СХЕМА И СПОСОБ ДИММИРОВАНИЯ СИД
SCHEME AND METHOD FOR LED DIMMING

Область изобретения
Изобретение относится к подходам к диммированию осветительных СИД-структур.
Предпосылки изобретения
СИДы становятся все более популярными для решения задач освещения. СИДы обеспечивают гибкие опции освещения, которые позволяют использовать возможности диммирования СИДов. Однако для того, чтобы они были совместимыми с существующими диммируемыми системами освещения, необходимо использовать сложные и дорогие СИД-драйверы.
В ЕР 2713678 А1 раскрыта схема драйвера для твердотельного источника света, которая работает либо в конфигурации понижающего преобразователя, либо в конфигурации повышающего преобразователя. Схема драйвера включает в себя контроллер, повышающую переключающую схему или понижающую переключающую схему, каждая из которых соединена с контроллером, и схему обратной связи, соединенную с источником света. Схема обратной связи обеспечивает обратную связь с контроллером, который представляет собой выходной сигнал постоянного тока схемы драйвера. Контроллер управляет повышающей переключающей схемой и понижающей переключающей схемой в ответ на сигнал обратной связи для регулировки тока в источнике света. Контроллер переводит схему драйвера в конфигурацию повышающего преобразователя, когда выходной сигнал постоянного тока меньше, чем выпрямленное переменное напряжение, связанное со схемой драйвера на входном узле. Контроллер переводит схему драйвера в конфигурацию понижающего преобразователя, когда выходной сигнал постоянного тока больше, чем выпрямленное переменное напряжение на входном узле.
В JP Н01311868 А раскрыт DC/DC-преобразователь типа преобразователя входного постоянного тока, который преобразует постоянный ток источника питания на стороне первичной обмотки трансформатора, а также соединяет схему выпрямления-сглаживания со стороной вторичной обмотки трансформатора. Заданное выходное напряжение получается путем включения и выключения транзистора, обеспеченного на стороне первичной обмотки. Катушка соединена с клеммой этого источника постоянного тока. Катод первого диода соединен с концом первичной обмотки, тогда как его анод соединен с катушкой индуктивности. Конденсатор подсоединен между диодом и. Предусмотрена также схема сброса магнитного потока трансформатора. При включении транзистора накопленная энергия конденсатора подается в первичную обмотку. Таким образом, можно подавить нарастание напряжения во время малой нагрузки.
Основной СИД-драйвер типично вырабатывает либо постоянное напряжение, прикладываемое к СИД, либо постоянный ток. Самые дешевые СИД-драйверы не обеспечивают возможность диммирования.
Одним общим типом СИД-драйвера является так называемый «оконный» драйвер. Этот драйвер имеет фиксированный выходной ток, но он может подавать этот ток при регулировке выходного напряжения в относительно большом диапазоне значений, исключительно в пределах своего, так называемого рабочего окна.
Авторы изобретения рассмотрели различные возможные решения для СИД-драйвера с тем, чтобы обеспечить диммирование (или другие интеллектуальные функции), используя основной СИД-драйвер.
Одно решение состоит в обеспечении функциональных возможностей диммирования на печатной плате с СИД с помощью шунта, переключающего часть тока, подаваемого драйвером постоянного тока. Переключение шунта включает закорачивание цепочки СИД с использованием требуемого рабочего цикла. Действительно, эту функцию закорачивания можно реализовать на базе DC/DC-преобразователя, например, путем закорачивания выхода понижающего преобразователя. Одна проблема, связанная с этим подходом, состоит в том, что обычно имеется конденсатор, соединенный параллельно выходу драйвера, следовательно, параллельно диодам DC/DC-преобразователя. Поэтому драйвер действует как источник тока с параллельной емкостью. Периодическое закорачивание этой емкости может привести к нежелательным потерям энергии и к чрезмерно большим пикам тока.
Другое решение состоит в том, чтобы обеспечить функциональные возможности диммирования СИД, установленных на монтажной плате, используя последовательно-параллельный переключатель. Это решение предусматривает выходную нагрузку в виде разомкнутой цепи с требуемым рабочим циклом. В принципе его можно применить в драйвере постоянного напряжения. Однако, в случае драйвера постоянного тока, драйвер может не допускать этой разомкнутой цепи. Теоретически идеальный источник тока будет стремиться компенсировать разомкнутую цепь путем подъема выходного напряжения до бесконечности. На практике драйвер достигнет предельного напряжения и затем будет допускать более низкий электрический ток. Однако драйвер может рассматривать это как состояние отказа. В этом случае система защиты от перенапряжения будет полностью выключать питание в течение определенного периода времени.
С другой стороны, проблемой является конденсатор, соединенный параллельно выходу драйвера. В периоды, когда цепочка СИД размыкается последовательно-параллельным переключателем, этот конденсатор будет заряжаться до более высокого напряжения. Когда последовательно-параллельный переключатель замыкается, дополнительный заряд на конденсаторе приводит к появлению высокого пикового тока. Это приводит к увеличению тока СИД в периоды включения. Таким образом, общая мощность, потребляемая СИДами, может вообще не изменяться, что приводит в результате к отсутствию возможности диммирования СИД.
Таким образом, существует потребность в разработке дешевого решения диммирования, которое снизило бы потребность в дорогом драйвере, таком как драйвер цифрового интерфейса освещения с возможностью адресации (Digital Addressable Lighting Interface (DALI)), и который может быть, например, подсоединен к оконному драйверу.
Сущность изобретения
Изобретение ограничено формулой изобретения.
Согласно аспекту изобретения обеспечен СИД-диммер для подсоединения между СИД-драйвером и СИД-структурой, содержащий:
вход для приема постоянного тока из СИД-драйвера;
повышающий преобразователь, обеспечивающий повышение напряжения в зависимости от требуемого уровня диммирования; и
первый выход для подачи сигнала из повышающего преобразователя на первую клемму СИД-структуры.
Этот промежуточный диммер может принимать постоянный входной ток, например, из оконного драйвера постоянного тока, и управлять диммированием, используя повышающий преобразователь. Повышающий преобразователь повышает выходное напряжение и, соответственно, уменьшает выходной ток (для поддержания одинаковой мощности) и, тем самым, выполняет функцию диммирования.
Между входом и анодом первого диодного компонента может быть обеспечен индуктор, при этом катод первого диодного компонента соединен с первым выходом, а управляемый переключатель может быть подсоединен между анодом первого диодного компонента и обратным путем тока к СИД-драйверу. Это определяет повышающий преобразователь с переключаемым индуктором.
Затем обеспечен контроллер для управления управляемым переключателем. Он управляет коэффициентом повышения напряжения путем изменения рабочего цикла переключения. Например, управляемый переключатель содержит транзистор. Сглаживающий конденсатор предпочтительно подсоединен между выходом и обратным путем тока, то есть параллельно СИД-структуре.
Можно дополнительно предусмотреть вход для приема постоянного напряжения из СИД-драйвера. Таким образом, диммер может принимать и регулировать постоянное входное напряжение или постоянный входной ток. Затем диммер дополнительно содержит средство для определения того, принимает ли диммер постоянное напряжение или постоянный ток, и контроллер для управления диммером путем управления повышающим преобразователем в зависимости от того, принимает ли диммер постоянное напряжение или постоянный ток. Это средство для определения может содержать программный код, который проверяет то, что происходит с током СИД, если уменьшается рабочий цикл. Его можно использовать для того, чтобы определить, имеется ли на входе постоянный ток или постоянное напряжение.
Контроллер может быть выполнен с возможностью задействовать повышающий преобразователь в первом режиме, когда обнаружен постоянной входной ток, и задействовать повышающий преобразователь во втором режиме, когда обнаружено, что постоянное напряжение на входе ниже рабочего напряжения СИД-структуры. Эти два режима осуществляют различное функциональное соотношение между необходимым уровнем диммирования и способом управления переключения повышающего преобразователя.
Контроллер может задействовать повышающий преобразователь в режиме пропускания (когда управляемый переключатель всегда открыт) для обеспечения 100%-ого рабочего цикла. Таким образом, если диммирование не требуется, повышающий преобразователь задействован так, что он не потребляет мощности. Это применяется в режиме постоянного тока или постоянного напряжения. Когда требуется диммирование, повышающий преобразователь задействован в активном режиме переключения с рабочим циклом в интервале 0 < d < 100%.
Когда обнаружено низкое напряжение входного питания, схема повышающего преобразователя задействована как вольтодобавочный преобразователь. Схема может вместо этого (или дополнительно) содержать понижающий преобразователь, который можно использовать, если обнаружено высокое напряжения входного питания. Затем она может быть задействована так, чтобы выполнять преобразование с понижением напряжения.
Как объяснено выше, диммер может содержать индуктор между входом и анодом первого диодного компонента, причем катод первого диодного компонента подсоединен к первому выходу, а управляемый переключатель подсоединен между анодом первого диодного компонента и обратным путем тока к СИД-драйверу. Затем можно реализовать датчик в виде чувствительного резистора, подсоединенного между СИД-структурой и обратным путем тока. Второй переключатель может быть обеспечен последовательно с чувствительным резистором, а второй диодный компонент может быть подсоединен между входом и вторым выходом для подсоединения ко второй клемме СИД-структуры.
Второй диодный компонент образует часть схемы понижающего преобразователя, используя при этом те же самые индуктор и накопительный конденсатор, как и для повышающего преобразователя. Его можно использовать для преобразования с понижением высокого напряжения питания.
Второй переключатель можно использовать как часть функции измерения тока для направления входного тока или напряжения непосредственно через СИД-структуру. Это позволяет определить характер входного сигнала.
Изобретение также обеспечивает структуру СИД-драйвера, содержащую:
СИД-драйвер постоянного тока или постоянного напряжения; и
диммер по изобретению, подсоединенный к выходу СИД-драйвера для подачи сигнала возбуждения в СИД-структуру.
Затем структура драйвера включает функциональные возможности диммирования. Диммер может быть обеспечен на печатной плате драйвера или он может находиться снаружи по отношению к драйверу, или он может быть выполнен на печатной плате с СИД-структурой.
Далее, осветительная структура содержит:
структуру СИД-драйвера по изобретению; и
СИД-структуру.
Диммер структуры СИД-драйвера может быть обеспечен на печатной плате с СИД-структурой, поэтому общая архитектура драйвера разделена на два отдельных местоположения.
Изобретение также обеспечивает способ возбуждения СИД-структуры, содержащий:
прием сигнала возбуждения СИД постоянного тока из СИД-драйвера;
обеспечение повышения напряжения в зависимости от требуемого уровня диммирования с использованием повышающего преобразователя; и
подачу сигнала из повышающего преобразователя на первую клемму СИД-структуры.
Способ может содержать:
определение того, является ли принятый входной сигнал из СИД-драйвера постоянным напряжением или постоянным током;
если принятый входной сигнал представляет собой постоянный ток, осуществление способа изобретения с помощью повышающего преобразователя, задействованного в первом режиме;
если принятый входной сигнал представляет собой постоянное напряжение ниже рабочего напряжения СИД-структуры, обеспечение понижения напряжения в зависимости от требуемого уровня диммирования с использованием повышающего преобразователя, задействованного во втором режиме, и подачу сигнала из повышающего преобразователя на первую клемму СИД-структуры.
Первый и второй режимы могут включать в себя управление переключением повышающего преобразователя различными способами в зависимости от требуемого уровня диммирования. Например, рабочим циклом переключения можно управлять противоположным образом в зависимости от необходимого уровня диммирования.
Способ может дополнительно содержать, если принятый входной сигнал представляет собой постоянное напряжение, превышающее рабочее напряжение СИД-структуры, обеспечение понижения напряжения в зависимости от требуемого уровня диммирования с использованием понижающего преобразователя и подачу сигнала из понижающего преобразователя на первую клемму СИД-структуры.
Краткое описание чертежей
Теперь будут подробно описаны примеры изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг.1 показана общая конфигурация системы освещения в соответствии с примером изобретения;
на фиг.2 показан первый пример схемы диммирования, использующей повышающий преобразователь;
на фиг.3 показан комбинированный преобразователь, который можно использовать вместо повышающего преобразователя;
на фиг.4 показан второй пример схемы диммирования;
на фиг.5 показаны два возможных способа реализации схемы диммирования на существующей печатной плате;
на фиг.6 показана более подробно архитектура печатной платы с СИД, включая схему диммирования;
на фиг.7 показаны три возможных способа объединения множества СИД-структур; и
на фиг.8 показан пример способа возбуждения.
Подробное описание изобретения
Изобретение обеспечивает СИД-диммер, который можно подсоединить между основным СИД-драйвером и СИД-структурой. Диммер может по меньшей мере принимать постоянный ток из СИД-драйвера постоянного тока и затем использовать повышающий преобразователь для обеспечения повышения напряжения в зависимости от требуемого уровня диммирования.
Диммер можно выполнить как одно целое с печатной платой с СИД, и он обеспечивает решение диммирования, которое включает использование платы с СИД, которую можно подсоединить к основному оконному драйверу. Основной оконный драйвер может представлять собой драйвер, который имеет фиксированный выходной ток, но который может подавать этот ток одновременно с регулировкой выходного напряжения во всем относительно большом диапазоне значений.
На фиг.1 показана базовая конфигурация осветительной структуры в соответствии с примером изобретения.
Структура содержит основной стандартный СИД-драйвер 10, который может, например, содержать оконный драйвер постоянного тока. СИД-структура соединена с драйвером 10 через схему 12 диммера, который функционирует как промежуточный драйвер. Как показано на фиг.1, схема 12 диммера может быть обеспечена на печатной плате 14 с СИД-структурой. СИД-структура содержит цепочку 16 из СИД. Как показано на фиг.1, можно использовать множество цепочек 16, 18 из СИД. Если все они будут диммированы с одинаковым уровнем, то можно использовать один блок 12 диммирования, как показано на фиг.1. Однако можно предусмотреть множество блоков диммирования, если необходимо независимое диммирование различных цепочек СИД. Печатная плата 14 с СИД типично также включает в себя радиаторы, которые не показаны на фиг.1.
Цепочки СИД могут содержать последовательные соединения СИДов, но также возможны и параллельные соединения, а также конфигурации схем, объединяющие последовательные и параллельные соединения. Однако изобретение можно применить к одному СИД, а также к цепочке или множеству цепочек из СИД.
Схема диммера представляет собой дополнительный встроенный промежуточный драйвер и включает в себя по меньшей мере функцию повышения напряжения. Как будет ясно из примеров, приведенных ниже, она может выполнять одновременно функцию повышения и функцию понижения напряжения.
Основной драйвер 10 может функционировать как источник постоянного тока, но без функциональных возможностей диммирования. Это позволяет избежать необходимости использования диммируемого оконного драйвера, который является традиционным средством для выполнения функции диммирования. Архитектура, показанная на фиг.1, является более подходящей для добавления новых интеллектуальных функций плате с СИД.
На фиг.1 показана схема диммера с входом 20 для приема входного сигнала, внешнего по отношению к плате 14. Им может быть входной сигнал, принимаемый от внешних датчиков.
Также показан пользовательский интерфейс 22, который может содержать, например, сенсорный вход, вход для ручки или движка регулятора или звуковой вход. Также показаны встроенные датчики 24.
Эти входы предусмотрены в контроллере 26, который управляет схемой 12 диммирования.
Управление функцией диммирования можно производить, используя любой из одного или более этих входов 20, 22, 24 управления. Используемые датчики могут представлять собой датчики дневного света или датчики присутствия, которые обеспечивают интеллектуальную регулировку освещения.
Более подробно интеллектуальная плата с СИД содержит:
СИД, цепочку СИД или множество цепочек 16 СИД;
контроллер 26;
источник питания (не показан) для контроллера 26, предпочтительно полученный путем выделения небольшого количества мощности, предназначенной для СИДов;
датчики, или интерфейсы для подсоединения датчиков, или интерфейсы для приема сигналов управления, поступающих на плату, для управления функцией диммирования;
повышающий DC/DC-преобразователь для регулирования светового выхода, чтобы обеспечить по меньшей мере функцию диммирования.
Эта компоновка позволяет обеспечить локальное выполнение функции диммирования. Предпочтительно, в ситуации без диммирования схема 12 диммирования не потребляет значительного количества мощности. Однако даже в том случае, если схема 12 диммера устанавливается в состояние полного диммирования (когда ток не протекает через СИДы), она по-прежнему должна иметь возможность выполнять функции схемы.
Главный преобразователь 10 размещается в отдельном корпусе по отношению к СИД-структуре и имеет гальваническую развязку. Схема 12 диммирования, которая включает в себя повышающий DC/DC-преобразователь, физически выполнена на такой же плате, как и СИД-структура.
Повышающий DC/DC-преобразователь позволяет использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) с функцией упреждения. Рабочий цикл ШИМ-регулирования изменяется в зависимости от необходимого уровня диммирования.
Как упомянуто выше, контроллер 26 должен запитываться по сигналу возбуждения, принимаемому из драйвера 10. Контроллер 26 может запитываться параллельно с цепочкой СИД или подмножеством СИД в цепочке СИД. Подмножество СИД может затем иметь напряжение на их концах, которое соответствует требуемому напряжению питания для контроллера. Контроллер при параллельном включении будет потреблять ток, который является маленьким по сравнению с током СИД, и поэтому не будет влиять на выходную мощность СИД.
Если контроллер запитан от общего напряжения на цепочке СИД, понижающий DC/DC-преобразователь можно использовать для получения соответствующего уровня напряжения.
Контроллер 26 можно альтернативно запитать с помощью схемы, соединенной последовательно с цепочкой СИД. Эта последовательно соединенная схема может представлять собой повышающий преобразователь.
Альтернативно контроллер 26 можно запитать, используя дополнительную обмотку катушки индуктора, используемой в повышающем DC/DC-преобразователе схемы 12 диммирования.
Таким образом, существуют различные способы питания контроллера 26 схемы за счет сигнала, принятого из основного СИД-драйвера 10.
Вход 20 внешнего управления может также принимать различные формы. Можно предусмотреть интерфейс для приема:
сигнала управления, передаваемого по беспроводной линии связи, такого как Zigbee, KNX RF;
сигнала оптической связи, такого как инфракрасное излучение, VLCC или кодированный свет.
беспроводного соединения для цифрового сигнала протокола, такого как 1..10, DALI, DMX или I2C.
На фиг.2 показан первый пример возможной реализации схемы 12 диммирования.
Основной драйвер 10 функционирует как источник постоянного тока.
Схема 12 диммирования подсоединена между СИД-драйвером 10 и СИД-структурой 16 и содержит вход 30 для приема постоянного тока из СИД-драйвера 10 и обеспечения повышения напряжения повышающего DC/DC-преобразователя в зависимости от требуемого уровня диммирования под управлением контроллера 26. Выход 32 повышающего преобразователя обеспечен на первую клемму СИД-структуры 16.
Повышающий преобразователь содержит индуктор 34 между входом 30 и анодом первого (обратноходового) диода 36, при этом катод первого диода 36 подсоединен к первому выходу 32. Транзистор 37 функционирует как управляемый переключатель, который подсоединен между анодом первого диода 36 и обратным путем 38 тока к СИД драйверу. Транзистор переключается контроллером 26. На фиг.2 также показан сглаживающий конденсатор 40, соединенный параллельно цепочке 16 СИД.
Драйвер 10 постоянного тока обеспечивает подачу тока на плату. Схема 12 диммирования подает различный ток и, соответственно, изменяет выходное напряжение для экономии электрической энергии. Во время диммирования ток через цепочку СИД, должен быть уменьшен, в то время как напряжение на концах СИДов остается относительно постоянным.
Требование пониженной мощности нагрузки приводит к пониженному напряжению, которое выдает драйвер 10 при подаче постоянного тока.
Таким образом, повышенное напряжение, возникающее на выходе, требуется компенсировать для уменьшения напряжения, при котором подается входной ток, что требует использования повышающего преобразователя для выполнения функции диммирования.
В случае 100% диммирования (полная мощность) повышающий преобразователь может остановить переключение и подавать ток из основного драйвера 10 напрямую в цепочку СИД. В этом случае его эффективность очень близка к 100%. Дополнительный преобразователь, образующий схему 12 диммирования, не приводит к дополнительным потерям.
Во время диммирования ниже 100% повышающий преобразователь начинает переключение и может произойти некоторое ухудшение рабочих характеристик, типично около 3%, но экономия благодаря уменьшению мощности света является значительной и может достигать до 90%.
Компоновка, показанная на фиг.2, является очень простой с точки зрения числа компонентов. Она обеспечивает новую комбинацию первичного драйвера фиксированного тока, вслед за повышающим преобразователем.
Когда требуется глубокое диммирование, входное напряжение значительно уменьшается для того, чтобы отследить снижение мощности, потребляемой СИД-структурой. Драйвер может не обладать достаточно большим диапазоном рабочих напряжений и может выключаться при определенном уровне диммирования в связи с тем, что будет срабатывать его защита от короткого замыкания. Таким образом, максимальный уровень диммирования можно выбрать на основании характеристик драйвера 10. Как объяснено ниже, эти характеристики можно получить с помощью процедуры тестирования.
В наиболее предпочтительном варианте драйвер 10 выполнен с возможностью продолжать подачу своего тока даже при низком напряжении. Пороговое значение для осуществления защиты от короткого замыкания является предпочтительно низким, например, около 10 Вольт или даже ниже для цепочек из 10-20 СИДов, которые для работы обычно требуют около 30-60 Вольт. Для более длинных цепочек СИДов, например, если используются СИДы средней или малой мощности, можно работать с более высоким пороговым значением защиты от короткого замыкания. Однако нижняя граница диапазона диммирования обусловлена отношением между номинальным напряжением и выходным напряжением драйвера, при котором осуществляется защита от короткого замыкания.
Дополнительное развитие идеи состоит в том, что диммер может обнаружить, сработал ли механизм защиты от короткого замыкания, когда он пытался работать ниже определенного напряжения или за пределами определенного диапазона рабочих циклов. Диммер может обнаружить это путем измерения того, что выходной сигнал (напряжение или ток) драйвера падает до нуля. Если наблюдается такое поведение, то диммер может в дальнейшем избежать таких настроек рабочего цикла или только допускать ограниченную степень диммирования.
Питание для контроллера 26 можно по-прежнему получать из первого одного или двух СИДов. В частности, если не требуется глубокое диммирование, например, ниже 10%, то ток, протекающий через СИДы, будет всегда выше 10% от максимального тока. До тех пор, пока контроллер не будет потреблять ток больше нескольких миллиампер, это может быть приемлемо, так при этом отсутствует визуальное влияние на яркость СИДов, которые используются для выработки электроэнергии для питания контроллера.
В примере, показанном на фиг.2, используется повышающий преобразователь.
В качестве альтернативы, можно использовать комбинированный преобразователь. На фиг.3 показан комбинированный преобразователь. Одинаковые компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями. В этом случае выход драйвера 10 постоянного тока соединен с выходом через последовательно-параллельный переключатель 37. Индуктор 34 в одном положении переключателя подсоединяется к драйверу 10, а в другом положении подсоединяется к СИДам 16 с помощью параллельного выходного конденсатора 40. Комбинированный преобразователь не имеет режима сквозной передачи, так как отсутствует положение переключателя, в котором драйвер 10 напрямую питает СИДы 16. Для того чтобы СИДы излучали свет, необходимо всегда использовать активный режим переключения, который обычно вносит дополнительные потери даже в том случае, когда требуется только номинальная выходная мощность света (максимальная, без диммирования).
Таким образом, преимущество повышающего преобразователя состоит в том, что 100%-ная эффективность достигается в режиме без переключения (без диммирования).
Приведенный выше пример предназначен специально для основного драйвера 10 постоянного тока.
На фиг.4 показана модификация схемы диммирования, которая обеспечивает преобразование с повышением напряжения или преобразование с понижением напряжения, и которая может быть подсоединена к драйверу, который функционирует либо как источник тока, либо как источник напряжения.
Одинаковые компоненты, которые были показаны на фиг.2, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Таким образом, вход 30 может также принимать постоянное напряжение из СИД-драйвера. Схема имеет датчик, который содержит чувствительный резистор 42, подсоединенный между СИД-структурой 16 и обратным путем 38 тока. Второй переключатель 44 соединен последовательно с чувствительным резистором 42, а второй диод 46 подсоединен между входом и вторым выходом для подсоединения ко второй клемме СИД-структуры.
Чувствительный резистор 42 используется для измерения тока, протекающего через СИДы. Кроме того, его можно использовать для определения того, принимает ли диммер постоянное напряжение или постоянный ток. Фактически ток, протекающий через СИД, изменяется (увеличивается или уменьшается) в противоположном направлении для драйвера постоянного тока по сравнению с драйвером постоянного напряжения. Программное обеспечение диммера может узнать об этом поведении на стадии начальной настройки. Таким образом, чувствительный резистор может не потребоваться.
Контроллер 26 может затем управлять схемой диммера (в частности, первым и вторым транзисторами) в зависимости от воспринятого типа сигнала на входе диммера и также узнает, следует ли увеличивать или уменьшать рабочий цикл для того, чтобы уменьшить ток СИД (для выполнения диммирования).
Индуктор 34, конденсатор 40, переключатель 44 и диод 46 выполнены как понижающий преобразователь. Затем схема может работать как преобразователь с понижением напряжения для высокого входного напряжения питания.
При использовании схемы с драйвером постоянного тока транзистор 44 всегда открыт, а транзистор 37 переключается. Затем схема функционирует таким же образом, как и схема, показанная на фиг.2, а световой выход пропорционален 1-d, где d - рабочий цикл переключения повышающего DC/DC-преобразователя. Таким образом, d=0 при отсутствии переключения и полном световом выходе, и d=0,9 при глубоком диммировании до 10%-го уровня яркости.
При использовании схемы с низковольтным драйвером постоянного напряжения, таким как трансформатор переменного тока для галогенных ламп с напряжением питания 12 В, между трансформатором 10 и входом 30 диммера добавляется выпрямитель. Транзистор 44 всегда открыт, и переключается снова транзистор 37. Световой выход пропорционален рабочему циклу, и повышающая схема функционирует как преобразователь с повышением напряжения.
При использовании схемы с высоковольтным драйвером постоянного напряжения транзистор 37 всегда открыт, и транзистор 44 используется для преобразования с понижением напряжения, используя при этом диод 46. Диод 36 всегда смещен в прямом направлении и не играет никакой роли, поэтому схема функционирует только как понижающий преобразователь.
Таким образом, существует три возможных режима работы: два режима, использующих преобразование с повышением напряжения с помощью повышающего преобразователя, и один режим, использующий преобразование с понижением напряжения с помощью понижающего преобразователя.
При использовании драйвера источника тока:
ток СИД=(1-d) * входной ток.
Входное напряжение, выработанное драйвером постоянного тока = (1-d) * требуемое напряжение цепочки СИД. Это напряжение представляет собой напряжение, которое необходимо повысить снова до необходимого напряжения цепочки СИД.
В этой компоновке отсутствуют какие-либо ограничения на Ton и L, связанные с безопасностью работы, то есть отсутствуют варианты выбора Ton и L, которые серьезно бы повредили драйвер.
Для выхода без диммирования повышающий преобразователь запускается в режиме сквозной передачи (переключатель 37 всегда открыт), поэтому ток всегда протекает из первичного драйвера 10.
Чтобы достичь диммирования, необходимо изменить рабочий цикл. При этом можно использовать полный диапазон рабочих циклов.
В том случае, когда для повышения напряжения используется драйвер с источником низкого напряжения (при условии, что постоянное напряжение ниже рабочего напряжения СИД-структуры), схема работает в активном режиме переключения.
2
- Энергия в расчете на один цикл=½Li, где di/dt=V/L, таким образом, i=Vt/L.
2
2
on
cycle
В момент выключения, E=½VT/L. Эта энергия высвобождается в течение T.
cycle
cycle
2
2
- Мощность равна E/T=½VTon/(LT).
on
on
В течение фиксированного времени включения T уровень диммирования пропорционален d (то есть пропорционален T).
Таким образом, можно заметить, что световой выход реагирует противоположным образом на изменение рабочего цикла по сравнению с драйвером постоянного тока. Световой выход пропорционален (1-d) для драйвера постоянного тока и пропорционален d для низковольтного драйвера постоянного напряжения. Это упомянуто выше.
При использовании преобразования с понижением напряжения драйвера с источником высокого напряжения (при условии, что постоянное напряжение выше необходимого рабочего напряжения СИД-структуры), схема работает с использованием понижающего преобразователя, который запускается в активном режиме переключения.
Таким образом, схема, показанная на фиг.4, может работать с источником тока и с источником напряжения выше или ниже необходимого напряжения СИД. Схема является такой же, но алгоритм программного управления является различным. Схема позволяет автоматически настраивать свою работу на тип драйвера, который подсоединен к схеме.
В частности, при первоначальном включении питания плата с СИД не знает характеристики драйвера, например, она не знает, подсоединен ли источник напряжения или источник тока. Одна процедура регистрации будет описана с использованием чувствительного по току резистора.
Первый этап регистрации включает открытие транзистора 37 и закрытие транзистора 44. Это позволяет отключить схему повышающего преобразователя (и схему понижающего преобразователя) и направить подаваемое питание на СИД-структуру. На чувствительном резисторе 42 контролируется напряжение VR, которое находится в определенном соотношении с током, протекающим через резистор 42, и также контролируется выходное напряжение VO (на клемме 30).
Если VR превышает максимальное пороговое значение, а VO остается постоянным, то подсоединенным драйвером является драйвер высокого напряжения. В этом случае схема должна работать в режиме понижения напряжения.
Если VR устанавливается на значении около максимального рабочего диапазона СИДов, то подсоединенным драйвером является драйвер тока. Затем функция диммирования тестируется с помощью переключающего транзистора 37, начиная с малого рабочего цикла. Затем напряжение VR должно уменьшиться в соответствии с (1-d) в связи с тем, что уменьшается ток СИД. Напряжение VO также должно уменьшаться, так как драйвер постоянного тока работает при низком напряжении в пределах своего рабочего окна. Наименьшее значение рабочего цикла, при котором VO остается стабильным, можно затем определить таким образом, чтобы можно было определить самый глубокий уровень диммирования, подходящий для конкретного драйвера.
Если VR остается близким к нулю, то подсоединенным драйвером является драйвер низкого напряжения, например, 12-вольтовый драйвер для галогенных ламп. Затем схему можно протестировать, пытаясь при этом увеличить уровень света с помощью переключающего транзистора 44, начиная с малого рабочего цикла. Затем, среднее напряжение VR должно быть увеличено в соответствии с d. Напряжение VO должно оставаться постоянным.
Возможность диммирования может быть встроена в печатной плате, которая несет СИДы, или она может быть предусмотрена на печатной плате драйвера, или она может быть выполнена в виде отдельного блока.
На фиг.5(a) показан диммируемый драйвер 10, который содержит комбинацию из стандартного драйвера постоянного тока или стандартного драйвера постоянного напряжения (без возможности диммирования) и схему 51, работающую в режиме переключения, как описано выше в случае выполнения функции диммирования. Диммируемый драйвер 10 возбуждает две СИД-структуры 16a, 16b. Функцией диммирования можно управлять дистанционным образом, и для этой цели блок 52 может содержать РЧ приемник. Функцией диммирования можно также или вместо этого управлять автоматическим образом на основании входного сигнала оптического датчика, поэтому в этом случае блок 52 может содержать датчик.
На фиг.5(b) показан стандартный драйвер 10 постоянного тока или постоянного напряжения (без возможности диммирования). Схема 51, работающая в режиме переключения, как описано выше для выполнения функции диммирования, предусмотрена на печатной плате с первой СИД-структурой 16a. Вторая СИД-структура 16b соединена с первой в виде гирляндной цепочки.
На фиг.6 более подробно показаны компоненты, которые несет первая печатная плата 16a с СИД, показанная на фиг.5(b). Схема управления диммированием показана поз.51. Схема 51 диммирования принимает постоянный ток. Действие схемы 51, работающей в режиме переключения, состоит в том, чтобы часть тока цепочки 16 СИД проходила вдоль обходного пути 55. Токи снова суммируются на выходе цепочки 16 СИД для подачи обратно в драйвер 10. Источник 53 питания обеспечивает подачу питания на процессор 54, который осуществляет функции контроллера переключателя повышающего преобразователя и который может также осуществлять интеллектуальное обнаружение того, является ли драйвер 10 драйвером типа источника тока или драйвером типа источника напряжения, как описано выше. РЧ интерфейс и/или оптический датчик также показаны поз. 52.
Множество СИД-структур можно объединить различными способами, и на фиг.7 показаны три примера. На фиг.7(a) показаны эти две СИД-структуры узла 16a, 16b, включенные просто последовательно. Диммируемый выходной ток Idim, выработанный первой СИД-структурой 16a, подается во вторую СИД-структуру 16b. При этом только первая СИД-структура 16a имеет возможность диммирования.
Для драйвера постоянного тока и при использовании преобразователя, повышающего напряжение:
выходное напряжение=входное напряжение/(1-d)
где d - рабочий цикл. Таким образом:
выходной ток=входной ток*(1-d).
Независимо от количества используемых СИД-структур необходимый уровень тока можно установить путем управления рабочим циклом. Однако при использовании числа N СИД-структур драйвер нуждается в окне напряжения, которое охватывает диапазон от Min*N*Vs до N*Vs,
где Vs - напряжение на цепочке СИД для каждой СИД-структуры, а Min - минимальный уровень диммирования.
На фиг.7(a) показана в основном главная плата 16a с СИД, за которой следует вспомогательная плата 16b с СИД.
На фиг.7(b) показаны две главные платы 16a, 16b с СИД, включенные последовательно. Ток СИД и ток, протекающий по обходному пути, из первой платы с СИД, складываются (образуя первоначальный ток I) перед подачей во вторую плату 16b с СИД. Каждая из них может управлять связанной с ней цепочкой СИД таким же образом или независимо друг от друга.
В качестве альтернативы, две главные печатные платы с СИД можно включить параллельно.
На фиг.7(c) показана компоновка, в которой главная плата 16a имеет управление диммированием, а подчиненная плата 16b включена последовательно и возбуждается с полной яркостью и принимает полный суммарный ток I. В этом случае драйвер должен иметь, окно напряжения, которое охватывает диапазон от (Min+1)Vs до 2Vs (например, двух плат с СИД).
На фиг.8 показан способ определения типа драйвера.
На этапе 60 измеряют напряжение VR резистора.
На этапе 62 определяют, является ли напряжение VR выше максимального порогового значения (и дополнительно также то, что выходное напряжение является постоянным). Если это так, то на этапе 53 определяют, что подсоединен высоковольтный драйвер.
На этапе 64 определяют, является ли напряжение VR выше минимального значения, но ниже порогового значения. Этот диапазон включает в себя нормальное максимальное рабочее напряжение СИД. Если это так, то на этапе 65 определяют то, что подсоединен драйвер постоянного тока, так как напряжение соответствует нормальному возбуждению СИДов.
На этапе 66 определяют, является ли напряжение ниже минимального. Если это так, то на этапе 67 определяют, что подсоединен драйвер низкого напряжения.
Процесс заканчивают на этапе 68.
Некоторые примеры в соответствии с изобретением предусматривают недорогостоящий драйвер в базовой комплектации, который будет подходящим для светильников, в которых выполняется диммирование. Комбинация схемы диммирования и СИД-структуры является обратносовместимой, поэтому ее можно эксплуатировать во всех изделиях, в которых используются существующие СИДы. Использование встроенных датчиков позволяет реализовать функцию накопления энергии дневного света. СИД-структура и схема диммирования могут автономно уменьшать свой выходной уровень света, при этом все еще работая с существующими драйверами фиксированного тока.
В других примерах обеспечена плата с СИД, которая позволяет автоматически распознавать, возбуждается ли она от источника напряжения или источника тока, и затем она может, соответственно, адаптировать свой внутренний алгоритм диммирования.
В показанных схемах СИД-драйвера используются диоды. Однако специалистам в данной области техники будет понято, что функцию выпрямления можно также реализовать, используя другие компоненты. Например, транзистор можно выполнить в виде выпрямителя, или транзистор можно активно переключать таким образом, чтобы он находился в проводящем состоянии в моменты времени, когда предполагается, что ток должен протекать в определенном направлении (например, в синхронных выпрямителях, полумостовых выпрямителях и т.д.). Термин «диодный компонент», который используется в формуле изобретения, предназначен для охвата всех этих возможностей.
Другие изменения к раскрытым вариантам осуществления могут быть понятны и осуществлены специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множественного числа. Тот факт, что конкретные меры излагаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть использовано для преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие область изобретения.