СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО И ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ВЫБРОСОВ ТОКА В ФОРМИРОВАТЕЛЕ СИГНАЛА ПИТАНИЯ ОСВЕЩЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR LIMITATION OF POSITIVE AND NEGATIVE CURRENT EMISSIONS IN LIGHTING POWER SUPPLY SIGNAL SHAPER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится в целом к формирователям сигнала питания для осветительных устройств. В частности различные способы и устройство изобретения, раскрытые здесь, относятся к ограничению положительного и отрицательного выбросов тока в формирователе сигнала питания освещения во время включения, выключения или в условиях падения напряжения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Цифровые технологии освещения, то есть освещения на основе полупроводниковых источников света, таких как светоизлучающие диоды (СИД), предлагают эффективную альтернативу традиционным флуоресцентным, HID и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды светодиодов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и высокую оптическую эффективность, долговечность, более низкие эксплуатационные расходы и многое другое. Последние достижения в светодиодных технологиях обеспечили эффективные и надежные полноспектральные источники освещения, которые позволяют осуществить множество световых эффектов во многих применениях. В различных условиях, таких как запуск, падение напряжения в электросети или выключение, выходной ток в формирователе сигнала питания СИД может иметь положительный выброс, приводящий к мерцанию или вспышке светодиода(ов) и потенциальному выходу из строя светодиода из-за чрезмерного тока. Это может иметь место из-за отсутствия управления синхронизацией источников питания (для интегральных схем (ИС) каскада питания) и ИС опорных сигналов и может также иметь место из-за начальных условий регулирующих ИС и т.д. формирователя сигнала питания СИД. В традиционных формирователях сигнала питания СИД опорное значение тока имеет или фиксированное значение или попросту управляется интерфейсом регулировки яркости. При пуске выходной ток формирователя сигнала питания равен нулю. Из-за большой ошибки между выходным током формирователя сигнала питания и текущим опорным сигналом обеспечивается большой сигнал обратной связи. Когда формирователь сигнала питания резко реагирует на такой очень большой сигнал обратной связи, выходной ток формирователя сигнала питания растет с большой скоростью. Это может привести к положительному выбросу выходного тока формирователя сигнала питания, в результате чего светодиод вспыхивает и мерцает. Кроме того, в зависимости от начальных условий входных сигналов регулирующей ИС формирователь сигнала питания может запуститься с большим выходным током.
Таким образом, существует потребность в области техники в управлении источниками питания различных ИС каскада питания и управлении опорными значениями и/или начальными условиями схем управления с обратной связью формирователя сигнала питания СИД.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее раскрытие относится к способам и устройству изобретения для ограничения положительного и отрицательного выбросов тока в формирователе сигнала питания освещения.
В целом в одном аспекте формирователь сигнала питания освещения включает в себя формирователь сигнала стороны первичного контура, выполненный с возможностью преобразовывать входной сигнал от источника питания-электросети в выходной сигнал стороны первичного контура; формирователь сигнала стороны вторичного контура, связанный с формирователем сигнала стороны первичного контура и выполненный с возможностью выпрямлять и фильтровать выходной сигнал стороны первичного контура для подачи выходного тока формирователя сигнала питания для возбуждения осветительной нагрузки; и микроконтроллер, выполненный с возможностью управлять формирователем сигнала питания освещения так, что формирователю сигнала стороны вторичного контура подается питание, а формирователь сигнала стороны первичного контура находится в незапитанном состоянии в течение периода плавного пуска, а после периода плавного пуска формирователь сигнала стороны вторичного контура устанавливается в состояние низкого уровня, когда питание подано, и после этого устанавливается в состояние так, что выходной ток формирователя сигнала питания из формирователя сигнала стороны вторичного контура увеличивает световыход осветительной нагрузки от начального уровня яркости до номинального уровня яркости без мерцания.
В другом аспекте формирователь сигнала питания освещения включает в себя формирователь сигнала стороны первичного контура, выполненный с возможностью преобразовывать входной сигнал от источника питания-электросети в выходной сигнал стороны первичного контура; формирователь сигнала стороны вторичного контура, связанный с формирователем сигнала стороны первичного контура и выполненный с возможностью выпрямлять и фильтровать выходной сигнал стороны первичного контура для подачи выходного тока формирователя сигнала питания для возбуждения осветительной нагрузки, причем формирователь сигнала стороны вторичного контура подает сигнал обратной связи для формирователя сигнала стороны первичного контура в ответ на сигнал плавного пуска и опорный сигнал тока; и микроконтроллер, выполненный с возможностью подавать сигнал плавного пуска и опорный сигнал тока в ответ на входной сигнал регулировки яркости, указывающий желаемый уровень осветительной нагрузки, формирователь сигнала стороны первичного контура выполнен с возможностью быть выключенным, когда сигнал плавного пуска включен, и после того, как сигнал плавного пуска выключается, устанавливается, в ответ на сигнал обратной связи, в состояние низкого выходного уровня и после этого в начальное состояние на основании опорного сигнала тока.
В еще одном аспекте формирователь сигнала питания освещения включает в себя формирователь сигнала стороны первичного контура, выполненный с возможностью преобразовывать входной сигнал от источника питания-электросети в выходной сигнал стороны первичного контура; формирователь сигнала стороны вторичного контура, связанный с формирователем сигнала стороны первичного контура и выполненный с возможностью выпрямлять и фильтровать выходной ток стороны первичного контура для подачи выходного тока формирователя сигнала питания для возбуждения осветительной нагрузки, причем формирователь сигнала стороны вторичного контура подает сигнал обратной связи для формирователя сигнала стороны первичного контура в ответ на сигнал плавного запуска и опорный сигнал тока; источник питания формирователя сигнала стороны первичного контура, выполненный с возможностью обеспечивать первое рабочее напряжение для формирователя сигнала стороны первичного контура; и источник питания формирователя сигнала стороны вторичного контура, выполненный с возможностью обеспечивать второе рабочее напряжение для формирователя сигнала стороны вторичного контура, причем источник питания формирователя сигнала стороны вторичного контура включает в себя микроконтроллер, выполненный с возможностью подавать сигнал плавного пуска и опорный сигнал тока формирователю сигнала стороны вторичного контура, формирователь сигнала стороны первичного контура выполнен с возможностью отключаться от второго рабочего напряжения, когда сигнал плавного пуска включается, и после того, как сигнал плавного пуска выключается, устанавливается, в ответ на сигнал обратной связи, в состояние низкого уровня и после этого в начальное состояние на основании опорного сигнала тока.
В еще одном аспекте обеспечен способ устранения мерцания источника света, который включает в себя преобразование входного сигнала от источника питания-электросети в выходной сигнал стороны первичного контура в каскаде формирователя сигнала стороны первичного контура; выпрямление и фильтрацию выходного сигнала стороны первичного контура для обеспечения выходного тока формирователя сигнала питания для возбуждения источника света; и обеспечение управление так, что каскаду формирователя сигнала стороны вторичного контура не подается питание, а каскад формирователя сигнала стороны первичного контура находится в незапитанном состоянии в течение периода плавного пуска, а после периода плавного пуска каскад формирователя сигнала стороны вторичного контура устанавливается в состояние низкого уровня, когда питание подано, и после этого устанавливается в состояние так, что выходной ток формирователя сигнала питания каскада формирователя сигнала стороны вторичного контура увеличивает световыход источника света от начального уровня яркости до номинального уровня яркости без мерцания.
В другом аспекте формирователь сигнала питания освещения включает в себя формирователь сигнала стороны первичного контура, выполненный с возможностью преобразовывать входной сигнал от источника питания-электросети в выходной сигнал стороны первичного контура; формирователь сигнала стороны вторичного контура, связанный с формирователем сигнала стороны первичного контура и выполненный с возможностью выпрямлять и фильтровать выходной ток стороны первичного контура для обеспечения выходного тока формирователя сигнала питания для возбуждения осветительной нагрузки, причем формирователь сигнала стороны вторичного контура подает сигнал обратной связи для формирователя сигнала стороны первичного контура в ответ на сигнал плавного пуска; источник питания формирователя сигнала стороны первичного контура, выполненный с возможностью обеспечивать первое рабочее напряжение для формирователя сигнала стороны первичного контура; и источник питания формирователя сигнала стороны вторичного контура, выполненный с возможностью обеспечивать второе рабочее напряжение для формирователя сигнала стороны вторичного контура, причем источник питания формирователя сигнала стороны вторичного контура включает в себя микроконтроллер, выполненный с возможностью подавать сигнал плавного пуска формирователю сигнала стороны вторичного контура, при этом во время выключения формирователя сигнала питания освещения формирователь сигнала стороны первичного контура выполнен с возможностью отключаться от второго рабочего напряжения, а сигнал обратной связи устанавливается в состояние низкого уровня в ответ на сигнал плавного пуска.
В данном описании в целях настоящего раскрытия термин "светодиод (СИД)" следует понимать как включающий в себя любой электролюминесцентный диод или другой тип устройства на основе инжекции носителей заряда/p-n-перехода, которое способно генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин светодиод включает в себя, но не ограничивается только этим, различные структуры на основе полупроводников, которые излучают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светодиоды (OLED), электролюминесцентные ленты и т.п. В частности, термин светодиод относится к светодиодам всех типов (в том числе полупроводниковым и органическим светодиодам), которые могут быть выполнены с возможностью генерировать излучение в одном или более инфракрасном спектре, ультрафиолетовом спектре и различных частях видимого участка спектра (как правило, включающем в себя длины волн излучения приблизительно от 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но не ограничены только этим, различные типы светодиодов инфракрасного излучения, светодиодов ультрафиолетового излучения, светодиодов красного свечения, светодиодов синего свечения, светодиодов зеленого свечения, светодиодов желтого свечения, светодиодов янтарного свечения, светодиодов оранжевого свечения и светодиодов белого свечения (обсуждаемых дополнительно ниже). Кроме того, следует понимать, что светодиоды могут быть выполнены с возможностью и/или управляться для генерации излучения, имеющего различные ширины полос частот (например, полные ширины на половине максимума или FWHM) для данного спектра (например, узкую полосу частот, широкую полосу частот) и множество доминирующих длин волны в пределах данной общей цветовой классификации.
Например, один вариант осуществления светодиода, выполненного с возможностью генерировать по существу белый свет (например, светодиод белого свечения), может включать в себя ряд кристаллов, которые соответственно излучают различные спектры электролюминесценции, которые в сочетании смешиваются для формирования практически белого света. В другом варианте осуществления СИД белого света может быть связан с материалом люминофора, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в другой второй спектр. В одном примере этого варианта осуществления электролюминесценция, имеющая относительно короткую длину волны и узкую ширину спектра, "накачивает" материал люминофора, который, в свою очередь, излучает более длинноволновое излучение, имеющее несколько более широкий спектр.
Следует также понимать, что термин светодиод не ограничивает физический и/или электрический тип светодиодного блока. Например, как обсуждалось выше, светодиод может означать одно светоизлучающее устройство, имеющее множество кристаллов, которые выполнены с возможностью соответственно излучать различные спектры излучения (например, которые могут быть или не быть индивидуально управляемыми). Кроме того, светодиод может быть связан с люминофором, который рассматривается как неотъемлемая часть светодиода (например, некоторых типов белых светодиодов). В общем, термин светодиод может относиться к светодиодам в корпусе, светодиодам без корпуса, светодиодам поверхностного монтажа, светодиодам бескорпусного монтажа кристалла на плате, светодиодам T-корпусного монтажа, радиально-корпусным светодиодам, светодиодам в рассеивающем мощность корпусе, светодиодам, включающим в себя некоторые типы корпуса и/или оптическое элементы (например, рассеивающие линзы), и т.п.
Термин "источник света" следует понимать как относящийся к любому одному или более из источников излучения, включающих в себя (но ими не ограниченных) такие источники излучения, как источники на основе светодиодов (включающие в себя, как было определено выше, один или более светодиодов), источники на основе ламп накаливания (лампы с нитью накаливания, галогеновые лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцентные источники, высокоинтенсивные разрядные источники (например, лампы на основе паров натрия, ртути, металлогалогенидные лампы), лазеры, другие типы электролюминесцентных источников, пиролюминесцентные источники (например, на основе пламени), газолюминесцентные источники (например, источники типа газокалильная сетка, угольные дуговые источники), фотолюминесцентные источники (например, газоразрядные источники), катодолюминесцентные источники, использующие электронное насыщение, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кинолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
Термин "осветительный прибор" здесь означает исполнение или размещение одного или более блоков освещения в конкретном формфакторе, сборке или корпусе. Термин «блок освещения» используется здесь для обозначения устройства, включающего в себя один или более источников света одного или различного типов. У данного блока освещения может быть любое из множества конструкций крепления для источника(ов) света, конструкций и формы корпуса/кожуха и/или конфигурации электрических и механических соединений. Кроме того, данный блок освещения необязательно может быть связан (например, включать в себя, быть соединенным и/или объединенным в одном корпусе) c различными другими составляющими (например, схемой управления), относящимися к работе источника(ов) света. "Блок освещения на основе светодиодов" означает блок освещения, который включает в себя один или более источников света на основе светодиодов, как обсуждалось выше, взятых отдельно или в комбинации с другими, несветодиодными источниками света. "Многоканальный" блок освещения означает светодиодный или несветодиодный блок освещения, который включает в себя по меньшей мере два света, выполненные с возможностью соответственно генерировать различные спектры излучения, при этом спектр каждого различного источника может упоминаться как "канал" многоканального блока освещения.
Термин "контроллер" используется здесь, как правило, для описания различных устройств, относящихся к работе одного или более источников света. Контроллер может быть реализован множеством способов (например, с помощью специализированных аппаратных средств) для выполнения различных функций, обсуждаемых здесь. "Процессор" является одним из примеров контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с помощью программного обеспечения (например, микрокода) выполнять различные функции, обсуждаемые здесь. Контроллер может быть реализован с или без использования процессора, а также может быть реализован как комбинация специализированных аппаратных средств для выполнения некоторых функций и процессор (например, один или более запрограммированных микропроцессоров и связанных с ними схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут использоваться в различных вариантах воплощения настоящего раскрытия, включают в себя, но этим не ограничиваются, обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые матрицы логических элементов (FPGA).
В различных вариантах осуществления процессор или контроллер могут быть связаны с одним или более носителями данных (обычно называемыми здесь "памятью", например энергозависимой и энергонезависимой компьютерной памятью, такой как RAM, PROM, EPROM и EEPROM, гибкие диски, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых вариантах осуществления носители данных могут быть закодированы одной или более программами, которые при выполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах выполняют по меньшей мере некоторые из функций, обсуждаемых здесь. Различные носители данных могут быть фиксированы в процессоре или контроллере или могут быть мобильными, так что одна или более программ, сохраненных на них, могут быть загружены в процессор или контроллер для реализации различных аспектов настоящего изобретения, обсуждаемого здесь. Термины "программа" или "компьютерная программа" используются здесь в общем смысле для обозначения любого типа машинного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может использоваться для программирования одного или более процессоров или контроллеров.
Следует отметить, что все комбинации вышеизложенных концепций и дополнительных концепций, обсуждаемых более подробно ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимоисключающими), задуманы как части конструктивного исполнения в соответствии с раскрываемой здесь сущностью настоящего изобретения. В частности, все следующие в конце данного документа указанные в пунктах формулы изобретения комбинации отличительных признаков также являются частью сущности изложенного здесь изобретения. Наконец, следует отметить, что используемая здесь в определенном значении терминология, которая может встречаться и в любом документе, указанном здесь в качестве ссылки, должна толковаться в соответствии со значением, наиболее соответствующим конкретной изложенной здесь концепции изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах одинаковые ссылочные позиции, как правило, относятся к одним и тем же частям на различных чертежах. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого акцент, как правило, делается на иллюстрации принципов изобретения.
Фиг. 1 изображает блок-схему формирователя сигнала питания СИД в соответствии с типичным вариантом воплощения.
Фиг. 2 изображает блок-схему формирователя сигнала питания СИД в соответствии с более подробным типичным вариантом воплощения.
Фиг. 3 изображает входной сигнал от электросети в формирователь сигнала питания СИД на фиг. 2.
Фиг. 4 изображает выходной сигнал схемы фильтра EMI и выпрямителя формирователя сигнала питания СИД, показанного на фиг. 3.
Фиг. 5 изображает выходной сигнал повышающей схемы PFC формирователя сигнала питания СИД, показанного на фиг. 2.
Фиг. 6 изображает выходной сигнал полумостового преобразователя с ШИМ формирователя сигнала питания СИД, показанного на фиг. 2.
Фиг. 7 изображает выходной сигнал формирователя сигнала питания СИД от выходной схемы выпрямителя и фильтра формирователя сигнала питания СИД, показанного на фиг. 2.
Фиг. 8 изображает блок-схему схемы управления выходным током, показанной на фиг. 2.
Фиг. 9 изображает сигналы во время управляемой последовательности пуска в соответствии с типичным вариантом воплощения.
Фиг. 10 изображает схему последовательности операций, объясняющую работу управляемой последовательности пуска в соответствии с фиг. 9.
Фиг. 11 изображает последовательность сигналов во время условий "падения напряжения" в соответствии с типичным вариантом воплощения.
Фиг. 12 изображает управляемую последовательность сигналов для выключения формирователя сигнала питания СИД в соответствии с типичным вариантом воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
bus
На фиг. 1 в одном варианте воплощения изображена блок-схема формирователя 100 сигнала питания СИД. Входное напряжение электросети (электросеть) 101 соединено со стороной первичного контура 120 формирователя 100 сигнала питания СИД. Сторона первичного контура 120 формирователя 100 сигнала питания СИД соединена с первичной обмоткой разделительного трансформатора 102. Вторичная обмотка разделительного трансформатора 102 соединена со стороной вторичного контура 130 формирователя 100 сигнала питания СИД. Источник 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура соединен со стороной первичного контура 120 и обеспечивает регулируемое напряжение «первичный_ИП» (источник питания) интегральным схемам (ИС) и другим периферийным схемам стороны первичного контура 120 через переключатель 104. Источник 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура соединен с напряжением V на шине в пределах стороны первичного контура 120, как будет описано ниже. Источник 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура также соединен с первичной обмоткой разделительного трансформатора 103. Источник 150 питания формирователя сигнала стороны вторичного контура соединен с вторичной обмоткой разделительного трансформатора 103. Источник 150 питания формирователя сигнала стороны вторичного контура обеспечивает регулируемое напряжение «вторичный_ИП» (источник питания). Источник 150 питания формирователя сигнала стороны вторичного контура также обеспечивает питание для микропроцессора (показанного на фиг. 2) и его периферийных схем. Микропроцессор обеспечивает опорный сигнал тока и сигнал плавного пуска для ИС и других периферийных схем стороны вторичного контура 130. Сигнал управления переключателем оптически передается от микропроцессора стороне первичного контура формирователя 100 сигнала питания СИД через оптрон 107 для выборочного отключения переключателя 104, чтобы таким образом отключить рабочее напряжение, подаваемое стороне первичного контура 120 от источника 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура. Сигнал обратной связи подается от стороны вторичного контура 130 для стороны первичного контура 120 через оптрон 108. Кроме того, обеспечивается выходной сигнал стороны вторичного контура 130 для осветительной нагрузки 106 формирователя сигнала, которая может включать в себя один или более светодиодов или которая может быть светодиодным модулем, включающим в себя множество светодиодов, соединенных вместе, например, последовательно.
На фиг. 2 изображен более подробный вариант воплощения формирователя 100 сигнала питания СИД. Сеть 101 обеспечивают синусоидальный входной сигнал переменного тока, такой как изображен на фиг. 3, на входную схему 122 фильтра электромагнитных помех (EMI) и выпрямителя на стороне первичного контура 120 формирователя 100 сигнала питания СИД. Входной сигнал, изображенный на фиг. 3, имеет напряжения Vin и соответствующий ток Iin. Схема 122 фильтра EMI и выпрямителя может состоять из сети конденсаторов и индукторов или подобных схем, которые ограничивают высокочастотные составляющие, присутствующие во входном сигнале, для обеспечения ограниченного входного сигнала. Каскад выпрямителя схемы 122 фильтра EMI и выпрямителя преобразует ограниченный входной сигнал в выпрямленную синусоидальную форму волны, как изображено на фиг. 4. Выходной сигнал схемы 122 фильтра EMI и выпрямителя подается на повышающую схему 124 коррекции коэффициента мощности (PFC). Повышающая схема 124 PFC преобразует выпрямленную синусоидальную форму волны, обеспеченную схемой 122 фильтра EMI и выпрямителя, в фиксированное, регулируемое постоянное напряжение, такое как изображено на фиг. 5. Повышающая схема 124 PFC обеспечивает синфазность тока Ir, текущего из каскада выпрямителя схемы 122 фильтра EMI и выпрямителя, с напряжением Vr, чтобы, соответственно, обеспечить функционирование формирователя 100 сигнала питания СИД с близким к единице коэффициентом мощности. Схема 125 управления повышением управляет полупроводниковыми переключателями в повышающей схеме 124 PFC для обеспечения этих указанных выше функций. Схема 125 управления повышением может состоять из одной или более ИС и их периферийных пассивных компонентов, которые измеряют выходное напряжение шины, напряжение на выходе выпрямителя и ток, текущий в повышающей схеме 124 PFC, и которые управляют полупроводниковыми переключателями в повышающей схеме 124 PFC, так что напряжение на шине регулируют до некоторого заранее заданного требуемого уровня, а ток Ir является синфазным с напряжением Vr.
Полумостовой преобразователь 126 с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) преобразует регулируемое постоянное напряжение, обеспеченное как выходной сигнал от повышающей схемы 124 PFC, в высокочастотный пульсирующий сигнал, такой как изображено на фиг. 6. Изображенный высокочастотный пульсирующий сигнал имеет напряжения Vpri и соответствующий ток Ipri. Ширина импульсов задается управляющим сигналом стороны первичного контура, выведенным из полумостовой управляющей схемы 127 ШИМ (полумостовой контроллер) в ответ на сигнал обратной связи, подаваемый от схемы 134 управления выходным током на стороне вторичного контура 130 через оптрон 108. Вывод управляющего сигнала стороны первичного контура из полумостовой управляющей схемы 127 ШИМ управляет временем включения/выключения переключателей в полумостовом преобразователе 126 с ШИМ. Полумостовой преобразователь 126 с ШИМ может состоять из двух переключателей. Время, в течение которого переключатели включены (или выключены), определяет длительность импульса высокочастотного пульсирующего сигнала, показанного на фиг. 6. Включение (или выключение) переключателей управляется полумостовой управляющей схемой 127 ШИМ, которая может также быть реализована с использованием ИС, на основании обратной связи со стороны вторичного контура через оптрон 108. Оптрон 108 обеспечивает электрическую изоляцию между сторонами первичного и вторичного контуров и в значительной степени предотвращает повреждение компонентов или передачу искажений стороне вторичного контура 130 высокими напряжениями или быстро изменяющимся напряжением. Высокочастотный пульсирующий сигнал от полумостового преобразователя 126 с ШИМ соединен с первичной обмоткой разделительного трансформатора 102. Переключатель 104, изображенный на фиг. 2, встроен в сторону первичного контура 120, но может в равной степени быть расположен вне стороны первичного контура 120, как показано на фиг. 1.
Вторичная обмотка разделительного трансформатора 102, как изображено на фиг. 2, соединена со схемой 132 выходного выпрямителя и фильтра, которая выпрямляет и фильтрует сигнал, обеспеченный вторичной обмоткой разделительного трансформатора 102, для вывода постоянного (DC) тока возбуждения, такого как изображено на фиг. 7. Этот постоянный (DC) ток возбуждения обеспечивается как выходной ток формирователя сигнала питания СИД для осветительной нагрузки 106. Ток возбуждения также обеспечивается как сигнал обратной связи для схемы 134 управления выходным током (которая будет описана более подробно ниже). Выходное напряжение обеспечивается как обратная связь для схемы 136 управления выходным напряжением. Выходы схемы 134 управления выходным током и схемы 136 управления выходным напряжением соединены вместе для обеспечения сигнала обратной связи для стороны первичного контура 120 через оптрон 108. Схема 136 управления выходным напряжением является управлением, которое ограничивает максимальное напряжение, обеспечиваемое для осветительной нагрузки 106.
bus
Источник 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура, как изображено на фиг. 2, соединен с выводом фиксированного, регулируемого постоянного напряжения от повышающей схемы 124 PFC через V. Источник 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура может быть обратноходовым преобразователем, например, с двумя развязанными выходами. Первый из развязанных выходов подает напряжение «первичный_ИП» для схемы 125 управления повышением, полумостовой управляющей схемы 127 ШИМ и различным другим ИС на стороне первичного контура 120 через переключатель 104. Второй из развязанных выходов источника 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура соединен с дополнительной обмоткой стороны первичного контура разделительного трансформатора 103.
Формирователь 100 сигнала питания СИД, как изображено на фиг. 2, дополнительно включает в себя вторичный источник 152 питания, микропроцессор 154 и схему 156 управления яркостью. Микроконтроллер 154 может быть одним из множества устройств обработки, таких как процессор, микропроцессор или центральный процессор (ЦП), специализированные интегральные схемы (ASIC), программируемые матрицы логических элементов (FPGA) или их комбинации, использующими программное обеспечение, встроенное микропрограммное обеспечение, схемы с аппаратно реализованной логикой или их комбинации. Вторичный источник 152 питания соединен с вторичной обмоткой разделительного трансформатора 103 и обеспечивает регулируемое напряжение «вторичный_ИП» для схемы 134 управления выходным током и различных других ИС на стороне вторичного контура 130. Вторичный источник 152 питания также обеспечивает регулируемое напряжение для микропроцессора 154. Схема 156 управления яркостью освещения является интерфейсом для сигнала «яркость» и расположена между входом 109 регулировки яркости и микропроцессором 154. Вход 109 регулировки яркости обеспечивает сигнал «яркость», указывающего напряжение номинального уровня сигнала «яркость», желаемого для осветительной нагрузки 106. На основании сигнала «яркость» микропроцессор 154 регулирует опорный сигнал тока, обеспечиваемый как выходной сигнал от него для схемы 134 управления выходным током. Микропроцессор 154 также обеспечивает сигнал плавного запуска для схемы 134 управления выходным током при пуске, выключении и при обнаружении перебоя с подачей регулируемого напряжения, обеспечиваемого от вторичного источника 152 питания, который может случиться из-за падения напряжения. Микропроцессор 154 также обеспечивает сигнал управления переключателем для стороны первичного контура 120 через оптрон 107 для управления моментом включения/выключения переключателя 104. Оптрон 107 обеспечивает электрическую изоляцию между сторонами первичного и вторичного контуров и в значительной степени предотвращает повреждение компонентов или передачу искажений стороне вторичного контура 130 высокими напряжениями или быстро изменяющимся напряжением.
Память (не показана) также содержится как часть формирователя 100 сигнала питания СИД для хранения исполнимого программного обеспечения/встроенного микропрограммного обеспечения и/или исполняемого кода для микроконтроллера 154. Память (не показана) может быть встроена как часть микроконтроллера 154 или может располагаться отдельно. Исполнимое программное обеспечение/встроенное микропрограммное обеспечение и/или исполняемый код позволяют выполнить определение ряда сигналов и напряжений, используемых во время пуска, выключения и падения напряжения (например, измерение напряжения (Vbus) на шине и выполнение сигнала плавного запуска), что будет описано более подробно ниже. Память может быть любым количеством, типом и комбинацией энергонезависимой постоянной памяти (ROM) и энергозависимая оперативной памяти (RAM) и может хранить различные виды информации, такие как компьютерные программы и программные алгоритмы, исполнимые процессором или ЦП. Память может включать в себя любое количество, тип и комбинацию физических машиночитаемых носителей данных, таких как диск, электрически программируемая постоянная память (EPROM), электрически стираемая программируемая постоянная память (EEPROM), CD, DVD, накопитель с интерфейсом универсальной последовательной шины (USB) и т.п.
Схема 134 управления выходным током стороны вторичного контура 130 показана более подробно на фиг. 8 и включает в себя вычитатель 162 и схему 164 компенсатора тока. Вычитатель 162 выполнен с возможностью вычитать и сигнал плавного пуска, обеспеченный микропроцессором 154, и выходной ток формирователя сигнала питания СИД, обеспеченный схемой 132 выходного выпрямителя и фильтра, из опорного сигнала тока, обеспеченного микропроцессором 154. Результирующий выходной сигнал от вычитателя 162 подается компенсатору 164 тока. Компенсатор 164 тока компенсирует результирующий сигнал. Компенсатор 164 тока может быть выполнен с возможностью регулировать сигнал обратной связи, подаваемый на вход оптрона 108 таким образом, что выходной ток формирователя 100 сигнала питания СИД становится как можно ближе к опорному сигналу тока, принятому от микропроцессора 154. Компенсированный сигнал подается как сигнал обратной связи стороне первичного контура 120 через оптрон 108.
Теперь будет описана работа формирователя 100 сигнала питания СИД, как показано на фиг. 2, со ссылкой на фиг. 9, которая изображает сигналы во время управляемого цикла пуска, и фиг. 10, которая изображает схему последовательности операций, в соответствии с типичным вариантом воплощения.
В начале пуска переключатель 104 удерживается в выключенном состоянии, так что регулируемое напряжение «первичный_ИП» не подается стороне первичного контура 120. Повышающая схема 124 PFC, полумостовой преобразователь 126 с ШИМ, схема 125 управления повышением и полумостовая управляющая схема 127 ШИМ, таким образом, не работают. В связи с этим при пуске напряжение Vbus на шине является, по сути, выходным сигналом каскада выпрямителя схемы 122 фильтра EMI и выпрямителя, и оно прямо пропорционально напряжению электросети. Причиной этого является то, что выход схемы 122 фильтра EMI и выпрямителя соединен с Vbus через диоды (не показаны).
Когда Vbus достигает минимального или первого порогового значения на этапе S1 на фиг. 10, вторичный источник 152 питания и микроконтроллер 154 соответственно включаются на этапе S2 на фиг. 10, в момент 201, изображенный на фиг. 9. После этого на этапе S3 на фиг. 10 микроконтроллер 154 проверяет, увеличилось ли напряжение Vbus на шине выше некоторого критического или второго порогового значения. Когда напряжение Vbus выше второго порогового значения, включается сигнал плавного пуска на этапе S4 в момент 202, изображенный на фиг. 9. Сигнал плавного пуска насыщает контур управления током через схему 134 управления выходным током. Путем насыщения контура управления выходным током сигнал обратной связи, подаваемый стороне первичного контура 120 через оптрон 108, переключается в состояние с низким уровнем напряжения. В течение времени, когда сигнал плавного пуска включен, опорный сигнал тока удерживается микропроцессором 154 на низком уровне. Кроме того, в момент 202 устанавливаются начальные уровни системы.
На этапе S5 на фиг. 10 микроконтроллер 154 определяет, прошел ли заданный период времени с момента включения сигнала плавного пуска на этапе S4. Когда микроконтроллер 154 определяет, что заданный период времени прошел, сигнал плавного пуска выключается на этапе S6 на фиг. 10 в момент времени 203, изображенный на фиг. 9. Также в момент времени 203, изображенный на фиг. 9, опорный сигнал тока устанавливается микроконтроллером 154 равным начальному уровню сигнала «яркость», который составляет приблизительно 25% напряжения номинального уровня сигнала «яркость», обеспеченного входной сигналом 109 регулировки яркости. Далее, в момент времени 203 микроконтроллер 154 подает сигнал управления переключателем через оптрон 107 для включения переключателя 104 и включения электропитания стороны первичного контура 120. После момента времени 203 микропроцессор 154 линейно увеличивает опорный сигнал тока, как это предусмотрено, для схемы 134 управления выходным током до напряжения номинального уровня сигнала «яркость» в течение промежутка времени, который заканчивается в момент времени 204. Продолжительность увеличения может регулироваться микроконтроллером 154 в зависимости от временных констант схем. Управляемый цикл пуска после этого завершается в момент времени 204, изображенный на фиг. 9. Следует понимать, что разработчик системы может выбрать любые первые и вторые пороговые значения и любой заданный период времени. Кроме того, начальный уровень сигнала «яркость» может быть установлен равным другим значениям, ниже или выше 25% напряжения номинального уровня сигнала «яркость». Начальный уровень сигнала «яркость» в альтернативном варианте может быть установлен равным нулю.
Соответственно, в управляемом цикле пуска, описанном со ссылкой на фиг. 9 и 10, микропроцессор 154 обеспечивает управление так, что стороне первичного контура 120 формирователя 100 сигнала питания СИД питание подается после стороны вторичного контура 130. В течение времени, когда сигнал плавного пуска включен и повышающая схема 124 PFC, полумостовой преобразователь 126 с ШИМ, схема 125 управления повышением и полумостовая управляющая схема 127 ШИМ не включены, выходной ток формирователя сигнала питания СИД, соответственно подаваемый на осветительную нагрузку 106 стороной вторичного контура 130, равен нулю, так что осветительная нагрузка 106 практически не испускает свет. Таким образом, сторона вторичного контура 130 изолирована от сети 101 в течение периода времени, в который напряжение Vbus на шине на стороне первичного контура 120 устанавливается равным необходимому значению. Когда сигнал плавного пуска становится малым, сигнал обратной связи в состоянии низкого уровня напряжения, ранее поданный стороной вторичного контура 130, присутствует в полумостовой управляющей схеме 127 ШИМ. Следовательно, когда на полумостовую управляющую схему 127 ШИМ первоначально подается питание, управляющий сигнал стороны первичного контура, подаваемый от полумостовой управляющей схемы 127 ШИМ, переводит полумостовой преобразователь 126 с ШИМ в состояние с малым током, так что выходной ток формирователя сигнала питания СИД, подаваемый на осветительную нагрузку 106 со стороны вторичного контура 130, остается равным нулю. После неустранимой небольшой задержки сигнал обратной связи в ответ на опорный сигнал тока, установленный равным начальному уровню сигнала «яркость», соответственно подается на полумостовую управляющую схема 127 ШИМ. В этот момент полумостовой преобразователь 126 с ШИМ возобновляет работу под управлением полумостовой управляющей схемы 127 ШИМ в состоянии, чувствительном к опорному сигналу току, установленному равным начальному уровню сигнала «яркость». После этого полумостовой преобразователь 126 с ШИМ работает в ответ на сигнал обратной связи на основании опорного сигнала тока, который линейно увеличивается до напряжения номинального уровня сигнала «яркость». Поскольку напряжению Vbus на шине на стороне первичного контура 120 дается возможность установиться равным необходимому значению и поскольку полумостовой преобразователь 126 с ШИМ возобновляет работу в ответ на линейно увеличивающийся сигнал обратной связи при подаче питания, предотвращаются положительные и отрицательные выбросы выходного тока формирователя сигнала питания СИД. Управляемый цикл пуска гарантирует, что формирователь 100 сигнала питания СИД не испытывает никакого внезапного увеличения нагрузки. В результате в световыходе от осветительной нагрузки 106 при пуске не наблюдается практически никакого мерцания.
Теперь будет описана работа формирователя 100 сигнала питания СИД со ссылкой на фиг. 11, которая изображает сигналы во время управляемой последовательности в ответ на падение напряжения. Последовательность событий, в какой-то степени подобная той, что описана со ссылкой на фиг. 9 и 10, выполняется в управляемой последовательности, показанной на фиг. 11. В этом варианте воплощения, поскольку микроконтроллер 154 остается включенным в течение всей последовательности, регулируемое напряжение «вторичный_ИП» не показано на фиг. 11. Условия падения напряжения характеризуются внезапным понижением напряжения, обеспечиваемого сетью 101, в результате чего падает напряжение Vbus на шине на стороне первичного контура 120. В ответ на это падение напряжения Vbus на шине падает световыход осветительной нагрузки 106. Напряжение Vbus на шине отслеживается микроконтроллером 154 через вторичный источник 152 питания, разделительный трансформатор 103 и источник 140 питания формирователя сигнала стороны первичного контура, показанные на фиг. 2. Результаты отслеживания показаны на фиг. 11 как сигнал отслеживания электросети, который приводится микроконтроллером 154 в состояние с высоким уровнем, когда обнаружено падение напряжения Vbus на шине.
В управляемой последовательности на фиг. 11 микроконтроллер 154 определяет возникновение условия падения напряжения, как указано, в момент времени 301. В ответ на это в момент времени 301 микроконтроллер 154 подает сигнал управления переключателем стороне первичного контура 120 через оптрон 107 для выключения переключателя 104, так что регулируемое напряжение «первичный_ИП» не подается повышающей схеме 124 PFC, полумостовому преобразователю 126 с ШИМ, схеме 125 управления повышением и полумостовой управляющей схеме 127 ШИМ в пределах стороны первичного контура 120. Микроконтроллер 154 также включает сигнал плавного пуска в момент времени 301. Как описано со ссылкой на фиг. 9, это насыщает контур управления выходным током на стороне вторичного контура 130, устанавливая в состояние низкого уровня сигнал обратной связи, подаваемый стороне первичного контура 120 через оптрон 108, так что выходной ток формирователя сигнала питания СИД соответственно становится равным нулю.
В течение времени, когда сигнал плавного пуска включен, устанавливаются начальные уровни системы, как было описано ранее со ссылкой на фиг. 9. После этого следует та же самая последовательность событий, что была описана со ссылкой на фиг. 9, посредством чего сигнал плавного пуска выключается, микроконтроллер 154 обеспечивает сигнал управления переключателем через оптрон 107 для включения переключателя 104 и подачи питания стороне первичного контура 120, а опорный сигнал тока устанавливается равным начальному уровню сигнала «яркость» в момент времени 302, изображенный на фиг. 11. Кроме того, после момента времени 302 микроконтроллер 154 линейно увеличивает опорный сигнал тока, подаваемый схеме 134 управления выходным током, до напряжения номинального уровня сигнала «яркость» в течение периода времени, который заканчивается в момент времени 303. Управляемая последовательность завершается в момент времени 303, изображенный на фиг. 11. Эта управляемая последовательность, следующая за условием падения напряжения, гарантирует, что формирователь 100 сигнала питания СИД не будет испытывать внезапное увеличение нагрузки при возврате сети 101 к нормальному состоянию. В результате в световыходе от осветительной нагрузки 106 не наблюдается практически никакого мерцания, когда возобновляется нормальное функционирование после условия падения напряжения, по сути устраняя мерцание.
Теперь будет описана работа формирователя 100 сигнала питания СИД со ссылкой на фиг. 12, которая изображает управляемую последовательность сигналов для выключения формирователя сигнала питания СИД. Последовательность событий, в какой-то степени подобная той, что описана со ссылкой на фиг. 9, 10 и 11, выполняется в управляемой последовательности, показанной на фиг. 12. Когда питание от сети отключается, напряжение Vr и, как следствие, напряжение Vbus на шине, показанное на фиг. 2, постепенно падает до нуля. Когда микропроцессор 154 обнаруживает, что напряжение Vbus на шине падает ниже некоторого уровня, микропроцессор 154 переключает сигнал плавного пуска в состояние высокого уровня в момент времени 401 на фиг. 12, насыщая контур управления выходным током, так что сигнал обратной связи, подаваемый стороне первичного контура 120 через оптрон 108, переключается в состояние низкого уровня. Одновременно микропроцессор 154 подает сигнал управления переключателем через оптрон 107 для выключения переключателя 104, так что сигнал «первичный_ИП» переключается в состояние с низким уровнем. Так как сигнал обратной связи, подаваемый на полумостовую управляющую схему 127 ШИМ через оптрон 108 от контура управления выходного тока стороны вторичного контура, переключается в состояние с низким уровнем, выходной ток формирователя сигнала питания становится равным нулю. Если бы сигнал плавного пуска не присутствовал, то сигнал обратной связи, подаваемый на полумостовую управляющую схему 127 ШИМ, остался бы равным установившемуся значению. В таком случае, так как напряжение Vbus на шине начало бы уменьшаться в ответ на падение напряжения сети, полумостовой преобразователь 126 с ШИМ будет работать с максимально возможным коэффициентом заполнения, таким образом вызывая временное увеличение выходного тока перед выключением. Это вызвало бы вспышку световыхода светодиода в течение небольшого периода времени. Такая вспышка предотвращается в этой управляемой последовательности сигналов с использованием сигнала плавного пуска.
Хотя здесь были описаны и изображены несколько вариантов воплощения изобретения, специалисты в области техники могут с легкостью предположить множество других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных здесь, и считается, что каждая из таких вариаций и/или модификаций находится в рамках объема вариантов воплощения изобретения, описанных здесь. Говоря более общо, специалистам в области техники должно быть понятно, что все параметры, размерности, материалы и конфигурации, описанные здесь, являются иллюстративными и что фактические параметры, размерности, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используется идея изобретения. Специалистам в области техники будет понятно, или они могут установить, используя не более чем обычное экспериментирование, много эквивалентов конкретным вариантам воплощения изобретения, описанным здесь. Поэтому следует понимать, что приведенные выше варианты воплощения представлены только в качестве примера и что в рамках прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты воплощения изобретения могут быть реализованы иначе, чем то, как это конкретно описано и заявлено в формуле изобретения. Варианты воплощения изобретения настоящего раскрытия относятся к каждому отдельному элементу, системе, предмету, материалу, набору и/или способу, описанному здесь. Кроме того, любая комбинация двух или больше таких элементов, систем, предметов, материалов, наборов и/или способов, если такие элементы, системы, предметы, материалы, наборы и/или способы не являются взаимно несовместными, находится в пределах объема изобретения настоящего раскрытия.
Все определения, как они определены и используются в настоящем описании, должны пониматься как преобладающие над словарными определениями, определениями в документах, включенных ссылкой, и/или обычными значениями определенных терминов.
Единственное число, использующееся здесь в описании и в формуле изобретения, если явно не указано обратное, следует понимать в значении "по меньшей мере один".
Как используется здесь в описании и в формуле изобретения, фразу "по меньшей мере один", относительно списка из одного или более элементов, следует понимать как по меньшей мере один элемент, выбранный из любого одного или более элементов в списке элементов, но не обязательно включающим в себя по меньшей мере один из каждого элемента, конкретно перечисленного в списке элементов, и не исключая любые комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что необязательно могут присутствовать другие элементы кроме элементов, конкретно указанных в списке элементов, к которым относится фраза "по меньшей мере один", связанные или не связанные с теми конкретно указанными элементами. Таким образом, как неограничивающий пример, "по меньшей мере один из A и B" (или, что эквивалентно, "по меньшей мере один из A или B" или, что эквивалентно, "по меньшей мере один из A и/или B") может означать, в одном варианте воплощения, по меньшей мере один, необязательно включающий в себя более чем один A, без присутствия B (и опционально включающий в себя другие элементы кроме B); в другом варианте воплощения, по меньшей мере один, необязательно включающий в себя более чем один B, без присутствия А (и необязательно включающий в себя другие элементы кроме A); в еще одном варианте воплощения, по меньшей мере один, необязательно включающий в себя более чем один A, и по меньшей мере один, необязательно включающий в себя более чем один B (и необязательно включающий в себя другие элементы); и т.д.
Следует также понимать, что, если явно не указано обратное, в любых заявленных здесь способах, которые включают в себя более чем один этап или действие, порядок этапов или действий способа не обязательно ограничивается порядком, в котором перечислены этапы или действия способа.
Любые ссылочные позиции или другие символы, указанные в круглых скобках в формуле изобретения, представлены только для удобства и не предназначены для ограничения формулы изобретения каким-либо образом.