компьютерная программа» используются в данном изобретении в общем смысле, для обозначения любого типа машинного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который можно использовать для программирования одного или нескольких процессоров или контроллеров.
[0030] Термин «адресуемый используется здесь со ссылкой на аппарат (например, в основном на источник света, осветительный блок или арматуру, контроллер или процессор, связанный с одним или несколькими источниками света или осветительными блоками, другими аппаратами не связанными со светом, относящимися к изобретению, и т.д.), которые настроены на получение информации (например, данных), предназначенных для нескольких аппаратов, включая само себя, и для избирательного отклика на конкретную информацию, предназначенную для него. Термин «адресуемый» часто используют в связи с сетевой средой (или с «сетью», обсуждаемой далее ниже), в которой несколько аппаратов связаны друг с другом через некое средство или средства связи.
[0031] В одном воплощении сети, одно или несколько аппаратов, соединенных с сетью, могут служить в качестве контроллера для одного или нескольких аппаратов, связанных с сетью (например, находящихся в отношении типа «ведущий-ведомый»). В другом воплощении, сетевое окружение может включать в себя один или несколько специализированных контроллеров, которые настроены на управление одним или несколькими аппаратами, соединенных с сетью. Как правило, каждый из нескольких аппаратов, связанных с сетью, может иметь доступ к данным, которые имеются в среде или средах связи; однако, данный аппарат может быть «адресуемым» в том, что он настроен на избирательный обмен данными (т.е. прием данных откуда-либо и/или передачу данных куда-либо) с сетью, например, на основе одного или нескольких конкретных идентификаторов (например, «адресов»), предназначенных для него.
[0032] Термин «сеть», используемый в данном документе, относится к любому межсоединению двух или более аппаратов (включая контроллеры или процессоры), что облегчает передачу информации (например, для управления аппаратом, хранения данных, обмена данными и т.д.) между любыми двумя или несколькими аппаратами и/иди между несколькими аппаратами, связанными с сетью. Как можно легко понять, различные осуществления сетей, пригодные для соединения между собой нескольких аппаратов, могут включать в себя любую из множества топологий сетей и использовать любой из множества протоколов связи. Дополнительно, в различных сетях согласно настоящему раскрытию, любое одно соединение между двумя устройствами может отображать специальную связь между двумя системами, или, в качестве альтернативы, неспециальную связь. В дополнение к переносу информации, предназначенной для двух устройств, так как неспециальная связь может переносить информацию, не обязательно предназначенную для одного из двух аппаратов (например, связь в виде открытой сети). Более того, можно легко понять, что в различных сетях аппаратов, обсуждаемых в данном изобретении можно использовать одну или несколько беспроводных, проволочных/кабельных и/или волоконно-оптических связей для облегчения переноса информации по сети.
[0033] Термин «интерфейс пользователя», используемый в данном документе, относится к взаимодействию между человеком, - пользователем или оператором, и одним или несколькими аппаратами, которые облегчают связь между пользователем и аппаратом (аппаратами). Примеры интерфейсов пользователя, которые можно использовать в различных осуществлениях настоящего раскрытия изобретения включают в себя (но не ограничены) переключатели, потенциометры, кнопки, циферблаты, ползунки, мышь, клавиатуру, вспомогательную клавиатуру, различные типы контроллеров для игр (например, джойстиков), следовых шаровых элементов, устройств отображения, различных типов графических интерфейсов пользователя (graphical user interfaces, GUIs), сенсорных экранов, микрофонов и сенсоров других типов, которые могут принимать некоторые виды сигналов, создаваемых человеком, и генерировать сигналы в ответ на них.
Родственные патенты и патентные заявки
[0034] В настоящий документ в качестве ссылки включены следующие патенты и патентные заявки:
• Патент США № 6016038 «Способ и аппаратура для освещения с помощью многоцветных СИД», опубликованный 18 января 2000 г.;
• Патент США № 6211626 «Компоненты освещения», опубликованный 3 апреля 2001 г.;
• Патент США № 6608453, опубликованный 19 августа 2003 г., «Способы и аппаратура для управляющих устройств в сетевой осветительной системе»;
• Патент США № 6777891 «Способы и аппаратура для управляющих устройств в сетевой осветительной системе», опубликованный 17 августа 2004 г.; и
• Патентная заявка США № 11/836560 « Способы и аппаратура для моделирования активных нагрузок», опубликованная 9 августа 2007 г.
[0035] Следует понимать, что все сочетания вышеописанных концепций и дополнительных концепций, обсуждаемых более подробно ниже (если такие концепции не противоречат друг другу), рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрываемого в данном документе. В частности, все сочетания заявленного объекта изобретения, описанного в конце настоящего раскрытия, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрываемого в настоящем документе. Следует также понимать, что терминология, явно используемая в настоящем документе, которая также может появиться в любом раскрытии, включенном в виде ссылки, должна быть согласована со значением, наиболее совместимых с конкретными концепциями, раскрываемыми в настоящем документе.
Краткое описание чертежей
[0036] На чертежах сходные номера ссылок в основном относятся к одним и тем же деталям на различных изображениях. Также, чертежи не обязательно приведены в масштабе, вместо этого на чертежах в основном помещают визуальное выделение исходя из иллюстрации принципов изобретения.
[0037] Фиг. 1 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую осветительный блок в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.
[0038] Фиг. 2 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую сетевую осветительную систему согласно различным вариантам осуществления изобретения.
[0039] Фиг. 3 представляет собой структурную схему осветительного устройства, включающего в себя несколько последовательно соединенных СИД и одну или несколько управляемых линий тока, согласно одному варианту осуществления изобретения.
[0040] Фиг. 4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую примерное воплощение схемы осветительного устройства, показанного на Фиг. 3, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0041] Фиг. 5A-5D иллюстрируют соответствующие примеры управляемых линий тока, пригодных для использования в схеме согласно Фиг. 4, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0042] Фиг. 6 иллюстрирует примерный набор для осветительного устройства согласно Фиг. 4, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0043] Фиг. 7 иллюстрирует примерную схему для управления узловым напряжения через данный СИД в батарее последовательно соединенных СИД согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0044] Фиг. 8 иллюстрирует осветительное устройство согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором использованы источники электропитания операционного усилителя для генерирования соответствующих узловых напряжений в батарее последовательно соединенных СИД, и индивидуальные источники тока для каждого СИД.
[0045] Фиг. 9 иллюстрирует осветительное устройство согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, имеющее различные группы управляемых каналов, связанных с соответствующими источниками тока.
[0046] Фиг. 10 иллюстрирует осветительное устройство согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, которое, в частности, сконфигурировано для моделирования активной нагрузки.
[0047] Фиг. 11 и 12 иллюстрируют архитектуру «rail splitting» для обеспечения энергии для множества осветительных блоков за счет рабочего напряжения, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
[0048] Ниже описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, включая некоторые варианты осуществления, относящиеся, в частности, к источникам света на основе СИД. Однако, следует учитывать, что настоящее раскрытие не ограничено каким-либо определенным способом внедрения, и что различные варианты осуществления, конкретно обсуждаемые в настоящем документе, приведены прежде всего в целях иллюстрации. Например, различные концепции, обсуждаемые в настоящем документе, можно подходящим образом внедрять в различных средах, включающих в себя источники света на основе СИД, в другие типы источников света, не содержащих СИД, в средах, которые содержат как СИД, так и другие типы источников света в различных сочетаниях, и в средах, которые включает в себя только аппараты, не относящиеся к осветительным, или эти аппараты в сочетании с различными типами источников света.
[0049] Фиг. 1 иллюстрирует один пример осветительного блока 100 согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия. Некоторые общие примеры осветительных блоков на основе СИД, аналогичных приборам, которые описаны ниже в соответствии с Фиг. 1, можно обнаружить, например, в Патенте США № 6016038 «Способ и устройство для освещения с помощью многоцветных СИД», выданном 18 января 2000 г. Мюллеру (Mueller) и др., и в Патенте США № 6211626 «Компоненты освещения», выданном 3 апреля 2001 г. Лис (Lys) и др., причем оба патента включены в настоящий документ в виде ссылки.
[0050] Осветительный блок 100, показанный на Фиг. 1, может быть использован один или вместе с другими аналогичными осветительными блоками в системе осветительных блоков (например, обсуждаемых далее ниже применительно к Фиг. 2). Осветительный блок 100, когда он используется один или в сочетании с другими осветительными блоками, осветительный блок 100 можно использовать в различных применениях, включающих в себя (но не ограниченных) освещение и подсветку внутреннего или внешнего пространства прямого или непрямого наблюдения (например, архитектурное), - обычно прямое или непрямое освещение объектов или пространств, театральное или другое, связанное с развлечениями или спецэффектами, освещение, декоративное освещение, освещение, ориентированное на безопасность, транспортное освещение, или подсветка дисплеев и/или товаров (например, для рекламы и/или в рознично-потребительской среде), комбинированное освещение или подсветку и коммуникационные системы, и т.д., а также для различных целей, связанных с индикацией, отображением на дисплее и информационными целями. Дополнительно, один или несколько осветительных блоков, аналогичных тем, которые описаны применительно к Фиг. 1, можно внедрять в различную продукцию, включающую в себя (но не ограниченную) различные формы световых модулей или ламп, обладающих различными формами, и электрические/механические устройства связи (включая сменные или «модернизируемые» модули или лампы, приспособленные для использования в стандартных розетках или арматуре), а также в различную потребительские и/или бытовые товары (например, ночные светильники, игрушки, игры или компоненты игр, компоненты или системы товаров для развлечения, утварь, электроприборы, кухонные средства, материалы для очистки и т.д.) и компоненты конструкции (например, осветительные панели для стен, пола, потолка, осветительная отделка и компоненты орнамента, и т.д.).
[0051] В различных внедрениях и осуществлениях, осветительный блок 100, показанный на Фиг. 1, включает в себя один или несколько источников света 104A, 104B, 104C и 104D (показанные все вместе как 104), причем один или несколько источников света могут являться источниками света на основе СИД, которые включают в себя один или несколько светоизлучающих диодов (СИД). Согласно одному аспекту данного варианта осуществления, любые два или несколько источников света можно приспособить для генерирования излучения различных цветов (например, красного, зеленого, синего); в этом отношении, как обсуждалось выше, каждый из различных цветных источников света генерирует свой спектр источника, который образует соответствующий «канал» «многоканального» осветительного блока. Хотя на Фиг. 1 показано четыре источника света 104A, 104B, 104C и 104D, следует учитывать, что осветительный блок не ограничен в этом отношении, поскольку различные количества и разнообразные типы источников света (все источники света на основе СИД, сочетания источников света на основе СИД и не на основе СИД, и т.д.), приспособленные для генерирования излучения различных цветов, включая, естественно, и белый свет, могут быть использованы в осветительном блоке 100, как обсуждается ниже.
[0052] Как показано на Фиг. 1, осветительный блок 100 также может включать в себя контроллер 105, который настроен на выпуск одного или нескольких управляющих сигналов для управления источниками света для генерирования различных интенсивностей света, исходящего из источников света. Например, в одном внедрении контроллер 105 может быть настроен на выпуск, по меньшей мере, одного управляющего сигнала для каждого источника света для независимого управления интенсивностью света (например, мощности излучения в люменах), генерируемого каждым источником света; в качестве альтернативы, контроллер 105 может быть настроен на выпуск одного или нескольких управляющих сигналов для коллективного управления группы из двух или более источников света, осуществляемого идентичным образом. Некоторые примеры управляющих сигналов, которые могут быть генерированы контроллером для управления источниками света включают в себя (но не ограничены) импульсно-модулированные сигналы, сигналы широтно-импульсной модуляции (pulse width modulated signals, PWM), амплитудно-импульсные модулированные сигналы (pulse amplitude modulated signals, PAM), сигналы с импульсно-кодовой модуляцией (pulse code modulated signals, PCM) сигналы аналогового управления (например, сигналы управления тока, сигналы управления напряжения), комбинации и/или модуляции вышеупомянутых сигналов, или другие управляющие сигналы. Согласно одному аспекту, в частности, применительно к источникам на основе СИД, один или несколько способов модуляции обеспечены для плавного управления с использованием фиксированного уровня тока, применяемого для одного или нескольких СИД, с целью смягчения возможных нежелательных или непрогнозируемых колебаний в выходном сигнале СИД, которые могут возникнуть при использовании изменяемого тока возбуждения СИД. Согласно другой особенности, контроллер 105 может управлять другой специализированной цепью (не показанную на Фиг. 1), которая, в свою очередь, управляет источниками света для изменения их соответствующих интенсивностей.
[0053] Вообще, интенсивность (выходная мощность излучения) излучения, генерируемого одним или несколькими источниками света, пропорциональная средней мощности, подаваемой на источник (источники) света за заданный период времени. Следовательно, одна технология для изменения интенсивности излучения, генерируемого одним или несколькими источниками света, включает в себя модулирование мощности, подаваемой (т.е. рабочей мощности) на источник (источники) света. Для некоторых типов источников света, включая источники света на основе СИД, эту технологию можно эффективно осуществить с использованием широтной импульсной модуляции (pulse width modulation, PWM).
source
source
source
source
source
source
source
source
source
source
source
source
source
=
[0054] В одном примерном внедрении PWM-технологии, для каждого канала осветительного блока, фиксированное заданное напряжение V периодически прикладывают к определенному источнику света, формирующему канал. Приложение напряжения V можно осуществлять с помощью одного или нескольких переключателей, не показанных на Фиг. 1, управляемых контроллером 105. Тогда как напряжение V прикладывают к источнику света, заданному фиксированному току I (например, формируемому регулятором тока, также не показанным на Фиг. 1), позволяют течь через источник света. Снова напомним, что источник света на основе СИД может включать в себя один или несколько СИД, таким образом, что напряжение V можно прикладывать к группе СИД, составляющих источник, а ток I может принимать на себя группа СИД. Фиксированное напряжение V, приложенное к источнику света, при его снабжении энергией, и управляемый ток I, принимаемый на себя источником тока, при его снабжении энергией, определяет величину мгновенной рабочей мощности P источника света (P V I). Как было упомянуто выше, для источников света на основе СИД, использование управляемого тока смягчает возможные нежелательные или непрогнозируемые колебания в выходном сигнале СИД, которые могут возрастать при использовании переменного управляющего тока СИД. Согласно технологии PWM, путем периодического приложения напряжения V к источнику света и изменения времени, напряжение прикладывают в ходе заданного цикла включения-отключения, можно модулировать среднюю мощность, подаваемую на источник света в течение времени (среднюю рабочую мощность). В частности, контроллер 105 может быть настроен на приложение напряжения V к данному источнику света в импульсном режиме (например, путем испускания управляющего сигнала, который управляет одним или несколькими переключателями для приложения напряжения к источнику света), предпочтительно, при частоте, большей частоты, пригодной для выявления человеческим глазом (например, большей, чем приблизительно 100 Гц). Таким образом, наблюдатель света, генерируемого источником света, не воспринимает дискретные циклы включения-выключения (обычно упоминаемые как «фликкер-эффект»), а вместо этого интегративная функция глаза воспринимает в основном непрерывное генерирование света. Путем управления длительностью импульса (т.е. времени пребывания в рабочем состоянии, или «рабочего цикла») циклов включения-выключения управляющего сигнала, контроллер управляет средним значением времени, в течение которого источник света снабжается энергией в течение любого заданного периода времени, и, таким образом, управляет средней рабочей мощностью источника света. Таким образом, в свою очередь, можно варьировать воспринимаемую яркость света, генерируемого в каждом канале.
[0055] Как более подробно обсуждается ниже, контроллер 105 может быть выполнен с возможностью управления каждым отдельным каналом источника света многоканального осветительного блока при заданной средней рабочей мощности для обеспечения соответствующей выходной мощности излучения для света, генерируемого каждым каналом. В качестве альтернативы, контроллер 105 может получать инструкции (например, «команды на освещение») от различных источников, например, с пользовательского 118 интерфейса, источника 124 сигналов, или одного или нескольких коммуникационных 120 портов, которые точно определяют задаваемые рабочие мощности для одного или нескольких каналов, и, таким образом, соответствующие выходные мощности излучения для света, генерируемого соответствующими каналами. Путем изменения заданных рабочих мощностей для одного или нескольких каналов (например, для исполнения различных инструкций или команд на освещение), осветительный блок может генерировать различные воспринимаемые цвета и уровни яркости света.
[0056] В одном варианте осуществления осветительного блока 100, как было упомянуто выше, один или несколько источников света 104A, 104B, 104C и 104D, показанных на Фиг. 1, могут включать в себя группу из нескольких СИД или других типов источников света (например, различных параллельно и/или последовательно соединенных СИД или других типов источников света), которые все вместе управляются контроллером 105. Дополнительно, следует учитывать, что один или несколько источников света могут включать в себя один или несколько СИД, которые приспособлены для генерирования излучения, обладающее любым из разнообразных спектров (т.е. длин волн или волновых областей), включая (но без ограничений) различные видимые цвета (включая, естественно, и белый свет), различные цветовые температуры белого света, ультрафиолетовую или инфракрасную область. СИД, обладающие различными ширинами спектральной полосы (например, узкой полосой частот, широкой полосой частот), можно использовать в различных внедрениях осветительного блока 100.
[0057] Согласно другому аспекту осветительного блока 100, показанного на Фиг. 1, осветительный блок 100 может быть сконструирован и установлен для получения широкого диапазона изменяемого цветного излучения. Например, согласно одному варианту осуществления, осветительный блок 100 может быть, в частности, установлен таким образом, чтобы свет с управляемой изменяемой интенсивностью (т.е. изменяемой мощностью излучения), генерируемый двумя или более источниками света, представлял собой продукт перемешанного цветного света (включая естественно и белый свет, имеющий различные цветовые температуры). В частности, цвет (или цветовую температуру) смешанного цветного света можно варьировать путем изменения одной или нескольких соответствующих интенсивностей (выходной мощности излучения) источников света (например, в качестве отклика на один или несколько управляющих сигналов, испускаемых контроллером 105). Более того, контроллер 105 может быть конкретно настроен на подачу управляющих сигналов на один или несколько источников света для генерирования различных статических или меняющихся во времени (динамических) многоцветных (или многотемпературных) световых эффектов. С этой целью, в одном варианте осуществления контроллер может включать в себя процессор 102 (например, микропроцессор), программируемый на передачу таких управляющих сигналов на один или несколько источников света. Согласно различным аспектам, процессор 102 можно запрограммировать на автономную передачу таких управляющих сигналов, в качестве отклика на команды на освещение, или в качестве отклика на различные пользовательские или входные сигналы.
[0058] Таким образом, осветительный блок 100 может включать в себя широкое разнообразие цветных СИД в различных сочетаниях, включая два или несколько из следующих СИД: красный, зеленый и синий, для получения смешанного цвета, а также один или несколько других СИД для получения меняющихся цветов и цветовых температур белого света. Например, красный, зеленый и синий цвета можно смешивать с янтарным, белым, ультрафиолетовым, оранжевым, инфракрасным или другими цветами СИД. Дополнительно, множество белых СИД, которые обладают различными цветовыми температурами (например, один или несколько первых белых СИД, которые генерируют первый спектр, соответствующий первой цветовой температуре, и один или несколько вторых белых СИД, которые генерируют второй спектр, соответствующий второй цветовой температуре, отличной от первой цветовой температуры), можно использовать в осветительном блоке с СИД белого света или в сочетании с другими цветами СИД. Такие сочетания различным образом окрашенных СИД и/или белых СИД с различными цветовыми температурами в осветительном блоке 100 может облегчить точное воспроизведение множества желательных спектров освещения, примеры которых включают в себя (но не ограничены) множество эквивалентов внешнего дневного света в различное время суток, различные условия внутреннего освещения, условия освещения, моделирующие сложный многоцветный фон, и т.п. Другие желательные условия освещения можно создать путем устранения конкретных областей спектра, которые могут быть специальным образом поглощены, ослаблены или отражены в некоторую окружающую среду. Вода, например, имеет тенденцию к поглощению и ослаблению большей части не синего и не зеленого цветов света, так что из условий освещения, которые приспособлены для усиления или ослабления некоторых спектральных элементов относительно других, можно извлечь выгоду для применения под водой.
[0059] Как показано на Фиг. 1, осветительный блок 100 также может включать в себя память 114 для хранения информации. Например, память 114 можно использовать для хранения одной или нескольких команд на освещение или программ для исполнения процессором (например, для генерирования одного или нескольких управляющих сигналов для источников света), а также различных типов данных, пригодных для генерирования переменного цветного излучения (например, информации о калибровке, обсуждаемой ниже). Память 114 также может хранить один или несколько конкретных идентификаторов (например, серийный номер, адрес и т.д.), которые можно использовать либо локально, либо на уровне системы для идентификации осветительного блока 100. В различных вариантах осуществления, такие идентификаторы, например, могут быть предварительно запрограммированными изготовителем, и после этого могут быть либо изменяемыми, либо неизменяемыми (например, посредством некоторого типа пользовательского интерфейса, расположенного на осветительном блоке, посредством одного или нескольких сигналов данных или управляющих сигналов, принимаемых осветительным блоком, и т.д.). В качестве альтернативы, такие идентификаторы можно определять в момент первоначального использования осветительного блока в поле, а после этого они снова могут стать изменяемыми или неизменяемыми.
[0060] Еще раз обратимся к Фиг. 1. Осветительный блок 100 может включать в себя (не обязательно) один или несколько пользовательских 118 интерфейсов, которые обеспечены для обеспечения любых из множества установок, выбранных пользователем, или функций (например, как правило, управляющих выходным сигналом осветительного блока 100, изменяющих и/или выбирающих различные предварительно заданные осветительные эффекты, генерируемые осветительным блоком, изменяющие и/или выбирающие различные параметры выбранных осветительных эффектов, устанавливающие конкретные идентификаторы, такие как адреса или серийные номера для осветительного блока, и т.д.). В различных вариантах осуществления, связь между пользовательским интерфейсом 118 и осветительным блоком может быть осуществлена по проволоке или кабелю, или беспроводной передачей. В одном внедрении, контроллер 105 осветительного блока контролирует пользовательский 118 интерфейс и управляет одним или несколькими источниками света 104A, 104B, 104C и 104D исходя, по меньшей мере, частично, из работы пользовательского интерфейса. Например, контроллер 105 может быть настроен на отклик на работу пользовательского интерфейса за счет испускания одного или нескольких управляющих сигналов для управления одним или несколькими источниками освещения. В качестве альтернативы, процессор 126 может быть выполнен с возможностью совершать отклик путем выбора одного или нескольких предварительно запрограммированных управляющих сигналов, сохраняемых в памяти, модифицирования управляющих сигналов, генерируемых путем выполнения режима освещения, выбора нового режима освещения из памяти и его выполнения, или иным способом влияя на излучение, генерируемое одним или несколькими источниками света.
[0061] В частности, в одном внедрении, пользовательский интерфейс 118 может составлять один или несколько переключателей (например, стандартный настенный выключатель), который прерывает подачу энергии к контроллеру 105. Согласно одному аспекту данного внедрения, контроллер 105 настроен на контроль мощности, управляемой пользовательским интерфейсом, и, в свою очередь, на управление одного или нескольких источников света исходя, по меньшей мере, частично, из продолжительности перерыва электроснабжения, вызванного работой пользовательского интерфейса. Как обсуждалось выше, контроллер может быть, в частности, настроен на отклик на заданную продолжительность перерыва в электроснабжении, например, путем выбора одного или нескольких заранее заданных управляющих сигналов, сохраняемых в памяти, модифицирования управляющих сигналов, генерируемых за счет выполнения программ освещения, выбора новых программ из памяти и их выполнения, или иного воздействия на излучение, генерируемое одним или несколькими источниками света.
[0062] Фиг. 1 также иллюстрирует, что осветительный блок 100 может быть настроен на прием одного или нескольких сигналов 122 с одного или нескольких других источников 124 сигналов. В одном внедрении, контроллер 105 осветительного блока может использовать сигнал (сигналы) 122, либо одного либо в сочетании с другими управляющими сигналами (например, сигналами, генерируемыми выполнением программ освещения, одним или несколькими сигналами, исходящими из пользовательского интерфейса, и т.д.), с тем, чтобы управлять одним или несколькими источниками света 104A, 104B, 104C и 104D способом, аналогичным обсуждаемому выше применительно к пользовательскому интерфейсу.
[0063] Примеры сигнала (сигналов) 122, который может быть принят и обработан контроллером 105, включают в себя (но не ограничены) один или несколько звуковых сигналов, видеосигналов, сигналов мощности, различных типов сигналов данных, сигналов, отображающих информацией, получаемой из сети (например, Интернета), сигналов, отображающих одно или несколько выявляемых/определяемых условий, сигналов из осветительных блоков, сигналов, состоящих из модулированного светового сигнала, и т.д. В различных внедрениях, источник (источники) 124 сигналов могут быть расположены удаленно от осветительного блока 100, или включено в качестве компонента осветительного блока. В одном воплощении, сигнал с одного осветительного блока 100 можно послать по сети к другому осветительному блоку 100.
[0064] Некоторые примеры источника 124 сигналов, которые можно задействовать или использовать применительно к осветительному блоку 100 согласно Фиг. 1, включают в себя любой из множества датчиков или преобразователей, которые генерируют один или несколько сигналов 122 в ответ на некоторые сигналы возбуждения. Примеры таких датчиков включают в себя (но не ограничены) различные типы датчиков состояния окружающей среды, таких как термически чувствительные датчики (например, температурные, инфракрасные), датчики влажности, датчики перемещения, фотодатчики/датчики света (например, фотодиоды, датчики, чувствительные к одному или нескольким конкретных спектров электромагнитного излучения, такие как спектрорадиометров или спектрофотометров, и т.д.), различные типы камер, датчики звука или вибрации, или другие преобразователи давления/силы (например, микрофоны, пьезоэлектрические приборы), и т.п.
[0065] Дополнительные примеры источника 124 сигналов включают в себя различные измерительные/индикационные аппараты, которые контролируют электрические сигналы или характеристики (например, напряжение, ток, мощность, сопротивление, емкость, индуктивность и т.д.) или химические/биологические характеристики (например, кислотность, присутствие одного или нескольких конкретных химических или биологических возбудителей, бактерий, и т.д.) и обеспечение одного или нескольких сигналов 122, исходя из измеренных значений сигналов или характеристик. Еще одни примеры источника 124 сигналов включают в себя различные типы сканеров, систем распознавания изображений, систем распознания голоса или звука, искусственного интеллекта и робототехнических систем, и т.п.. Источник 124 сигнала также может представлять собой осветительный блок 100, другой контроллер или процессор, или любой один из многих подходящих аппаратов, генерирующих сигналы, таких как медиаплеер, MP3-плееры, компьютеры, DVD-плееры, CD-плееры, источники телевизионного сигнала, источники сигналов на выходе из камеры, микрофоны, динамики телефоны, сотовые телефоны, средства диалогового обмена сообщениями, SMS-аппараты, беспроводные аппараты, персональные органайзеры, и многие другие.
[0066] В одном варианте осуществления, осветительный блок 100, показанный на Фиг. 1, также может включать в себя один или несколько оптических элементов 130 для оптической обработки излучения, генерируемого источниками света 104A, 104B, 104C и 104D. Например, один или несколько оптических элементов могут быть сконфигурированы для изменения одного или обоих параметров, - пространственного распределения или направления распространения генерируемого излучения. В частности, один или несколько оптических элементов сконфигурированы для изменения угла рассеяния генерируемого излучения. Согласно одному аспекту данного варианта осуществления, один или несколько оптических элементов 130 могут быть, в частности, сконфигурированы для переменного изменения одного или обоих параметров пространственного распределения или направления распространения генерируемого излучения (например, в качестве отклика на некоторые электрические и/или механические сигналы возбуждения). Примеры оптических элементов, которые могут быть включены в осветительный блок 100, включают в себя (но не ограничены) отражающие вещества, преломляющие вещества, просвечивающиеся вещества, фильтры, линзы, зеркала и волокнистую оптику. Оптический 130 элемент также может включать в себя фосфоресцирующее вещество, люминесцентное вещество, или другое вещество, способное реагировать или взаимодействовать с генерируемым излучением.
[0067] Как также показано на Фиг. 1, осветительный блок 100 может включать в себя один или несколько коммуникационных портов 125 для облегчения соединения осветительного блока 100 для любого из множества других аппаратов. Например, один или несколько коммуникационных портов 125 могут обеспечить связывание осветительных блоков вместе в виде сетевой осветительной системы, в которой, по меньшей мере, некоторые из осветительных блоков являются адресуемыми (например, имеют конкретные идентификаторы или адреса) и реагируют на конкретные данные, передаваемые по сети.
[0068] В частности, в сетевой осветительной системе, более подробно обсуждаемой ниже (например, применительно к Фиг. 2), поскольку данные передаются по сети, контроллер 105 каждого осветительного блока, связанного с сетью, может быть сконфигурирован таким образом, чтобы он реагировал на конкретные данные (например, команды управления освещением), которые имеют отношение к нему (например, в некоторых случаях, в соответствии с командами соответствующих идентификаторов сетевых осветительных блоков). Сразу после идентификации данным контроллером конкретных данных, предназначенных для него, он может прочесть данные и, например, изменить условия освещения, создаваемые его источниками освещения в соответствии с полученными данными (например, путем генерирования соответствующих управляющих сигналов для источников света). В соответствии с одним аспектом, память 127 каждого осветительного блока, соединенного с сетью, может быть загружена, например, таблицей управляющих сигналов освещения, которые согласуются с данными, которые получает процессор 126 контроллера. Сразу после получения процессором 126 данных с сети, процессор может обращаться к таблице для выбора управляющих сигналов, которые соответствуют полученным данным, и, соответственно, управлять источниками света осветительного блока.
[0069] Согласно одной особенности данного осуществления, процессор 102 данного осветительного блока, так или иначе, соединенный с сетью, может быть сконфигурирован для интерпретации данных или команд на освещение, которые записываются в DMX-протокол (как обсуждалось, например, в Патентах США 6016038 и 6211626), который является протоколом команды освещения, стандартно используемым в индустрии освещения для некоторых применений программируемого освещения. В DMX-протоколе команды на освещение передаются к осветительному блоку в виде управляющих данных, которые форматируются в виде пакетов, содержащих 512 байтов данных, в которых каждый байт данных составляет 8-битное отображение численного значения от нуля до 255. Эти 512 байт данных следуют за байтом «начального кода». Полный «пакет», включающий в себя 513 байт (начальный код плюс данные), передается периодически при 250 кбит/с в соответствии с уровнями напряжения RS-485 и правилами эксплуатации кабельной разводки, причем начало пакета обозначается прерыванием, по меньшей мере, в 88 микросекунд.
[0070] В DMX-протоколе, каждый байт данных из 512 байт в данном пакете обозначен в качестве команды на освещение для конкретного «канала» многоканального осветительного блока, в котором численное значение ноль означает отсутствие выходной мощности излучения для данного канала осветительного блока (т.е. канал отключен), а численное значение 255 означает полную выходную мощность излучения (100%-ную доступную мощность) для данного канала осветительного блока (т.е. канал полностью включен). Например, согласно одному аспекту, при рассмотрении момента, когда трехканальный осветительный блок основан на красных, зеленых и синих СИД (т.е. осветительный блок «R-G-B»), команда на освещение в DMX-протоколе может задавать команду на каждый из каналов, - красный канал, зеленый канал, и синий канал, в виде восьмибитной информации (т.е. байт данных), отображающую значение от 0 до 255. Максимальное значение 255 для любого из цветных каналов поступает в виде команды на процессор 102 для управления соответствующим источником (источниками) света, функционирующего при максимально допустимой мощности (т.е. 100%) для канала, генерируя, таким образом, максимально допустимую мощность излучения для этого цвета (такая командная структура для осветительного блока R-G-B обычно называется 24-битным управлением цветности). Таким образом, команда формата [R, G, B]=[255, 255, 255] будет заставлять осветительный блок генерировать максимальную мощность излучения для каждого света, - красного, зеленого и синего (создавая, таким образом, белый свет).
[0071] Таким образом, данный канал связи, в котором использован DMX-протокол, стандартно может поддерживать до 512 различных каналов осветительного блока. Данный осветительный блок, спроектированный для приема сообщений, отформатированных в DMX-протоколе, обычно сконфигурирован для создания отклика только на один или несколько конкретных байтов данных из 512 байтов в пакете, соответствующем множеству каналов осветительного блока (например, в примере трехканального осветительного блока, в осветительном блоке использованы три байта), и на игнорирование других байтов исходя из конкретного положения желательного байта (байтов) данных в общей последовательности из 512 байтов данных в пакете. С этой целью, осветительные приборы на основе DMX могут быть снабжены механизмом выборки адреса, который может вручную установить пользователь/инсталлятор для определения конкретного местоположения байта (байтов) данных в заданном DMX-пакете, используемого осветительным блоком для отклика.
[0072] Однако, следует учитывать, что осветительные блоки, пригодные для целей настоящего раскрытия, не ограничены форматом команды DMX, поскольку осветительные блоки согласно различным вариантам осуществления могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы они реагировали на другие типы коммуникационных протоколов и форматов команд освещения для управления их соответствующими источниками света. В целом процессор 102 может быть сконфигурирован для создания отклика на команды на освещение в различных форматах, которые отображают заданные заранее рабочие мощности для каждого отдельного канала многоканального осветительного блока в соответствии с определенной масштабной линейкой, отображающей допустимую рабочую мощность для каждого канала, - от нулевой до максимальной.
[0073] Например, в другом варианте осуществления, процессор 102 данного осветительного блока может быть сконфигурирован для интерпретации данных/команд на освещение, которые записываются в стандартный протокол Ethernet (или аналогичный протокол на основе концепции Ethernet). Ethernet представляет собой хорошо известную технологию построения компьютеров в сеть, часто используемую для локальных вычислительных сетей (local area networks, LANs), которая задает требования по прокладке проводки и подаче сигналов для соединенных друг с другом аппаратов, образующих сеть, а также по формату кадров и протоколам для данных, передаваемых по сети. Аппараты, соединенные с сетью, обладают соответствующими уникальными адресами, а данные для одного или нескольких адресуемых аппаратов на сети скомпонованы в пакеты. Каждый пакет Ethernet включает в себя «заголовок», в котором указан адрес назначения (к которому пакет направляют), и адрес источника (с которого пакет исходит), за которым следует «полезная нагрузка», включающая в себя несколько байтов данных (например, в рамочном протоколе Ethernet Типа II, полезная нагрузка может составлять от 46 до 1500 байтов данных). Пакет завершается кодом исправления ошибок или «контрольной сумой». Как и в случае DMX-протокола, обсуждаемого выше, полезная нагрузка последовательных пакетов Ethernet, предназначенных для данного осветительного блока, сконфигурированного для записи сообщений в протоколе Ethernet, может включать в себя информацию, которая отображает соответствующие заданные мощности излучения для различных имеющихся в наличии спектров света (например, различных цветовых каналов), которые может генерировать осветительный блок.
[0074] В еще одном варианте осуществления, процессор 102 данного осветительного блока может быть сконфигурирован для интерпретации данных/команд на освещение, которые записываются в последовательный коммуникационный протокол, как описано, например, в Патенте США № 6777891. В частности, согласно одному варианту осуществления, основанному на последовательном коммуникационном протоколе, несколько осветительных блоков 100 соединены друг с другом через их коммуникационные порты 120, с образованием последовательного соединения осветительных блоков (например, топология гирляндного подключения или кольцевая топология), причем каждый осветительный блок имеет входной коммуникационный порт и выходной коммуникационный порт. Данные/команды на освещение, передаваемые к осветительным блокам, располагаются последовательно исходя из относительного расположения в последовательном соединении каждого осветительного блока. Следует понимать, что, хотя осветительная сеть, основанная на последовательном соединении между собой осветительных блоков, обсуждается, в частности, применительно к варианту осуществления, в котором использован последовательный коммуникационный протокол, раскрытие изобретения не ограничено в этом отношении, поскольку другие примеры топологий осветительной сети, рассматриваемых в настоящем раскрытии, обсуждаются ниже применительно к Фиг. 3.
[0075] В одном варианте осуществления, в котором использован последовательный коммуникационный протокол, поскольку процессор 102 каждого осветительного блока при последовательном соединении принимает информацию, он «удаляет из текста» или извлекает одну или несколько первоначальных частей последовательности данных, предназначенных для него, и перемещает остаток последовательности данных в следующий осветительный блок в последовательном соединении. Например, снова рассмотрим последовательное соединение нескольких трехканальных (например, «R-G-B») осветительных блоков, где каждый трехканальный осветительный блок извлекает три многобитных значения (одна мультибитная величина на канал) из полученной последовательности данных. Каждый осветительный блок в последовательном соединении, в свою очередь, повторяет эту процедуру, а именно, «удаление из текста» или извлечение одной или нескольких первоначальных частей (мультибитных величин) из полученной последовательности данных и передачу остатка последовательности. Первоначальная часть последовательности данных, считанная из текста, в свою очередь, каждым осветительным блоком, может включать в себя соответствующие мощности излучения, предварительно заданные для различных имеющихся в наличии спектров света (например, различных цветовых каналов), которые может генерировать осветительный блок. Как обсуждалось выше применительно к DMX-протоколу, в различных внедрениях каждая мультибитная величина, приходящаяся на канал, может представлять собой 8-битную величину, или другое количество бит (например, 12, 16, 24 и т.д.) на канал, зависящую, отчасти, от желаемой разрешающей способности системы управления для каждого канала.
[0076] В еще одном примере внедрения последовательного коммуникационного протокола, без «удаления из текста» первоначальной части полученной последовательности данных, каждая часть последовательности данных, отображающая данные для нескольких каналов данного осветительного блока, помечена флагом, а полная последовательность данных для нескольких осветительных блоков полностью предается от одного осветительного блока к другому, при последовательном соединении. Поскольку осветительный блок при последовательном соединении принимает последовательность данных, он ищет первую часть последовательности данных, в которой флаг означает, что данная часть (отображающая один или несколько каналов) еще не была считана никаким осветительным блоком. По обнаружению такой части, осветительный блок считывает и обрабатывает эту часть для обеспечения соответствующего выходного светового сигнала, и устанавливает соответствующий флаг, означающий, что эта часть была считана. Теперь, полная последовательность данных полностью передается от одного осветительного блока к другому, причем состояние флагов будет означать, что следующая часть последовательности данных пригодна для считывания и обработки.
[0077] В одном варианте осуществления, относящемся к последовательному коммуникационному протоколу, контроллер 105 данного осветительного блока, сконфигурированного для последовательного коммуникационного протокола, может быть внедрен в качестве интегральной схемы прикладной ориентации (application-specific integrated circuit, ASIC), спроектированной для точной обработки полученного потока данных/команд на освещение в соответствии с процессом «удаления/высвобождения данных» или процессом «модификации флага», обсуждаемым выше. Точнее говоря, в одном примерном варианте осуществления множества осветительных блоков, соединенных друг с другом последовательно с образованием сети, каждый осветительный блок включает в себя ASIC-контроллер 105, выполняющий функции процессора 102, памяти 114 и коммуникационного порта (портов) 120, показанных на Фиг. 1 (необязательный пользовательский интерфейс 118 и источник 124 сигналов, конечно, нет необходимости включать в некоторые внедрения). Такое внедрение подробно обсуждается в Патенте США № 6777891.
[0078] В одном варианте осуществления, источник 104 освещения может включать в себя и/или быть соединенным с одним или несколькими источниками 108 питания. Согласно различным аспектам, примеры источника (источников) 108 питания включают в себя (но не ограничены) источники питания переменного тока, источники питания постоянного тока, батареи, источники питания на основе солнечных элементов, термоэлектрические или механические источники питания, и т.п. Дополнительно, согласно одной особенности, источник (источники) 108 питания может включать в себя или быть связанным с одним или несколькими устройствами преобразования энергии или цепью преобразования энергии (например, в некоторых случаях расположенными внутри источника 104 освещения), которые преобразуют энергию, принятую внешними источниками электропитания, в форму, пригодную для функционирования различных компонентов внутренней сети и источника 104 света. В одном примере осуществления, обсуждаемом в Патенте США № 7256554, называемом «Способы и устройства управления мощностью СИД», включенном в настоящий документ в виде ссылки, контроллер 105 источника 104 света может быть сконфигурирован для приема стандартного линейного напряжения постоянного тока с источника 108 электропитания и обеспечения соответствующей мощности постоянного тока для источников света и других цепей осветительного блока исходя из концепций, относящихся к DC/DC преобразованию, или концепций «переключения» источника электропитания. Согласно одной особенности таких внедрений, контроллер 105 может включать в себя цепь, которая не только принимает стандартное линейное напряжение переменного тока, но и для обеспечения того, чтобы энергия поступала за счет линейного напряжения с достаточно высоким коэффициентом мощности.
[0079] Фиг. 2 иллюстрирует пример сетевых осветительных систем 200 согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия. В варианте осуществления согласно Фиг. 2, множество осветительных блоков 100, аналогичных осветительным блокам, обсуждаемым выше применительно к Фиг. 1, соединены друг с другом с образованием сетевой осветительной системы. Однако, следует понимать, что конкретная конфигурация и расположение осветительных блоков, показанных на Фиг. 2, представлена только в целях иллюстрации, и что раскрытие не ограничено конкретной топологией системы, показанной на Фиг. 2.
[0080] Дополнительно, хотя это ясно не показано на Фиг. 2, следует понимать, что сетевая осветительная система 200 может быть сконфигурирована таким образом, чтобы она включала в себя один или несколько пользовательских интерфейсов, а также один или несколько источников сигналов, таких как датчики/преобразователи. Например, один или несколько пользовательских интерфейсов и/или один или несколько источников сигнала, таких как датчики/преобразователи (как обсуждалось выше применительно к Фиг. 1), могут быть связаны с любым одним или несколькими осветительными блоками сетевой осветительной системой 200. В качестве альтернативы (или в дополнение к вышесказанному), один или несколько пользовательских интерфейсов и/или один или несколько источников сигнала могут быть внедрены в качестве «автономных» компонентов в сетевую осветительную систему 200. Независимо от того, являются ли компоненты автономными, или конкретно связанными с одним или несколькими осветительными блоками 100, эти аппараты могут быть «совместно используемыми» осветительными блоками сетевой осветительной системы. Иначе говоря, один или несколько пользовательских интерфейсов и/или один или несколько источников сигнала, таких как датчики/преобразователи могут представлять собой «совместно используемые ресурсы» в сетевой осветительной системе, которую можно использовать в связи с управлением любым одним или несколькими осветительными блоками системы.
[0081] Как показано в варианте осуществления Фиг. 2, система 200 освещения может включать в себя один или несколько контроллеров осветительных блоков (lighting unit controllers, здесь и далее «LUC») 208A, 208B, 208C и 208D, в которых каждый LUC отвечает за сообщение с одним или несколькими осветительными блоками 100, с которыми они связаны, и за их общее управление. Хотя Фиг. 2 иллюстрирует один осветительный блок 100, связанный с каждым LUC, следует учитывать, что раскрытие в этом отношении не ограничено, поскольку с данным LUC могут быть связаны различные количества осветительных блоков 100 согласно множеству различных конфигураций (последовательные соединения, параллельные соединения, сочетания последовательных и параллельных соединений, и т.д.), с использованием множества разнообразных средств и протоколов связи.
[0082] В системе согласно Фиг. 2, каждый LUC, в свою очередь, может быть связан с центральным контроллером 202, который сконфигурирован для сообщения с одним или несколькими LUC. Хотя Фиг. 2 иллюстрирует четыре LUC, связанные с центральным 202 контроллером через общее 212 соединение (которое может включать в себя любое количество различных стандартных средств соединения, переключения и/или создания сетей), следует учитывать, что в соответствии с различными вариантами осуществления, LUC в различных количествах могут быть соединены с центральным контроллером 202. Дополнительно, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, LUC и центральный контроллер может быть соединен с различными конфигурациями с использованием различных протоколов и средства связи с образованием сетевой осветительной 200 системы. Более того, следует учитывать, что соединение LUC между собой и с центральным контроллером, а также соединение между осветительными блоками и соответствующими LUC можно осуществлять различными способами (например, с использованием различных конфигураций, средств и протоколов связи).
[0083] Например, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия, центральный 202 контроллер, показанный на Фиг. 2, может быть сконфигурирован для внедрения коммуникаций на основе сети Ethernet с LUC, а, в свою очередь, LUC могут быть сконфигурированы для внедрения одного из коммуникационных протоколов на основе Ethernet, DMX (Digital Matrix Switch, цифрового матричного коммутатора) или протокола последовательного соединения с осветительными блоками 100 (как было описано выше, примерные протоколы последовательного соединения, пригодные для различных воплощений сети, подробно обсуждаются в Патенте США № 6777891). В частности, согласно одной особенности данного осуществления, каждый LUC может быть сконфигурирован в виде адресуемого контроллера на основе Ethernet, а следовательно, может быть идентифицирован центральным контроллером 202 через конкретный единственный адрес (или единственную группу адресов и/или другие идентификаторы) с использованием протокола на основе Ethernet. Таким образом, центральный контроллер 202 может быть сконфигурирован для поддержки сообщений Ethernet по сети LUC, связанных между собой, и каждый LUC может отвечать на эти сообщения, предназначенные для него. В свою очередь, каждый LUC может передавать информацию о управлении освещением на один или несколько связанных с ним осветительных блоков, например, с использованием протокола Ethernet, DMX, или последовательного соединения, в ответ на сообщение Ethernet, отправленное с центрального контроллера 202 (причем осветительные блоки соответствующим образом сконфигурированы для интерпретации информации, принимаемые LUC в соответствии с протоколами Ethernet, DMX или последовательного соединения).
[0084] LUC 208A, 208B м 208C, показанные на Фиг. 2, могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы они были «разумными», в том смысле, что центральный контроллер 202 может быть сконфигурирован для передачи команд более высокого уровня на LUC, которые должны быть расшифрованы LUCs перед тем, как информация о управлении освещением может быть передана на осветительные блоки 100. Например, оператор системы освещения может хотеть создать эффект изменения цвета, который изменяет цвета с одного осветительного блока до другого таким образом, что возникает внешний вид распространяющейся радуги цветов («бегущей радуги»), с учетом конкретного расположения осветительных блоков относительно друг друга. В данном примере, оператор может обеспечить подачу простой команды на центральный контроллер 202 для осуществления вышеописанного, а, в свою очередь, центральный контроллер может передать сообщение на один или несколько LUC с использованием высокоуровневой команды на основе протокола Ethernet для создания «бегущей радуги». Команда может содержать информацию, например, об отсчете времени, интенсивности, цветовом тоне, насыщении, или другую необходимую информацию. Когда данный LUC получает такую команду, он может затем интерпретировать команду и передавать дальнейшие команды одному или нескольким осветительным блокам с использованием любого одного или нескольких протоколов (например, Ethernet, DMX, протокола для последовательной связи), в соответствии с которыми соответствующие источники питания осветительных блоков управляются посредством самых разнообразных технологий подачи сигналов (например, широтно-импульсных модуляторов (Pulse Width Modulator, PWM)).
[0085] Также, один или несколько LUC осветительной сети могут быть соединены с последовательно соединенным множеством осветительных блоков 100 (например, см. LUC 208A по Фиг. 2, который связан с двумя последовательно соединенными осветительными блоками 100). Например, каждый LUC, соединенный указанным способом, сконфигурирован для сообщения с несколькими осветительными блоками с использованием коммуникационного протокола последовательной связи, примеры которого обсуждались выше. Точнее говоря, в одном примерном внедрении, данный LUC может быть сконфигурирован для сообщения с центральным 202 контроллером, и/или одним или несколькими другими LUC, с использованием протокола Ethernet, и, в свою очередь, сообщения с множеством осветительных блоков, с использованием коммуникационного протокола последовательной связи. Таким образом, LUC можно рассматривать с точки зрения преобразователя протоколов, который принимает команды на освещение или данные в протоколе Ethernet, и далее передает команды на множество последовательно соединенных осветительных блоков с использованием протокола последовательной связи. Конечно, для других внедрений сети, включающих в себя осветительные блоки на основе DMX, расположенные в соответствии с различными возможными топологиями, следует учитывать, что данный LUC аналогично можно рассматривать как преобразователь протоколов, который принимает команды на освещение или данные в протоколе Ethernet, и далее передает команды, отформатированные в протоколе DMX.
[0086] Следует опять же учитывать, что вышеописанный пример использования нескольких различных внедрений связи (например, Ethernet/DMX) в осветительных системах согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия, приведен только в целях иллюстрации, и что раскрытие не ограничено данным конкретным примером.
[0087] Из вышеописанного можно сделать вывод, что одно или несколько осветительных блоков, обсуждаемых выше, способны генерировать сильно управляемый изменяемый цветной свет в широком диапазоне цветов, а также белый свет с изменяемой цветовой температурой в широком диапазоне цветовых температур.
[0088] Как обсуждалось ранее, часто является полезным считать, что множество нескольких осветительных блоков или источников света (например, СИД) принимает рабочую мощность при их последовательном, а не параллельном подключении. Последовательное соединение нескольких СИД может позволить использование рабочих напряжений, которые значительно выше прямых напряжений типичных СИД, а также может способствовать работе нескольких СИД или осветительных блоков на основе СИД, без необходимости в преобразователе между источником энергии (например, при таком напряжении на оболочке или линейном напряжении, как 120 В или 240 В переменного тока) и нагрузками (т.е. несколькими последовательно соединенными нагрузками, которые могут работать «непосредственно» от линейного напряжения).
[0089] Следовательно, другие варианты осуществления настоящего изобретения в основном относятся к способам и устройствам для управления источниками света на основе СИД, в котором соответствующие элементы многоэлементного источника света и/или несколько источников света сами по себе, соединены последовательно для получения рабочей мощности. В различных вариантах осуществления, обсуждаемых ниже, следует принимать во внимание, что фактически любое подходящее количество СИД или осветительные блоки на основе СИД могут быть соединены последовательно, в зависимости, по меньшей мере, частично, от номинального рабочего напряжения каждого СИД или осветительного блока, и ожидаемого номинального напряжения источника питания, обеспечиваемого имеющимся в распоряжении источником энергии. В целях обсуждения, приведенного ниже, сначала рассматриваются различные концепции, относящиеся к последовательно соединенным СИД; однако, следует учитывать, что многие, если не все концепции, обсуждаемые в настоящем документе, аналогично можно применить к различным группам СИД (с последовательным, параллельным и/или последовательно-параллельным подключением), а также к множеству осветительных блоков на основе СИД, которые подключены последовательно для приема рабочей мощности.
[0090] Фиг. 3 представляет собой блок-схему осветительных 100A приборов на основе СИД, включая несколько СИД, соединенных последовательно, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В устройстве согласно Фиг. 3, несколько СИД подключены номинально последовательно между первым 108A узлом и вторым 108B узлом, к которым приложено рабочее напряжение (источник 108 питания был в основном рассмотрен выше применительно к Фиг. 1) с образованием «батареи» последовательно соединенных аппаратов. В целях последующего обсуждения, местоположение одного или нескольких СИД в «батарее» последовательно соединенных аппаратов, относительно одного из двух потенциалов напряжения, приложенного, соответственно, к первому и второму узлам, называется «высотой» «батареи».
series
[0091] На Фиг. 3 показан первый 104B источник света (представленный в виде одиночного СИД в целях иллюстрации) с первой высотой батареи, и второй 104A источник света (также представленный в виде одиночного СИД в целях иллюстрации), со второй высотой батареи. Хотя на Фиг. 3 показано примерное устройство с двумя источниками света, как указывалось выше, следует принимать во внимание, что настоящее изобретение не ограничено в этом отношении, поскольку фактически в данном устройстве любое количество источников света может быть соединено последовательно. На Фиг. 3 также показан источник 310 тока, последовательно подключенный к СИД между первым и вторым узлом; согласно одному аспекту, источник 310 тока задает ток последовательного соединения (I), текущий между первым и вторым узлом через один или несколько последовательно соединенных СИД, при рабочем напряжении, приложенном между первым и вторым узлом.
[0092] Как обсуждалось выше применительно к Фиг. 1, в различных внедрениях каждый из источников света 104A и 104B устройства 100A, показанного на Фиг. 3, могут включать в себя один СИД или несколько СИД (например, соединенные между собой параллельно). Дополнительно, источники света 104A и 104B могут генерировать излучение, имеющее аналогичные или фактически идентичные спектры (например, составляющие окрашенный или преимущественно белый свет), или же источники света 104A и 104B могут генерировать, соответственно, разные спектры. Следовательно, в различных внедрениях при каждой соответствующей высоте батареи последовательно соединенных аппаратов можно использовать один или несколько СИД; кроме того, различные спектры окрашенного света (или различные цветовые температуры белого света) могут быть генерированы при различных высотах батареи, или же при каждой высоте батареи может быть генерирован практически один и тот же спектр света. Опять же в целях иллюстрации, в обсуждении, которое следует далее, каждый из источников света, - 104A и 104B на Фиг. 3, для простоты обозначается как СИД, хотя следует учитывать, что различные внедрения настоящего изобретения не ограничены наличием единственного СИД для каждой высоты батареи последовательно соединенных аппаратов.
series
[0093] Как также показано на Фиг. 3, устройство 100A включает в себя одну или несколько управляемых линий тока 312A и 312B (сокращенно «УЛТ»), соединенных параллельно с одним или несколькими последовательно соединенными СИД. В соответствии с различными аспектами изобретения, управляемые линии тока могут быть внедрены в виде управляемых переключателей для полного отклонения тока последовательного соединения I вблизи определенного СИД, или в виде управляемых источников переменного или постоянного тока, сконфигурированных для отклонения всего или только части тока последовательного соединения вблизи определенного СИД. Таким образом, можно управлять яркостью данного СИД, и, в крайнем случае, СИД можно полностью отключать путем полного отклонения тока вблизи него. Хотя Фиг. 3 иллюстрирует точное соответствие между управляемыми линиями тока 312A и 312B и СИД 104A и 104B, следует учитывать, что изобретение не ограничено в этом отношении. В частности, в соответствии с различными вариантами осуществления, обсуждаемыми ниже, каждый СИД в последовательном соединении не нуждается в соединении с выделенной/соответствующей управляемой линии тока; вернее, в некоторых внедрениях, никакая управляемая линия тока не может быть соединена с одним или несколькими СИД, подключенными последовательно и/или данная управляемая линия тока может быть соединена с несколькими СИД, подключенными последовательно.
[0094] Согласно другому аспекту варианта осуществления, показанного на Фиг. 3, устройство 100A включает в себя контроллер 105A, сконфигурированный для управления одной или несколькими управляемыми линиями тока 312A и 312B через соответствующие управляющие сигналы 314A и 314B. На Фиг. 3, контроллер показан подключенным к рабочему напряжению, приложенному к первому и второму узлам для получения рабочего напряжения. В качестве альтернативы, контроллер 105A может быть последовательно соединен с источником 310 тока и с последовательно соединенными СИД, для получения рабочей мощности. В одном внедрении, контроллер 105A может управлять одним или несколькими управляемыми линиями тока 312A и 312B исходя из данных, полученных в виде команд на освещение через один или несколько коммуникационных портов 120A (как обсуждалось выше, применительно к Фиг. 1 и 2). Для этой цели, контроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы он реагировал на протокол последовательных данных, и включал в себя, по меньшей мере, два коммуникационных порта (например, порт ввода данных и порт вывода данных) для облегчения передачи последовательно поступающих данных среди соответствующих контроллеров из множества осветительных устройств, аналогичных устройству 100A.
[0095] В другом внедрении, контроллер 105A может быть сконфигурирован для управления одной или несколькими управляемыми линиями тока исходя из одного или нескольких измеряемых параметров, относящихся к имеющемуся в наличии рабочему напряжению, приложенному к первому и второму узлам 108A и 108B. Точнее говоря, в одном варианте осуществления, способность к частичному или полному изменению направления тока вблизи одного или нескольких последовательно соединенных СИД используют в обстоятельствах, при которых номинальное ожидаемое рабочее напряжение, приложенное к первому и второму узлам, падает ниже минимального рабочего напряжения, необходимого для снабжения энергией всех последовательно соединенных аппаратов. В различных внедрениях, это минимальное рабочее напряжение может зависеть, по меньшей мере, частично, от количества и типа СИД, используемых в батарее последовательно соединенных аппаратов, а более конкретно, от соответствующих прямых рабочих напряжений каждого из СИД, используемых в батарее.
[0096] Ввиду вышеописанного, в одном варианте осуществления контроллер 105A устройства 100A, показанного на Фиг. 3, управляет одной или несколькими управляемыми линиями тока исходя, по меньшей мере, частично, из одного или нескольких контролируемых параметров, отображающие имеющееся в наличии рабочее напряжение для последовательно соединенных СИД. Исходя из контролируемого параметра (параметров) контроллер определяет максимальное количество последовательно соединенных СИД, которые могут снабжаться энергией за счет рабочего напряжения, и управляет одной или несколькими управляемыми линиями тока для повышения значения тока последовательного соединения, направление которого переключают вблизи одного или нескольких последовательно соединенных СИД, когда максимальное количество меньше, чем общее количество всех последовательно соединенных СИД. Например, в одном внедрении, управляемые линии тока могут представлять собой переключатели, которые полностью отклоняют ток вблизи соответствующего СИД по существу для закорачивания СИД и исключения его из последовательного соединения аппаратов. Таким образом, рабочее напряжение, необходимое для управления остающимися последовательно соединенными СИД, снижается за счет каждого конкретного рабочего (прямого) напряжения каждого СИД, который замыкается накоротко из-за отклонения тока.
[0097] В некоторых осуществлениях, контроллер может быть сконфигурирован для управления одним или несколькими управляемыми линиями тока для повышения величины тока, который отклоняют вблизи соответствующего СИД (например, замыкают накоротко соответствующий СИД), когда контролируемый параметр (параметры) указывает на то, что рабочее напряжение меньше, чем заданное пороговое значение. Согласно одному аспекту, заданное пороговое значение может отображать минимальное рабочее напряжение, необходимое для снабжения энергией всех последовательно соединенных СИД в данном устройстве, и, таким образом, может зависеть, по меньшей мере, частично, от количества СИД в данном устройстве и соответствующих прямых напряжений СИД. Аналогично, если в некоторой точке рабочее напряжение ниже некоторого заданного порогового значения, а затем повышается выше этого порогового значения, контроллер может соответствующим образом управлять одной или несколькими управляемыми линиями тока для добавления одного или нескольких «закороченных» СИД назад в батарею последовательно соединенных СИД, чтобы можно было снабжать их энергией за счет постоянного тока. В более общем смысле, через управляемый параметр (параметры), отображающий рабочее напряжение, контроллер может осуществлять измерение (и может делать это фактически непрерывно или периодически), применительно к многочисленным СИД, которые могут эффективно снабжаться энергией, исходя из имеющегося в наличии рабочего напряжения при любом заданном времени, и управлять одним или несколькими управляемыми линиями тока, соответственно, для снабжения всех или менее, чем всех последовательно соединенных СИД устройства. Как обсуждается ниже, контроллер 105A может осуществлять разнообразные стратегии управления для стратегического или динамического управления одного или нескольких управляемых линий тока на протяжении заданного периода времени и/или диапазона состояний рабочего напряжения.
series
serιes
[0098] Согласно еще одному аспекту устройства 100A, показанного на Фиг. 3, источник 310 тока может быть источником постоянного тока (т.е. значение тока последовательного соединения I может быть постоянным), или источник тока может быть управляемым источником тока, таким образом, чтобы ток последовательного соединения I был переменным. С этой целью, в одном варианте осуществления контроллер 105A может дополнительно управлять источником 310 тока, как обозначено пунктирной 315 соединительной линией, показанной на Фиг. 3. В различных отношениях, контроллер может управлять источником тока для задания тока последовательного соединения исходя, по меньшей мере, частично, из контролируемого параметра (параметров), отображающего рабочее напряжение, и для повышения или понижения тока последовательного соединения исходя из изменений имеющегося в наличии рабочего напряжения согласно с любым разнообразным соотношениям (например, пропорциональным, обратно пропорциональным и т.д.). Например, контроллер может быть сконфигурирован для управления источником тока для повышения тока последовательного соединения с понижением рабочего напряжения для поддержания практически на постоянном уровне яркости света, генерируемого СИД и устройствами, снабжаемыми энергией. Контроллер 105A также может изменять значение тока последовательного соединения для снижения яркости, или наоборот изменения тока последовательного соединения исходя из изменения рабочего напряжения. Различные динамические соотношения между последовательным током и рабочим напряжением могут быть поддержаны посредством контроллера 105A; например, в одном внедрении, ток последовательного соединения можно плавно снижать с понижением рабочего напряжения, но затем повышать на некоторую величину (например, на 25%), когда начинается процесс закорачивания СИД. Таким образом, при понижении рабочего напряжения не может возникнуть никакого внезапного снижения общей яркости. Согласно еще одной особенности, контроллер 105A может управлять источником 310 тока для того, чтобы модулировать рабочий цикл постоянного тока, для обеспечения либо постоянного, либо переменного среднего тока последовательного соединения.
[0099] Фиг. 4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую примерную реализацию схемы устройства 100A, показанного на Фиг. 3, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно одной особенности настоящего осуществления, устройство согласно Фиг. 4 является, в частности, хорошо подходящим для применений в автомобильном освещении, в которых номинальные ожидаемые рабочие напряжения находятся приблизительно в диапазоне 12-14,5 В. В частности, в автомобильных применениях исходя из электрической системы, включающей в себя стандартную 12-вольтную автомобильную аккумуляторную батарею, приемлемое рабочее напряжение для автомобильных принадлежностей, когда двигатель работает, а электрическая система заряжается, обычно составляет 13,8-14,5 В; однако, когда двигатель не работает, имеющееся в наличии рабочее напряжение может быстро падать до 12-12,8 В, или даже ниже (например, при наличии повышенных нагрузок, и/или при дальнейшей разрядке автомобильной аккумуляторной батареи). Держа в уме вышеописанное, рассмотрим осветительное устройство, аналогичное тому, которое показано на Фиг. 3, на которой используют четыре к последовательно соединенных СИД, каждый из которых обладает прямым напряжением, равным приблизительно 3,0 - 3,3 В (например, в СИД на основе GaN-технологии), таким образом, что для батареи, состоящей из всех последовательно соединенных четырех СИД, а также источника тока, соединенного последовательно с СИД, требуется рабочее напряжение приблизительно 13,0-13,5 В. В соответствии с одним аспектом, устройство, сконфигурированное таким образом, основано на принципе «затрат на область констант»; а именно, полупроводниковая структура СИД с фиксированным размером имеет фактически фиксируемую стоимость внедрения, независимую от того, на сколько секций ее можно разделить. Таким образом, если полупроводниковая структура СИД разделена на четыре секций, которые затем соединяются последовательно, получается аппарат, который имеет по существу ту же стоимость, что и один СИД, функционирующее при четверти тока, и имеет рабочее напряжение, в четыре раза большее, чем прямое напряжение одного СИД.
series
series
[00100] Конечно, для автомобильных применений, обсуждаемых выше, осветительное устройство, основанное на последовательно соединенных СИД, нуждается в учете полного диапазона возможных приемлемых рабочих напряжений; т.е., если приемлемое рабочее напряжение в электрической системе автомобиля падает ниже приблизительно 13,0-13,5 В, существующего напряжения может быть недостаточно для снабжения энергией всех четырех последовательно соединенных СИД. Для решения этой проблемы, в схеме по Фиг. 4 четыре последовательно соединенных СИД 104A-104D используют наряду с четырьмя управляемыми линиями тока 312A-312D, подключенными параллельно к СИД в точном соответствии с ними, и чувствительными к соответствующим управляющим сигналам 314A-314D, обеспечиваемым контроллером 105A. На Фиг. 4, управляемые линии тока обеспечены в виде однополюсных переключателей (single-pole single-throw, SPST) SW1 - SW4 для отклонения тока последовательного соединения I вблизи соответствующих СИД. Источник 310 тока обеспечен операционным усилителем U7A, транзистором Q35 с управляемым полем n-типа и резистором R41. В схеме по Фиг. 4, источник 310 тока не находится под управлением контроллера 105A, но ток последовательного соединения I, обеспечиваемый источником 310 тока, прокладывает путь для подачи рабочего напряжения через делитель напряжения образуемый резисторами R43 и R42.
[00101] Как обсуждалось выше в связи с Фиг. 3, контроллер 105A в цепи по Фиг. 4 (U8) может быть подключен между первым и вторым узлами, соответственно, 108A и 108B, для получения рабочего напряжения непосредственно из рабочего напряжения, прикладываемого к этим узлам. Дополнительно, контроллер может включать в себя (не обязательно) первый 120A коммуникационный порт и второй 120B коммуникационный порт для передачи и получения данных, отображающих различную информацию, как обсуждается ниже. Как также обсуждалось выше применительно к Фиг. 3, в контроллер 105 в цепи по Фиг. 4 можно использовать разнообразные технологии управления для эксплуатации управляемых линий тока, образуемых переключателями SW1-SW4.
[00102] Например, поскольку рабочее напряжение, прикладываемое к первому и второму узлам, соответственно к 108A и 108B, понижается ниже уровня, требуемого для надлежащего снабжения энергией всех четырех СИД 104A-104D, контроллер 105A может начать управлять переключателями SWl -SW4 для закорачивания одного СИД единовременно (например, во временной последовательности) таким образом, чтобы все СИД оставались освещенными для наблюдателя; иначе говоря, поскольку рабочее напряжение понижается до уровня, недостаточного для надлежащей подачи энергии на четыре последовательно соединенных СИД, только три или меньшее количество СИД можно одновременно снабжать энергией при любом заданном времени. Таким образом, контроллер периодически отклоняет последовательный ток вблизи соответствующих СИД. Согласно одной особенности, различные группы, состоящие менее из четырех СИД, последовательно снабжаются энергией, таким образом, что это в основном незаметно для наблюдателя. Согласно другому аспекту, более одного СИД могут быть закорочены единовременно для обеспечения дальнейшего снижения рабочего напряжения, при продолжении генерирования света, исходящего из устройства (например, в течение заданного времени только два СИД могут снабжаться энергией, - а именно, различные группы по два СИД последовательно снабжаются энергией при соответствующей скорости таким образом, что это практически незаметно для наблюдателя).
[00103] В цепи по Фиг. 4, в контроллере 105A можно использовать любую одну или несколько из многочисленных технологий для контроля одного или нескольких параметров, отображающих рабочее напряжение, прикладываемого между узлами 108A и 108B, и для определения соответствующего количества СИД, которое можно снабжать энергией для эффективного управления управляемыми линими тока, оборудованными переключателями SW1-SW4. С этой целью, контроллер 105A может включать в себя один или несколько входов для приема сигналов для контроля одного или нескольких напряжений, - самого рабочего напряжения (через линию 324), напряжения стока FET Q35 (через линию 320) и напряжение затвора FET Q35 (через линию 322).
[00104] В одном примере, контроллер 105A контролирует как напряжение затвора, так и напряжение стока FET Q35, причем относительно более высокое напряжение стока указывает на то, что рабочее напряжение понижено, и что существует необходимость в закорачивании одного или нескольких СИД, тогда как относительно более высокое напряжение стока означает то, что рабочее напряжение повышено, и что можно замыкать накоротко меньшее количество СИД. Например, в одном конкретном внедрении исходя из номинального ожидаемого рабочего напряжения приблизительно 13,5 - 14,5 В (например, применение в автомобильной технике), и устройства 100A, включающего в себя четыре последовательно соединенных СИД, напряжение затвора, равное приблизительно 4 В, указывает на то, что рабочее напряжение упало до значения, при котором необходимо замыкать накоротко, по меньшей мере, один СИД, а напряжение стока, равное приблизительно 5 В, указывает на то, что рабочее напряжение является достаточным, чтобы охватить все четыре СИД в последовательно соединенной батарее. В другом примере, контроллер 105A контролирует одно напряжение, - напряжение стока или напряжение затвора FET Q35, и опирается на точное измерение высокого и низкого напряжений стока для получения решения, или теоретические операции переключателей для определения правильного количества СИД, которые следует закорачивать. В еще одном примере, контроллер 105A может непосредственно контролировать рабочее напряжение, и в котором может быть использована стратегия предсказывания, в которой контролируемое рабочее напряжение отображают непосредственно на некотором количестве закорачиваемых СИД. С этой целью, в одном воплощении в контроллере может быть использовано одно или несколько заданных пороговых значений, и поскольку рабочее напряжение падает ниже данного заданного порогового значения, требуется закорачивать один или несколько СИД. Можно использовать другие различные технологии, включающие в себя косвенную оценку напряжения стока, источника и/или затвора FET Q35, с целью определения правильного количества СИД, подлежащих закорачиванию.
[00105] Хотя контроллер 105A не управляет источником 310 тока в цепи Фиг. 4, специалисты в данной области техники легко могут понять, что, как обсуждалось выше применительно к Фиг. 3, можно реализовать и другие воплощения цепи, в которых контроллер 105A также может изменять значение тока последовательного соединения, текущего через цепь СИД, снабжаемых энергией, а источник питания может модулировать рабочий цикл для поддержания общей яркости генерируемого света, снижения яркости, или иного изменения некоторых особенностей функционирования устройства, исходя из изменения рабочего напряжения. Более того, в альтернативных внедрениях устройства 100A, основанного в основном на архитектуре цепи, показанной на Фиг. 4, источник тока может быть внедрен любым из многочисленных способов, известных специалистам в соответствующей области техники, включая цепи с использованием одного или нескольких операционных усилителей, и транзисторы n-типа или p-типа, такие как BJT (bipolar junction transistor, транзистор) или FET (field-effect transistor, полевой транзистор). Аналогично, управляемые линии тока 312A-312D, внедренные в виде переключателей SWl -SW4, могут иметь различные конструкционные исполнения.
[00106] Например, Фиг. 5A - 5D иллюстрируют четыре не ограничивающие примерные схемы, каждая из которых может быть использована для внедрения в нее переключателей SW1 -SW4, показанных на Фиг. 4. В целях иллюстрации, принципиальные схемы на Фиг. 5A-5D отображают четыре различные возможности для реализации переключателя SW4 (управляемой 312A линии тока), показанного на Фиг. 4, причем на фигурах обозначены узлы 313A и 313B для параллельного подключения к ним СИД 104A. Следует понимать, что любые схемы переключателей, используемые на Фиг. 5A-5D, можно использовать для любого одного или нескольких переключателей SW1-SW4, показанных на Фиг. 4. Как и в случае с различными осуществлениями источника 310 тока, переключатели могут включать в себя аппараты одного или обоих типов, - n-типа или p-типа. Согласно другим особенностям, для повышения имеющихся напряжений затвора переключателя, можно использовать архитектуру емкостного генератора подкачки заряда или конденсатора вольтодобавки.
[00107] Тогда как в воплощении контроллера 105A согласно Фиг. 4 можно последовательно управлять различными переключателями, или несколько различными переключателями из SW1 -SW4 in an попеременным образом, как обсуждалось выше, следует учитывать, что множество технологий управления может быть внедрено за счет контроллера 105A согласно различным вариантам осуществления, с целью управления управляемыми линиями тока. Например, линиями тока можно управлять последовательно, в соответствии с некоторым заданным или произвольным порядком и в соответствии с различными временными шкалами. Конечно, как указывалось выше, в одном внедрении, частота, с которой управляются различные линии тока, можно выбрать таким образом, чтобы она была значительно выше частоты, с которой типичный наблюдатель способен распознавать заметную разницу в световых характеристиках (например, больше, чем приблизительно 50 - 60 Гц). В других вариантах осуществления осветительного устройства, аналогичного тому, которое показано на Фиг. 3 и 4, осветительное устройство может включать в себя один или несколько оптических элементов (например, как обсуждалось выше применительно к Фиг. 1) для смешивания, рассеивания, комбинирования или иной оптической обработки света, генерируемого соответствующими СИД, таким образом, чтобы полученный в результате воспринимаемый свет был относительно независим от того, какие конкретные СИД снабжаются энергией в данное время.
[00108] Дополнительно, для некоторых применений устройства 100A, показанного на Фиг. 3 и 4, периодическая, последовательная или попеременная эксплуатация управляемых линий тока для включения одного или нескольких СИД в батарею последовательно соединенных устройств и отключения от нее, или иного отклонения некоторой части тока вблизи одного или нескольких СИД, может не являться необходимой; например, возможны некоторые применения, в которых можно просто выбрать конкретное рабочее состояние (например, когда энергией снабжается много СИД) на основе имеющегося в данный момент рабочего напряжения, и поддерживать это состояние в течение некоторого периода времени или неопределенно долго. С этой целью, следует учитывать, что независимо от того, используется ли некоторый тип статической или динамической технологии управления для управляемых линий тока, можно одновременно управлять двумя или несколькими линиями тока. Аналогично, можно осуществлять контроль/отбор имеющегося в наличии рабочего напряжения в течение любых различных периодов времени, а различные технологии управления можно внедрять исходя из отобранного рабочего напряжения.
[00109] Согласно другим аспектам устройства, показанного на Фиг. 4, следует учитывать, что для некоторых применений (включая применение в автомобильной технике и др.), не все переключатели SW1-SW4 могут быть необходимы (т.е. все последовательно соединенные СИД не должны быть обязательно пригодными для закорачивания). Например, в стандартных электрических системах, может возникнуть необходимость только в закорачивании двух или трех СИД из четырех последовательно соединенных СИД, если рабочие напряжения, существенно более низкие, чем 10-12 В, или даже равные 5 В, в соответствии с программой не ожидаются. Иначе говоря, как обсуждалось выше применительно к Фиг. 3, в некоторых внедрениях может быть приемлемым иметь один или несколько СИД из последовательно соединенной батареи, которые не соединены с соответствующими управляемыми линиями тока, и остаются в батарее (и снабжаются энергией) при более низких рабочих напряжениях, что, таким образом, в дальнейшем приводит к снижению количества требуемых управляемых линий тока.
[00110] Согласно еще одному аспекту, контроллер 105A может быть сконфигурирован для управления управляемыми линиями тока или переключателями SW1-SW4 таким образом, чтобы общий внешний вид генерируемого света заметно менялся для наблюдателя, когда рабочее напряжение является недостаточным для эксплуатации всех СИД в последовательно соединенной батарее; т.е. может быть полезным и/или желательным делать наблюдателя осведомленным о сниженном рабочем напряжении путем заметного изменения качества (например, яркости) генерируемого света. При использовании СИД различного цвета, этот тип индикации может быть весьма видимым (т.е. качество света, которое может включать в себя яркость и цвет, изменяется из-за изменения рабочего напряжения).
[00111] Как также обсуждалось выше применительно к Фиг. 3, как правило, следует учитывать, что СИД устройства 100A, показанного на Фиг. 4, могут иметь одинаковый цвет (или различные цветовые температуры белого) или различные цвета (или различные цветовые температуры белого). В одном варианте осуществления, физическое расположение СИД различного цвета или различных цветовых температур в данном устройстве, и/или технология управления, осуществляемая контроллером 105A, могут способствовать использованию СИД различного цвета или цветовых температур для создания различных световых эффектов. В более общем смысле, множество последовательно соединенных СИД могут включать в себя, по меньшей мере, один первый СИД для генерирования первого излучения, обладающего первым спектром, и, по меньшей мере, одним второй СИД для генерирования второго излучения, обладающего вторым спектром, отличным от первого спектра, а контроллер может управлять управляемыми линиями тока предварительно заданным способом исходя, по меньшей мере, частично из различных спектров СИД.
[00112] В одном примерном внедрении, первый СИД может включать в себя первый белый СИД, так что первый спектр соответствует первой цветовой температуре, а второй СИД может включать в себя второй белый СИД, так что второй спектр соответствует второй цветовой температуре, отличной от первой цветовой температуры. Согласно одному аспекту, контроллер может управлять управляемыми линиями тока таким образом, чтобы общая цветовая температура света, генерируемого устройством, на основе, по меньшей мере, одного из спектров, - первого или второго, понижалась с понижением рабочей температуры. Например, при использовании СИД с теплым холодным светом в одних местоположениях, а СИД с холодным белым светом - в других, контроллер может быть настроен на предпочтительное поддержание снабжения энергией теплых СИД при падении рабочего напряжения, для имитации эффекта, производимого лампой накаливания. Если выходной оптический сигнал соответствующих снабжаемых энергией СИД является достаточно оптически смешанным, переключение может быть достаточно крупным, и привести к формированию излучения желаемого качества. Согласно другим особенностям, может быть удобным управлять током последовательного соединения, обеспечиваемым источником 310 тока, и/или изредка преднамеренно закорачивать СИД, даже при наличии достаточного рабочего напряжения для эксплуатации всех СИД в последовательно соединенной батарее, для достижения управления результирующего цвета, цветовой температуры, и/или яркости генерируемого света.
[00113] Хотя в устройстве согласно Фиг. 4 показаны четыре последовательно соединенных СИД, устройство не ограничено в этом отношении, поскольку варианты осуществления с количеством СИД, меньшим (только два) или большим четырех, предполагаются в соответствии с настоящим раскрытием, как описывалось выше применительно к Фиг. 3. В более общем смысле, следует учитывать, что хотя выше, применительно к устройству, показанному на Фиг. 4, был обеспечен пример применения в автомобильной технике, различные внедрения настоящего изобретения не обязательно ограничены применениями в автомобильной технике или конкретным диапазоном предполагаемых рабочих напряжений для таких применений. Согласно одной особенности, количество последовательно соединенных СИД в устройстве, конструкцию и функциональное назначение, аналогичное тому, которое показано на Фиг. 3 и 4, может частично диктоваться номинальным рабочим напряжением и диапазоном ожидаемых рабочих напряжений в данном применении. Например, хотя четыре СИД, каждый из которых обладает прямым напряжением, равным приблизительно 3,0-3,3 В, могут, в частности, хорошо подходить для рабочих напряжений приблизительно 13,0-14,5 В (например, как обнаружено в применении в автомобильной технике), устройство, основанное на двух СИД, каждый из которых обладает прямым напряжением 2,5-3 В постоянного тока, может, в частности, хорошо подходить для применений, в которых предусмотрены рабочие напряжения 6-9 В постоянного тока, а устройство, содержащее семь последовательно соединенных СИД, может, в частности, хорошо подходить для применений, в которых предусмотрены рабочие напряжения приблизительно 24 В. Опять-таки, устройство согласно настоящему изобретению, включающее в себя любое количество СИД, можно использовать фактически для любого диапазона ожидаемых рабочих напряжений для самых разнообразных применений.
[00114] Как также обсуждалось выше применительно к Фиг. 3, более одного СИД может управляться данной управляемой линией тока, включая группы параллельно соединенных СИД при заданной высоте в последовательно соединенной батарее, или имеющие одну управляемую линию тока, управляющую СИД при двух или нескольких высотах в последовательно соединенной батарее (причем, при каждой высоте, может быть одна или несколько СИД). Конечно, следует учитывать, что поскольку количество СИД на управляемую группу (например, при данной высоте в батарее) повышается, дифференциальная яркость света, генерируемого устройством, повышается, поскольку ток изменяет направление вблизи различных высот в батарее. Например, в одном внедрении, основанном на рабочем напряжении 24 В, устройство может содержать семь последовательно соединенных СИД и только пять управляемых линий тока, причем СИД расположены в виде трех управляемых групп из двух последовательно соединенных СИД, соединенных последовательно с двумя отдельными управляемыми СИД. В других внедрениях, основанных на различных управляемых объединений СИД, могут быть введены группы с четными и нечетными номерами СИД при соответствующих высотах в последовательно соединенной батарее, таким образом, чтобы общая яркость света, генерируемого устройством, могла быть отрегулирована по мере приращения на один СИД (т.е. без наличия какой-либо высоты в батарее, только с одним управляемым СИД). Более того, в некоторых вариантах осуществления, не все СИД, используемые в последовательно соединенной батарее необходимо управлять применительно к отклонению тока, как также обсуждалось выше применительно к Фиг. 3. В одном внедрении, основанном на одном или нескольких «выбранных» (неуправляемых) СИД в последовательно соединенной батарее (в которой неуправляемые СИД в основном испускают больше света, чем другие управляемые СИД, которые, как предполагается, отключены в некоторых случаях), физическое размещение СИД в реализованном устройстве может быть приспособлено для оптимизации оптической эффективности (например, неуправляемые СИД могут быть центрированы в оптической системе).
[00115] В еще одном варианте осуществления, осветительный блок, аналогичное тому, которое показано на Фиг. 3 и 4, исходя из нескольких последовательно соединенных СИД, одна или несколько управляемых линий тока, подключенных параллельно с одним или несколькими последовательно соединенными СИД, и контроллер для управления одной или нескольких управляемых линий тока, могут быть встроены в виде одной или нескольких интегральных схем. Более того, встроенные интегральные схемы могут быть соответствующим образом упакованы для простоты установки, оснащения и/или использования в любом из нескольких применениях, включая те применения, при которых стандартные рабочие напряжения являются легкодоступные.
[00116] Например, в одном варианте осуществления, относящемся к устройству, показанному на Фиг. 4, в частности, применительно к применениям в осветительной системе автомобиля, устройство может быть внедрено в виде одной или нескольких интегральных схем и включено в модуль, который облегчает сборку и использование в автомобильном оборудовании. Для этой цели, все компоненты схемы, показанные на Фиг. 4, могут быть установлены на одной интегральной микросхеме, или СИД могут быть установлены на одной микросхеме, а связанная с ней схема управления может быть установлена на другой микросхеме и сложена в пакет с микросхемой, содержащей СИД. В типичных технологиях изготовления, СИД представляют собой первый СИД, прикрепленный к «предгорью», которое часто является полупроводниковым устройством, обычно с защитными диодами с обратным смещением, или с зенеровскими диодами для предотвращения поломки устройства из-за высоких нестационарных токов или напряжений. Схема, показанная на Фиг. 4, может быть полностью интегрированной, и для нее требуется очень маленькая емкость для эксплуатации; таким образом, СИД и связанная с ним схема могут быть полностью интегрированы.
[00117] Осветительное устройство автомобиля согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения на основе цепи по Фиг. 4, может дополнительно включать в себя пакет для одной или нескольких интегральных микросхем, в которые встроена цепь. Фиг. 6 в очень общем виде иллюстрирует примерный модуль 400 для такого осветительного устройства, в котором модуль включает в себя одну или несколько интегральных микросхем 404, в которых встроено устройство 100A, один или несколько оптических 402 элементов (например, линз) для защиты микросхемы (микросхем) и обеспечения выхода света, и, по меньшей мере, один электрический 406 соединитель. Согласно одной особенности, электрический 406 соединитель сконфигурирован таким образом, чтобы он сопрягался с дополнительным электрическим 408 соединителем, соединенным с жгутом проводов 410 автомобиля. Согласно одному аспекту, электрический 406 соединитель (а также электрический 408 соединитель) может включать в себя первый 406A вывод, электрически соединенный с первым 108A узлом, к которому приложено рабочее напряжение, и вторым 406B выводом, электрически соединенным со вторым 108B узлом, к которому приложено рабочее напряжение. Широкое разнообразие электрических соединителей, подходящих для применения в автомобильной технике, известно в соответствующих технологиях и предназначено для различных внедрений осветительного устройства, показанного на Фиг. 6.
[00118] Следовательно, в одном примерном воплощении, завершенный модуль для автомобильного осветительного устройства может включать в себя четыре последовательно соединенных СИД и связанную с ним схему управления на одной или нескольких интегральных микросхемах, сгруппированных под линзой в упаковке с двумя, и имеющих полную рабочую мощность порядка 0,5-5 Ватт.
[00119] В соответствии с другими особенностями, модуль 400, показанный на Фиг. 6, может включать в себя другие компоненты, типичные примеры которых включают в себя (но не ограничены), один или несколько резисторов для задания тока или вольт-амперных характеристик, небольшие конденсаторы для дальнейшего снижения электромагнитных помех, и, возможно, другие фильтрующие или защитные компоненты, включая индукторы, конденсаторы, зенеровские диоды и т.д. Модуль 400 также может быть обеспечен дополнительными выводами или выводной рамкой с другими деталями, такими как монтажные отверстия, аналогичными тем, которые используют на транзисторах большой мощности (например, модуль TO-220 или TO-247), или контактная площадка поддерживающего зажима. Дополнительные выводы можно использовать для различных целей, включая режим или текущие параметры тока, передачу информации (если такие детали добавлены к схеме управления), калибровки, или обнаружение коротких замыканий, и зондирование.
[00120] Точнее говоря, поскольку схема управления, связанная с СИД в устройстве по Фиг. 4, может быть изготовлена в виде подложки для СИД, и такие подложки могут иметь минимальный размер, который может быть больше размера, необходимого для внедрения самой схемы управления, также могут быть включены и другие функции. Таким образом, в другом варианте осуществления, контроллер 105A может выполнять разнообразные функции, помимо управления управляемыми линиями тока и/или источником тока. Таким образом, в такие осветительные аппараты может быть заложен значительный набор функциональных возможностей, с относительно небольшим превышением стоимости по сравнению с себестоимостью типичных пакетированных СИД.
[00121] Например, как обсуждалось выше применительно к Фиг. 3 и 4, контроллер 105A может включать в себя один или несколько коммуникационных портов (например, 120A и 120B, показанные на Фиг. 4) для приема и/или передачи информации. Обратимся теперь снова к Фиг. 6, из которой видно, что электрический 406 соединитель модуля 400 может включать в себя третий 406C вывод, электрически соединенный с коммуникационным портом (портами) таким образом, что контроллер может принимать первую информацию через третий вывод и, по меньшей мере, один из коммуникационных портов. Аналогично, в одном варианте осуществления контроллер может включать в себя память для хранения второй информации, и может передавать, по меньшей мере, часть второй информации, по меньшей мере, из одного коммуникационного порта через третий вывод на жгут 410 проводов автомобиля.
[00122] Существуют многочисленные примерные ситуации, в которой способность к передаче информации (например, данные, отображающие команды на освещение или внешние условия, относящиеся к некоторой особенности автомобиля) на контроллер осветительного блока и от него может быть весьма мощной, даже в случае, когда контроллер выполняет некоторую функцию на основе информации, которой может быть мало (или отсутствовать), чтобы способствовать генерированию света, исходящего из батареи последовательно соединенных СИД. Например, контроллер может включать в себя память, которая включает в себя запись информации различного типа (например, относящейся к тестированию аппарата), и/или уникальный серийный номер, досягаемый через один из коммуникационных портов 120A и 120B, для достижения сопряжения автомобильных деталей, в которые встроено устройство. Информация, передаваемая на контроллер, может относиться к функционированию самого осветительного устройства, например, к зондированию внешних условий, таких как температура, открытие или закрытие двери, панели, клапана, или к функционированию пользовательского интерфейса или другого переключателя, или аналогового датчика. Информацию, передаваемую посредством контроллера, также можно использовать для выполнения внешних операций, таких как управление индикаторами, двигателями, соленоидами, клапанами, насосами, стопорными устройствами, вентиляторами или другими источниками света в автомобиле. Дополнительно, память контроллера можно использовать для хранения информации о том, как контроллер должен реагировать на внешние сигналы. Такой набор функциональных возможностей может быть встроен в виде полностью обобщенной хранимой компьютерной программы.
[00123] Ввиду вышеописанного, рассматриваются многочисленные разновидности устройств для автомобильного освещения с различными функциональными назначениями согласно настоящему изобретению. Например, данное осветительное устройство может генерировать свет для дверной ручки, а также обеспечивать управление механизма закрытия двери. Тот же аппарат с различным программным обеспечением может представлять собой потолочный плафон, со средствами обеспечения для емкостных сенсорных переключателей для управления его работой. Один аппарат может выполнять функции как включения, так и отключения света.
[00124] В других вариантах осуществления, множество осветительных устройств согласно Фиг. 3 или 4 можно использовать в последовательной или параллельной конфигурации. В частности, для рабочих напряжений, значительно более высоких, чем 12-15 Вольт, один или несколько стандартных СИД или стандартных упаковок СИД (т.е. без функциональных средств управления устройством согласно Фиг. 4) можно использовать при последовательном подключении с устройством согласно Фиг. 4, причем функциональные средства управления устройством согласно Фиг. 4 используют для обеспечения понижения рабочего напряжения, прикладываемого к множеству последовательно соединенных устройств. Таким образом, устройство по Фиг. 4 служит в качестве «умного» или «активного» элемента в последовательном соединении таких устройств, тогда как один или несколько стандартных СИД или стандартных упаковок СИД являются «немыми» или «пассивными» элементами в последовательном соединении. Согласно одной особенности, такая конфигурация элементов может, в частности, хорошо подходить для 24-вольтных систем.
series
[00125] Согласно другим особенностям, осветительное устройство согласно настоящему изобретению, аналогичное осветительному устройству, показанному на Фиг. 3 и 4, обладает достаточно низкой емкостью для обеспечения совместимости с так называемыми «электронными трансформаторами низкого напряжения», которые включают в себя мостовой выпрямитель для обеспечения напряжения постоянного тока, получаемого из сетевого напряжения переменного тока. В частности, резистивная природа осветительного устройства, показанного на Фиг. 4, делает устройство особенно хорошо подходящим для применений, требующих относительно высокого коэффициента мощности. В частности, источник 310 тока в цепи по Фиг. 4 сконфигурирован для формирования тока последовательного соединения I, исходя из рабочего напряжения, прикладываемого к узлам 108A и 108B через катушку без обмотки делителя напряжения за счет резисторов R43 и R42; таким образом, резистор R43 выполняет функцию «потенциального считывания», а ток, потребляемый токовыми дорожками устройства, изменяет рабочее напряжение. Путем конфигурирования осветительного устройства на основе СИД, чтобы он выглядел как, по существу, резистивная или линейная нагрузка, можно снизить токи насыщения трансформатора, акустического шума и входные гармонические токи, и, таким образом, повысить коэффициент мощности.
[00126] В других вариантах осуществления изобретения согласно настоящему раскрытию, вместо того, чтобы управлять последовательно соединенными СИД на основе изменений рабочего напряжения, осветительное устройство, аналогичное тому, которое показано на Фиг. 3, может быть сконфигурировано таким образом, чтобы контроллер 105A управлял каждым из СИД, - 104A и 104B, в качестве отдельных и независимо управляемых каналов многоканального осветительного блока, в соответствии с одной или несколькими командами на освещение или командами на освещение, принимаемыми через коммуникационный 120A порт, как обсуждалось выше применительно к Фиг. 1 и 2. Кроме того, данное осветительное устройство, основанное, как правило, на архитектуре цепи, показанной на Фиг. 3, может иметь два или несколько независимо управляемых каналов; например, в одном варианте осуществления, осветительное устройство может содержать только белые СИД, и включает в себя «канал теплого белого света», имеющий один или несколько СИД теплого белого света, расположенных на первом высотном уровне в батарее, и «канал холодного белого света», имеющий один или несколько СИД холодного белого света, расположенных на втором высотном уровне в батарее. В качестве альтернативы, осветительное устройство может включать в себя «красный» канал, включающий в себя один или несколько красных СИД, расположенных на первом высотном уровне в батарее, «зеленый» канал, включающий в себя один или несколько зеленых СИД, расположенных на втором высотном уровне в батарее, и «синий» канал, включающий в себя один или несколько синих СИД, расположенных на третьем высотном уровне в батарее. Конечно, в различных внедрениях можно использовать различные сочетания цветных и белых СИД.
[00127] Во многих применениях, флуктуации узлового напряжения, вызванные включением СИД в последовательно соединенную батарею и отключением от нее, могут иметь небольшие последствия или не иметь таковых. Однако, при некоторых обстоятельствах, можно использовать аппараты для поддержания баланса напряжений для поддержания распространения рассеивания мощности и предотвращения отклонения напряжения на узлах при различных уровнях высоты в батарее СИД, поскольку это может снизить мощность, которая в противном случае может быть растрачена на приведение в действие различных емкостных сопротивлений (в некоторых случаях, включая емкостное сопротивление самого СИД). Одно внедрение цепи, включающее в себя как секцию для поддержания баланса напряжений, так и секцию отклонения тока для данного СИД в последовательно соединенной батарее, показано на Фиг. 7, и в нем использованы два операционных усилителя для управления двух концов дифференциальной пары транзисторов. Опорное напряжение, подаваемое на эти усилители, может изменяться, или его можно отключать для снижения выходного напряжения для подключения/отключения соответствующей линии тока. Согласно различным особенностям, опорные напряжения, которые могут быть зафиксированы в виде долей от рабочего напряжения, могут содержать компоненты как логометрического, так и фиксированного напряжения, или могут быть частично или полностью программируемыми (например, под управлением контроллера 105A).
[00128] В другом варианте осуществления осветительного устройства согласно настоящему раскрытию, многие различные узловые напряжения генерируются с помощью операционных усилителей и используются управляемые источники тока, приводящие в действие СИД между каждым из узловых напряжений. Эти схемы обычно бывают более сложными, и в них использовано больше аппаратов, которые должны быть подогнаны для транспортировки полного тока, и, следовательно, они менее эффективны по затратам. Дополнительно, для них могут потребоваться внешние конденсаторы для поддержания стабильности. Пример, содержащий 3 СИД в одном таком осветительном устройстве 100C, показан на Фиг. 8.
[00129] Согласно другим аспектам многоканального осветительного устройства, в котором использованы последовательно соединенные СИД, следует учитывать, что компоновки схемы с последовательным соединением, как правило, менее эффективны, чем множество управляемых каналов СИД, подключенных параллельно к рабочему напряжению, поскольку ток еще течет через всю цепь, а не отключается в заданном канале, когда один или несколько каналов не снабжаются энергией. Для смягчения этого эффекта и сохранения мощности, в некоторых вариантах осуществления ток последовательного соединения, текущий в батарее последовательно соединенных устройств, может быть снижен, либо линейно, либо следуя активационным сигналам СИД. Согласно одному аспекту, в основном является предпочтительным выравнивание активационных сигналов СИД таким образом, чтобы большой ток СИД тек через все устройства одновременно, и существует четкий период, в течение которого источник тока, который задает ток последовательного соединения, может быть отключен. В других вариантах осуществления осветительного устройства согласно настоящему раскрытию, управляемые каналы СИД могут быть разделены на группы, причем каждая группа имеет отдельный источник тока, как показано на устройстве 100D, проиллюстрированном на Фиг. 9.
[00130] Фиг. 10 иллюстрирует осветительный 100E прибор на основе СИД согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, который основан главным образом на архитектуре последовательно соединенных СИД и изменении направления тока вблизи соответствующих СИД. Устройство по Фиг. 10 дополнительно сконфигурировано таким образом, что оно ведет себя в основном как резистивный или линейный элемент, работающий на основе концепций, раскрытых в Предварительной заявке на патент США № 60/883620, которая включена в настоящий документ в виде ссылки. В частности, устройство по Фиг. 10 включает в себя последовательно соединенные СИД D38, D39 и D40 и соответствующие переключатели SW1-SW3 (заданные, например, при последовательном соединении трансформатора с зенеровским диодом), которые функционируют отчасти как шунтирующие регуляторы напряжения. Устройство также включает в себя цепь 600 токового зеркала, которая заставляет устройство 100E выглядеть как в основном резистивная или практически линейная нагрузка к рабочему напряжению, приложенному к узлам 108A и 108B. В зависимости от требований к напряжению контроллера 105B, устройство также может включать в себя зенеровский D37 диод для обеспечения подачи напряжения на контроллер 105B (U7).
[00131] В еще одном варианте осуществления, сочетание СИД и контроллера образует осветительный блок, такой как обсуждаемый выше применительно к любой из вышеописанных фигур, который можно упаковать в два уровня по высоте, при их параллельном подключении к рабочему напряжению, как показано на Фиг. 11, и, как показано на Фиг. 12, несколько таких осветительных блоков (обозначенных как «A»-«E») могут принимать участие в работе одного усилителя в архитектуре «разведения рельсов» для разделения рабочего напряжения, с целью подачи энергии на все осветительные блоки. Количество осветительных блоков выше и ниже усилителя, работающего по принципу «разведения рельсов», не обязательно должно быть идентичным, и сами осветительные блоки не обязательно должны быть одинаковыми (например, различные СИД могут быть использованы в различных осветительных блоках, а кабель для передачи данных не обязательно должен иметь какую-либо связь с уровнем высоты в модуле). Усилитель может представлять собой устройство, рассеивающее энергию (или не являться таковым), например, он может представлять собой переключаемый источник электропитания, аналогичный многим конструкциям звуковой частоты. Также, усилитель может быть интегрирован (не обязательно) с одной из схем управления. Кроме того, схемы управления могут иметь ввод данных, который может либо иметь емкостную связь, либо в нем могут быть использованы другие схемы сообщения между ними.
[00132] Хотя здесь описаны и проиллюстрированы некоторые примеры осуществления изобретения, обычные специалисты в данной области техники легко могут вообразить себе множество других средств и/или структур для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или нескольких преимуществ, описываемых в настоящем документе, и предполагается, что каждый из таких вариантов и/или модификаций находится в пределах объема вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящем документе. В более общем смысле, специалисты в данной области техники легко могут оценить, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, рассматриваются в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используются идеи изобретения. Специалисты в данной области техники легко смогут, используя не более чем обычные эксперименты, распознать или обнаружить многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описываемых в настоящем документе. Поэтому, следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления представлены лишь в виде примера, и что варианты осуществления изобретения, находясь в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и будучи эквивалентны ему, могут быть применены на практике иначе, чем конкретно описано и заявлено в настоящем изобретении. Различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на реализацию конкретного признака, системы, изделия, материала, комплекта, и/или способа, описанного в настоящем документе. В дополнение, любые сочетания из 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, включены в объем настоящего изобретения.
[00133] Следует понимать, что все определения, заданные и используемые в настоящем документе, охватывают словарные определения, определения, указанные в документах, включенные в виде ссылок, и/или обычные значения определяемых терминов.
[00134] Неопределенные артикли «a» и «an», используемые в настоящем документе, - в описании и в формуле изобретения, следует понимать как означающие «по меньшей мере, один», если явно не указано обратное».
[00135] Выражение «и/или», используемое в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, следует понимать как означающие «любой из двух или оба вместе» применительно к элементам, сочетающимся данным образом, т.е. к элементам, которые в одних случаях присутствуют вместе, а в других - по отдельности. Множество элементов, перечисленных с использованием конструкции «и/или», следует истолковывать тем же образом, т.е. сочетаются «один или несколько» элементов. Другие элементы могут (не обязательно) присутствовать иным образом, чем элементы, конкретно обозначенные выражением «и/или», независимо от того, относятся ли они или не относятся к тем элементам, которые обозначены специальным образом. Таким образом, в качестве не ограничивающего примера, выражение «A и/или B», когда оно используется в сочетании с таким допускающим изменения словом, как «содержащий», может в одном варианте осуществления относиться только к элементу A (включающему в себя (не обязательно) элементы, отличные от B); в другом варианте осуществления, - только к элементу B (включающему в себя (не обязательно) элементы, отличные от A); и в еще одном варианте осуществления, - как к A, так и к B (включающим в себя (не обязательно) другие элементы); и т.д.
[00136] Для целей настоящего документа, в описании и в формуле изобретения союз «или» следует понимать в том же значении, что и выражение «и/или», как описано выше. Например, разделение предметов в списке, понятие «или» или «и/или» следует интерпретировать как включение в себя, т.е. включение в себя, по меньшей мере, одного, а также включение в себя более одного элемента из общего количества в перечне и (не обязательно) дополнительные предметы, которые не были перечислены. При использовании выражения «состоящий из» в формуле изобретения, только термины, явно указывающие на обратное, такие как «только один из» или «строго один из», будут относиться к включению в себя строго одного элемента из нескольких перечисленных элементов. Обычно термин «или», используемый в настоящем документе, можно интерпретировать только как указывающий на исключающие альтернативы (т.е. «один или другой, но не оба»), когда он следует за терминами, указывающими на исключительность, такими как «либо», «один из», используемыми в формуле изобретения, которые имеют свое обычное значение, используемое в области патентного права.
[00137] Для целей настоящего документа, в описании и в формуле изобретения выражение «по меньшей мере, один», при ссылке на перечень из одного или нескольких элементов, следует понимать как означающее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из любого одного или нескольких элементов в перечне элементов, но не обязательно включающий в себя каждый из всех элементов до единого, специально перечисленных в перечне элементов, и не исключающий никакие сочетания элементов в перечне элементов. Это определение также допускает, что могут присутствовать (не обязательно) элементы, отличные от элементов, специальным образом указанных в перечне элементов, к которым относится фраза «по меньшей мере, один», независимо от того, относятся ли они или не относятся к тем элементам, которые специально указаны. Таким образом, в качестве не ограничивающего примера, выражение «по меньшей мере, один из элементов A и B» (или, что эквивалентно, «по меньшей мере, один из элементов, - A или B», или, что эквивалентно, «по меньшей мере, один из элементов, - A и/или B») в одном варианте осуществления может относиться, по меньшей мере, к одному элементу A, включающему в себя (не обязательно) более одного элемента, при отсутствии элемента B (и включая (не обязательно) элементы, отличные от элемента B); в другом варианте осуществления, - по меньшей мере, к одному, включающему в себя (не обязательно) более одного элемента, элементу B, при отсутствии элемента A (и включая (не обязательно) элементы, отличные от A); и в еще одном варианте осуществления, - по меньшей мере, к одному элементу A, включающему в себя (не обязательно) более одного элемента, и, по меньшей мере, к одному элементу B, включающему в себя (не обязательно) более одного элемента, (и включающим в себя (не обязательно) другие элементы); и т.д.
[00138] Следует также понимать, что, если явно не указано обратное, во многих способах, заявленных в данном изобретении, которые включают в себя более одного этапа или действия, порядок этапов или действий согласно способу не обязательно ограничен порядком, в котором перечислены этапы или действия.
[00139] В формуле изобретения, а также в описании, приведенном выше, все переходные фразы, такие как «содержащий», «включающий в себя», «переносящий», «имеющий», «содержащий», «относящийся к», «удерживающий (в каком-либо положении)», «состоящий из» и т.п., следует понимать как допускающие изменения, т.е. означающие «включающий в себя, но не ограниченный чем-либо». Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий в основном из» могут являться, соответственно, ограничивающими или полуограничивающими переходными фразами, как изложено в Разделе 2111.03 Руководства по методике патентной экспертизы Патентного ведомства США, Section 2111.03.